熱分解装置 Biogreen デモプラント:プラスチック発電 / 熱分解ガス化

■ 熱分解装置 Biogreen デモプラント:プラスチック発電 / 熱分解ガス化

 

処理物:プラスチック
処理量:80kg/時間
熱分解目的:熱分解ガス化
生成物利用目的:発電
設置国:フランス

 

プラスチック発電 熱分解デモプラント熱分解ガス化 発電 熱分解装置Biogreen 2025.1.23

 

 

 

■ プラスチックの熱分解について

 

プラスチックの熱分解とは、プラスチックを高温の環境下で酸素を遮断し、熱によってより小さな分子に分解するプロセスです。このプロセスによって、プラスチックはガス、液体(油)、固体(炭)といった様々な物質を生成します。
このプロセスはリサイクルやエネルギー回収において注目されています。具体的には、プラスチックを加熱して分子を分解し、低分子量化合物に変換します。この方法は、廃プラスチックの処理や資源の再利用において重要な役割を果たします。

熱分解のメリット
廃プラスチックの有効活用: 埋立処分や焼却に比べて、廃プラスチックを資源として再利用できる可能性があります。
エネルギー回収: 熱分解で得られるガスや油は、燃料として利用できます。
化学製品の原料: 熱分解油は、新たなプラスチック原料や化学製品の原料として利用できます。

熱分解のデメリット
高温高圧の環境が必要: 熱分解には、特殊な設備と高いエネルギーが必要となります。
副産物の処理: 熱分解で発生するガスや固形物の中には、有害な物質が含まれる場合があり、適切な処理が必要です。
技術的な課題: 熱分解の効率化や、より高品質な製品を得るための技術開発が求められています。

熱分解の応用
廃プラスチックのリサイクル: 混合プラスチックや汚染されたプラスチックなど、従来のリサイクルが難しいプラスチックの処理に有効です。
バイオマスからの燃料生産: 木材や廃棄物などのバイオマスを熱分解することで、バイオ燃料を生産できます。
化学産業: 熱分解油を原料とした新しい化学製品の開発が進んでいます。

熱分解に関する最近の動向
近年、環境問題への関心の高まりとともに、プラスチックの熱分解技術に対する注目が集まっています。特に、以下の点が注目されています。
触媒の利用: 触媒を用いることで、より低温で効率的な熱分解が可能になります。
プラズマを用いた熱分解: プラズマを用いることで、より短時間で完全分解できる可能性があります。
人工知能の活用: 熱分解プロセスを最適化するために、人工知能が活用されています。

 

 

■ 熱分解ガスとは

 

熱分解ガスは、有機物質が無酸素または低酸素雰囲気下で熱分解される際に生成される気体状の生成物を指します。このガスの組成や性質は、原料となる物質の種類や熱分解条件によって大きく変動します。
熱分解ガスの主要成分は、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン、エチレン、プロピレンなどの低分子炭化水素です。これらに加えて、原料に含まれる元素や熱分解条件に応じて、窒素化合物、硫黄化合物、ハロゲン化合物なども含まれることがあります。特に、二酸化炭素と一酸化炭素は熱分解ガス中で大きな割合を占めており、これらは原料中の酸素原子との結合に由来します。
熱分解ガスの発生過程は温度域によって特徴的な挙動を示します。低温域(200-300℃)では主に水蒸気や二酸化炭素が発生し、中温域(300-500℃)になると炭化水素類の生成が活発化します。高温域(500℃以上)では、より低分子の気体への分解が進み、水素やメタンの割合が増加する傾向にあります。この温度依存性は、原料中の化学結合の切断エネルギーの違いに起因します。
熱分解ガスの発熱量は、可燃性成分である一酸化炭素、水素、メタン、その他の炭化水素の含有量に依存します。一般的な熱分解ガスの低位発熱量は10-20 MJ/Nm³程度ですが、これは原料や運転条件によって大きく変動します。このエネルギー含有量により、熱分解ガスは燃料としての利用価値を持っています。
工業的な応用において、熱分解ガスは直接燃焼による熱エネルギー回収や、化学原料としての利用が可能です。特に、一酸化炭素と水素を主成分とするガスは、合成ガスとして化学工業における重要な原料となります。また、メタンリッチな熱分解ガスは、天然ガスの代替燃料としても使用されます。
ただし、熱分解ガスの利用には適切な処理が必要です。ガス中にはタール成分や粒子状物質が含まれることが多く、これらは配管の閉塞や装置の腐食の原因となります。さらに、硫黄化合物や窒素化合物は環境負荷や装置の劣化を引き起こす可能性があるため、用途に応じた精製処理が求められます。
熱分解ガスの組成や性質のモニタリングは、プロセス制御において重要な役割を果たします。ガスクロマトグラフィーや質量分析計による組成分析、温度・圧力・流量の測定などを通じて、安定した運転と品質管理が実現されています。
このように熱分解ガスは、その生成メカニズムの理解と適切な制御により、エネルギー源や化学原料として有効活用することが可能な重要な資源となっています。その特性を十分に理解し、適切な処理を行うことで、環境負荷を最小限に抑えながら、効率的な利用が可能となります。

 

熱分解、ガス化、焼却 違い 熱分解装置 Biogreen 2025.1.5

 

熱分解ガス化とガス化の違い / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解ガス化炉

熱分解ガスと乾留ガス及び合成ガスの違い / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解ガス化炉

 

 

■ プラスチック熱分解で脱炭素化へ・仏 ETIA社の研究成果を発表 

 

プラスチック 熱分解 オレフィン開発 熱分解装置 Biogreen 2025.1.23

 

ETIA(フランス)の総代理店である研機(福岡市、森山秀行社長 ☎092・411・1203)は、ETIA社のプラスチック熱分解に関する研究成果について明らかにした。処理温度700℃以上の無酸素状態で熱分解する技術開発に成功しており、熱源が電気でCO2削減に寄与できる。テスト実施や実機の提案も可能とし、脱炭素化に貢献するプラスチックリサイクルにつなげていく。
ETIA社は、熱分解処理に関する設備開発・エンジニアリングなどを手掛ける会社。化石燃料や火気を使用せず、廃棄物やバイオマスのガス化・炭化・油化ができる熱分解装置「Biogreen」を開発。欧州7ケ国から13社が参画している研究プロジェクト「Plastics2Olefins (P2O)」において、同装置を通じたプラスチック熱分解の研究開発を進めている。
同研究開発で、処理温度700℃以上によるプラスチックの熱分解処理が可能になった。投入可能なプラスチックの割合はPVC1%、PET25%以下としている。投入物の大きさは、フィルムの場合破砕後50ミリメートルまで、フィルム以外は10ミリメートル以下、またはペレット状などに対応できる。
現状では、ガス化が主目的となり、生成されたガスを燃料使用されることが推奨されるという。700℃以下での熱分解処理に関しても、研究開発を進めている。
同研究開発では、最終的にプラスチックの原料になる不飽和炭化水素化合物の一種「オレフィン」に変換することを目指しているという。研究期間は2022年から2027年までで、今年で3年目を迎えた。
研機は1973年に設立し、産業機械の開発・製造等を手掛けてきた。高含水率の汚泥や原料スラリー、有機廃棄物等の乾燥機 「KENKI DRYER」(自社開発)など、業界のニーズに対応する製品を展開している。森山社長は、「ETIA社と連携を一層強化にし、国内での提案をしっかりと進めていきたい」と話している。

下記はETIA社の研究開発機Biogreenの設置の様子です。

廃プラスチック 熱分解装置 ベンチユニット Biogreen 2023.12.8 炭化、油化、ガス化

 

本Biogreen、プラスチック熱分解の研究成果を週刊循環経済新聞 2024年4月22日号に掲載頂きました。

プラスチック熱分解 週刊循環経済新聞 4月22日号

本記事の掲載は週刊循環経済新聞発行の株式会社日報ビジネス様に許可を頂いています。

 

プラ熱分解で脱炭素化へ・仏 ETIA社の研究成果を発表 / 週刊循環経済 2024年4月22日号

 

 

■ プラスチック熱分解オレフィンとは

 

プラスチック熱分解オレフィンとは、廃プラスチックを高温で熱分解する際に生成されるオレフィン類(炭素間に二重結合を持つ不飽和炭化水素)のことを指します。このプロセスでは、特にポリエチレンやポリプロピレンといったポリオレフィン系プラスチックが熱分解の対象として適しており、高温環境下で分解されることで、エチレンやプロピレン、ブテンなどの低分子量オレフィンが生成されます。これらのオレフィンは化学工業で重要な原料として再利用することが可能であり、廃プラスチックのリサイクルにおいて重要な役割を果たします。
熱分解によるオレフィンの生成は、プラスチック分子の炭素-炭素結合が高温で切断される過程で進行します。この過程では二重結合を持つ化学種が形成され、それがオレフィンとなります。例えば、ポリエチレンを熱分解すると主にエチレンやプロピレンが生成し、これらは新たなプラスチックや化学製品の原料として再利用されます。こうしたプロセスは化学リサイクルの一環として注目されており、単に廃棄物を処理するだけでなく、資源を循環させるという点で非常に意義深いものです。
また、プラスチック熱分解オレフィンの生成には、燃料としての利用という側面もあります。一部のオレフィン類は燃料成分として使用されることで、エネルギー資源として活用されることも可能です。ただし、効率的かつ高純度でオレフィンを得るためには、反応温度や触媒の選定、廃プラスチックの前処理などが重要な要素となります。
プラスチック熱分解オレフィンは廃プラスチック問題の解決策の一つとしてだけでなく、持続可能な資源利用や環境負荷低減を実現するための重要な技術と位置付けられています。

熱分解は、化学的な触媒や酸素を使用せずにプラスチックを分解するプロセスであり、高温環境下でプラスチック分子が分解され、より小さな分子や化合物に変化します。この過程で発生する主な生成物の一つがオレフィン類です。

特徴と生成メカニズム
プラスチック熱分解において、ポリオレフィン系プラスチック(例:ポリエチレンやポリプロピレン)は特にオレフィンの生成に適しています。これらのプラスチックは高温下で熱分解され、炭化水素鎖が切断されることでエチレンやプロピレンなどの低分子量オレフィンが生成します。この現象は、熱分解による一次反応として炭素-炭素結合の分解が進行し、二重結合を持つ分子(オレフィン)が形成されるためです。

主な生成物
熱分解によって生成されるオレフィンには、以下のようなものがあります。
エチレン(C2H4)
プロピレン(C3H6)
ブテン(C4H8)
これらのオレフィンは、再び化学工業で利用できる貴重な原料となります。

用途と意義
プラスチック熱分解オレフィンは、廃プラスチックのリサイクルや再資源化において重要な役割を果たします。以下のような用途や意義があります。
化学リサイクル: 熱分解で得られるオレフィンは、新たなプラスチックや化学製品の原料として再利用可能です。
燃料化: 一部のオレフィンは燃料成分として利用されることもあります。
環境負荷の軽減: 廃プラスチックを埋め立てや焼却する代わりに熱分解してオレフィンを回収することで、資源の有効活用と温室効果ガスの削減が可能になります。

実用化の課題
ただし、プラスチック熱分解プロセスでは副生成物として他の化合物(例:芳香族炭化水素、ワックス、チャー)が生成するため、目的のオレフィンを高収率で得るためには、反応条件(温度、触媒、加熱速度)や装置設計の最適化が必要です。また、収集された廃プラスチックの混合物や汚染物質が生成物の純度や効率に影響を与えることも課題です。

プラスチック熱分解オレフィンの生成は、持続可能な社会を目指す上で重要な技術の一つとされており、特に石油由来資源への依存を減らす手段として注目されています。


The Plastics2Olefins Pilot Plant at Repsol Technology Lab in Madrid
ETIA社含め欧州7ケ国から13社が参画している研究プロジェクト「Plastics2Olefins (P2O)」

 

 

 

オレフィン( アルケン )と プラスチック熱分解オレフィンの違い / 熱分解装置 Biogreen / 熱分解ガス化炉

 

 


 

Biogreen の熱分解処理は、化石燃料や火気を一切使用しない低圧電流のジュール熱で行われる電気での加熱です。このため、処理時に地球温暖化ガスCO2が発生しません。また、熱分解処理にとって非常に重要な温度と機内滞留時間の管理調整は、モニターで管理し、タッチパネル操作で簡単に実行できます。安全衛生面でも非常に優れています。
装置の設置面積は小さくコンパクトで、コンテナー内設置も可能です。連続式での運転のため、24時間連続運転が可能で、運転状況はモニターで監視し、運転管理操作はタッチパネルで簡単にできます。人手を必要としない自動化されたシステムです。

Biogreenは、国際特許技術を取得した他に類を見ない電気熱源の連続式熱分解装置で、構造が単純で部品数が少ないため、故障しにくくメンテナンスが容易で、長時間の使用にも耐えられます。化石燃料を使用するバーナーの直火加熱や熱風加熱による熱分解、ガス化、炭化装置と比較すると、Biogreenの熱分解装置は地球温暖化ガスを排出しない「脱炭素」であり、安全性、設置面積、操作性、メンテナンス性などで明らかな優位性を持っています。

熱分解は、無酸素状態で処理物を加熱することにより、ガスと炭を生成します。ガスを冷却することにより油が生成されます。ガス、炭、及び油は全て利活用ができ、それらを利活用することにより廃棄物が一切なくなるゼロエミッションが可能です。

 

熱分解とは 熱分解装置 Biogreen 炭化 油化 ガス化 2024.10.27

 

熱分解処理は加熱温度によりその処理物から生成される割合が異なります。温度が高いほどガスが多く生成され、温度が低いほど炭が多く生成されます。高温での熱分解では、炭の生成割合が少なくなりますが、質の良い安定した炭が製造できます。オイルについては、ガスを冷却・凝縮することにより生成されますが、下記のグラフでは、加熱温度が約500℃の場合が最も多く製造できます。
Biogreenは、熱源が電気のため、熱分解処理にとって重要な加熱温度、滞留時間の調整がタッチパネル式で簡単にできるうえ、処理時にCO2の発生はありません。バーナー式等化石燃料の火気を使用した熱分解装置は温度調整が難しく熱分解時にCO2を大量に発生します。
熱分解によるバイオコークスの製造は、バイオ炭の製造時より高温で加熱し、品質の良い炭化物を生成しますが、Biogreenでは加熱温度の調整が容易にできます。

 

熱分解 加熱温度での生成割合 熱分解装置 Biogreen 炭化 油化 ガス化 2024.10.27

 

 

熱分解ガス化

 

■ 熱分解装置で Biogreen が選ばれる理由

 

熱分解装置として Biogreen が選ばれる理由は、以下の幾つかの重要な点に基づいています。
Biogreen は、国際特許技術を持ち、独自の熱分解装置です。この装置は、化石燃料や火気を一切使用しない電気加熱式であるため、処理時にCO2 を排出せず、環境負荷の軽減を重視する現代のニーズに合致しています。無酸素状態で行われる熱分解処理は、投入された原料からガス、オイル、炭を生成します。これらの生成物は、発電、燃料、土壌改良剤、原料、飼料、燻製用のオイルなどとして幅広い用途で利用できます。
Biogreen の構造は単純で、部品点数が少なく、壊れにくいため、メンテナンスが楽で長持ちします。熱分解処理において非常に重要な温度と機内滞留時間の管理調整は、モニターで監視し、タッチパネル操作で簡単に調整できます。この操作の簡易性と安全衛生面での優位性も大きなメリットです。
装置内の無軸のスクリューをジュール熱で直接加熱し、そのスクリューの羽根で処理物を加熱するため非常に熱効率が良い構造で、小規模でコンパクトな設計であり、コンテナー内設置も可能で、移動も容易です。これにより、処理物発生現場で直接設置ができる小規模な熱分解システムとして機能します。従来の焼却炉やメタン発酵設備と比較して、設置面積が小さく、運転コストも低く、生成物は全て利活用ができ廃棄物が発生しない点も大きな利点です。
24時間無人運転が可能な連続式熱分解装置であるため、効率的な運用が実現します。加熱温度の調整も電気加熱式であるため簡単に行え、安全衛生面でも優れています。
このように、Biogreen は環境に優しい、安全で簡単な操作、コンパクトな設計、そして高効率な熱分解処理を実現するため、多くの産業で広く採用されています。

電熱源の採用: 二酸化炭素排出がない電気熱源を使用しており、環境に優しい設計となっています。
高い熱効率: 加熱されたスクリューを使用して直接的かつ効率的に処理物を加熱します。
プロセス条件の調整が容易: 加熱温度や滞留時間などの重要な条件を容易に調整できるため、多様な材料や目的に対応可能です。
一貫した製品品質: 安定した熱分解プロセスにより、均質で高品質な製品を得ることができます。
コンパクトな設計: システム全体がコンパクトであり、省スペースでの設置が可能です。
操作とメンテナンスの容易さ: 操作性が高く、メンテナンスが簡単な設計となっています。

 



木くずのバイオ炭の製造

 

Biogreen BGR CM 600 mobile unit

 

 


 

熱分解装置 Biogreen

熱分解装置 Biogreen 炭化 2024.6.18

 

 

 

女性イラスト プラスチック発電 熱分解デモプラント熱分解ガス化 発電 熱分解装置Biogreen 2025.1.23

 

 

■ 電熱スクリュー Spirajoule

 

Spirajouleは国際特許取得済みの熱分解装置です。Biogreenシステムの心臓部と言えます。最適な熱分解処理は滞留時間と加熱温度の調整で行います。この調整がこの装置では簡単に行えます。

熱分解装置 Spirajouleは 電気式です。火気、石油燃料を一切使用しないため、地球温暖化ガスが発生しない脱炭素装置です。しかも連続式です。
熱分解は 無酸素状態の密閉された Spirajoule 熱分解装置内のスクリューで行われます。スクリューへ電流を通しそのジュール熱で投入された原料を加熱し熱分解を行なっています。そのスクリューが回転することで原料を熱分解を行ないながら搬送しています。
熱分解の温度はジュール熱の大きさで調整し、原料の滞留時間はスクリューの回転数調整により行ないます。その調整はいずれも制御盤のタッチパネルで簡単にできます。熱分解で最も重要な温度と滞留時間の調整は電気式のため簡単に行なえるとも言えます。火気、石油燃料を使用する装置と比較しても非常に安全で衛生面で優れています。又、処理はバッチ式ではなく連続式ですので人を張り付ける必要がありません。

下記パンフレットはこちらをクリック頂ければダウンロードできます。

Spirajoule Electrical technology 2024

 

 

Spirajoule 連続式電気炉

 

■ Biogreen 熱分解装置 システム


Biogreen は投入された原料を無酸素での加熱、熱分解を行ないます。熱分解により原料より炭素分のみを残し、原料に含まれる可燃性ガス等の合成ガスを発散させます。投入原料を選ばず、熱分解処理でガス、炭、オイルを製造発生させそれぞれが利活用ができ、その廃棄物が持つエネルギーは最大限利活用され廃棄物はなくなります。
Biogreen の熱分解処理は化石燃料、火気は一切使用しない低圧電流のジュール効果で行なう電気での加熱そして連続式での運転のため、24時間連続運転が可能で運転状況はモニターで監視し、運転管理操作はタッチパネルで楽にでき、人手を必要としません。Biogreen は国際特許技術で他にはない独自の熱分解装置ですが、構造は単純で部品点数は少なく壊れにくくメンテナンスは楽で長持ちし長時間使用ができます。熱分解処理にとり非常に重要な温度、機内滞留時間の管理調整はモニターで管理しタッチパネル操作で簡単にでき、安全衛生面でもとても優れています。装置の設置面積は小さくコンパクトでコンテナー内設置も可能で移動もでき、場所を選びません。
Biogreen は熱分解時の加熱温度によりガス、炭化物を作り出す産出の割合が異なります。そのため、熱分解装置 Biogreen は炭化装置、炭化炉あるいはガス化装置、ガス化炉とも言えます。熱分解後のその産出製造物の利用目的に合わせ加熱温度の調整を行ないますが、その温度調整、管理は、Biogreenであれば電気加熱式ですので簡単に確実に行なえます。又、その加熱は石油燃料を一切使用せず火気は未使用のため安全衛生面、運転操作面で火気使用熱分解装置、炭化炉、ガス化炉と比較すると非常に優れていると言えます。

 

油 化

炭化、半炭化

 

Biogreenは火気を一切使用しない電気加熱での連続式熱分解装置ですので、運転は簡単で安全衛生面に優れています。
原料の利用用途に合わせた熱分解処理が、温度及び滞留時間調整で簡単に行えます
廃棄物、バイオマスのBiogreen熱分解処理でガス化炭化オイル製造ができます。
発電燃料化、土壌改良剤、原料使用など様々な用途で利用できゼロエミッションが可能です。

 

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