| 研究課題/領域番号 |
15K00601
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
はばき 広顕 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 助教 (00302935)
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| 研究分担者 |
江頭 竜一 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (90213529)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 高効率エステル交換反応 / 脱酸処理 / メタノール回収 / 圧搾残渣の熱処理 |
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| 研究実績の概要 |
前年度に引き続き開発途上国向けバイオディーゼル燃料製造プロセスの開発において，主反応であるエステル交換反応プロセスのみならず，プロセス内において生成する種々副生成物(原料植物種子の圧搾工程から得られる圧搾残渣，製品バイオディーゼル製造工程から得られるグリセリン)を有効活用するための工程を含めた新規プロセスの開発を行っている。
原料粗油に対する前処理の工程の一つである脱酸処理(遊離脂肪酸の除去，メタノールを用いたエステル化反応)に関して検討した。反応平衡を仮定した反応器において，多段化することで必要なメタノール量を十分に減らせることは確認した。また本反応は不均一系であるため，液液分散を考慮した反応速度モデルを構築した。実験では液液分散の型がW/O型であることを確認し，分散相平均粒子径を測定した。また本モデルを用いて多段向流接触型反応器を用いた反応プロセスの計算を行い，必要な段数，メタノール量，反応器体積などを求めた。
エステル交換反応時において副生成物として得られるグリセリンの活用に対して，製品バイオディーゼルの精製およびメタノール回収において，グリセリンを抽出溶媒として使用するプロセスを検討した。本方法により十分にメタノールを回収することが可能であった。また従来法である蒸留のみによる分離プロセスに比較して，本分離プロセスにおける必要な熱量は7割程度であった。
原料植物種子の圧搾時において副生成物として得られる圧搾残渣の活用に対して，熱分解による検討を行った。得られる気体，液体および固体生成物に対して，メタノール製造の原料調整，バイオオイルの調製，およびグリセリンの精製における分離剤としての活用を目的とし，実験による圧搾残渣の熱分解の検討の準備を整えた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前年度に引き続き，非食用植物を原料とした開発途上国向けバイオディーゼル燃料製造プロセスの開発において，圧搾残渣の熱処理，粗植物油の前処理工程，エステル交換反応工程，次いで後処理工程に関する研究を行った。
圧縮残渣の熱処理においては，前年度使用していた熱処理装置を改良し，再現性のある結果が得られるようになった。引き続き処理温度および雰囲気ガスなどによる生成物質への影響を検討する。固体生成物質に対して，これを活性炭として使用しエステル交換反応において得られる副生成物であるグリセリンの精製を検討した。不純物の除去に対して活性炭を用いた吸着平衡を測定し，吸着モデルによる相関を行った。
粗植物油の前処理工程では遊離脂肪酸の除去として脱酸処理を行うが，製品の収率向上のため酸触媒を用いたエステル化反応による処理を選定した。不均一系におけるエステル化反応の反応平衡および反応速度を測定し，平衡定数および反応速度定数を求めた。ついで向流接触による多段反応器を用いたプロセスの計算を行い，多段化した反応器を用いることにより必要なメタノール量を大きく低減させ，また必要な反応器体積を小さくすることが可能であることを示した。本結果に関して学術論文へ投稿する準備を進めている。
エステル交換反応後の処理工程では，メタノール回収に関する研究を主として進めた。エステル交換反応において得られる副生成物のグリセリンを溶媒として使用し，抽出によるメタノールの回収プロセスを提案し，従来法である蒸留法との比較を行った。この結果の一部をRegional Symposium on Chemical Engineering 2016において発表し，また学術論文へ投稿する準備を進めている。研究全体において概ね順調な進捗であると考える。
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| 今後の研究の推進方策 |
開発途上国向けバイオディーゼル製造プロセスの改善に向け，ジャトロファなどの非食用植物の種子の圧搾工程後に得られる圧搾残渣の熱処理，またこの熱処理による生成物の活用法として，気体生成物を用いたメタノール合成，液体生成物を用いたバイオオイルの調製，および固体生成物を用いたバイオディーゼル製造において得られる副生成物グリセリンの精製について引き続き検討する。
ジャトロファ種子の圧搾残渣の熱処理に対して改善した装置を用いて，得られる気体，液体および固体生成物のキャラクタリゼーションを行う。生成気体に対しては，熱処理操作条件による一酸化炭素および水素の生成量への影響を検討し，原料粗油のエステル化反応およびエステル交換反応に必要なメタノール量に対して，生成気体より合成可能なメタノール量を算出する。生成液体に関しては，含有される有機酸の処理などを行い，得られる有機物含有量を測定，およびこれら熱量の測定により，重油相当の燃料油としての可能性を探索する。生成固体に対しては，グリセリン精製における分離剤(活性炭)として使用し，分離剤としての性能の検討，および使用済み活性炭の利用の可能性を検討する。またプロセス内におけるこれら生成物の活用に関して，物質およびエネルギー収支から利用可能性に関して検討する。このように圧縮残渣の活用によるプロセス全体の効率化に関する研究を進め，本年度においてまとめる。
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