(57)【要約】（要約）（課題）酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料、あるいは酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料と軽油との混合物を製造する新規技術を提供すること。（解決手段）（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する。（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルに軽油を混合しておいてもよい。（選択図）        なし）【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理す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】
請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルと軽油との混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理することを特徴とする軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項３】
（ａ）請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理し、（ｂ）次いで水素化処理物を軽油と混合することを特徴とする軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項４】
（ｃ）（１）油脂及び／又は廃食用油をエステル交換反応処理する工程、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理する工程、及び（ｄ）前記反応処理物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項５】
（ｃ）（１）油脂及び／又は廃食用油をエステル交換反応処理する工程、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理する工程、（ｅ）前記工程で得た脂肪酸アルキルエステルを軽油と混合する工程、及び（ｆ）前記混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項２記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項６】
（ｃ）（１）油脂及び／又は廃食用油をエステル交換反応処理する工程、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理する工程、（ｇ）前記混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する工程、及び(ｊ) 前記水素化処理物を軽油と混合する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項３記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項７】
水素圧を２５０ｋＰａ以下とすることを特徴とする請求項１又は４記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項８】
水素圧を２５０ｋＰａ以下とすることを特徴とする請求項２、３、５、６のいずれか記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項９】
（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルがバイオディーゼルである請求項１又は４記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項１０】
（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルがバイオディーゼルである請求項２、３、５、６のいずれか記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法。
【請求項１１】
請求項１又は４記載の製造方法で得たバイオディーゼル燃料と軽油を混合して得た軽油混合物。
【請求項１２】
脂肪酸組成が下記のとおりである脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物であって、しかも２価以上の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が０．５質量％以下、かつ炭素数１８の１価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が５８質量％以上の脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物からなることを特徴とするバイオディーゼル燃料組成物。
（ａ）脂肪酸組成
（１）炭素数１４以下の脂肪酸量が２．５質量％以下、
（２）炭素数１６の脂肪酸量が３０質量％〜６０質量％、
（３）炭素数１８の脂肪酸量が４０質量％〜７０質量％、
（４）炭素数２０以上の脂肪酸量が３質量％以下、
【請求項１３】
脂肪酸組成が下記のとおりである脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物であって、しかも２価以上の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が３質量％以下、かつ炭素数１８の１価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が２８質量％以上の脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物からなることを特徴とするバイオディーゼル燃料組成物。
（ａ）脂肪酸組成
（１）炭素数１４以下の脂肪酸量が２，５質量％以下、
（２）炭素数１６の脂肪酸量が３０質量％以下、
（３）炭素数１８の脂肪酸量が７０質量％以上、
（４）炭素数２０以上の脂肪酸量が３質量％以下、
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載のバイオディーゼル燃料と軽油を混合して得られ、純酸素流通下、１１５℃で１６時間強制酸化させた後の酸価増加量が０，１２mgKOH/g以下であることを特徴とする軽油含有バイオディーゼル燃料。
【請求項１５】
希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造用、又は軽油含有バイオディーゼル燃料製造用水素化触媒組成物。
【請求項１６】
請求項１記載の脂肪酸アルキルエステル用攪拌機付回分式低圧触媒反応器、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの前記反応器への供給装置、水素ガスの前記反応器への供給装置、及び水素化処理脂肪酸アルキルエステルの前記反応器からの排出装置を少なくとも備えることを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの水素化処理システム。
【請求項１７】
請求項１記載の脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの前記反応器への供給装置、水素ガスの前記反応器への供給装置、水素化処理脂肪酸アルキルエステルの前記反応器からの排出装置、水素ガスの反応機からの排出装置、水素ガスの精製装置、及び前記精製水素ガスの反応器への供給装置を少なくとも備えることを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの水素化処理システム。
【請求項１８】
請求項４記載の（１）油脂及び／又は廃食用油、及び／又は（２）脂肪酸用エステル交換反応処理及び／又はエステル化反応処理装置、エステル交換反応処理物及び／又はエステル化反応処理物の中和・水洗処理装置、エステル交換反応処理物及び／又はエステル化反応処理物からアルカノールを分離・除去する装置、及び脂肪酸アルキルエステル用攪拌機付回分式低圧触媒反応器又は脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器を少なくとも備えることを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルを製造原料とする酸化安定性に優れたバイオディ−ゼル燃料の製造方法及びその燃料と軽油との混合物の製造方法に関する。とくに、前記製造原料を特定の水素化触媒共存下、数気圧程度の低圧の水素圧雰囲気にて水素化処理することを特徴ととする酸化安定性に優れたバイオディ−ゼル燃料の製造方法及びその燃料と軽油との混合物の製造方法に関する。また、本発明はバイオディーゼル燃料組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー源の多様化や地球温暖化防止への対策を目的に、従来の石油を原料とする燃料以外の代替燃料、特にバイオマス燃料を利用しようとする関心が高まっている。そして、バイオマス燃料の一角を占める、菜種油、大豆油、パーム油、ヒマワリ油、牛油、豚油、魚油などの動植物油や廃食油を原料とするバイオディーゼル燃料は、硫黄分が含まれていないか、あるいは殆ど含まれていないという特徴があるうえ、所謂カーボンニュートラルな燃料であるという特徴があるためであろうか、注目されているところである。
例えば、高ヨウ素価の不飽和脂肪酸を製造原料として、低温流動性の高いバイオディーゼル燃料を製造する技術の報告がある（特許文献１）。【０００３】
パーム油、ココナッツ油、ジャトロファ油、菜種油、大豆油、ヒマワリ油等の油脂中の主成分であるトリグリセリドは、粘性があり、ディーゼルエンジン燃料とすると、エンジン内部や噴射バルブにデポジットを生じやすいのであるが、前記トリグリセリドと、メタノールやエタノール等の低級アルコール類とを、KOH等の均一系触媒存在下で、エステル交換して得られる脂肪酸アルキルエステルはバイオディーゼル油と呼ばれているが、粘性も低く、ディーゼルエンジン用の石油代替燃料として利用されている。また、ディーゼルエンジン用の石油燃料に一定量添加・配合させる利用法もある。
前記石油代替燃料として利用されるバイオディーゼル油１００％の品質に関しては、ＥＮ１４２１４（欧州）やＡＳＴＭ  Ｄ６７５１−０７ａ（米国）の規格がある。一方、バイオディーゼル油と軽油（以下、バイオディーゼル混合油ということがある）の混合油に関しては、軽油の規格ＥＮ５９０が修正され、脂肪酸メチルエステルの最大混合率、５容積％のみが規定されている。しかしながら、混合率５％であっても、バイオディーゼル混合油の酸化安定性には依然として懸念が持たれている。バイオディーゼル混合油の酸化に伴い生じる有機酸が、エンジン部材、配管材料、タンク材料等を腐食するためである。
このため、バイオディーゼル及びバイオディーゼル混合油の酸化安定性の向上対策が極めて重要であり、我が国でも、バイオディーゼルを最大で５質量％混合したバイオディーゼル混合油の品質を確保するため、揮発油等の品質の確保等に関する法律が改正（以下、改正品確法という）され、平成19年3月31日から施行された。【０００４】
表１
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表中、mass%は質量％を意味する（以下、同様）。
中間留分の酸化安定性に係るISO規格  （ISO12205）より更に厳しい酸化条件下、つまり、115℃、純酸素吹き込み条件下で16時間の強制酸化条件で、バイオディーゼル混合油（バイオディーゼル混合率は最大5質量％）の酸化により増加する酸量（酸を塩基性のKOHで中和するに必要なKOH量で評価）を0.12mgKOH/g以下に規定する厳しいものである。【０００５】
ところで、食品、機能食品、化粧品などの分野では、不飽和脂肪酸含有油脂の酸化安定性を向上するために、不飽和脂肪酸含有油脂に抗酸化剤を添加する技術が知られている。例えば、抗酸化剤と平均粒径２００μｍ以下のオキシ酸とを添加する技術（特許文献２）やイカ由来脂質及び／又は茶抽出物を添加する技術（特許文献３）が報告されている。
この技術をバイオディーゼル燃料に応用して、バイオディーゼル燃料製造原料に抗酸化剤を添加して酸化安定性を高めようとする考えがあるが、酸化安定性の向上の程度は満足することが出来るほど十分ではない。
また、バイオディーゼル燃料に抗酸化剤を加えても、不飽和結合の重合等に伴いスラッジが生成するという問題点は依然として解消されないのであり、バイオディーゼル燃料の酸化安定性についてのさらなる技術の開発が求められている。【０００６】
一方、自動車エンジン排気ガスによる大気汚染は大きな悪影響を与えている。その解決策の一つとして、軽油中の硫黄分を低減させると同時に芳香族炭化水素の低減を可能にする種々の軽油の水素化処理触媒およびその製造方法が提案されている。軽油の水素化処理により、軽油中の芳香族成分の水素化が起こり、軽油中の芳香族含有量が低減される。同時に、硫黄化合物中の芳香環の水素化も起こることにより脱硫反応も促進され、軽油中の硫黄量の低減も同時に可能となる。
例えば、特許文献４及び５には炭化水素油の水素化処理触媒とその製造方法およびその活性化方法が提案されている。しかし、それら技術では、水素化処理時の圧力は、例えば３．９ＭＰａと、極めて高圧下で水素化処理することが求められる。
なお、前記特許文献１では４気圧で水素化処理している。
しかし、高圧で水素化処理するには、その設備の導入や管理に多額の費用必要とするのであって、耐圧設備を必要としない水素化処理法の開発が求められている。バイオディーゼル油生産は、地方自治体や小規模製造者によるものが多く、高圧設備を所有していないため、特に、常圧下での水素化処理が望まれている。常圧下での水素化処理が可能となれば、高圧ガス保安法等への対応の困難さも解消されるので、その点でも有利である。【０００７】
【特許文献１】国際公開２００６／１１１９９７号パンフレット
【特許文献２】特開平７−２５８６８２号公報
【特許文献３】特開２００２−１９４３８７号公報
【特許文献４】特開平８−３３２３８５号公報
【特許文献５】特開２００６−２９７３１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の課題は、酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料、あるいは酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料と軽油との混合物を製造する新規技術を提供することにある。とくに、低圧雰囲気下で水素化処理することにより、酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料あるいは酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料と軽油との混合物を提供することにある。なお、本発明では、水素化処理とは、部分水素化処理を含めて水素化処理と表現する。また、選択水素化処理は部分水素化処理と同じであるとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究する最中、従来から高圧条件下で用いられている石油脱硫処理時の水素化触媒を共存させて油脂のメチルエステルを水素化してみると、驚くべきことには、常圧程度の水素圧下であるにもかかわらず、酸化安定性が極めて優れたバイオディーゼル燃料を得られると言う知見を得た。この知見に基づき研究を重ねると、意外にも二重結合の数が２個以上有する多価不飽和脂肪酸量を脂肪酸アルキルエステル中から低減させると酸化安定性が大きく改善されるとの知見を得、また特定の貴金属を含有する水素化触媒が有効であるとの知見も得た。これらの知見に基づきさらに研究を重ね、ついに本発明を完成させた。【００１０】
すなわち、請求項１の発明は、（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理することを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造方法である。なお、前記低圧とは、従来から炭化水素油の水素化処理技術分野で採用されている圧力よりも低い圧力を意味する。
請求項２の発明は、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルと軽油との混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理することを特徴とする軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項３の発明は、（ａ）請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理し、（ｂ）次いで前記水素化処理物を軽油と混合することを特徴とする軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項４の発明は、（ｃ）（１）油脂及び／又は廃食用油をエステル交換反応処理する工程、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理する工程、及び（ｄ）前記反応処理物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載のバイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項５の発明は、（ｃ）（１）油脂及び／又は廃食用油をエステル交換反応処理する工程、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理する工程、（ｅ）前記工程で得た脂肪酸アルキルエステルを軽油と混合する工程、及び（ｆ）前記混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項２記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項６の発明は、（ｃ）（１）油脂及び／又は廃食用油をエステル交換反応処理する工程、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理する工程、（ｇ）前記混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理する工程、及び(ｊ) 前記水素化処理物を軽油と混合する工程を少なくとも有することを特徴とする請求項３記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項７の発明は、前記請求項１又は４の発明において、水素圧を２５０ｋＰａ以下とすることを特徴とする発明である。また、請求項８の発明は、前記請求項２、３、５、６のいずれか記載の発明において、水素圧を２５０ｋＰａ以下とすることを特徴とする発明である。なお、本発明では、特に断らない限り水素圧の数値は分圧での数値である。【００１１】
請求項９の発明は、（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルがバイオディーゼルである請求項１又は４記載のバイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項１０の発明は、（１）エステル交換反応処理した油脂及び／又は廃食用油から調製した脂肪酸アルキルエステル、及び／又は（２）脂肪酸をエステル化反応処理した脂肪酸アルキルエステルがバイオディーゼルである請求項２、３、５、６のいずれか記載の軽油含有バイオディーゼル燃料の製造方法である。
請求項１１の発明は、請求項１又は４記載の製造方法で得たバイオディーゼル燃料と軽油を混合して得た軽油混合物である。また、請求項１又は４記載の製造方法で得たバイオディーゼル燃料と軽油を混合して得た、純酸素流通下、１１５℃で１６時間強制酸化させた後の酸価増加量が０，１２mgKOH/g以下であることを特徴とする軽油混合物でもある。
請求項１２の発明は、脂肪酸組成が下記のとおりである脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物であって、しかも２価以上の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が０．５質量％以下であり、かつ炭素数１８の１価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が５８質量％以上の脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物からなることを特徴とするバイオディーゼル燃料組成物。
（ａ）脂肪酸組成
（１）炭素数１４以下の脂肪酸量が２．５質量％以下、
（２）炭素数１６の脂肪酸量が３０質量％〜６０質量％、
（３）炭素数１８の脂肪酸量が４０質量％〜７０質量％、
（４）炭素数２０以上の脂肪酸量が３質量％以下、
請求項１３の発明は、脂肪酸組成が下記のとおりである脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物であって、しかも２価以上の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が３質量％以下であり、かつ炭素数１８の１価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が２８質量％以上の脂肪酸アルキルエステルの水素化処理物からなることを特徴とするバイオディーゼル燃料組成物。
（ａ）脂肪酸組成
（１）炭素数１４以下の脂肪酸量が２，５質量％以下、
（２）炭素数１６の脂肪酸量が３０質量％以下、
（３）炭素数１８の脂肪酸量が７０質量％以上、
（４）炭素数２０以上の脂肪酸量が３質量％以下、
請求項１４の発明は、上記請求項１２又は１３記載のバイオディーゼル燃料と軽油を混合して得られ、純酸素流通下、115℃で16時間強制酸化させた後の酸価増加量が0.12mgKOH/g以下であることを特徴とする軽油含有バイオディーゼル燃料である。
請求項１５発明は、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有することを特徴とするバイオディーゼル燃料製造用、又は軽油含有バイオディーゼル燃料製造用水素化触媒組成物である。この触媒は耐硫黄性を有しており、例えば廃食用油等から製造されるバイオディーゼル燃料あるいは軽油含有バイオディーゼル燃料等の硫黄分が含まれるバイオディーゼル燃料にも適用可能である。
請求項１６の発明は、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステル用攪拌機付回分式低圧触媒反応器、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの前記反応器への供給装置、水素ガスの前記反応器への供給装置、及び水素化処理脂肪酸アルキルエステルの前記反応器からの排出装置を少なくとも備えることを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの水素化処理システムである。
請求項１７の発明は、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの前記反応器への供給装置、水素ガスの前記反応器への供給装置、水素化処理脂肪酸アルキルエステルの前記反応器からの排出装置、水素ガスの反応機からの排出装置、水素ガスの精製装置、及び前記精製水素ガスの反応器への供給装置を少なくとも備えることを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの水素化処理システムである。
請求項１８の発明は、請求項４記載の（１）油脂及び／又は廃食用油、及び／又は（２）脂肪酸用エステル交換反応処理及び／又はエステル化反応処理装置、エステル交換反応処理物及び／又はエステル化反応処理物の中和・水洗処理装置、エステル交換反応処理物及び／又はエステル化反応処理物からアルコールを分離・除去する装置、及び脂肪酸アルキルエステル用攪拌機付回分式低圧触媒反応器又は脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器を少なくとも備えることを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造処理システムである。【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明でいう油脂は、動物性油脂でも植物性油脂でも利用可能であり、また廃食用油も利用可能である。バイオディーゼル原料としての油脂は、例えば、トリグリセリド中の脂肪酸組成により、次のように大きく分類される。
Ａグループ：炭素数14以下の脂肪酸量が2.5％質量以下、炭素数16の脂肪酸量が30％質量以下、炭素数18の脂肪酸量が70％質量以上、炭素数20以上の脂肪酸量が3％質量以下の油脂。このＡグループの中には、菜種油、大豆油、ジャトロファクルカス油、紅花油、ひまわり油、オリーブ油、綿実油、桐油等が含まれる。
Ｂグループ：炭素数14以下の脂肪酸量が2.5％質量以下、炭素数16の脂肪酸量が30％質量〜60質量％、炭素数18の脂肪酸量が40質量％〜70％質量、炭素数20以上の脂肪酸量が3％質量以下の油脂。このＢグループの中には、粗製パーム油、天然の抗酸化剤等を除去処理した精製パーム油等が含まれる。
Ｃグループ：炭素数14以下の脂肪酸量が20％質量以上、炭素数16の脂肪酸量が30％質量以下、炭素数18の脂肪酸量が40％質量以下、炭素数20以上の脂肪酸量が3％質量以下の油脂。このＣグループの中には、ココナッツ油やパーム核油が含まれ、飽和分が90％程度以上である。Ｄグループ：脂肪酸組成が上記以外の油脂。このＤグループには、カノーラ菜種油以外の菜種油、動物油、魚油が含まれる。廃食油の組成は原料依存性が高いが、主要成分は上記のＡ及びＢグループに属する。
上記油脂の中でも、特にＡ及びＢグループに属する油脂が好適であり、また廃食油も好適である。その中でも、パーム油、ココナッツ油、ジャトロファ油、菜種油、大豆油、ヒマワリ油等の油糧作物からの油脂や廃食用油油脂を利用することが好ましい。【００１３】
それら油脂をエステル交換反応処理し、脂肪酸アルキルエステルにさせることが必要である。本発明での脂肪酸アルキルエステルは、バイオディーゼル燃料を製造できる脂肪酸アルキルエステルであれば特に制限されないのであって、脂肪酸アルキルエステルの原料、製法なども特に制限されない。
前記エステル交換反応はすでに広く研究されており、本発明ではそれら成果を利用すればよい。たとえば、油脂にアルコールを接触・混合させ、その際、油脂とアルコールとのモル比は１：３〜１：１２とすることが好ましい。上記アルコールとしては、低級アルコールが好ましく、その中でもメタノールやエタノールがより好ましく、エステル交換反応特性の面からメタノールが特に好ましい。
エステル交換反応を促進させるために、アルカリ触媒、酸触媒、固体触媒などの触媒を共存させることが好ましい。触媒の使用量は、使用する触媒、反応条件、用いる油脂やアルコール等によって異なるが、例えば、均質系触媒の場合には、油脂重量に対して０．３〜２．０％、非均質系触媒の場合は、反応器の体積に対して５〜８０％用いることができる。エステル交換反応温度及び反応時間は、用いる油脂、アルコール、触媒などによって異なるのであるが、例えば、４０〜１２０℃で０．１〜６時間とすることができる。反応終了後、副生するグリセリンを除去することが好ましい。エステル交換反応は、回分式反応器または連続式反応器を用いて行えばよい。なお、前記触媒としてリパーゼなどの酵素を用いてもよい。
本発明では、遊離脂肪酸をエステル化することによって脂肪酸アルキルエステルを調製することも出来る。遊離脂肪酸としては飽和脂肪酸でも不飽和脂肪酸でもよく、それらの混合物でもよい。これらの脂肪酸が油脂由来の脂肪酸であることが好ましく、脂肪酸の炭素数は前記油脂のグリセリドを構成する酸の炭素数であることが好ましい。なお、前記油脂中に存在する遊離脂肪酸などをエステル化して脂肪酸アルキルエステルを調製することも出来る。
前記脂肪酸アルキルエステル中には、二重結合を有しない飽和脂肪酸アルキルエステル（炭素数10のカプリン酸アルキルエステル、炭素数12のラウリン酸アルキルエステル、炭素数14のミリスチン酸アルキルエステル、炭素数16のパルミチン酸アルキルエステル、炭素数18のステアリン酸アルキルエステル、炭素数20のアラキジン酸アルキルエステル、炭素数22のベヘン酸アルキルエステル等）、二重結合を1個有する1価不飽和脂肪酸アルキルエステル（炭素数16のパルミトレイン酸アルキルエステル、炭素数18のオレイン酸アルキルエステル、炭素数20のエイコセン酸アルキルエステル、炭素数22のエルシン酸アルキルエステル等）、二重結合を2個有する2価不飽和脂肪酸アルキルエステル（炭素数18のリノール酸アルキルエステル等）、二重結合を3個有する3価不飽和脂肪酸アルキルエステル（炭素数18のリノレン酸アルキルエステル等）等が含まれる。【００１４】
かくして得られる脂肪酸アルキルエステルは精製処理し、水素化処理できるが、精製処理を施さない粗製脂肪酸アルキルエステルを水素化処理してもよい。本発明では、前記粗製脂肪酸アルキルエステルを利用することが好ましい。例えば、粗製脂肪酸アルキルエステルには各種抗酸化剤が含まれており有利な結果をもたらす。
前記脂肪酸アルキルエステルを低圧の水素圧雰囲気下で水素化処理することが、本発明の一つの大きな特徴である。ここでいう低圧とは、従来から炭化水素油の水素化処理技術分野で採用されている圧力よりも低い圧力を意味する。
脂肪酸アルキルエステルの水素化処理により二重結合が飽和化されると共に、幾何異性体（二重結合の位置がシス位からトランス位へ変化した脂肪酸アルキルエステル）や位置異性体（二重結合の位置が変化した脂肪酸アルキルエステル）、更には、反応中間体である共役体（通常見られる二重結合間のメチレン基が無く、共役二重結合を持つ脂肪酸アルキルエステル）も同時に生成する。炭素数18のリノール酸アルキルエステルの例では、水素化処理で、シス及びトランス体を含むオクタデセン酸アルキルエステル、ステアリン酸アルキルエステル、共役リノール酸アルキルエステルが生成される。
脂肪酸の酸化安定性は二重結合の数の増加と共に悪くなり、炭素数18の脂肪酸の場合、二重結合を3個有するリノレン酸は二重結合を2個有するリノール酸の約10倍酸化されやすく、二重結合を2個有するリノレン酸は二重結合を1個有するオレイン酸の約10倍酸化されやすい。このため、水素化処理では、脂肪酸アルキルエステル中の多価不飽和脂肪酸量を低減させることが極めて重要である。前記多価不飽和脂肪酸量の量は例えば脂肪酸アルキルエステル中に３質量％以下であることが好ましい。さらに、水素化処理される脂肪酸アルキルエステルの種類等により変動するのであるが、０．５質量％以下であることが好ましい場合もある。
本発明では、特に水素圧が約２５０ｋＰａ以下という低圧で水素化処理することが好ましいが、約２００ｋＰａ以下でも水素化処理できるが、さらに、約１５０ｋＰａ以下でも水素化処理できる。この２５０ｋＰａの値は優れたバイオディーゼル燃料を調製でき、しかも経済的に有利である点から求められた値である。また、圧力が低ければ、そして常圧付近に近づけば、それだけ反応や装置の運転器具やその維持管理、運転経費などの点でも有利である。【００１５】
不飽和脂肪酸アルキルエステルの水素化に伴い、水素化前の原料には存在しないトランス脂肪酸アルキルエステル量が増加するが、このトランス脂肪酸アルキルエステルはシス脂肪酸アルキルエステルより酸化安定性は高いものの低温流動性が悪いため、燃料性状として低温流動点の規制がある場合にはトランス脂肪酸アルキルエステル量の適正化も重要である。すなわち、バイオディーゼル燃料の製造に用いられる油脂には炭素数18の不飽和脂肪酸アルキルエステルが多量に存在するが、水素化処理により当該炭素数18の1価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が28質量％以上となることが好ましい。さらに、水素化処理される脂肪酸アルキルエステルの種類等により変動するのであるが、前記トランス脂肪酸アルキルエステル比率が５８質量％以上となることが好ましい場合もある。【００１６】
より具体的に説明すると、脂肪酸組成が次のとおりの脂肪酸アルキルエステルを水素化処理し、下記（ｂ）のような特性を有する水素化処理脂肪酸アルキルエステルとすることが好ましい。
（１）炭素数14以下の脂肪酸量が2.5質量％以下、
（２）炭素数16の脂肪酸量が30質量％〜60質量％、
（３）炭素数18の脂肪酸量が40質量％〜70質量％、
（４）炭素数20以上の脂肪酸量が3質量％以下、
（ｂ）特性
（１）飽和脂肪酸アルキルエステル量が55質量％〜99質量％、
（２）１価の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が0.5質量％〜45質量％、
（３）2価以上の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が0.5質量％以下、
（４）炭素数18の1価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が58質量％以上。
また、脂肪酸組成が次のとおりの脂肪酸アルキルエステルを水素化処理し、下記（ｂ）のような特性を有する水素化処理脂肪酸アルキルエステルとすることが好ましい。
（１）炭素数14以下の脂肪酸量が2.5質量％以下、
（２）炭素数16の脂肪酸量が30質量％以下、
（３）炭素数18の脂肪酸量が70質量％以上、
（４）炭素数20以上の脂肪酸量が3質量％以下、
（ｂ）特性
（１）飽和脂肪酸アルキルエステル量が16質量％〜75質量％、
（２）1価の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が22質量％〜81質量％、
（３）2価以上の不飽和脂肪酸アルキルエステル量が3質量％以下、
（４）炭素数18の1価不飽和脂肪酸アルキルエステル中のトランス脂肪酸アルキルエステル比率が28質量％以上。【００１７】
水素化処理時には、水素化触媒を共存させることが必要である。水素化触媒としては、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒を用いることが好都合である。前記貴金属としては、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）等が挙げられるが、それらに限定されない。これら貴金属を単独で用いてもよいが、複数の貴金属を用いてもよい。これら貴金属の中では、特にパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）単独、あるいはそれらを共存させることが好ましい。それらのパラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）に、さらにロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、レニウム（Ｒｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）などを共存させることも有効である。希土類元素としては、イットリウム(Ｙ)、ランタン（Ｌａ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）などが挙げられる。
それら貴金属は、多孔性の担体に担持させることが好ましい。担体として、とくに制限されないのであり、公知の結晶性アルミノシリケートゼオライト、多孔性無機酸化物や多孔性炭素含有物などからなる担体を利用することが出来る。多孔性無機酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、シリカーアルミナ、アルミナーボリア、アルミナーチタニア、アルミナーリン、シリカーチタニア、チタニアージルコニアなど、通常、軽油などの水素化処理触媒に使用される多孔性無機酸化物が使用可能である。好ましい担体としては、超安定化Ｙ型ゼオライト担体及び超安定化Ｙ型ゼオライトと多孔性無機酸化物からなる担体などが挙げられる。
前記貴金属と希土類元素が担持された水素化触媒では、好ましい希土類元素の担持量として0.5〜40質量％、好ましい貴金属担持量として0.1〜10質量％である。また、前記貴金属がパラジウムと白金からなる場合、好ましいPd/Pt原子比は0.1/10〜10/1である。
水素化触媒の使用量は水素化処理する材料、水素化処理条件などにより変動するので一概に規定することが出来ないが、例えば、懸濁床で用いる場合、好ましい触媒と水素化処理する材料の質量比は１０−４〜１０−１の範囲が好ましく、より好ましくは１０−３〜３ｘ１０−２である。【００１８】
上記脂肪酸アルキルエステルを水素化処理する条件は上記水素化触媒を用い、水素圧を上記低圧の範囲で行う限り特に制限されないのであり、本発明の特徴である酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料を製造することが出来る条件であればどのような条件であってもよい。好ましい水素化処理温度は、室温以上１８０℃程度以下であり、より好ましくは、４０℃以上１５０℃以下である。好ましい水素処理時間は３０分〜２時間である。【００１９】
前記水素化反応は所定量の脂肪酸アルキルエステルを反応容器に仕込み、所定量の水素化触媒共存下、低圧で水素化処理する回分式低圧触媒反応器（図１）を備える水素化処理システムを利用して行うことができるが、触媒層に脂肪酸アルキルエステルと水素を連続的に供給する流通条件下、低圧で水素化処理する流通式低圧触媒反応器（図２）を備える水素化処理システムを利用して行うことができる。後者の場合、流通式低圧触媒反応器から排出された水素ガスは水素ガス精製装置（図示されていない）にて精製処理され、水素ガス供給装置に返送される。
図３は、図１又は図２に示される低圧触媒反応器を備えたバイオディーゼル燃料製造処理システムの概略図である。油脂及び／又は廃食用油等のトリグリセリドはエステル交換反応処理及び／又はエステル化反応処理装置にて、エステル交換反応処理及び／又はエステル化反応処理装置され、前記装置からの処理物は、中和水洗処理装置を経て、分離装置にて脂肪酸アルキルエステルとアルコールに分離され、後者は除去される。前記脂肪酸アルキルエステルは、例えば図１又は図２での低圧触媒反応器で水素化処理されバイオディオーゼル燃料が製造される。なお、脂肪酸アルキルエステルは水素化処理される前に、脱水・乾燥装置にて脱水・乾燥処理されてもよい。ここで、低圧触媒反応器とは本発明が規定する低圧雰囲気で水素化処理することができる触媒反応器を意味する。【００２０】
本発明では、上記脂肪酸アルキルエステルを軽油に添加・混合し、次いでその混合物を水素化処理することも出来る。脂肪酸アルキルエステルを軽油に添加する量は特に制限されないのであり、例えば、脂肪酸アルキルエステルを軽油に５０質量％程度以下添加することができるが、上記改正品確法の規定もあり、脂肪酸アルキルエステルを軽油に２０質量％程度以下添加することが現実的である。上記脂肪酸アルキルエステルと軽油との混合物を水素化処理する条件は上記水素化処理の条件とほぼ同様である。
本発明では、上記脂肪酸アルキルエステルを水素化処理して得たバイオディーゼル燃料を、軽油に添加・混合し、燃料とすることも出来る。前記バイオディーゼル燃料を軽油に添加する量は特に制限されないのであり、例えば、脂肪酸アルキルエステルを軽油に５０質量％程度以下添加することができるが、上記改正品確法の規定もあり、脂肪酸アルキルエステルを軽油に２０質量％程度以下添加することが現実的である。【００２１】
本発明で得られるバイオディーゼル燃料は極めて酸化安定性に優れている。例えば、水素化処理した脂肪酸アルキルエステルを軽油に５％混合した混合油は、前記改正品確法で追加された酸価増加量の基準を達成している。すなわち、バイオディーゼル燃料の強制酸化処理後の酸価増加量は０．１２ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。バイオディーゼル燃料の酸価はＪＩＳ Ｋ２５０１に準拠して測定できる。なお、強制規格の試験法では、ＪＩＳＫ１１０１に規定する純度９９．５％以上の酸素ガスを使用することと規定されている。本発明のバイオディーゼル燃料は、ＥＮ１４２１４で規定されている規格を満足でき、ＡＳＴＭ  Ｄ６７５１−０７ａで規定されている規格も十分満足することができる。また、中国での規格（ＧＢＴ／Ｔ２０８２８−２００７）、インドでの規格（ＩＳ  １５６０７−２００５）、インドネシアでの規格（ＳＮＩ  ０４−７１８２−２００６）、ニュージーランドでの規格（ＮＺＳ  ７５００−２００５）、フィリピンでの規格（ＰＮＳ  ２０２０−２００３）、ブラジルでの規格（ＡＮＰ  Ａｃｔ  Ｎｏ．４２／２００４）、カナダでの規格（ＣＡＮ／ＣＧＳＢ−３．５２０−２００５）、台湾での規格（ＣＮＳ１５０７２Ｋ５１５５）など世界各国の規格を十分満足することができる。
本発明で得られるバイオディーゼル燃料を用いた軽油含有バイオディーゼル燃料は酸化安定性に優れているだけでなく、低温流動性の低下を抑えることが出来る。すなわち、前記軽油含有バイオディーゼル燃料は低温流動性に関する燃料規格を満たすのであり、流動点、曇り点、目詰まり点などの値も規格を満たす。例えば、ＪＩＳ  Ｋ２２０４の軽油規格中に示されている２号軽油（春〜秋用）の−７．５℃以下との規定を十分満足するし、欧州連合（ＥＵ）における春〜秋用の燃料、オーストラリアでの全季節における燃料、アジア、その中でも東アジアの全域、全季節における燃料としても採用可能である。また、前記記載の地域以外でも利用することができる。なお、低温流動性向上剤を燃料中に配合することによって低温特性はさらに改善されるので、前記記載された地域、またはそれら地域以外の地域での低温時でも本発明のバイオディーゼル燃料の利用が可能である。例えば、北海道極寒向けの特３号軽油（流動点＜−３０℃）にも対応可能である。
前記低温流動性向上剤はすでに知れらており、例えば、エチレンー酢酸ビニル共重合体（EVA）系の添加剤を使用することができる。低温流動性向上剤の使用量添加方法などは公知の技術を採用すればよい。
前記流動点は、試料を45℃に加熱した後、試料をかき混ぜないで規定の方法で冷却したとき、試料が流動する最低温度をいい、前記曇り点は、試料をかき混ぜないで規定の方法で冷却したとき、パラフィンワックスの析出によって試験管底部の試料がかすみ状になるか曇り始める温度をいい、前記目詰まり点は、規定の方法で試料を冷却しながら眼開き45μｍの金網を通して吸引ろ過したとき、試料20mlのろ過時間が60秒を超えたときの温度又は試料が金網付きろ過器を通らなくなったときの温度をいう。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料を耐圧/高圧設備を要しない常圧条件下で水素化処理することにより製造することができる。本発明により、従来法である抗酸化剤を添加する方法を用いることなく、我が国のバイオディーゼル燃料混合軽油の酸化安定性に係る品質確保規制をクリアできる石油との混合基材を提供することが出来る。また、精製処理を施さない粗製脂肪酸アルキルエステル、特に各種天然抗酸化剤を含む粗製脂肪酸アルキルエステルを利用すると、４０℃程度の低い温度で水素化処理することができ、しかも酸化安定性に優れたバイオディーゼル燃料が得られる。このバイオディーゼル燃料は高濃度の硫黄を含有する軽油と２０質量％まで混合可能である。本発明のバイオディーゼル燃料及びバイオディーゼル燃料混合軽油は日本の規格を十分満足するだけでなく、欧州や米国を始めとして、中国やカナダ等の世界各国の規格を十分に満足することができる。また、本発明のバイオディーゼル燃料及びバイオディーゼル燃料混合軽油は酸化安定性に優れるだけではなく、低温特性も満足し、さらにスラッジ（沈殿物）の生成抑制にも有効であり、極めて実用的な発明である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施例に基づき説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されない。
参考例１  水素化処理用触媒の調製
特開２００１−２９７９２の実施例１に準拠して、希土類元素としてＹｂを担持した超安定化Y型ゼオライト（Ｙｂ−超安定化Y型ゼオライト、Ｙｂ含有量；５．０質量％）にＰｄとＰｔを含浸法により担持させ、水素化触媒としてのPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を得た。この水素化触媒を、水素化処理直前に水素気流中、３００℃で３時間還元処理した。還元処理後の水素化触媒は、反応に用いるバイオディーゼル燃料に浸し、水素化反応処理実験に供した。【００２４】
アルキルエステル油として、粗製パーム油のメチルエステル油、精製パーム油のメチルエステル油、菜種油のメチルエステル油を用いた。粗製パーム油メチルエステルは、タイ国から入手したものである。精製パーム油メチルエステルは、国内で入手したものであり、粗製パーム油メチルエステルからカロテン類等が分離除去されたものである。また、菜種油メチルエステルは、フランス国から入手したものである。各メチルエステルの燃料性状を表２に示す。【００２５】
表２
2008105518.tif 000003
【００２６】
実施例１  バイオディーゼル燃料の製造
表２記載のアルキルエステルを９g、参考例１のPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を0.2gガラス製の試験管に仕込み、常圧下で水素を散気管から100cc/minの流量で流しながら（水素圧＝１０１．３ｋＰａ）、１４０℃で１時間水素化処理し、バイオディーゼル燃料を得た。
それぞれのバイオディーゼル燃料の酸化安定度を参考例２により測定した。測定結果を表３に記載した。【００２７】
参考例２  酸化安定度の測定（ランシマット法）
ランシマット（Rancimat）法は、EN14112に規定されている脂肪酸アルキルエステル100％の酸化安定性評価の試験法であり、本法により実施例１に示した水素化処理後の脂肪酸アルキルエステル100％から成るバイオディーゼル燃料の酸化安定性を評価した。
すなわち、試料３ｇを反応容器に入れ、１１０℃に加熱しながら、その中に清浄空気を送り込み、揮発性分解物を水中に捕集し、捕集水の導電率が急激に変化する折曲点までの時間(誘導時間)を測定した。以下、この誘導時間を用いて酸化安定度（ｈ）を評価した。測定には、自動油脂安定性試験装置（メトローム社製、ランシマット743型）を用いた。【００２８】
比較例１    
市販のＮi触媒（Ni／SiO2-Al2O3、Ni担持量＝３０質量％）を用い、それ以外は実施例１と同様に操作し、バイオディーゼル燃料を得た。
それぞれのバイオディーゼル燃料の酸化安定度を参考例２により測定した。測定結果を表３に記載した。【００２９】
表３
2008105518.tif 000004
表中、酸化安定度の温度は、試料の酸化安定性の測定時の温度であり（以下、同様）、酸化安定度の数値の単位は時間である（以下、同様）。また、表中の数字の欄での−は、データを得ていないことを意味する（以下、同様）。
この表から、従来型のＮi触媒では反応温度が１４０℃でも水素化反応は殆ど進行しないことが分かった。それに対して、Pd-Pt/Yb−ゼオライト触媒を用いると、水素圧が常圧下でも水素化反応が進行し、極めて優れた酸化安定性を持つ水素化物が得られたことが分かった。【００３０】
実施例２    
表２記載のアルキルエステルを用い、表４記載の水素化温度で水素化し、それ以外は実施例１と同様に操作し、バイオディーゼル燃料を得た。
それぞれのバイオディーゼル燃料の酸化安定度を参考例２により測定した。測定結果を表４に記載した。【００３１】
表４
2008105518.tif 000005
この表から、Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いると、水素圧が常圧下でも水素化反応が進行し、水素化処理温度が４０℃以上で、EN14214で規定されている6時間以上を越えた値が得られ、極めて優れた酸化安定性を持つ水素化物が得られたことが分かった。特に、粗製パーム油メチルエステルを原料とした場合の酸化安定性向上効果は著しかった。【００３２】
実施例３及び比較例２    
表２記載のアルキルエステルを用い、硫黄化合物であるジベンゾベンゾチオフェンを表５記載の量となるように加え、表５記載の水素化触媒を用い、水素化処理温度を１４０℃とし、それ以外は実施例１と同様に操作し、バイオディーゼル燃料を得た。
それぞれのバイオディーゼル燃料の酸化安定度を参考例２により測定した。測定結果を表５に記載した。【００３３】
表５
2008105518.tif 000006
硫黄量の数値の単位はｐｐｍである。
この表から、硫黄被毒により酸化安定度の低下は、精製パーム油メチルエステルでは約１４％、粗製パーム油メチルエステルでは約１１％、菜種油メチルエステルでは約１２％であることが分かった。なお、Ｎi触媒では、水素化活性はほぼ消失した。このことは、反応用水素中の硫化水素等の不純物、油脂中に含まれるチオグリコシレート等の含硫脂質や廃食用油中に混入する硫黄化合物等が存在する場合、従来型Ni触媒では処理原料油の事前脱硫前処理の必要性や触媒使用量の増大の懸念があるのに対し、Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いれば、硫黄被毒の影響をある程度抑制できることを示している。【００３４】
実施例４〜５及び比較例３〜４    
表２記載のアルキルエステルを表６に記載の水素化触媒を用い、水素化反応温度を表６のように変え、それ以外は実施例１と同様に操作し、バイオディーゼル燃料を得た。このバイオディーゼル燃料を５質量％となるように表７に示した硫黄量６ppmの軽油中に混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得た。
この軽油含有バイオディーゼル燃料を軽油の改正品確法で規定される酸化法で先ず強制酸化した。すなわち、予めろ過した軽油含有バイオディーゼル燃料350mlを酸素吹き込み管付試験管（ISO12205に準拠）に入れ、その試験管を115℃の恒温槽中に保持し、純酸素を3.0L/時間の流速で、16時間、強制的に酸化させた。その後、細孔径0.8μｍのポリテトラフルオロエチレン製のメンブレンフィルタでろ過し、ろ液を得た。その後、このろ液の酸価をJIS K2501に準拠して測定し、強制酸化後の軽油含有バイオディーゼル燃料の酸価とした。すなわち、所定量（0.1〜5ｇ）の軽油含有バイオディーゼル燃料を、2―プロパノール60mlに溶解させ、0.1mol/エタノール性水酸化カリウム溶液を用いて、電位差滴定法により求めた。電位差滴定には、自動滴定装置（メトローム・シバタ社製、タイトランド809）を用いた。測定結果を表６に記載した。表中の数値は酸化安定度（ｈ）である。【００３５】
表6
2008105518.tif 000007
表から、本発明で規定する水素化処理しないアルキルエステルを軽油に５質量％混合した混合油は、上記改正品確法で追加された酸価増加量の基準に達しないので、現行技術である抗酸化剤を使用するしかないことが分かった。【００３６】
表７
2008105518.tif 000008
【００３７】
実施例６及び比較例５  
表２記載の粗製パーム油メチルエステルを表８記載の水素化温度及び圧力条件下とし、それ以外は実施例1と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。水素化前の粗製パーム油メチルエステルと、水素化後のバイオディーゼル燃料の脂肪酸組成（表８記載の脂肪酸組成）を測定した。測定には、ガスクロマトグラフ（Agilent社製、6890N型）を用いた（分析条件：検出器=FID、カラム=Agilent  HP-1  長さ×内径×膜厚＝60ｍ×250μｍ×0.25μｍ、昇温条件=50℃、1分→昇温5℃/分→150℃、5分→昇温3℃/分→310℃、50分、キャリアガス圧力＝150.0kPa(定圧モード)、スプリット比： 60:1）。測定結果を表８に記載した。【００３８】
表８
2008105518.tif 000009
【００３９】
比較例は従来型のNi触媒を用いた場合であり、実施例はPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合である。脂肪酸メチルの水素化反応に伴い、2価不飽和脂肪酸から1価不飽和脂肪酸へ、1価不飽和脂肪酸から飽和脂肪酸へと順次（以下、2価不飽和脂肪酸→1価不飽和脂肪酸→飽和脂肪酸と記載することがある）水素化が進行したが、従来型のNi触媒を用いた場合、反応温度が140℃、反応圧が300kPaという条件下でも、水素化が僅かしか進行しなかった。Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合、反応温度及び反応圧力の増加に伴い水素化反応がより進行したため、脂肪酸メチル中の飽和脂肪酸量は約55質量％〜100質量％まで増加し、2価及び3価の不飽和脂肪酸量が減少した。水素化反応に伴い、2価不飽和脂肪酸→1価不飽和脂肪酸→飽和脂肪酸と水素化が進行したため、2価以上の不飽和脂肪酸量は約0.5％以下まで低減した。反応温度が140℃、反応圧力が300kPaでは、水素化が完全に進行した。【００４０】
（トランス体脂肪酸組成）
実施例６で用いた水素化前の粗製パーム油メチルエステルに含まれる炭素数18の1価不飽和脂肪酸メチルと実施例６の水素化後のバイオディーゼル燃料中に含まれる炭素数18の1価不飽和脂肪酸メチルのうち、トランス体脂肪酸組成の占める割合を測定した。測定には、ガスクロマトグラフ（Agilent社製、6890N型）を用いた（分析条件：検出器=FID、カラム=Agilent  HP-88  長さ×内径×膜厚＝100ｍ×250μｍ×0.2μｍ、昇温条件=155℃、20分→昇温2℃/分→230℃、2.5分、キャリアガス流量：2.40ml/分（定流量モード）、スプリット比： 100:1）。測定結果を表９に記載した。【００４１】
表９
2008105518.tif 000010
【００４２】
水素化前の粗製パーム油メチルエステルに含まれる炭素数18の1価不飽和脂肪酸メチルではシス脂肪酸割合が100％であった。比較例は従来型のNi触媒を用いた場合であり、実施例はPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合である。従来型のNi触媒を用いた場合、反応温度が140℃、反応圧が300kPaという条件下でも、水素化が僅かしか進行しなかったし、トランス脂肪酸精製量は約5質量％と少なかった。Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合、反応温度及び反応圧力の増加に伴い水素化反応がより進行したため、トランス脂肪酸量は増加し、約58質量％以上まで増加した。【００４３】
実施例７及び比較例６
表２記載の菜種油メチルエステルを表１０記載の水素化温度及び圧力条件下とし、それ以外は実施例1と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。水素化前の菜種油メチルエステルと、水素化後のバイオディーゼル燃料の脂肪酸組成（表１０記載の脂肪酸組成）を測定した。測定には、ガスクロマトグラフ（Agilent社製、6890N型）を用い、分析は表８の分析と同様の条件で行った。測定結果を表１０に記載した。【００４４】
表１０
2008105518.tif 000011
【００４５】
比較例は従来型のNi触媒を用いた場合であり、実施例はPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合である。従来型のNi触媒を用いた場合、反応温度が140℃、反応圧が300kPaという条件下でも、菜種油メチルエステルの水素化は僅かしか進行しなかった。一方、Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合、反応温度及び反応圧力の増加に伴い水素化反応がより進行したため、脂肪酸メチル中の飽和脂肪酸量が約16質量％〜約80質量％まで増加し、2価及び3価の不飽和脂肪酸量が減少した。水素化反応に伴い、3価不飽和脂肪酸→2価不飽和脂肪酸→1価不飽和脂肪酸→飽和脂肪酸と水素化が進行したため、2価以上の不飽和脂肪酸量は約3質量％以下まで低減した。【００４６】
（トランス体脂肪酸組成）
実施例７で用いた水素化前の粗製パーム油メチルエステルに含まれる炭素数18の1価不飽和脂肪酸メチルと実施例６の水素化後のバイオディーゼル燃料中に含まれる炭素数18の1価不飽和脂肪酸メチルのうち、トランス体脂肪酸組成の占める割合を測定した。測定には、ガスクロマトグラフ（Agilent社製、6890N型）を用い、分析は表９の分析と同様の条件で行った。測定結果を表１１に記載した。【００４７】
表１１
2008105518.tif 000012
【００４８】
水素化前の粗製パーム油メチルエステルに含まれる炭素数18の1価不飽和脂肪酸メチルではシス脂肪酸割合が100％であった。比較例は従来型のNi触媒を用いた場合であり、実施例はPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合である。従来型のNi触媒を用いた場合、反応温度が140℃、反応圧が300kPaという条件下でも、水素化が僅かしか進行しなかったし、トランス脂肪酸生成量は約4質量％と少なかった。一方、Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合、反応温度及び反応圧力の増加に伴い水素化反応がより進行したため、トランス脂肪酸量は増加し、約28質量％以上まで増加した。【００４９】
比較例７    
表２記載のアルキルエステルを5質量％となるように前記軽油（硫黄量=6ppm）中に混合し、酸化防止剤であるBHT(２，６−ジ―ターシャリーブチル―４―メチルフェノール)を表１２記載の量だけ加え、本発明が規定する水素化処理していないバイオディーゼル燃料を得た。その後、実施例４〜５記載と同様に強制酸化処理した。
それぞれの燃料の酸価をJIS  K2501に準拠して測定した。測定結果を表１２に記載した。【００５０】
表１２    酸化防止剤の酸化安定性に及ぼす影響
2008105518.tif 000013
【００５１】
表中の数字は、酸価増加量（ｍｇＫＯＨ／ｇ）である
ＢＨＴ添加後のバイオディーゼルの酸化処理前の酸価は、全て０．１３ｍｇＫＯＨ/ｇ以下であった。
このことより、上記改正品確法で規定されるバイオディーゼル燃料の強制酸化後の酸価増加量０．１２ｍｇＫＯＨ/ｇ以下を達成するには、20〜40ppm のBHT添加量が必要であることが分かった。メチルエステル製造後の保存履歴等によっては更に多くのBHTが必要になると推察される。  また、精製パーム油メチルエステルにBHTを添加した場合、40ppm以上のBHT添加量で酸価増加量が０．１２ｍｇＫＯＨ/ｇ以下となったが、BHT添加量に係らず、強制酸化後にスラッジ状の沈殿物が目視で認められた。一方、粗製パーム油メチルエステルにBHTを添加した場合、スラッジ状の沈殿物は目視では認められなかった。【００５２】
実施例８及び比較例８    
粗製パーム油メチルエステルを表９記載の水素化温度を用い、それ以外は実施例１と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。その燃料を前記表７に示した軽油（硫黄量=6ppm）に表１３記載の量だけ混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得、実施例４〜５記載と同様に強制酸化処理した。
それぞれの燃料の酸価をJIS  K2501に準拠して測定した。測定結果を表１３に記載した。【００５３】
表１３
2008105518.tif 000014
【００５４】
表中の数字は、水素化処理したバイオディーゼル燃料を所定の割合で軽油に混合した混合油の酸価増加量であり、その単位はｍｇＫＯＨ／ｇである。
表１３から、従来型Ni触媒を用いた場合、水素化された粗製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が10％以上では、表６での５質量％混合と同様に、上記改正品確法の酸価増加量を達成できないことが分かった。一方、Pd-Pt/Yb−ゼオライト触媒を用いた場合、水素化反応温度が高くなるにつれ、水素化された粗製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が20％でも、現行技術の抗酸化剤を添加することなく、上記改正品確法で規定された酸価増加量を達成できることがわかった。  また、粗製パーム油メチルエステルをPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いて水素化処理した場合、水素化された粗製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が20％でも、強制酸化後のスラッジ状沈殿物は目視では観察されなかった。【００５５】
実施例９及び比較例９    
精製パーム油メチルエステルを表１４記載の水素化温度を用い、それ以外は実施例１と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。その燃料を前記表７に示した軽油（硫黄量6ppm）に表１４記載の量だけ混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得、実施例４〜５記載と同様に強制酸化処理した。
それぞれの燃料の酸価をJIS  K2501に準拠して測定した。測定結果を表１４に記載した。【００５６】
表１４
2008105518.tif 000015
【００５７】
表中の数字は、水素化処理したバイオディーゼル燃料を軽油に１０質量％混合した混合油の酸価増加量であり、その単位はｍｇＫＯＨ／ｇである。
表から、従来型Ni触媒を用いた場合、水素化された精製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が10％では、表６での５質量％混合と同様に、上記改正品確法の酸価増加量を達成できないことが分かった。一方、Pd-Pt/Yb−ゼオライト触媒を用いた場合、水素化反応温度が100℃以外は、水素化された精製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が10％では、水素化処理方法のみでは、上記改正品確法で規定された酸価増加量を達成できないことがわかった。【００５８】
実施例１０及び比較例１０    
菜種油メチルエステルを表１５記載の水素化温度を用い、それ以外は実施例１と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。その燃料を前記表７に示した軽油（硫黄量=6ppm）に表１５記載の量だけ混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得、実施例４〜５記載と同様に強制酸化処理した。
それぞれの燃料の酸価をJIS  K2501に準拠して測定した。測定結果を表１５に記載した。【００５９】
表１５
2008105518.tif 000016
【００６０】
表中の数字は、水素化処理したバイオディーゼル燃料を所定の割合で軽油に混合した混合油の酸価増加量であり、その単位はｍｇＫＯＨ／ｇである。
表から、従来型Ni触媒を用いた場合、水素化された菜種油メチルエステルの軽油への混合量が10％以上では、表６での５質量％混合と同様に、上記改正品確法の酸価増加量を達成できないことが分かった。一方、Pd-Pt/Yb−ゼオライト触媒を用いた場合、水素化反応温度が高くなるにつれ、水素化された菜種油メチルエステルの軽油への混合量が20％でも、現行技術の抗酸化剤を添加することなく、上記改正品確法で規定された酸価増加量を達成できることがわかった。【００６１】
実施例１１及び比較例１１    
粗製パーム油メチルエステルを表１６記載の水素化温度を用い、それ以外は実施例１と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。その燃料を表７に示した硫黄量405ppmの軽油中に表１２記載の量だけ混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得、実施例４〜５記載と同様に強制酸化処理した。
それぞれの燃料の酸価をJIS  K2501に準拠して測定した。測定結果を表１６に記載した。【００６２】
表１６
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【００６３】
表中の数字は、水素化処理したバイオディーゼル燃料を所定の割合で軽油に混合した混合油の酸価増加量であり、その単位はｍｇＫＯＨ／ｇである。
表から、従来型Ni触媒を用いた場合、水素化された粗製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が15％以上では上記改正品確法の酸価増加量を達成できないことが分かった。一方、Pd-Pt/Yb−ゼオライト触媒を用いた場合、水素化反応温度が40℃と低い場合でも、硫黄量6ｐｐｍの軽油に混合する場合（表９）に比べて、水素化された粗製パーム油メチルエステルの軽油への混合量が20％でも、現行技術の抗酸化剤を添加することなく、上記改正品確法で規定された酸価増加量を達成できることがわかった。これは、軽油中の芳香環含有硫黄化合物がラジカルトラップ効果を有していることが報告されており、この硫黄化合物により酸化が抑制されたためと推察される。軽油中の硫黄化合物は、その燃焼生成物が排ガス処理触媒の貴金属を被毒させるため、低硫黄軽油が望まれている。しかしながら、水素化アルキルエステルが軽油に混合されたバイオディーゼル燃料の酸化安定性という面からは、高硫黄濃度の軽油の方が有利であるため、排出ガス規制との兼ね合いで軽油性状の適正化が必要である。【００６４】
実施例１２〜１３及び比較例１２〜１３
粗製パーム油メチルエステル及び菜種油メチルエステルを表１７記載の水素化温度を用い、それ以外は実施例１と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。。このバイオディーゼル燃料を5質量％となるように表7に記載した硫黄量=6ppmの軽油中に混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得た。この軽油含有バイオディーゼル燃料を前述の軽油の改正品確法で規定される酸化法で強制酸化し、酸化後の酸価を前述の方法で測定した。結果を表１７に記載した。【００６５】
表１７
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【００６６】
比較例は従来型のNi触媒を用いた場合であり、実施例はPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合である。従来型のNi触媒を用いた場合、反応温度が140℃、反応圧が300kPaという水素化条件下でも、得られた水素化粗製パーム油メチルエステル及び水素化菜種油メチルエステル共に、上記改正品確法で規定される反応温度が140℃、反応圧が300kPaという水素化条件下でも上記改正品確法で規定される軽油含有バイオディーゼル燃料の強制酸化後の酸価増加量0.12mgKOH/g以下を達成することは難しい。一方、Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合、得られる水素化粗製パーム油メチルエステル及び水素化菜種油メチルエステル共に、上記改正品確法で規定される軽油含有バイオディーゼル燃料の強制酸化後の酸価増加量0.12mgKOH/g以下を達成出来た。【００６７】
実施例１４〜１５及び比較例１４〜１５
表２記載の脂肪酸メチルエステルを表１８記載の水素化温度及び圧力条件下とし、それ以外は実施例1と同様に操作し、水素化処理したバイオディーゼル燃料を得た。このバイオディーゼル燃料を5質量％となるように表7に記載した硫黄量=6ppmの軽油中に混合し、軽油含有バイオディーゼル燃料を得た。この軽油含有バイオディーゼル燃料の低温特性を調べるため、曇り点及び流動点を測定した。測定には、自動流動点・曇り点試験器（田中科学機器製作社製、MPC-302型）を用いた。測定結果を表１８に記載した。【００６８】
表１８
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【００６９】
比較例は従来型のNi触媒を用いた場合であり、実施例はPd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合である。従来型のNi触媒を用いた場合、反応温度が140℃、反応圧が300kPaという水素化条件下でも水素化活性が低かっため、粗製パーム油メチルエステル及び菜種油メチルエステル共に、水素化前の脂肪酸メチルエステル及び脂肪酸メチルエステルを水素化して得られたバイオディーゼル燃料を用いて製造した軽油含有バイオディーゼル燃料の曇り点及び流動点はほぼ同等となった。一方、Pd-Pt/Yb-ゼオライト触媒を用いた場合、反応温度及び反応圧力の増加に伴い水素化反応がより進行し、融点の高い飽和脂肪酸メチル量が増加し、粗製パーム油メチルエステル及び菜種油メチルエステル共に、水素化処理後に軽油含有バイオディーゼル燃料の曇り点及び流動点が増加したが、実用可能な範囲内であった。【００７０】
なお、本発明を次のように記載することができる。
（Ｉ）上記請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理して得られる、純酸素流通下、１１５℃で１６時間強制酸化させた後の酸価増加量が０，１２mgKOH/g以下であることを特徴とするバイオディーゼル燃料。
（ＩＩ）  上記請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルと軽油との混合物を、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理して得られる、純酸素流通下、１１５℃で１６時間強制酸化させた後の酸価増加量が０，１２mgKOH/g以下であることを特徴とするバイオディーゼル燃料。
（ＩＩＩ）（ｉ）上記請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルを、希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒共存下、低圧での水素圧雰囲気にて水素化処理して得た水素化処理物を（ｉｉ）軽油と混合して得られる、純酸素流通下、１１５℃で１６時間強制酸化させた後の酸価増加量が０，１２mgKOH/g以下であることを特徴とするバイオディーゼル燃料。
（ＩＶ）  請求項１に記載の脂肪酸アルキルエステルを水素化処理してバイオディーゼル燃料の製造、又は軽油含有バイオディーゼル燃料の製造のための希土類元素から選ばれた少なくとも一種の元素と周期律表第VIII族貴金属から選ばれた少なくとも一種の貴金属を含有する水素化触媒組成物の使用。
（Ｖ）  請求項１記載の脂肪酸アルキルエステル用攪拌機付回分式低圧触媒反応器、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの前記反応器への供給装置、水素ガスの前記反応器への供給装置、及び水素化処理脂肪酸アルキルエステルの前記反応器からの排出装置を少なくとも具備することを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの水素化処理装置。
（ＶＩ）  請求項１記載の脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器、請求項１記載の脂肪酸アルキルエステルの前記反応器への供給装置、水素ガスの前記反応器への供給装置、水素化処理脂肪酸アルキルエステルの前記反応器からの排出装置、水素ガスの反応機からの排出装置、水素ガスの精製装置、及び前記精製水素ガスの反応器への供給装置を少なくとも具備することを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの水素化処理装置。
（ＶＩＩ）  請求項４記載の（１）油脂及び／又は廃食用油、及び／又は（２）脂肪酸用エステル交換反応処理及び／又はエステル化反応処理装置、エステル交換反応処理物及び／又はエステル化反応処理物の中和・水洗処理装置、エステル交換反応処理物及び／又はエステル化反応処理物からアルコールを分離・除去する装置、及び脂肪酸アルキルエステル用攪拌機付回分式低圧触媒反応器又は脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器を少なくとも具備することを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造装置。
（ＶＩＩＩ）更に前記エステル交換反応処理及び／又はエステル化反応処理装置から排出される脂肪酸アルキルエステルを軽油と混合する混合装置、あるいは、前記脂肪酸アルキルエステルの流通式低圧触媒反応器又は脂肪酸アルキルエステル用流通式低圧触媒反応器から排出される水素化処理脂肪酸アルキルエステルを軽油と混合する混合装置を具備することを特徴とする上記（ＶＩ）のバイオディーゼル燃料の製造装置。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】脂肪酸アルキルエステルを回分式低圧触媒反応器を備えた水素化処理システムの概略図である。
【図２】脂肪酸アルキルエステルを流通式低圧触媒反応器を備えた連続的水素化処理システムの概略図である。
【図３】図１及び図２に記載された水素化処理低圧触媒反応器を備えたバイオディーゼル燃料の製造処理システムの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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