(57)【要約】【課題】装置の小型化や低コスト化が実現可能でありながら、副産物であるグリセリンの発生を抑え、バイオディーゼル燃料の収率を向上させることができる超臨界法によるバイオディーゼル燃料製造装置およびバイオディーゼル燃料製造方法を提供する。【解決手段】ＢＤＦ製造装置１０は、動植物油脂またはその廃食油とメタノールとを超臨界状態でメタノリシス反応させる反応器１６を有して構成され、反応器１６は、動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとからなる混合物を撹拌する撹拌手段１６Ａを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとを超臨界状態でメタノリシス反応させる反応器を有して構成され、
前記反応器は、
前記動植物油脂またはその廃食油と、前記メタノールとからなる混合物を撹拌する撹拌手段を備えたことを特徴とする、
バイオディーゼル燃料製造装置。
【請求項２】
前記反応器から排出された反応混合物を、前記反応器に流入する前の前記混合物との熱交換によって冷却する熱交換器と、
前記熱交換器によって冷却された反応混合物を気化させてバイオディーゼル燃料と未反応のメタノールとを分離する気液分離器と、を更に備えたことを特徴とする、
請求項１に記載のバイオディーゼル燃料製造装置。
【請求項３】
前記動植物油脂またはその廃食油を貯留する第１貯留手段と、
前記第１貯留手段に貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引する第１吸引手段と、
前記第１吸引手段によって吸引された動植物油脂またはその廃食油を貯留する第２貯留手段と、
前記第２貯留手段に貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引して前記反応器に送り出す第２吸引手段と、を更に備えたことを特徴とする、
請求項１または２に記載のバイオディーゼル燃料製造装置。
【請求項４】
前記混合物を４００℃以上に熱した後に前記攪拌手段で攪拌することを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載のバイオディーゼル燃料製造装置。
【請求項５】
動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとを超臨界状態で攪拌手段で攪拌してメタノリシス反応させることを特徴とする、
バイオディーゼル燃料製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動植物油脂またはその廃食油およびメタノールを用いたバイオディーゼル燃料製造装置およびバイオディーゼル燃料製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護意識の高まりから、車両や船舶などに用いられるディーゼル燃料としてバイオディーゼル燃料(ＢＤＦ)が注目されている。このバイオディーゼル燃料は、動植物油脂およびその廃食油の主成分であるトリアシルグリセロールをメタノールによりエステル交換反応（以下、メタノリシス反応）させることにより生成することができ、アルカリ触媒、酸触媒などの触媒を用いた触媒法が一般的である。しかしながら、この触媒法では触媒が反応生成物に混入するために、製品の中和、洗浄および洗浄水の浄化が必要となる他、グリセリンが生成しまうといった問題がある。
【０００３】
このような問題点を解決すべく、触媒を使用しないバイオディーゼル燃料の製造方法として、超臨界流体を応用した製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−６０５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１記載の製造方法では、超臨界流体自体の流動により原料の混合を行うため、メタノリシス反応のための十分な長さを有する管状の反応管が必要で、装置の小型化や低コスト化に限界があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、装置の小型化や低コスト化が実現可能でありながら、副産物であるグリセリンの発生を抑え、バイオディーゼル燃料の収率を向上させることができる超臨界法によるバイオディーゼル燃料製造装置およびバイオディーゼル燃料製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下の手段によって上記課題を解決しようとするものである。
（１）本発明は、動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとを超臨界状態でメタノリシス反応させる反応器を有して構成され、前記反応器は、前記動植物油脂またはその廃食油と、前記メタノールとからなる混合物を撹拌する撹拌手段を備えたことを特徴とする、バイオディーゼル燃料製造装置である。
（２）本発明はまた、前記反応器から排出された反応混合物を、前記反応器に流入する前の前記混合物との熱交換によって冷却する熱交換器と、前記熱交換器によって冷却された反応混合物を気化させてバイオディーゼル燃料と未反応のメタノールとを分離する気液分離器と、を更に備えたことを特徴とする、前記（１）に記載のバイオディーゼル燃料製造装置である。
（３）本発明はまた、前記動植物油脂またはその廃食油を貯留する第１貯留手段と、前記第１貯留手段に貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引する第１吸引手段と、前記第１吸引手段によって吸引された動植物油脂またはその廃食油を貯留する第２貯留手段と、前記第２貯留手段に貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引して前記反応器に送り出す第２吸引手段と、を更に備えたことを特徴とする、前記（１）または（２）に記載のバイオディーゼル燃料製造装置である。
（４）本発明はまた、前記混合物を４００℃以上に熱した後に前記攪拌手段で攪拌することを特徴とする、前記（１）〜（３）のいずれかに記載のバイオディーゼル燃料製造装置である。
（５）本発明はまた、動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとを超臨界状態で攪拌してメタノリシス反応させることを特徴とする、バイオディーゼル燃料製造方法である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るバイオディーゼル燃料製造装置及びバイオディーゼル燃料製造方法によれば、従来の装置のように、メタノリシス反応のための十分な長さを有する管状の反応管を備える必要が無い。そのため、装置の小型化や低コスト化が実現可能である。また、攪拌手段によって原料を強制的に攪拌することによって、副産物であるグリセリンの発生を抑え、バイオディーゼル燃料の収率を向上させることができる。
【０００８】
なお、前記反応器から排出された反応混合物を、前記反応器に流入する前の前記混合物との熱交換によって冷却する熱交換器と、前記熱交換器によって冷却された反応混合物を気化させてバイオディーゼル燃料と未反応のメタノールとを分離する気液分離器と、を更に備えれば、従来の多くの超臨界法によるバイオディーゼル燃料の製造装置が備えている冷却器が不要となり、さらに装置の小型化や低コスト化を図ることができる上に、前記混合物の加熱に利用することで反応混合物を冷却することができ、加熱エネルギーの低減化が可能である。
【０００９】
また、前記動植物油脂またはその廃食油を貯留する第１貯留手段と、前記第１貯留手段に貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引する第１吸引手段と、前記第１吸引手段によって吸引された動植物油脂またはその廃食油を貯留する第２貯留手段と、前記第２貯留手段に貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引して前記反応器に送り出す第２吸引手段と、を更に備えれば、動植物油脂またはその廃食油の粘性が、油の種類や気候などによって変化した場合であっても、第１貯留手段と第２吸引手段との間に第１吸引手段と第２貯留手段が設けられているため、反応器への供給量が大きく変動することがなく、反応器に前記混合物を安定的に供給することができる。
【００１０】
また、前記混合物を４００℃以上に熱した後に前記攪拌手段で攪拌すれば、メタノリシス反応を均一に進行させ、グリセリンの発生をより確実に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態に係るバイオディーゼル燃料製造装置（以下、単に「ＢＤＦ製造装置」と称する場合がある。）について詳細に説明する。
【００１２】
図１は本実施の形態に係るＢＤＦ製造装置１０のシステム構成図である。
【００１３】
このＢＤＦ製造装置１０は、動植物油脂またはその廃食油（以下、単に「オイル」と称する場合がある）を供給するオイル供給部１２と、メタノールを供給するメタノール供給部１４と、これらオイル供給部１２及びメタノール供給部１４から供給されるオイルとメタノールを攪拌して超臨界状態でメタノリシス反応させる反応器１６と、この反応器１６から排出される反応混合物を冷却する熱交換器１８と、この熱交換器１８によって冷却された反応混合物からＢＤＦと未反応のメタノールとを分離する気液分離器２０と、この気液分離器２０によって分離された未反応メタノールを回収する凝縮器２２と、特に図示していないが反応器を加熱する加熱装置を有して構成されている。なお、本発明に係る「バイオディーゼル燃料製造装置」は図１に示される構成に限定されるものではない。
【００１４】
オイル供給部１２は、オイルを貯留するためのオイルタンク１２Ａと、このオイルタンク１２Ａからオイルを吸引する第１ポンプ１２Ｂと、この第１ポンプ１２Ｂによって吸引されたオイルを一時的に貯留する貯留室１２Ｃと、この貯留室１２Ｃに貯留されたオイルを吸引して反応器１６に送り出す第２ポンプ１２Ｄと、を有して構成されている。なお、オイルタンク１２Ａに貯留するオイルとしては、例えば、菜種油、キャノーラ油、トウモロコシ油、大豆油、ヒマワリ油、又は紅花油などの植物性油脂や、豚脂（ラード）又は牛脂などの動物性油脂や、家庭、レストラン、ファーストフード店、弁当製造工場等において調理に用いた後に廃棄される動植物油脂（廃食油）などを挙げることができるが、本発明に係る「動植物油脂またはその廃食油」はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
メタノール供給部１４は、メタノールを貯留するためのメタノールタンク１４Ａと、このメタノールタンク１４Ａからメタノールを吸引して反応器１６に送り出す第３ポンプ１４Ｂと、を有して構成されている。
【００１６】
反応器１６は、オイル供給部１２から供給されるオイルと、メタノール供給部１４から供給されるメタノールとからなる混合物を攪拌するための攪拌手段１６Ａを備えている。攪拌手段１６Ａとしては、回転により混合物を特定方向に搬送しながら攪拌するもの(例えば、スクリュー、オーガー)や、回転軸に翼をつけて攪拌するもの（例えば、パドル、攪拌翼）や、回転軸に棒状部材を取り付けて攪拌するもの（例えば、攪拌バー）など、機械的な手段によって混合物の攪拌を行うものが好ましく、その回転数が可変であることがより好ましい。
【００１７】
反応器１６は、この攪拌手段１６Ａによって混合物を攪拌し、オイルとメタノールとを超臨界状態でメタノリシス反応させる。なお、オイルとメタノールの混合比率は特に限定されないが、オイルとメタノールの体積比が１：２〜２：１の範囲にあることが好ましい。また、メタノリシス反応の反応条件は特に限定されないが、メタノリシス反応を均一に進行させ、副産物であるグリセリンの生成を抑えるためには、混合物を４００℃以上に熱した後に攪拌手段１６で攪拌することが好ましい。
【００１８】
熱交換器１８は、反応器１６に流入する前の混合物と、反応器１６から排出される反応混合物との間で熱交換を行わせるためのものである。反応器１６で熱せられた反応混合物は、この熱交換器１８によって、反応混合物の主組成物（脂肪酸メチルエステル、モノアシルグリセロール、ジアシルグリセロールなど）が蒸発しない程度の温度（１３０〜１５０℃）まで冷却され、気液分離器２０に送られる。
【００１９】
気液分離器２０の内部は、３００ｍｍＨｇ程度に減圧される。また、気液分離器２０は、熱交換器１８によって冷却された反応混合物を噴射して気化させる噴霧ノズル２０Ａを備えており、この噴霧ノズル２０Ａによって減圧状態の気液分離器２０内に噴射された反応混合物は、気化熱によって更に冷却され、ＢＤＦと未反応メタノールに分離される。なお、未反応メタノールは、凝縮器２２に送られて冷却され、ＢＤＦの原料として再度、利用される。
【００２０】
以上説明したように、本実施の形態に係るＢＤＦ製造装置１０は、動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとを超臨界状態でメタノリシス反応させる反応器１６を有して構成され、反応器１６は、動植物油脂またはその廃食油と、メタノールとからなる混合物を撹拌する撹拌手段１６Ａを備えているため、従来の装置のように、メタノリシス反応のための十分な長さを有する管状の反応管を備える必要が無い。そのため、装置の小型化や低コスト化が実現可能である。また、攪拌手段１６Ａによって混合物を強制的に攪拌することによって、副産物であるグリセリンの発生を抑え、バイオディーゼル燃料の収率を向上させることができる。
【００２１】
また、反応器１６から排出された反応混合物を、反応器１６に流入する前の混合物との熱交換によって冷却する熱交換器１８と、この熱交換器１８によって冷却された反応混合物を気化させてバイオディーゼル燃料と未反応のメタノールとを分離する気液分離器２０と、を更に備えたため、従来の多くの超臨界法によるバイオディーゼル燃料の製造装置が備えている冷却器が不要となり、さらに装置の小型化や低コスト化を図ることができる上に、前記混合物の加熱に利用することで反応混合物を冷却することができ、加熱エネルギーの低減化が可能である。
【００２２】
また、動植物油脂またはその廃食油を貯留する第１貯留手段（本実施の形態では、オイルタンク）１２Ａと、第１貯留手段１２Ａに貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引する第１吸引手段（本実施の形態では、第１ポンプ）１２Ｂと、第１吸引手段１２Ｂによって吸引された動植物油脂またはその廃食油を貯留する第２貯留手段（本実施の形態では、貯留室）１２Ｃと、第２貯留手段１２Ｃに貯留された動植物油脂またはその廃食油を吸引して反応器に送り出す第２吸引手段（本実施の形態では、第２ポンプ）１２Ｄと、を更に備えたため、動植物油脂またはその廃食油の粘性が、油の種類や気候などによって変化した場合であっても、第１貯留手段１２Ａと第２吸引手段１２Ｄとの間に第１吸引手段１２Ｂと第２貯留手段１２Ｃが設けられているため、反応器への供給量が大きく変動することがなく、反応器に原料を安定的に供給することができる。
【００２３】
なお、本発明に係るバイオディーゼル燃料製造装置およびバイオディーゼル燃料製造方法は、上記実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２４】
したがって、例えば、上記実施の形態では、第１貯留手段１２Ａと第２吸引手段１２Ｄとの間に、第１吸引手段１２Ｂと第２貯留手段１２Ｃを設けたが、他の手段によって反応器に原料を安定的に提供できる場合や、省スペース化を重視する場合は、第１吸引手段１２Ｂと第２貯留手段１２Ｃは不要である。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明のバイオディーゼル燃料製造装置およびバイオディーゼル燃料製造方法は、車両、船舶、発電機などの燃料として用いられるバイオディーゼル燃料の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に係るバイオディーゼル燃料製造装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  バイオディーゼル燃料製造装置
１２  オイル供給部
１２Ａ  オイルタンク
１２Ｂ  第１ポンプ
１２Ｃ  貯留室
１２Ｄ  第２ポンプ
１４  メタノール供給部
１４Ａ  メタノールタンク
１４Ｂ  第３ポンプ
１６  反応器
１６Ａ  攪拌手段
１８  熱交換器
２０  気液分離器
２２  凝縮器
【図１】
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