成果報告書詳細
管理番号20130000000190
タイトル*24年度中間年報「バイオマスエネルギー技術研究開発/戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業(次世代技術開発)/セルロース含有バイオマスの革新的直接液化技術の研究開発」
公開日2013/6/25
報告書年度2013 - 2013
委託先名JFEテクノリサーチ株式会社 日本大学理工学部理工学研究所
プロジェクト番号P10010
部署名新エネルギー部
和文要約木質系バイオマスはカーボンニュートラルでかつ再生可能なため、地球温暖化対策上、重要なエネルギー源として位置づけられているが、バイオマス社会の実現に向け、中長期的視野に立ってエネルギー転換効率のさらなる向上を目指した、バイオ燃料の普及を促進する波及効果の大きい次世代バイオ燃料製造技術の開発が必要である。 このような観点から、本事業では先に開発したバイオマス直接液化システムにおいて、燃料特性に優れた液化油の生産を目指すために、木質バイオマスとプラスチックの共液化技術を開発することとし、1)木質バイオマスと廃プラスチックの共液化機構の解明と検証、2)直接液化生成物の利用技術、3)バイオマス液化関連技術と液化生成物の用途に関する調査、4)直接液化プロセスの構築、経済性評価を行う。
本開発目標を達成のため、日本大学理工学部とJFEテクノリサーチ株式会社が研究開発を分担し、開発を進めている。本技術開発では、直接液化機構検討、液化生成物利用検討および全体システム検討グループや研究推進委員会などの活動を通してプロジェクトの円滑な運営に努め、研究テーマ毎の研究成果の創出と総合化を図り、平成24年度は以下に示す様な研究成果を上げることが出来た。
1)共液化反応機構の検証と適正な液化反応条件の決定
木質バイオマスとプラスチックの共液化反応メカニズムを検討し、直接液化が可能なことを確認し、その液化生成物を製品や循環自製溶媒とするプロセスが構築できる見通しを得た。
2)液化生成物の利用技術
鉱油を溶媒として木質バイオマスと廃プラスチックの共液直接液化によって得られた液化油の燃料性状を燃料物性分析及び燃焼実験から評価した。木酢タールを溶剤とした場合は、プラスチック非供液液化油と比較して軽油と混合する割合が増加するものの、軽油と混合しない部分が存在する。鉱油を溶剤とすると、軽油に混合せず沈殿する部分が若干あるものの、軽油と
どのような混合割合においても安定的に完全に混合することができる。木酢タールを溶剤とした場合、プラスチック共液化によって動粘度、引火点が低下しディーゼル機関に適した燃料となったものの、液化油の密度は軽油よりも大きく動粘度は軽油と重油の間にある。鉱油を溶剤とした場合、引火点は木酢タールを溶剤とした場合と同程度であるものの、密度及び動粘度が更に低下した。酸化も木酢タールを溶媒とした場合と比較して低下したが、液化油は酸性である。液滴燃焼試験において、木酢タールを溶媒とし木質80%、プラスチック20%とした場合の液化油は、液滴燃焼後半において突沸によって燃料液滴が破裂する現象が観察されたが、鉱油を溶剤とした液化油は不安定な液滴燃焼を示すものの、破裂等することがなく完全に燃焼することができる。
3)全体システム構築検討
木質バイオマスとプラスチックの共液化全体システム構築のため、その主要設備である二軸押出機による共液化反応について、鉱油を溶媒とする試験や長時間運転性能などを検討した。二軸押出機としては、最も混練能力に優れる、同方向回転スクリューかみ合い型を検討した。
平成23年度に検討した木酢タール溶媒に比べ、鉱油を溶媒とした場合には、小型押出機では閉塞等の操業上のトラブルは認められず、415-430度で87%程度の処理物収率、うち3-8%程度の軽油留分収率が得られた。さらに、同条件で中型押出機を使用した長時間運転性能試験として、最高温度400℃で6時間の連続操業を実施した。処理量は、小型押出機の4倍(1kg/H)としたが、安定操業か可能であり、処理物の回収率は平均88%であった。液体を蒸留・固形分をろ別した溶媒を小型押出機で再使用し、木材とプラの共液化を実施したところ、処理物収率86%で、溶媒の繰り返し使用に特に問題がないことを確認した。
英文要約"Development of Innovative Conversion Technology of Cellulosic Biomass to Liquid Fuel”

In the present project, an innovative conversion technology of cellulosic biomass and waste plastics to liquid fuel at low pressure and low temperature has been developed.
This project aims at the production of the liquefied fuel of substituting light by mixing cellulosic biomass and waste plastics in the present of solvent derived from the ligneous biomass in the plant.
To achieve the project, liquefying plants of small and simple process would be installed in an area where wood biomass and plastics are discharged as building scrap or wastes.
In this research, following results were obtained in 2012 by clarifying the direct co-liquefaction mechanism of cellulosic biomass and plastics, effective utilization of by-product, and a conceptual design of the direct liquefaction process.
The co-liquefaction examinations of a cedar of wood biomass and polypropylene (PP) of representative plastic were carried out using the small size autoclave. As a result, under the reaction conditions of 400℃ and 60 minutes, it became clear that the liquefied oil yield was higher when using the mineral oil of the low polarity compared with using tar of high polarity derived from wood as the solvent. Therefore, the mineral oil was estimated as a suitable initial solvent for the circulation process. In addition, from the analysis of the naphtha fraction and the light oil fraction, aliphatic hydrocarbon compounds which were not formed by the independent liquefaction of a cedar or the PP were confirmed. In the solvent fraction, oxygen compounds having long chain alkyl groups were confirmed. It was thought that the cedar decomposed components combined with the PP decomposed components. Furthermore, it was cleared that the mixed property of light oil with the light oil fraction from the examination mentioned above were remarkable improved than that from cedar liquefaction. As a result of the evaluation of the long-term stability of the light oil fraction from the examination mentioned above, it was confirmed that there was not a big change in the components and the properties by the 28-day leaving.
The adaptability of the liquefied oil as an alternative fuel for diesel engines was clarified by the analysis of the liquefied oil prepared by the co-liquefaction of cellulosic biomass (Japan cedar) and polypropylene in mineral oil with 1.6L autoclave at 400°C for 90 min. . The results showed that the oil prepared by the co-liquefaction with plastics had better properties for diesel engines than that with the liquefaction of cellulosic biomass. The diesel engine performance tests of the diesel oil containing 5% of the oil showed the same results ( fuel consumption rate, concentrations of NOx, CO, soot in the exhaust gas.,etc.,) with diesel oil.
Co-liquefaction of cellulosic biomass and plastics was also conducted by a middle scale extruder with two axes (1.0 kg/h) using mineral oil as a solvent. It was found that the stable operation during 6 hours was achieved with a high liquefied oil yield, and the energy recovery ratio of biomass calculated from the data obtained in the test was estimated to be 0.75.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る