(57)【要約】【課題】  低級アルカン類を脂肪酸アルキルエステルと組み換えることにより、低コストを実現できるアルキレート系バイオディーゼルの製造方法及びその製品を提供する。【解決手段】  酸化炭素類を水素添加及び酸素除去反応させることによって炭素数が単数のC１のアルカン類と過渡性の活性化ラジカル（-CH2-）を生成する工程と、  前記アルカン類と活性化ラジカルを組み換えて、炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートを生成する工程と、  アルコールを用いて脂肪酸を脂肪酸アルキルエステルにエステル化する工程と、  前記合成アルキレートと、前記脂肪酸アルキルエステルを混合する工程と、を有することを特徴とするアルキレート系バイオディーゼルの製造方法。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化炭素類を水素添加及び酸素除去反応させることによって炭素数が単数のC１のアルカン類と過渡性の活性化ラジカル（-CH2-）を生成する工程と、
前記アルカン類と活性化ラジカルを組み換えて、炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートを生成する工程と、
アルコールを用いて脂肪酸を脂肪酸アルキルエステルにエステル化する工程と、
前記合成アルキレートと、前記脂肪酸アルキルエステルを混合する工程と、を有することを特徴とするアルキレート系バイオディーゼルの製造方法。
【請求項２】
酸化炭素類を水素添加及び酸素除去反応させることによって炭素数が単数のC１のアルカン類と過渡性の活性化ラジカルを生成する工程と、
前記アルカン類と活性化ラジカルを組み換えて、炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートを生成する工程と、
前記合成アルキレートと植物油を混合する工程と、を有することを特徴とするアルキレート系バイオディーゼルの製造方法。
【請求項３】
単数のアルカン類を組み換えた炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートと脂肪酸アルキルエステルを含むアルキレート系バイオディーゼル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に低級アルカン類を脂肪酸アルキルエステルと組み換えることにより、低コストを実現できるアルキレート系バイオディーゼル（燃料）の製造方法及びその製品に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオディーゼルは主に植物の含有油脂を原料としたディーゼルエンジンを稼働させることができる一般的な軽油の代替えとなる燃料のことである。又、大気圏を含めた地表圏上の二酸化炭素を吸収して成長する植物から作られた燃料が燃焼時に発生する二酸化炭素はまた植物が吸収するため、地表圏上の二酸化炭素絶対量を増加させることはない。
【０００３】
石油や石炭などの化石燃料の場合は、地下における炭化水素を燃焼させて使用するので、地表圏上に二酸化炭素として変換され、大気圏、地表圏上の二酸化炭素絶対量を増加させてしまい、この二酸化炭素濃度の増加が大気圏、地表圏の温度上昇の一因となっている。従って、化石燃料の軽油の代わりにバイオディーゼル燃料を使用することによって、地球温暖化の防止に多少なりとも貢献することができる。
【０００４】
従来のバイオディーゼルは、植物油の脂肪酸とアルコールからなる脂肪酸メチルエステルであり、実際に使用する場合には、その中に大量の化石燃料（軽油）（約７０％〜８０％）及び、少量の脂肪酸メチルエステルを含んでいる。大量の脂肪酸メチルエステルを使用すると、コストを増加してしまう問題を有する。又、前記バイオディーゼルは現在よく使用されるものであるため、特に特許文献又は非特許文献に記載されなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
又、前記従来のバイオディーゼルのように大量の化石燃料を含んでいると、従来の軽油と同じように燃焼時に、大気を汚染する物質が発生する問題を有し、将来的には、地球における化石燃料の含有量も低減してしまうので、製造コストに影響が出てしまう。
【０００６】
そこで、出願されたのが本発明であって、低級アルカン類を脂肪酸アルキルエステルと組み換えることにより、低コストを実現できるアルキレート系バイオディーゼルの製造方法及びその製品を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１の発明は、酸化炭素類を水素添加及び酸素除去反応させることによって炭素数が単数のC１のアルカン類と過渡性の活性化ラジカル（temporarily  active free radical, -CH2-）を生成する工程と、
前記アルカン類と活性化ラジカルを組み換えて、炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートを生成する工程と、
アルコールを用いて脂肪酸を脂肪酸アルキルエステルにエステル化する工程と、
前記合成アルキレートと、前記脂肪酸アルキルエステルを混合する工程と、を有することを特徴とするアルキレート系バイオディーゼルの製造方法を提供する。
【０００８】
本願の請求項２の発明は、酸化炭素類を水素添加及び酸素除去反応させることによって炭素数が単数のC１のアルカン類と過渡性の活性化ラジカルを生成する工程と、
前記アルカン類と活性化ラジカルを組み換えて、炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートを生成する工程と、
前記合成アルキレートと植物油を混合する工程と、を有することを特徴とするアルキレート系バイオディーゼルの製造方法を提供する。
【０００９】
本願の請求項３の発明は、単数のアルカン類を組み換えた炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートと脂肪酸アルキルエステルを含むアルキレート系バイオディーゼルを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するものであり、硫黄や芳香族化合物を含まなく、且つ優れた潤滑性を有し、従来の化石軽油より汚染物質（CO、HC、PM、NOｘ）を減少することができると共に、合成アルキレート、脂肪酸アルキルエステル又は植物油を混合することにより、製造コストをより下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るアルキレート系バイオディーゼルの製造方法における水素添加及び酸素除去反応のフローチャートであり、図２は本発明に係るアルキレート系バイオディーゼルの製造方法における組み換え反応のフローチャートである。
【００１３】
本発明に係るアルキレート系バイオディーゼルの製造方法は、主に以下の工程を有する。
酸化炭素類を水素添加及び酸素除去反応させることによって炭素数が単数のC１のアルカン類と過渡性の活性化ラジカル（-CH2-）を生成する工程と、
前記アルカン類と活性化ラジカルを組み換えて、炭素数が３〜２５（C3〜C25）の合成アルキレートを生成する工程と、
アルコールを用いて脂肪酸を脂肪酸アルキルエステルにエステル化する工程と、
前記合成アルキレートと、脂肪酸アルキルエステル又は植物油を混合する工程と、
安定剤、染料、保存剤、有機金属化合物又は流動改良剤を選択に添加する工程と、を有する。
【００１４】
図１に示すように、これは水素添加及び酸素除去反応（Hydrodeoxygenating process, HDO process）のフローチャートである。その主な原料は純粋な酸化炭素（CO）である。予熱した酸化炭素が水素と混合し、水素原子が反応器中の触媒によって酸素原子の代わりに炭素と連結することにより、炭素数が単数（C1）のアルカン類、過渡性の活性化ラジカル（例えば-CH2-）及び副産物の水蒸気、酸素を形成した後、純化を行う。前記水素添加及び酸素除去反応の触媒はニッケル/アルミニウムの酸化物であり、反応温度は２５０℃〜３００℃である。
【００１５】
又、図２に示すように、純化したアルカン類を予熱させ、触媒と反応して化学の組み換え反応を行うことができる。この反応の触媒はニッケル/二酸化チタンであり、反応温度は４５０℃〜５５０℃であり、反応して得たアルキレートは合成アルキレートであるので、化石軽油のようなパラフィンなどの有害物質を含まない。この合成アルキレートはC３〜C２５の炭素を有しているが、好ましくは、C５〜C２０の炭素を有し、更に好ましくはC１３〜C１９の炭素を有する。又、前記合成アルキレートは主に正デカン、ペンタン、イソペンタン、正へプタン又はイソへプタンであり、反応の副産物はC3又はC4の低級アルカン類（軽質アルカン類）と水素であり、水素をリサイクルして利用することができ、低級アルカン類を気体燃料として使用することができる。前記合成アルキレートを植物油又は植物油からなる脂肪酸アルキルエステルと混合することにより、本発明のバイオディーゼルを生成する。
【００１６】
水酸化ナトリウムを触媒として植物油とアルコールを混合することにより、グリセリン又は脂肪酸エステルを製造する反応は下記の式１に示す。
式１  
2006213829.tif 000002
前記R’、R’’、R’’’及びRはアルキルである。
例えば、グリセリト+３メタノール→グリセリン+メチルエステルである。
【００１７】
前記アルコールとしてよく使用されるものはメタノールとエタノールである。前記反応の産物である脂肪酸エステル、例えばメチルエステル又はエチルエステルはそのままバイオディーゼルとして使えるが、そのコストが高いので、あまり使用していない。該脂肪酸エステルが適当な割合で前記合成アルキレートと混合して、本発明のバイオディーゼルになる。
【００１８】
又、本発明のバイオディーゼルを保存しやすく、優れた燃焼性質を達成するため、安定剤、染料、保存剤、有機金属化合物又は流動改良剤を選択に添加することができる。
【００１９】
前記安定剤（Stabilizer）は例えばアミン類又は燐類の安定剤である。前記染料（Color appearance; dye）は例えば硫化物を含まない染料である。前記保存剤（Preservative）は例えば微生物を抑える殺菌剤である。前記有機金属化合物は、バリウム、マグネシウム、ナトリウム又はカルシウムを含む化合物であり、例えば金属カルボン酸（metal carboxylic acid）である。前記流動改良剤（Pour point depressant）は、例えば冷流体促進効果（低温流れ改良効果：cold flow improvement）を有するアルキルメタクリレート共重合体（Alkyl-methacrylate copolymer）又はグラフト共重合体（Graft copolymer）である。
【００２０】
本発明に係るアルキレート系バイオディーゼルは、少なくとも以下の成分を有する。
植物油又は脂肪酸エステル化合物及び安定剤、染料、保存剤、有機金属化合物又は流動改良剤を有する。
又、発熱用及び動力用バイオディーゼルの含量は夫々以下に示す。
【００２１】
A、動力用バイオディーゼル
１、  合成アルキレート物質（Synthetic alkylation matter）：一般の範囲は４７％〜９６％であり、より好ましい範囲は４７％〜９４％であり、一番好ましい範囲は７８％〜９４％である。
２、  脂肪酸アルキルエステル（fatty alkylester）：一般の範囲は３％〜９５％であり、より好ましい範囲は３％〜５０％であり、一番好ましい範囲は５％〜５０％である。
３、  染料（dye）：一般の範囲は１ppm〜１０ppmであり、より好ましい範囲は１ppm〜５ppmであり、一番好ましい範囲は１ppm〜３ppmである。
４、  保存剤（Preservative）：一般の範囲は１０ppm〜５００ppmであり、より好ましい範囲は１０ppm〜１００ppmであり、一番好ましい範囲は５０ppm〜８０ppmである。
５、  流動改良剤（Pour  point  depressant）：使用地域の気候により−３℃〜−２０℃異なる添加剤と使用量を添加する。
【００２２】
前記成分１と、前記成分２と前記成分５を加熱しながら混合し、成分ａを得る。更に、成分ａを前記成分３と前記成分４と混合することにより、動力用バイオディーゼルを得る。
【００２３】
B、発熱用バイオディーゼル
１、  合成アルキレート物質（Synthetic alkylation matter）：一般の範囲は４７％〜９６％であり、より好ましい範囲は４７％〜９４％であり、一番好ましい範囲は６０％〜９４％である。
２、  植物油（plant  oil）：一般の範囲は３％〜９５％であり、より好ましい範囲は３％〜５０％であり、一番好ましい範囲は５％〜５０％である。
３、  有機金属化合物（Organo  metallic  compound）：その金属濃度の一般の範囲は４ppm〜１００ppmであり、より好ましい範囲は１５ppm〜７０ppmであり、一番好ましい範囲は２０ppm〜４０ppmである。
４、  保存剤（Preservative）：一般の範囲は１０ppm〜５００ppmであり、より好ましい範囲は１０ppm〜１００ppmであり、一番好ましい範囲は５０ppm〜８０ppmである。
【００２４】
前記成分１と、前記成分２を混合し、成分ａを得る。更に、成分ａを前記成分３と前記成分４と混合することにより、発熱用バイオディーゼルを得る。
【００２５】
又、本発明のバイオディーゼルの使用効率と低汚染性は以下の示すようにテストを行う。
（A）エンジン動力の性能テスト結果
本発明の三つのバイオディーゼル（番号はBD９５０５、BD８０２０及びBD５０５０）、従来のバイオディーゼル（番号はB１００）及び市販の化石軽油はエンジン動力について性能テストを行い、その成分を下記の表１に示した。
【表１】
2006213829.tif 000003
市販の化石軽油をCummins  B5.9テストエンジンに添加してパワーテスト（power  mapping）を行い、各８〜１０rpmでエンジンの最小及び最高回転速度を夫々記録することにより、その性能と正味燃料消費率を測定する。その結果、市販の化石軽油の場合、そのエンジンの最大出力パワーは１１３Kwであり、最大トルクは５１７Nmであり、一方、バイオディーゼルBD９５０５、BD８０２０、BD５０５０及びB１００の場合では、そのエンジンの最大出力パワーは夫々１０４．２Kw、１０４．７Kw、１０４．９Kw及び１０２．７Kwであり、最大トルクは夫々４８１Nm、４８２Nm、４８７Nm及び４８２Nmである。この結果を下記の表２に示した。
【表２】
2006213829.tif 000004
【００２６】
表２に示すように、市販の化石軽油を使用したエンジンの正味燃料消費率（Brake  Specific  fuel  Consumption、BSFC）は、２１２．７g/bhp-hrであり、バイオディーゼルを使用するエンジンの正味燃料消費率は、夫々２１２．８g/bhp-hr、２１９．０g/bhp-hr、２２５．９g/bhp-hr及び２４４．５g/bhp-hrであり、従って、バイオディーゼルの正味燃料消費率は化石軽油より最大１５％高い。単位体積あたりの正味燃料消費率（BSFC、Vol）から判断すると、市販の化石軽油を使用したエンジンは毎時間２５５．２リットルの軽油を消費し、一方、バイオディーゼルを使用するエンジンは毎時間夫々２６９．２リットル、２７２．６リットル、２６９．１リットル及び２７９．５リットルのバイオディーゼルを消費し、従って、バイオディーゼルの正味燃料消費率は化石軽油より約５．５％〜９．５％アップすることを分かった。
【００２７】
（B）エンジンの排気汚染テスト結果
下記表３に示すように、１２００秒で市販の化石軽油を使用したエンジンの総出力パワー（Integrated  power）は９．９００７５Kw-hrであり、四つのバイオディーゼルでは夫々８．９８７９２Kw-hr、８．９８７９２Kw-hr、９．１２８３６Kw-hr及び９．０５８１３Kw-hrである。
【表３】
2006213829.tif 000005
上表により、バイオディーゼルを使用したエンジンは７．８％〜９．２％のパワーを失うこと及び３．７％〜２０．４％の正味燃料消費率を増加することを分かった。
【００２８】
又、下記表４に示すように、Cummins  B5.9エンジンに市販の化石軽油を使用した場合、その排気の炭化水素化合物（THC）の量は０．４３５g/bhp-hrであり、一酸化炭素（CO）の量は２．０５５g/bhp-hrであり、窒素酸化物（NOｘ）の量は６．３０４g/bhp-hrであり、顆粒状汚染物（PM）の量は０．１３２４g/bhp-hrであり、一方、バイオディーゼルBD９５０５を使用した場合では、そのTHC、CO、NOｘ及びPMは夫々０．３０９、１．５３０、５．７４３及び０．０９９３g/bhp-hrであり、又、BD８０２０、BD５０５０、B１００のバイオディーゼルを使用した場合でも、その汚染値も減少している。
【表４】
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【００２９】
上表により、バイオディーゼルを使用したエンジンのTHC値及びCO値は市販の化石軽油を使用したエンジンより１８．４％〜３７．０％減少することを分かった。B１００を除けて、NOｘ値を減少することも分かった。又、PM値も２１．８％〜３５．３％減少することを分かった。
【００３０】
（B）、発熱性能テスト
上記化石軽油及び各バイオディーゼルに対して発熱性能について夫々テストを行った。その結果を、下記表５及び表６に示す。
【表５】
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【表６】
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【００３１】
前記バイオディーゼルに有機金属化合物を添加しない場合には、表５に示すように、各時間でバイオディーゼルの正味燃料消費量は３．２リットル減少し、汚染物質の硫黄と二酸化硫黄を含まず、炭化水素化合物（THC）も少ない。しかし、有機金属化合物を添加しないので、窒素酸化物（NOｘ）の量が多い。又、表６に示すように、バイオディーゼルの顆粒状汚染物（PM）の量が大幅に減少することを分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は上記の構成を有するので、以下に示すような効果を達成できる。
１、  本発明のバイオディーゼルは硫黄や芳香族化合物を含まなく、且つ優れた潤滑性を有している。
２、  排気テストから判断すると、本発明のバイオディーゼルは従来の化石軽油より汚染物質（CO、HC、PM、NOｘ）を減少させることができる。
３、  合成アルキレートと、脂肪酸アルキルエステル又は植物油を混合することにより、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係るアルキレート系バイオディーゼルの製造方法における水素添加及び酸素除去反応のフローチャートである。
【図２】本発明に係るアルキレート系バイオディーゼルの製造方法における組み換え反応のフローチャートである。
【図１】
2006213829.tif 000009
【図２】
2006213829.tif 000010