説明

バイオディーゼル燃料の製造方法及びシステム

【課題】固体触媒の存在下で、油脂と低級アルコールとをエステル交換反応させバイオディーゼル燃料を製造する方法において、バイオディーゼル燃料製造にかかわるコストや環境負荷を低減する。
【解決手段】加圧流動床燃焼複合発電方式等の流動床燃焼複合方式発電設備で生成される、BM灰等の石炭灰を固体触媒として使用し、同発電設備で使用する蒸気の廃熱を使用してバイオディーゼル燃料を製造し、さらにその製造に伴い生成するグリセリン等の副生成物を同発電設備における燃料として利用する。低級アルコールとしては、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールを用いる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バイオディーゼル燃料の製造方法及びシステムに関し、固体触媒法を用いてバイオディーゼル燃料を製造する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
いわゆるバイオディーゼル燃料(BDF)は、一般に植物性油脂や動物性油脂をメチルエステル化することで得られる、脂肪酸メチルエステル等の脂肪酸アルキルエステルを主成分とする燃料である。BDFは、石油系燃料と比べて硫黄分や芳香族分の混入が少ない。またBDFはバイオマスであるため、燃焼させても大気中の二酸化炭素が増えずカーボンニュートラルを図ることができる点で環境負荷が小さい燃料として注目されている。
【0003】
BDFの製造方法としては、反応触媒の存在下で油脂と低級アルコールとをエステル交換反応させて製造する方法が知られている。上記反応触媒として不溶性固体触媒(以下、単に固体触媒という)を用いる方法がある。
【0004】
例えば特許文献1には、スルホン化された表面を持つ酸性イオン交換樹脂を例とする固体酸と、生石灰、炭酸カルシウム、酢酸カルシウム及び消石灰からなるグループより選ばれた固体塩基触媒とを組み合わせた、50〜80℃の温度条件下での触媒反応方式が記載されている。
【0005】
特許文献2には、水酸化カルシウム及び酸化カルシウムの少なくとも1種を含む固体触媒の存在下で、90℃〜240℃の温度範囲の条件で脂肪酸エステルを製造する方法が記載されている。
【0006】
特許文献3には、生石灰(酸化カルシウム)または苦土石灰(酸化マグネシウムと酸化カルシウムの混合物)を触媒として使用し、60℃以下の温度かつ常圧条件で反応させる製造方法が記載されている。
【0007】
特許文献4には、酸化カルシウムおよび水酸化カルシウムからなる群より選ばれるカルシウム系固体触媒の存在下で脂肪酸エステルを製造し、副生するグリセリンを、カルシウム系固体触媒との混合物(重液部)として、中和処理などの煩雑な工程を特に行なうことなく重油代替燃料などの燃料として用いることができる脂肪酸アルキルエステルの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2008−1856号公報
【特許文献2】特開2001−271090号公報
【特許文献3】特開2004−35873号公報
【特許文献4】特開2008−143983号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、固体触媒法を用いたBDFの製造においては、固体触媒原料を別途調達しかつ精製する必要がある。BDF製造におけるエステル交換反応には熱の供給が必要であり、熱源コストがかかる。エステル交換反応の際に生成されるグリセリン等の副生成物の処理も問題となる。これら複数の問題を同時に解決することができれば、BDF製造における大幅なコスト削減が可能となる。
そこで本発明は、この問題を解決することが可能な、バイオディーゼル燃料の製造方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的達成のための、本発明のうちの一つは、
バイオディーゼル燃料を製造する方法であって、
流動床燃焼複合方式の発電設備で生成する石炭灰をそのまま固体触媒として流用し、前記発電設備で使用される蒸気の廃熱によって油脂と低級アルコールとをエステル交換反応させ、
前記エステル交換反応において生成する副生成物を、前記発電設備の発電燃料として消費させることを特徴とする。
【0011】
この方法によれば、流動床燃焼複合方式の発電設備で生成する石炭灰をそのまま固体触媒として流用するので、固体触媒原料を別途調達し精製する必要がなくなる。このため、材料コストおよび精製コストを削減し、環境負荷を軽減することができる。また前記発電設備で使用される蒸気の廃熱を利用するので、エステル交換反応に必要な熱の別途供給を不要ないし軽減することができ、その結果、熱源コストを削減し、環境負荷を軽減することができる。またエステル交換反応において生成する副生成物が発電設備の発電燃料として消費されるので、副生成物の処理が不要となり、ひいては発電設備の燃料費を削減することができる。
【0012】
前記製造方法の一態様としては、前記流動床燃焼複合方式発電設備が加圧流動床燃焼複合発電方式である前記バイオディーゼル燃料の製造方法がある。
【0013】
加圧流動床燃焼複合発電方式とはPFBC(Pressurized Fluidized Bed Combustion)とも称される。PFBCは、炭酸カルシウムを投入し炉内脱硫を行う流動床ボイラーを有する。PFBCは流動床燃焼複合方式発電設備の方式の一つであり、加圧された流動床ボイラーで燃焼させて作った蒸気で蒸気タービンを駆動するとともに、燃焼ガスを直接ガスタービンに導入してガスタービンを駆動させ発電する複合発電方式のことをいう。このPFBC発電設備は、石炭と石灰石を混合燃焼するため石炭灰を生じ、流動床ボイラーから発生する蒸気からの廃熱を生じ、また、火力発電である以上発電のための燃料を必要とする。
【0014】
前記製造方法の一態様としては、前記石炭灰がBM灰である前記バイオディーゼル燃料の製造方法がある。
【0015】
BM灰とは、PFBC発電設備において生成され、ボイラー周辺から取り出される石炭灰であり、主成分の酸化カルシウム含有量が一般の石炭灰に比べて多い。ボイラーの燃焼ガスから集じん器で採取されるFA灰も同様である。酸化カルシウムは、固体触媒法における固体触媒となりうる。
【0016】
前記製造方法の一態様としては、前記低級アルコールがメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールのうちの少なくともいずれかである前記バイオディーゼル燃料の製造方法がある。
【0017】
前記製造方法の一態様としては、前記副生成物がグリセリンである前記バイオディーゼル燃料の製造方法がある。
【0018】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【0019】
本発明の製造方法によれば、従来技術であれば必要であった各種コストを削減し、さらに、環境負荷を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施における、BDF製造にかかわる反応経路および物質のサイクルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本実施形態を、BDF製造にかかわる反応経路および物質のサイクルを示す図である図1を用いて説明する。
【0022】
本実施形態は、石炭灰1がBDF製造系2と流動床燃焼複合方式発電設備3との間を循環し、流動床燃焼複合方式発電設備3からの廃熱4がBDF製造系2において使用され、BDF製造系2において生じる副生成物5が流動床燃焼複合方式発電設備3に使用されるという、BDF製造系2と流動床燃焼複合方式発電設備3との間の相互補完的な利用形態(資源のリサイクル)が特徴である。つづいて、本実施形態の詳細を説明する。
【0023】
まず、低級アルコール6と、流動床燃焼複合方式発電設備3から得られる石炭灰1とを第一反応容器7において反応させる。このように、石炭灰1を発電設備からそのまま流用することにより、流動床燃焼複合方式発電設備3以外からの固体触媒の調達や精製を不要とすることができ、その結果、材料コストや精製コストの削減、環境負荷の軽減をもたらすことができる。
【0024】
つづいて、第一反応容器7内の内容物と油脂8とを、第二反応容器9においてエステル交換反応させるが、そのエステル交換反応に必要な熱は、流動床燃焼複合方式発電設備3内の蒸気ボイラーで使用される蒸気の廃熱を使用する。このため、前記エステル交換反応に必要な熱の別途供給を不要ないし軽減することができ、その結果、熱源コストの削減、環境負荷の軽減をもたらすことができる。
【0025】
第二反応容器9におけるエステル交換反応の結果、主生成物として粗BDFが得られるので、これを精製してBDF10が得られる。また前記粗BDFが得られると共に副生成物5が生成され、石炭灰1が残留する。
【0026】
副生成物5はグリセリンや夾雑物を含み、流動床燃焼複合方式発電設備3に送られ燃料として消費される。このことで、副生成物の処理が不要となり、ひいては発電設備の燃料費を削減することができる。
【0027】
石炭灰1は低級アルコール6との反応に用いるために流動床燃焼複合方式発電設備3に送られ再利用されることは前述と同様である。
【0028】
次に、図1を参照しつつBDF製造の実験例について説明する。
この実験では、低級アルコール6にはメタノール110gを用い、固体触媒としては、PFBC発電設備3内から採取したBM灰20gを用いた。
【0029】
まず前記メタノールと、前記BM灰とを第一反応容器7において、室温で15分間攪拌し反応させ、反応終了後室温で15時間静置した。
【0030】
つづいて、油脂8として廃食油400gと、前記第一反応容器7内の内容物とを、第二反応容器9において、PFBC発電設備3内の蒸気ボイラーからの廃熱4を使用して第二反応容器9の液温を60℃に保ちつつ4時間攪拌し、混合液を反応させた。反応終了後、室温にて3日間静置させた。
【0031】
上記静置後、第二反応容器9から上澄み液8を抽出し粗BDFを得、水等により触媒成分を除去してBDF10を254g得た。
【0032】
表1は、本実験により得られたBDFの脂肪酸エステルの含有量とニート規格との比較であり、本実験により得られたBDFがニート規格値を達成したことを示す。尚、ニート規格とは、経済産業省が示す100%バイオディーゼル燃料に向けた規格である。
【0033】
表2は、本実験により得られたBDF分析値と京都市暫定規格との比較であり、本実験により得られたBDFが、密度、40℃における動粘度、流動点、目詰まり点、セタン価、硫黄分、引火点、酸価、ヨウ素価、モノグリセライド、遊離グリセリン、メタノール、ナトリウム、およびカリウムの各基準において京都市暫定規格を満たしたことを示す。ここで京都市暫定規格とは、京都市が策定している燃料品質の暫定規格(京都スタンダード)である。
【表1】

【表2】

【0034】
以上の実験により、ニート規格のうち主要素である脂肪酸メチルエステル量は、規格を満たし高品位なBDFを製造することができ、またその他数多くの物理的化学的性質においても京都市暫定規格を満たすことができることを実証できた。
【0035】
さらに他方で、流動床燃焼複合方式発電設備においても、必要な燃料を低減することができ、発電設備におけるコスト削減および環境負荷の低減を実現することができる。トータルでみると資源のリサイクルとなっており、資源をなるべく無駄なく使用することができる。
【0036】
以上、本発明の好適な実施例を説明したが、これらは本発明の説明のための例示であって、本発明の範囲を実施例にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。
【符号の説明】
【0037】
1 石炭灰
2 BDF製造系
3 流動床燃焼複合方式発電設備
4 流動床燃焼複合方式発電設備3内の蒸気ボイラーで使用した蒸気の廃熱
5 グリセリン等の副生成物
6 低級アルコール
7 第一反応容器
8 油脂
9 第二反応容器
10 BDF

【特許請求の範囲】
【請求項1】
バイオディーゼル燃料を製造する方法であって、
流動床燃焼複合方式の発電設備で生成する石炭灰をそのまま固体触媒として流用し、前記発電設備で使用される蒸気の廃熱によって油脂と低級アルコールとをエステル交換反応させ、
前記エステル交換反応において生成する副生成物を、前記発電設備の発電燃料として消費させること
を特徴とするバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項2】
前記発電設備が加圧流動床燃焼複合発電方式であること
を特徴とする請求項1に記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項3】
前記石炭灰がBM灰であること
を特徴とする請求項1に記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項4】
前記低級アルコールがメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールのうちの少なくともいずれかであること
を特徴とする請求項1に記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項5】
前記副生成物がグリセリンであること
を特徴とする請求項1に記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項6】
バイオディーゼル燃料を製造するシステムであって、
流動床燃焼複合方式発電設備で生成する石炭灰をそのまま固体触媒として流用し、前記発電設備で使用される蒸気の廃熱によって油脂と低級アルコールとをエステル交換反応させる手段と、
前記エステル交換反応において生成する副生成物を、前記発電設備の発電燃料として消費させる手段と
を備えることを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造システム。

【図1】
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【公開番号】特開2010−260960(P2010−260960A)
【公開日】平成22年11月18日(2010.11.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−112936(P2009−112936)
【出願日】平成21年5月7日(2009.5.7)
【出願人】(000211307)中国電力株式会社 (6,505)
【Fターム(参考)】