JPH0461037B2

JPH0461037B2 -

Info

Publication number: JPH0461037B2
Application number: JP56182970A
Authority: JP
Inventors: Baiyaa Erunsuto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-11-14
Filing date: 1981-11-13
Publication date: 1992-09-29
Also published as: ATE20759T1; CA1182062A; DE3174939D1; EP0052334A3; EP0052334B2; EP0052334A2; DE3042964A1; JPS57111380A; US5114541A; EP0052334B1

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は有機質原料から高温下に固体状、液体
状およびガス状燃料を得る方法に関する。現今では殆んどの固体燃料および液体燃料は、
例えば石炭や石油のように専ら化石化したエネル
ギー供給源から得られる。合成による炭化水素の
製造法、例えばPierおよびBergiusによる石炭水
素添加あるいはいわゆるFischer−Tropsch法も
またこれらの化石化した燃料、とりわけ石炭から
出発している。今日では、石炭は主として高セルロース含有量
の植物性物質から生成し、石油はバクテリア塊か
ら生成したと推定されている。バクテリアはその
60〜80％が蛋白質および脂質からなる。従つて石
油がこれらの物質から生成する場合、天然物質に
本来存在する不均質分解機能、とりわけ窒素分−
分解機能、イオウ分−分解機能ならびに酸素分−
分解機能が不活性になつているはずである。これ
は炭素−炭素結合が全く分裂せず、酸化過程また
は還元過程を必要としないような条件下に行なわ
れたものと考えられよう。このように推定されて
いる“天然の”反応過程は従来そのとおりには実
現できなかつた。とくに、有機物質とりわけ植物
または動物を起源として生成した有機物質を酸
化、還元過程を介在させることなく常圧下に固体
燃料、液体燃料またはガス燃料に変換し得る方法
はまた見出されていない。従つて本発明の課題とするところは、化石化し
たエネルギー供給源に頼らずに、有機物質を含有
する沈積物または塵芥中の微生物性、植物性、ま
たは動物性の生体物質を酸化過程および還元過程
を用いることなく常圧下に変換して、固体状、液
体状およびガス状燃料を得ることにある。驚くべきことに本発明に従つて、有機物質を含
有する沈積物または塵芥の微生物性、植物性また
は動物性の生体物質を空気を遮断した転化温度
200〜400℃の範囲に徐々に加熱し、加熱の際に気
化するガスと蒸気とを適当なガス分離装置および
液体分離装置を通して導びき、ガスおよび蒸気の
発生が実質的に終了するまで転化温度を維持して
固体転化残渣、ガスならびに液体を分離すること
により前記課題を解決する方法が見出された。本発明による転化用原料としては好ましくは炭
水化物、脂質、蛋白質、植物塊、バクテリア塊、
藻類塊；排水浄化設備の活性汚泥、沈漬汚泥；腐
敗汚泥；家庭廃棄物または工業廃棄物の有機成分
が使用される。有機質出発原料に加熱前に転化触媒を予じめ混
合しておくと都合がよい。触媒としては酸化アル
ミニウム、アルミニウム塩、リン酸、リン酸塩、
ホウ酸塩、シリカゲル、ケイ酸塩、ケイ酸アルミ
ニウムまたは還移金属酸化物ならびにこれらの混
合物を使用することができる。還移金属酸化物と
しては酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロ
ム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化
ニツケル、酸化銅または酸化亜鉛ならびにこれら
の酸化物の混合物、またはこれらの酸化物の少な
くとも１種と前記化合物の少なくとも１種との混
合物を使用することが望ましいが、酸化アルミニ
ウム、モンモリロナイト、酸化アルミニウムと酸
化銅との混合物、酸化アルミニウムと五酸化バナ
ジウムとの混合物および酸化アルミニウムと酸化
ニツケルとの混合物が特に好ましい触媒であるこ
とが分つた。転化温度は200〜400℃の範囲で好都合である
が、とくに好ましくは250〜350℃の範囲であり、
さらに好ましくは280〜330℃の範囲であり、最適
温度は約300℃である。有機物質出発原料を加熱する場合、空気遮断下
に温度を毎分５〜30℃の速度で転化温度まで上昇
させると好都合であるが、さらに好ましい温度上
昇速度は毎分10〜20℃である。触媒添加率は使用すべき有機質原料の重量当り
通常0.01〜10重量％、さらに好ましくは0.1〜６
重量％である。原料が主としてセルロースおよび炭水化物より
なる場合、すなわち例えば植物性原料である場
合、主生成物として固体状炭を得る。原料が主と
して蛋白質および脂質よりなる場合、すなわち例
えば微生物をベースとする生物体塊よりなる場
合、転化生成物は主として油および炭化水素であ
る。本発明の方法によれば使用原料に本来含有さ
れている炭素は、総計70〜90％が固体状炭素およ
び油に転化する。残余の炭素はガス状として
CO₂，CO，CH₄および低級炭化水素混合物とな
る。得られた油の燃焼熱は原料の種類、反応条件
および触媒の種類によつて異なるが、7000〜
10000Kcalの範囲である。生成した固体状炭の燃
焼熱は固体状炭中の無機性残渣の量に依存関係を
示し、3000〜8000Kcalの範囲である。得られた
油は無機性残渣を含有せず、イオウ含有量も比較
的少ない（Ｓ：0.05〜1.0％）。最高品質の石油の
場合でもイオウ含有量は0.3〜６％であり、これ
と対比すれば本発明の油のイオウ含有量は非常に
少ないということが言える。本発明の方法は生物学的排水浄化設備で生成す
る沈積汚泥および腐敗汚泥の処理および変換に特
に適している。これらの汚泥は通常フイルタープ
レスまはた遠心分離機によつて機械的に水分含有
量約40〜60％まで脱水される。水分含有量はさら
に風乾または加熱乾燥のいずれかの方法によつて
ほぼ完全に乾燥されるので、粉末状または粒状の
乾燥固体廃棄物が得られる。この材料が本発明の
方法に使用される。空気を遮断して徐々に加熱温
度を上昇させると最初に残余水分が蒸発するの
で、これを凝縮させて捕集する。約180〜200℃に
達すると不均質分解反応の抑制が始まり、250℃
からは強い抑制が起こり、320℃を超えると再び
抑制は弱まる。この間二酸化炭素、一酸化炭素、
アンモニア、塩化水素、硫化水素およびメタンか
らヘキサンまでの低級炭化水素が発生する。アン
モニア、塩化水素、硫化水素および二酸化炭素の
一部は水と共にほぼアンモニウム塩の形となつて
凝縮するのでガム相から除去される。従つて発生
したガスは塩基性物質を含まず、主成分として
CO₂，CO，CH₄および低級炭化水素を含んでい
る。１Kgの沈積汚泥から発熱量18600K^J／m³のガ
ス約５が得られる。本発明による低温転化の場合、熱分解とは対照
的に、Ｃ−Ｃ結合は実質的に分裂しないので、ガ
ス生成率が少ないのは当然のことである。転化反
応の間このガスは空気の侵入を防止するこめの保
護ガスの役を果たす。転化の際に生成する高級炭化水素および油はガ
ス状すなわち蒸気として反応器から気化する。こ
れらは一緒に凝縮させて後に精製する。このよう
にして得られた転化油は石油に対して、利用面の
少ないアスフアルトおよびタールを全く含有して
いないという利点を有する。本発明の転化油は定
量的に気化させることができるので、ガソリン製
造のためのクラツキング−プロセスのような再処
理には特に有利である。本発明によつて得られた
転化油を分析した結果はさらに、側鎖を有しない
炭化水素および脂肪酸の比率が50％にも達するこ
とを示した。工業用原料として有用な脂肪酸留分
は油から簡単に分離することができるが、現時点
ではその価格は石油から得られた脂肪酸よりは実
質的に高い。同様なことが側鎖を有しない炭化水
素についてもあてはまる。しかし所望の場合には
脂肪酸を公知の方法により炭化水素に変換するこ
とも可能である。沈積汚泥の転化の際に、その中に含有されてい
る炭素化合物は大部分油に変化するので、転化過
程の最終段階で生成する残渣の炭素含有量は比較
的少ない。しかしなお、重金属、とくに水銀およ
びカドミウムが含まれている場合には必要な通常
の安全処置を遵守すれば、この油は直接燃焼させ
ることができる。固体状炭残渣中のイオウ含有量および窒素含有
量は比較的少ないので、水素添加または水性ガス
の製造に使用することができる。本発明の方法によれば、乾燥原料、例えば乾燥
沈積汚泥を粒状または粉末として、例えばスクリ
ユーコンベアによつて加熱反応器に連続的に供給
することにより、連続操作を行うことができると
いう利点を有する。転化プロセスは通常２〜３時間で終了する。沈積汚泥を転化操作に付す場合、沈積汚泥中の
無機成分にはケイ酸塩、アルミニウム化合物およ
び還移金属が充分な量含まれていることが多いの
で、触媒を添加すると過剰になることもある。従
つてそのためにこの原料の大規模転化操作は実質
的にはより容易になる。以下本発明を以下の実験および実施例に従つて
さらに詳細に説明する。１油の収率と加熱速度との関係油の収率の加熱速度依存性を示すために、長さ
70cm、内径6.5cmのガラス管中で、これを電気的
に加熱して、以下の実験を行つた。ガラス管に
は、油および水を凝縮させるための冷却装置を装
備した。水留分および油留分の凝縮および分離ののち、
油、水およびガラス器内残留物の収量を求めた。実験には下水処理時の沈でん汚泥を用いた。汚
泥３Kgを110℃で乾燥し、５〜50メツシユの粒度
とし、10等分して、300ｇずつをガラス器の加熱
帯域に装入した。汚泥の元素組成は、42.6％Ｃ、
6.9％Ｈ、7.0％Ｎおよび1.1％Ｓであつた。試料
を、空気を遮断しながら、種々の加熱速度を適用
して、最終温度320℃または390℃に加熱した。最終温度到達後、この温度でさらに60分間加熱
した。加熱速度を、得られた転化生成物収量と共
に、第１表および第２表に示す。

【表】

【表】両表から、本発明の方法、すなわち５〜30℃／
分の加熱速度の適用が、驚くべきことに、油収率
の著しい上昇をもたらすことが明らかである。油
収率は、それがプロセスのエネルギー収支にとつ
て決定的な因子となるので、とりわけプロセスの
経済性評価のために重要なものである。本発明の方法を用いると、石油に匹敵する油が
得られる。第２表の実験６によつて得られた油の
ガスクロマトグラムを北海原油のガスクロマトグ
ラムと比較すると、本発明に従つて得られた油は
実質的に脂肪族炭化水素を含有し、天然石油と大
きい類似性をもつことが明らかになつた。本発明に従つて得られた油のガスクロマトグラ
ムは、さらに、本発明の方法では、驚くべきこと
に、タールが生成しないことを示している。これ
は、低温乾留タールのクロマトグラムとの比較に
より明瞭となる。いわゆる低温乾留タール（石炭の700℃までの
乾留により得られる）は、とりわけ多数の芳香族
化合物およびフエノール類をも含有する複雑な混
合物である。本発明に従つて得られた油のクロマトグラムか
らは、それが芳香族化合物およびフエノール類を
含有しないことが、直ちにみてとれる。本発明の方法で生じる残留炭もタール成分を含
有しない。第２表の実験６によつて得られた残留
物の熱分析がこのことを示している。極めて僅かの、すなわち40.0℃までで約1.8％、
450℃までで約３％の、減量しか起こつていない。これらの結果をみれば、本発明の方法にあつて
はタール生成が起こらないことを確認できる。２家庭から出るごみの転化第２表実験６の汚泥について記載したと同様の
条件下で、105℃で乾燥した家庭塵芥を処理する。
家庭塵芥は、合成樹脂（PVCその他）、植物性の
残査、ならびに無機成分を含有している。元素組成は、31.5％Ｃ、4.2％Ｈ、0.82％Ｎ、
1.05％Cl、34.1％強熱残分であつた。 16.1％の油、24.3％の水および43.3％の残留炭
が得られた。この油のガスクロマトグラムは、脂
肪族炭化水素同族体の特徴的なピークを示した。
ここでもタール生成は観察されていない。３合成樹脂の転化第２表実験６の汚泥について記載したのと同様
の条件下で、合成樹脂混合物（PVC、ペルロン
（ナイロン６）、PMMA等、初期分析データC69.0
％、H11.8％、Cl9.9％）を５％酸化銅の存在下に
処理した。収率22％で得られた油は、タールを含まず、次
の分析値を示す： C80.1％、H12.2％、O6.7％、Cl0.01％。ヘテロ官能（周期律表第４〜７主族の非金属）
が大幅に排除された。実施例１アルブミン100ｇと無水モンモリロナイト５ｇ
を空気を遮断して230℃に３時間加熱した。油30
ｇおよび固体状炭含有生成物42ｇを得た。油：Ｃ 70.5％；Ｈ 12.1％；燃焼熱
7500Kcal／Kg 固体状炭残渣：Ｃ 79％；燃焼熱8200Kcal／Kg 実施例２乾燥沈積汚泥（Ｃ 44％；Ｈ 6.66％；Ｎ
8.39％；残渣 20％）100ｇを空気を遮断して320
℃に2.5時間加熱した。油35ｇおよび固体状炭含
有生成物41ｇを得た。油：Ｃ 66.1％；Ｈ 8.4％；Ｎ 7.5％；Ｓ
0.32％；燃焼熱 7100Kcal／Kg 固体状炭残渣：Ｃ 35.39％；Ｈ 1.7％；Ｎ
5.76％；残渣 49.85％；燃焼熱 3100Kcal／Kg 実施例３乾燥沈積汚泥100ｇをAl₂O₃ ５ｇおよびCuO
0.1ｇと混合し、空気を遮断して300℃に３時間加
熱した。油42ｇおよび固体状炭含有生成物39ｇを
得た。油：Ｃ 75.9％；Ｈ 10.2％；Ｎ 2.08％；Ｓ
0.05％；燃焼熱 8900Kcal／Kg 固体状炭含有残渣：Ｃ 40.1％；Ｈ 1.8％；Ｎ
4.8％；Ｓ 1.26％；残渣 42.5％；燃焼熱
3600Kcal／Kg 実施例４乾燥バクテリア塊（Streptomyces種）100ｇを
無水モンモリロナイト５ｇと空気を遮断して350
℃に２時間加熱した。油47ｇおよび固体状炭含有
生成物34ｇを得た。油：Ｃ 62％；Ｈ 12.5％；Ｎ 3.2％；Ｓ 0.3
％；燃焼熱 7800Kcal／Kg 固体状炭含有残渣：Ｃ 52％；Ｈ 1.5％；Ｎ
3.2％；Ｓ 0.5％；残渣 30.7％；燃焼熱
5100Kcal／Kg 実施例５乾燥沈積汚泥100ｇをAl₂O₃ １ｇおよびV₂O₅
0.01ｇと混合し、空気を遮断して400℃に３時
間加熱した。油33ｇおよび残渣59ｇを得た。油：Ｃ 75.2％；Ｈ 11.2％；Ｎ 5.06％；Ｓ
0.15％固体状炭含有残渣：Ｃ 37.2％；Ｈ 1.6％；残
渣 47.2％ V₂O₅の代わりにNiO 0.1ｇを添加してもよい。実施例６沈積汚泥100ｇをAl₂O₃ １ｇと混合し、空気
を遮断して280℃に２時間加熱した。油29ｇおよ
び固体状炭含有生成物51ｇを得た。油：Ｃ 70.2％；Ｈ 10.1％；Ｎ 6.1％；Ｓ
0.4％；燃焼熱 6950Kcal／Kg 固体状炭含有残渣：Ｃ 38.9％；Ｈ 3.3％；Ｎ
6.4％；Ｓ 1.4％；残渣 42.1％実施例７セルロース100ｇとZnO ５ｇを空気を遮断して
250℃に３時間加熱した。油５ｇおよび固体状炭
含有残渣50ｇを得た。固体状炭含有残渣；Ｃ 80.5％；Ｈ 2.4％；
燃焼熱 7100Kcal／Kg 実施例８ 100ｇのでん粉をAl₂O₃ ５ｇと空気を遮断し
て210℃に３時間加熱した。固体状炭含有残渣の
収量は52ｇ、油の収量は４ｇであつた。固体状炭含有残渣：Ｃ 78.8％；Ｈ 3.2％；燃
焼熱 7000Kcal／Kg 実施例９微粉状乾燥家庭廃棄塵芥100ｇをAl₂O₃ １ｇ
およびCuO 0.1ｇと混合し、空気を遮断して360
℃に４時間加熱した。油20ｇおよび固体状炭含有
残渣51ｇを得た。油：Ｃ 71.2％；Ｈ 11.3％；Ｎ 1.0％；Ｓ
0.3％固体状炭含有残渣：Ｃ 43.4％；Ｈ 3.75％；Ｎ
1.5％；残渣 37.0％以上の実施例において、CuOに代えてCr₂O₃，
MnO₂またはFe₂O₃、Al₂O₃に代えてケイ酸アル
ミニウムまたはホウ酸マグネシウムを使用し、同
様な結果が得られた。実施例10ないし14 実施例１〜９に準じ、種々の有機質原料および
触媒を使用して油および炭状残渣を得た。これを
表３に示す。

【表】

Claims

【特許請求の範囲】１炭水化物、脂質、蛋白質、植物塊、バクテリ
ア塊、藻類塊、排水浄化設備の活性汚泥もしくは
沈漬汚泥もしくは腐敗汚泥、または家庭廃棄物も
しくは産業廃棄物の有機成分から選ばれた粉末状
または粒状の有機質原料を使用し、空気を遮断し
て徐々に転化温度へ原料を加熱し、発生するガス
と蒸気とを適当なガス分離装置および液体分離装
置を通して導き、ガスおよび蒸気の発生が実質上
終了するまで転化温度を維持して固体転化残渣、
ガスおよび液体を分離することよりなる固体状、
液体状およびガス状燃料を得る方法において、前
記有機質原料を、酸化アルミニウム、アルミニウ
ム塩、リン酸、リン酸塩、ホウ酸塩、シリカゲ
ル、ケイ酸塩、Ti，Ｖ，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，
CuまたはZnの金属酸化物、またはそれらの混合
物から選ばれた転化触媒の存在下、毎分５〜30℃
の昇温速度で200〜400℃の転化温度へ加熱するこ
とを特徴とする前記方法。２有機質原料へ加熱前に予じめ転化触媒を添加
することを特徴とする第１項の方法。３転化触媒として、Al₂O₃、ケイ酸アルミニウ
ム例えばモンモリロナイト、Al₂O₃＋CuO，Al₂
O₃＋V₂O₅またはAl₂O₃＋NiOを使用することを
特徴とする第１項または第２項の方法。４転化温度を250〜350℃とすることを特徴とす
る第１項ないし第３項のいずれかの方法。５転化温度を280〜330℃とすることを特徴とす
る第１項ないし第３項のいずれかの方法。６転化温度を約300℃とすることを特徴とする
第１項ないし第３項のいずれかの方法。７昇温速度を毎分10〜20℃とすることを特徴と
する第１項ないし第６項のいずれかの方法。