(57)【要約】【課題】グリセリンの副生を防止しつつ、油脂含有廃液から液体燃料を得ることができる製造方法の提供。【解決手段】油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得た後、得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得る、液体燃料の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得る分解工程と、
得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得るエステル化工程と、
を備える液体燃料の製造方法。
【請求項２】
前記分解工程において、前記油脂含有廃液を生化学的反応によって分解した後、または分解しながら、前記油脂含有廃液を旋回することで、固体のオイルボールとして前記高級脂肪酸を得る、請求項１に記載の液体燃料の製造方法。
【請求項３】
前記分解工程において、前記生化学的反応が嫌気的なメタン発酵である、請求項１または２に記載の液体燃料の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法によって得られる液体燃料。
【請求項５】
油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得る分解手段と、
得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得るエステル化手段と、
を有する液体燃料の製造装置。
【請求項６】
前記分解手段が、さらに、前記油脂含有廃液を生化学的反応によって分解した後、または分解しながら、前記油脂含有廃液を旋回することで、固体のオイルボールとして前記高級脂肪酸を得ることができる旋回手段を有する、請求項５に記載の液体燃料の製造装置。
【請求項７】
前記分解手段は、前記生化学的反応として嫌気的なメタン発酵を行うことができる、請求項５または６に記載の液体燃料の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合併浄化槽汚泥のような液状廃棄物、油脂製品製造排水等の食品系産業排水などのように、油脂分を含む廃棄物・排水（以下「油脂含有廃液」と略記する場合がある）から液体燃料を製造する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の生物処理方法として、好気性処理および嫌気性処理が挙げられる。
好気性処理は活性汚泥処理に代表される処理法であり、下水処理、産業廃水処理に広く普及している。
嫌気性処理は、好気性処理と比べて、汚泥発生量が少なく、ブロワ−（曝気）などの電気代が不要なためランニングコストを抑えられるばかりか、発生したメタンガスを有効利用できたりするなどのメリットがあるため、近年、汚泥処理、畜産廃水処理、産業排水処理等の分野などで普及している処理である。
【０００３】
前記好気性処理、嫌気性処理のいずれかの処理で油脂含有廃液の汚濁成分が処理されるが、生物処理において油脂分の処理速度が低いことが問題になっている。油脂分（トリグリセリド等）は高級脂肪酸とグリセリンの化合物等であるが、酵素リパーゼによって容易に高級脂肪酸とグリセリンに分解される。しかしながら、高級脂肪酸の生分解反応はβ酸化によって進行するため、反応速度が極めて低く、処理の過程で蓄積し、蓄積量が多いと非特許文献１に記載のように脂肪酸の球状態であるオイルボールに変化する。オイルボールは乳化している油脂分に比較して単位重量あたりの表面積が著しく小さく、また微生物の増殖に必要な水中の窒素、リンなど栄養素が浸透しづらいため、生物処理がますます困難になる。
【０００４】
一方、再生エネルギーの有力な液体燃料としてＢＤＦ（バイオディゼルフューエル／Ｂｉｏ  Ｄｉｅｓｅｌ  Ｆｕｅｌ）が国内外で生産されている。西欧ではエネルギー作物としての菜種、日本では主には廃食用油を原料として生産されている。最も普及している生産方法は、油脂分とメタノールを混合し、アルカリ金属を触媒としてＢＤＦ（脂肪酸エステル）に転換させるものであるが、この反応では式（１）に示されるように副生するグリセリンの処理処分が問題になっている。副生グリセリンは、好気性処理で酸化分解あるいは嫌気性処理でメタン化の他、焼却処分等が行われている。一部は有効利用されているが、グリセリンの品質が粗悪なためほとんど普及していない。再生エネルギー利活用が進められているが、ＢＤＦについては副生グリセリンの処理が大きな課題となっている。
【０００５】
【化１】
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【０００６】
式（１）において、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、炭化水素基を意味しており、これらＲ1、Ｒ2、Ｒ3は異種の炭化水素基であってよく、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3の少なくとも二つが同種の炭化水素基であってよい。また、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は、炭素−炭素不飽和結合を有してもよく、アルコキシ基などの他の官能基が結合していてもよい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】東京都消費生活総合センター技術支援課「排水として流すタイプの油処理剤」２００４年２月、東京都消費生活総合センター出版
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、グリセリンの副生を防止しつつ、油脂含有廃液から液体燃料を得ることができる製造装置および製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は上記のような課題を解決するために鋭意検討し、本発明を完成させた。
本発明は、以下の（１）〜（７）である。
（１）油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得る分解工程と、
得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得るエステル化工程と、
を備える液体燃料の製造方法。
（２）前記分解工程において、前記油脂含有廃液を生化学的反応によって分解した後、または分解しながら、前記油脂含有廃液を旋回することで、固体のオイルボールとして前記高級脂肪酸を得る、上記（１）に記載の液体燃料の製造方法。
（３）前記分解工程において、前記生化学的反応が嫌気的なメタン発酵である、上記（１）または（２）に記載の液体燃料の製造方法。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法によって得られる液体燃料。
（５）油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得る分解手段と、
得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得るエステル化手段と、
を有する液体燃料の製造装置。
（６）前記分解手段が、さらに、前記油脂含有廃液を生化学的反応によって分解した後、または分解しながら、前記油脂含有廃液を旋回することで、固体のオイルボールとして前記高級脂肪酸を得ることができる旋回手段を有する、上記（５）に記載の液体燃料の製造装置。
（７）前記分解手段は、前記生化学的反応として嫌気的なメタン発酵を行うことができる、上記（５）または（６）に記載の液体燃料の製造装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、グリセリンの副生を防止しつつ、油脂含有廃液から液体燃料を得ることができる製造装置および製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の装置を説明するための概念図である。
【図２】本発明の装置の好ましい態様を示す概略図である。
【図３】本発明の装置の別の好ましい態様を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明について説明する。
本発明は、油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得る分解工程と、得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得るエステル化工程と、を備える液体燃料の製造方法である。
このような製造方法を、以下では「本発明の方法」ともいう。
【００１３】
また、本発明は、油脂含有廃液を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸を得る分解手段と、得られた固体の高級脂肪酸をエステル化して液体燃料を得るエステル化手段と、を有する液体燃料の製造装置である。
このような製造装置を、以下では「本発明の装置」ともいう。
【００１４】
本発明の方法は、本発明の装置を用いて行うことが好ましい。
【００１５】
以下において、単に「本発明」と記した場合、本発明の方法および本発明の装置の両方を意味するものとする。
【００１６】
本発明について図を用いて説明する。
図１は、本発明の装置を示す概略図である。
図１において本発明の装置１０は、油脂含有廃液１を生化学的反応によって分解して、固体の高級脂肪酸３を得る分解手段１２と、得られた固体の高級脂肪酸３をエステル化して液体燃料５を得るエステル化手段１４と、を有する。
【００１７】
＜分解手段＞
本発明の装置１０が有する分解手段１２について説明する。
【００１８】
分解手段１２における処理対象物である油脂含有廃液１は、前述のように、油脂分を含む廃棄物や排液である。典型例として、合併浄化槽汚泥のような液状廃棄物、油脂製品製造排水等の食品系産業排水が挙げられる。
ここで、油脂分は、脂肪酸グリセリド（脂肪酸トリグリセリド、脂肪酸ジグリセリド、脂肪酸モノグリセリドを含む。）を含むものであり、主として、高級脂肪酸とグリセリンとの化合物である。
【００１９】
分解手段１２では、このような油脂含有廃液１を生化学的反応によって分解する。
生化学的反応は、油脂分を分解して高級脂肪酸を生じさせる反応であれば特に限定されない。例えば、従来公知の好気性処理や嫌気性処理による分解反応が挙げられる。
生化学的反応は、嫌気性処理による分解反応であることが好ましく、嫌気的なメタン発酵による分解反応であることがより好ましい。液体燃料５とは別に、バイオガス（気体燃料）を得ることができるからである。
【００２０】
このような分解手段１２によって、固体状の高級脂肪酸３を得ることができる。
また、油脂含有廃液１を生化学的反応によって分解した後、または分解しながら、油脂含有廃液１を旋回することで、固体のオイルボールとして高級脂肪酸３を得ることが好ましい。よって、分解手段１２が、さらに、油脂含有廃液１を生化学的反応によって分解した後、または分解しながら、油脂含有廃液１を旋回することで、固体のオイルボールとして高級脂肪酸を得ることができる旋回手段を有することが、高級脂肪酸を容易に回収する上で好ましい。オイルボールを形成するための旋回手段として公知の曝気攪拌、機会攪拌、水流攪拌を利用することができる。
【００２１】
このような分解手段１２によって、本発明の方法における分解工程を行うことができる。
【００２２】
＜エステル化手段＞
本発明の装置１が有するエステル化手段１４について説明する。
【００２３】
エステル化手段１４では、分解手段１２によって得られた固体の高級脂肪酸３をエステル化して液体燃料５を得る。
【００２４】
エステル化手段１４は、基本的には固体の高級脂肪酸３とアルコールとを反応させる手段である。温度条件によっては脂肪酸が液状になっている場合があるが、液状でも同様にエステル化を行うことができる。高級脂肪酸３とメタノールとのエステル化は硫酸酸性下にて反応させて行うことができるが、金属触媒を利用した方法など他の公知の方法を利用することもできる。固体高級脂肪酸は１０mm程度の大きさでもエステル化を行うことができるが、エステル化反応を円滑に進めるためは、３ｍｍ以下に粉砕するか、加温して液状で反応せしめるのが好ましい。
ここでアルコールは、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、１−ブタノールなどの直鎖アルコール類、イソブチルアルコール、２−ブタノール、ｔ−ブタノール、アリルアルコールなどの分岐アルコール類などを意味し、炭素原子数が１〜２４個程度であることが好ましい。
【００２５】
このようなエステル化手段１４によって、本発明の方法におけるエステル化工程を行うことができる。
【実施例】
【００２６】
次に、本発明の実施態様について、図を用いて説明する。
【００２７】
＜実施例１＞
本発明の実施態様について図２を参照しつつ説明する。
油脂含有廃液１１は嫌気的条件下にあるメタン発酵槽２２に導入され、油脂含有廃液１１に含まれる油脂分は高級脂肪酸とグリセリンとに分解される。グリセリンは油脂含有廃液１１中の他の有機物とともにバイオガス１７（主としてメタン、二酸化炭素）に転換され、メタン発酵液１９はメタン発酵槽２２外に排出される。高級脂肪酸は分解速度が低いため、一部は分解するが大部分は残留、析出し、集合して粗大な固形物となる。メタン発酵槽２２内液が適度な旋回状態攪拌されている場合は、旋回流によって固形物が回転しつつ集合してオイルボール１３（球形固形物）になる。
【００２８】
メタン発酵槽２２の水温は３５〜５８℃が望ましく、ｐＨは中性程度が望ましく、水理学的滞留日数（ＨＲＴ）は１５〜３０日が望ましい。
【００２９】
メタン発酵槽２２内の攪拌は対流が生ずるように機械攪拌装置２９（ガス攪拌装置等であってもよい）を設置することが好ましい。オイルボール１３はオイルボール移送管２３を経由してＢＤＦ生産工程２４に移送され、ＢＤＦ１５に転換される。オイルボールはＢＦＤ生産工程２４において、下記式（２）に示すように硫酸酸性下でメタノールと反応してＢＤＦとなるが、ＢＤＦ原料が脂肪酸（ＲＣＯＯＨ）のため、前述の式（１）とは異なり、グリセリンを副生しない。
【００３０】
【化２】
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【００３１】
式（２）において、Ｒは炭化水素基を意味する。また、Ｒは、炭素−炭素不飽和結合があってもよく、アルコキシ基などの他の官能基が結合していてもよい。また、Ｒが含む炭素数は１２個以上であることが好ましい。
【００３２】
メタン発酵槽２２からオイルボール１３を分離する手段として、掻き寄せ機、浮上物の水流による排出など、嫌気性槽からの公知のスカム排出手段を利用することができる。あるいはメタン発酵槽２２外に排出されるメタン発酵液１９からスクリーン、網等の分離手段を利用しても良い。メタン発酵液１９を浄化するには好気的処理、例えば活性汚泥処理が推奨される。
【００３３】
＜実施例２＞
次に、本発明の別の実施態様について図３を参照しつつ説明する。
油脂含有廃液３１は、好気性微生物が浮遊し、空気曝気されている曝気槽４２に導入され、油脂含有廃液３１に含まれる油脂分は微生物の産生するリパーゼによって高級脂肪酸とグリセリンに分解される。グリセリンは溶解して水中に残留あるいは油脂含有廃液３１中の他の有機物とともに微生物によって酸化分解され、高級脂肪酸は曝気槽４２内液の旋回流によってオイルボールが形成される。曝気槽の水温は１０〜４０℃程度、pＨは中性近傍が望ましい。水温が７０℃程度になると、微生物が失活し、また高級脂肪酸の一部が溶解して後段の分離が難しくなるので好ましくない。オイルボールは曝気槽４２から流出する曝気液３２に伴い、オイルボール分離機４３に導入され、バースクリーン４３１によって分離され、分離されたオイルボール３３はＢＤＦ生産工程３４に移送される。分離水３６は、さらなる処理のための処理工程５１に移送され、生物処理、物理化学的処理等の公知の処理技術によって処理される。オイルボールの分離にはスクリーンの他、網、籠など公知の分離手段を利用することができる。曝気槽４２における油脂分の分解を向上するためには、分離水３６を固液分離工程５３に移送し、分離水３６の固形物（微生物）を分離し、曝気槽４２に返送配管５５を通して返送すればよい。分離水３７は処理工程５１に移送し、処理水３８は放流あるいは再利用すればよい。
【００３４】
曝気槽４２内液の溶存酸素濃度は、油脂分が脂肪酸とグリセリンに分解するリパーゼ生産菌が活性化すればよいので、曝気槽４２へ空気供給されていればゼロでも分解反応を進めることができる。
【００３５】
＜実施例３＞
図２のメタン醗酵槽２２（円筒形：内径３００ｍｍ、高さ６００ｍｍ  有効容積  ３０Ｌ）に消化汚泥を種汚泥として投入し、ＢＯＤ濃度３０００ｍｇ／Ｌ、油脂分（Ｎ−ヘキサン抽出物質として測定）６００ｍｇ／Ｌの油脂含有廃液１１を１．２Ｌ／日でメタン醗酵処理した。メタン醗酵槽２２は恒温水槽に設置して３７℃になるように制御した。運転開始直後からバイオガス（メタン濃度６４％、二酸化炭素濃度３６％）が発生し、数日後から直系５ｍｍ程度のオイルボールが析出し始めたので、オイルボールをメタン醗酵槽２２外に取り出し、水洗後、みじん切りにした後、メタノールと混合し、硫酸酸性下、１００℃でエステル化を行った。その結果オイルボールから収率９４％の率で脂肪酸エステルを製造することができた。
【符号の説明】
【００３６】
１    油脂含有廃液
３    固体の高級脂肪酸
５    液体燃料
１０    本発明の装置
１２    分解手段
１４    エステル化手段
１１、３１  油脂含有廃液
１３、３３    オイルボール
１５    ＢＤＦ
１７    バイオガス
１９    メタン発酵液
２２    メタン発酵槽
２３    オイルボール移送管
２４、３４    ＢＤＦ生産工程
２９    機械攪拌装置
３２    曝気液
３６、３７    分離水
３８    処理水
４２    曝気槽
４３    オイルボール分離機
４３１  バースクリーン
５１    処理工程
５３    固液分離工程
５５    返送配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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