(57)【要約】【課題】石鹸廃棄物を産業廃棄物として廃棄する必要なく、資源として有効利用することができる石鹸廃棄物の資源化方法を提供する。【解決手段】脂肪酸アルカリ塩を主成分とする石鹸廃棄物に、メタノール、エタノール、プロパノールから少なくとも１種選ばれるアルキルアルコールと、硫酸、塩酸、リン酸、過塩素酸から少なくとも１種選ばれる酸とを添加して反応させる。あるいは脂肪酸アルカリ塩を主成分とする石鹸廃棄物にアルキル化剤を添加して反応させる。石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を、燃料や界面活性剤などに有効再利用可能な脂肪酸アルキルエステルとして回収することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂肪酸アルカリ塩を主成分とする石鹸廃棄物に、メタノール、エタノール、プロパノールから少なくとも１種選ばれるアルキルアルコールと、硫酸、塩酸、リン酸、過塩素酸から少なくとも１種選ばれる酸とを添加して反応させ、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を脂肪酸アルキルエステルに転換して回収することを特徴とする石鹸廃棄物の資源化方法。
【請求項２】
脂肪酸アルカリ塩を主成分とする石鹸廃棄物にアルキル化剤を添加して反応させ、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を脂肪酸アルキルエステルに転換して回収することを特徴とする石鹸廃棄物の資源化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石鹸廃棄物を資源として有効利用するようにした石鹸廃棄物の資源化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石鹸は、脂肪酸アルカリ塩に色素や香料などの添加剤を配合して混練し、これを押出した後に所定形状に成型することによって製造されている。
【０００３】
上記のように石鹸を製造する際に、添加剤を配合する工程、混練する工程、押出す工程、成型する工程などの各工程で製造機器内に残留するものや、各工程での不良品など、廃棄される石鹸が多量に発生する。これらの石鹸廃棄物は産業廃棄物として廃棄処理されている。またホテルの浴室などにおいて使い捨てとして備えられる石鹸の使用済み品なども産業廃棄物として廃棄処理されている。
【０００４】
ここで、油脂製品の産業廃棄物については、植物油脂製造工程から生じる油滓を脂肪酸エステル化物として利用する方法が特許文献１で、廃食油を高級脂肪酸メチルエステルとして利用する方法が特許文献２で提案されている。しかしながら石鹸廃棄物を有効に利用する技術は未だに存在せず、産業廃棄物として廃棄処理をする他ないのが現状である。
【特許文献１】特開２００４−９１７８２号公報
【特許文献２】特許第３０２８２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、石鹸廃棄物を産業廃棄物として廃棄する場合、廃棄による環境汚染が問題になり、また省資源の面から、廃石鹸をリサイクルして有効利用することが望まれるものである。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、石鹸廃棄物を産業廃棄物として廃棄する必要なく、資源として有効利用することができる石鹸廃棄物の資源化方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る石鹸廃棄物の資源化方法は、脂肪酸アルカリ塩を主成分とする石鹸廃棄物に、メタノール、エタノール、プロパノールから少なくとも１種選ばれるアルキルアルコールと、硫酸、塩酸、リン酸、過塩素酸から少なくとも１種選ばれる酸とを添加して反応させ、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を脂肪酸アルキルエステルに転換して回収することを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明の請求項２に係る石鹸廃棄物の資源化方法は、脂肪酸アルカリ塩を主成分とする石鹸廃棄物にアルキル化剤を添加して反応させ、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を脂肪酸アルキルエステルに転換して回収することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を、燃料や界面活性剤などに有効再利用可能な脂肪酸アルキルエステルに転換して回収することができ、石鹸廃棄物を産業廃棄物として廃棄することなく資源として有効利用することができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００１１】
本発明において資源として利用する石鹸廃棄物は、脂肪酸ナトリウム塩や脂肪酸カリウム塩などの脂肪酸アルカリ塩を主成分として５０質量％以上含有するものであり、既述の石鹸の製造工程から出る石鹸廃棄物や、その他、ホテルの浴室などにおいて使い捨てとして備えられる石鹸の使用済み品など、廃棄される石鹸の全てを含むものである。
【００１２】
本発明において、石鹸廃棄物を資源化する第１の方法は、石鹸廃棄物にアルキルアルコールと酸とを添加して、還流下で攪拌することによって、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩をエステル化反応させるようにしたものである。
【００１３】
このアルキルアルコールとしては、炭素数が１〜３のエタノール、メタノール、プロパノールを用いるものであり、これらの中から１種を選んで単独で用いる他、２種以上を併用することもできる。これらのメタノール，エタノール，プロパノールの沸点は低く、反応終了後に反応系から容易に回収することができるものである。また、本発明によって得られる脂肪酸アルキルエステルの用途として将来的に利用価値が高いと思われるバイオディーゼル燃料を考慮すると、得られる脂肪酸アルキルエステルの沸点は低いほうが良く、この点においても使用するアルキルアルコールはメタノール，エタノール，プロパノールの低級アルコールが好ましいものである。
【００１４】
アルキルアルコールの添加量は、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩に対して化学当量あればよいが、反応率や反応液の粘性を考慮すれば化学当量の３．０〜３０倍の範囲に設定するのが好ましい。複数種のアルキルアルコールを混合して用いる場合は、それぞれのアルキルアルコールの合計量がこの範囲であればよい。アルキルアルコールの添加量がこの範囲未満であると、反応率が低くなると共に、反応系の粘性が高くなって反応操作が困難になるおそれがある。またアルキルアルコールの添加量をこの範囲を超えて多くしても、得られる脂肪酸アルキルエステルの収率を高めることはできず、余剰のアルキルアルコールの回収量が多くなると共に、１バッチで処理できる石鹸廃棄物の量が少なくなるため、経済的に不利になるおそれがある。
【００１５】
また酸としては、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を中和できるものであれば良いが、安価であり、また脂肪酸アルカリ塩を中和した際の副生物塩が回収しやすいという点から、本発明では硫酸、塩酸、リン酸、過塩素酸を使用するものであり、これらの中から１種を選んで単独で用いる他、２種以上を併用することもできる。
【００１６】
酸の添加量は、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を中和するのに要する化学当量であればよいが、反応速度を考慮すれば化学当量の１．１〜４．０倍の範囲に設定するのが好ましい。酸の添加量がこの範囲未満であると、反応速度が遅くなって、反応に要する時間が長くなり、また酸の添加量をこの範囲を超えて多くしても、反応速度を速めることはできず、経済的に不利になるおそれがある。複数種の酸を混合して用いる場合は、それぞれの酸の合計量がこの添加量であればよい。
【００１７】
また反応温度は、使用するアルキルアルコールの還流温度付近が望ましい。反応温度が低すぎると、反応に長時間を要し、反応温度が高すぎると、急激な反応による危険性が生じ、またエネルギー効率のうえでも問題が生じるおそれがある。反応は常圧で行なうことが一般に望ましいが、加圧下でも可能である。反応に要する時間は、アルキルアルコールや酸の種類、反応温度などによって異なるが、一般的には３〜８時間程度である。
【００１８】
上記のように石鹸廃棄物にアルキルアルコールと酸とを添加して、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩をエステル化反応させることによって、脂肪酸アルキルエステルを生成させることができる。アルキルエステルとしてメチルアルコールを用いる場合には脂肪酸メチルエステルを、エチルアルコールを用いる場合には脂肪酸エチルエステルを、プロピルアルコールを用いる場合には脂肪酸プロピルエステルを得ることができるものであり、アルキルエステルとしてメチルアルコールを、酸として硫酸を用いた場合のエステル化反応の一例を次に示す。
【００１９】
ＲＣＯＯＭ  ＋  １／２Ｈ２ＳＯ４  →  ＲＣＯＯＨ  ＋  １／２Ｍ２ＳＯ４
ＲＣＯＯＨ  ＋  ＭｅＯＨ  →  ＲＣＯＯＭｅ  ＋  Ｈ２Ｏ
（Ｒは脂肪族炭化水素基、Ｍはアルカリ金属、Ｍｅはメチル基である）
そして、上記のように反応させた後、反応液を蒸留して余剰の溶媒を回収し、次いで得られた脂肪酸アルキルエステル相を水洗し、さらに静置して脂肪酸アルキルエステル相と水相とに分離し、分液操作をして脂肪酸アルキルエステルを得ることができるものである。反応系からの脂肪酸アルキルエステルの単離回収は、このような洗浄による方法の他に、減圧蒸留やカラムクロマトグラフィーによる方法など、任意の方法で行なうことができる。
【００２０】
次に本発明において、石鹸廃棄物を資源化する第２の方法は、石鹸廃棄物にアルキル化剤を添加し、攪拌することによって、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩をアルキル化反応させるようにしたものである。
【００２１】
このアルキル化剤としては、カルボキシル基をアルキル化することができるものであれば何でもよく、特に限定されるものではないが、硫酸ジアルキル、ｐ−トルエンスルホン酸アルキル、炭酸ジアルキル、リン酸トリアルキル、クロロ炭酸アルキル、アルキルハライド、テトラアルキルシラン等を挙げることができる。
【００２２】
これらのなかでも、コストや反応効率等の面から、硫酸ジアルキルやｐ−トルエンスルホン酸アルキルが特に好ましい。また反応効率の面からアルキル化剤のアルキル基は、炭素数１〜３のものが好ましい。好ましいものを具体的に挙げると、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジプロピル、ｐ−トルエンスルホン酸メチル、ｐ−トルエンスルホン酸エチル、ｐ−トルエンスルホン酸プロピルなどである。本発明で得られる脂肪酸アルキルエステルをバイオディーゼル燃料などの燃料として使用する場合には、燃料の気化効率の点から、アルキル化剤のアルキル基はメチル基であることが好ましい。
【００２３】
そして、石鹸廃棄物にアルキル化剤を添加し、必要に応じて還流下、攪拌することによって、次の反応式のように石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩をアルキル化剤でアルキル化反応させ、脂肪酸アルキルエステルを得ることができるものである。
【００２４】
Ｒ１ＣＯＯＭ  ＋  Ｒ２Ｘ    →    Ｒ１ＣＯＯＲ２  ＋  ＭＸ
（Ｒ１は脂肪族炭化水素基、Ｍはアルカリ金属、Ｒ２Ｘはアルキル化剤である）
アルキル化剤の添加量は、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩に対して化学当量であればよいが、反応率を考慮すると化学当量の１．０〜３．０倍の範囲に設定するのが好ましい。尚、アルキル化剤の化学当量は反応に関与するアルキル基１当量を含むアルキル化剤の量を指す。アルキル化剤の添加量がこの範囲未満であると、アルキル化反応が不十分になって、脂肪酸アルキルエステルの収率が低下し、またアルキル化剤の添加量をこの範囲を超えて多くしても、脂肪酸アルキルエステルの収率を高めることはできず、経済的に不利になるおそれがある。
【００２５】
反応系の粘性が高く操作がし難い場合や、アルキル化反応の速度を制御して熱暴走を回避する場合には、溶媒を用いて反応系を希釈するようにしてもよい。この溶媒としては、アルキル化剤を分解しないものである必要があるが、極性溶媒であればプロトン性溶媒であっても、非プロトン性溶媒であってもよい。例えばメタノール、エタノール等の低級アルコールなどを用いることができ、一種を単独で用いるようにしても、二種以上を併用するようにしてもよい。溶媒の使用量は特に制限されるものではなく、必要に応じた任意の量を使用することができる。
【００２６】
またアルキル化反応の反応温度は、使用するアルキル化剤や溶媒の種類に応じて設定されるものであり、好ましくは、室温から還流温度までの範囲である。反応温度が低すぎると、反応に長時間を要し、反応温度が高すぎると、急激な反応による危険性が生じ、またエネルギー効率のうえでも問題が生じる。反応は常圧で行なうことが一般に望ましいが、加圧下及び減圧下のいずれでも可能である。アルキル化反応に要する時間は、アルキル化剤の種類や反応温度などによって異なるが、一般的に０．５〜２時間程度である。
【００２７】
このようにして得られた脂肪酸アルキルエステルは、既述の方法で単離回収することができる。
【００２８】
尚、本発明において、石鹸廃棄物に、アルキルアルコールと、酸と、アルキル化剤とを添加して、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩をアルキルアルコールと酸とでエステル化反応させると同時に、アルキル化剤でアルキル化反応させることによって、脂肪酸アルキルエステルを生成させることもできる。この場合、得られる脂肪酸アルキルエステルは、アルキルアルコールが反応した脂肪酸アルキルエステルと、アルキル化剤が反応した脂肪酸アルキルエステルとの混合物となる。
【００２９】
上記の各方法で得られた脂肪酸アルキルエステルは、用途に応じて必要な純度まで精製して使用することができる。精製の方法は特に制限されるものではなく、蒸留、抽出、水洗、分離、遠心分離、乾燥、ろ過、脱臭、脱色等の一般的な方法を適用することができる。そしてこの脂肪酸アルキルエステルは、界面活性剤や、燃料などの原料として用いることができるものである。
【００３０】
従って本発明によれば、石鹸製造工程から出る石鹸の廃棄物や使用済みの石鹸などの石鹸廃棄物を資源として、界面活性剤や燃料などの原料となる脂肪酸アルキルエステルを得ることができるものであり、石鹸廃棄物をリサイクルして有効利用することができ、また石鹸廃棄物を廃棄処理する必要がなくなって、環境汚染の問題を生じることがなくなると共に廃棄のためのコストも不要にすることができるものである。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１〜７）
表１に、石鹸廃棄物Ａ〜Ｃの組成を示す。
【００３３】
そして１Ｌの四つ口フラスコに表２に示す配合量で石鹸廃棄物、濃硫酸、硫酸ジメチル、メタノールを仕込み、攪拌しながら７０℃で表２に示した時間加熱することによって反応させた。反応終了後、余剰のメタノールを蒸留して回収した。次いで、生成された脂肪酸メチルエステルと副生成物の塩を分離するため、水を５０ｇ添加して室温下で３０分間攪拌し、その後静置することによって、脂肪酸メチルエステル相と水相とに分離した。そしてこの反応混合液を分液操作して脂肪酸メチルエステル相を回収した。この脂肪酸メチルエステル相には色素や香料が含まれており、着色された相であるが、これを２４７Ｐａ（２ｍｍＨｇ）、８０〜１８０℃で減圧蒸留することによって、無色透明の脂肪酸メチルエステルを得た。
【００３４】
【表１】
2008007648.tif 000002
【００３５】
【表２】
2008007648.tif 000003
【００３６】
この脂肪酸メチルエステルについてガスクロマトグラフィー分析を行なったところ、表３に示す結果が得られた。
【００３７】
【表３】
2008007648.tif 000004
【００３８】
表３にみられるように、石鹸廃棄物中の脂肪酸アルカリ塩を脂肪酸アルキルエステルとして回収することができるものであった。