(57)【要約】【課題】  廃植物油に過不足なく水酸化ナトリウムを添加することができる廃植物油の改質技術を提供する。【解決手段】  被処理油の体積および酸価を測定して、これらの測定結果から被処理油の改質に必要な水酸化ナトリウムの適正添加量を算出し、この水酸化ナトリウムの適正添加量および水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度から水酸化ナトリウムのメタノール溶液の適正添加量を算出して、これを被処理油に添加する工程と、測定した被処理油の体積からメタノールの適正添加量を算出し、この適正添加量から添加した水酸化ナトリウムのメタノール溶液中のメタノール量を差引いて算出したメタノールの不足量を被処理油に添加する工程と、により水酸化ナトリウムおよびメタノールの添加を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理油に水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加しエステル交換反応させてメチルエステルを得る被処理油の改質方法において、
被処理油の体積および酸価を測定して、これらの測定結果から前記被処理油の改質に必要な水酸化ナトリウムの適正添加量を算出し、この水酸化ナトリウムの適正添加量および水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度から水酸化ナトリウムのメタノール溶液の適正添加量を算出して、これを前記被処理油に添加する工程と、
前記測定した被処理油の体積からメタノールの適正添加量を算出し、この適正添加量から前記添加した水酸化ナトリウムのメタノール溶液中のメタノール量を差引いて算出したメタノールの不足量を前記被処理油に添加する工程と、を有することを特徴とする被処理油の改質方法。
【請求項２】
被処理油に水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加しエステル交換反応させてメチルエステルを得る被処理油の改質方法において、
被処理油の体積および酸価を測定して、これらの測定結果から前記被処理油の改質に必要な水酸化ナトリウムの適正添加量およびメタノールの適正添加量を算出し、これらの適正添加量から水酸化ナトリウムのメタノール溶液の適正濃度を決定して、この適正濃度の水酸化ナトリウムのメタノール溶液を作製し、これの適正添加量を被処理油に添加することを特徴とする被処理油の改質方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用済みや使用期限切れ等の廃植物油をエステル交換反応によりメチルエステルに改質し、これをマイクロガスタービン、ディーゼルエンジン等の燃料として再利用する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境への配慮、資源の有効活用等の観点から、本来は廃棄される廃植物油をエステル交換反応によりメチルエステルに改質し、これを燃料等として再利用する発明が多くなされている(例えば、特許文献１、２、３参照。)。
【０００３】
廃植物油をエステル交換反応させる一般的な手順は以下に示す通りである。
【０００４】
(手順１)廃植物油に水酸化ナトリウムのメタノール溶液(水酸化ナトリウムとナトリウムメトキサイドとがメタノール中に混在した状態)を加えて、これらを反応させる。
【０００５】
(手順２)この反応によりメチルエステルとグリセリンとが生成するので、この混合物からグリセリンを除去する。
【０００６】
(手順３)グリセリンを除去した後のメチルエステルに酸剤を加えて中和を行い、さらに水を加えて洗浄しメチルエステル中の不純物を水層に移動させることにより除去する。
【０００７】
(手順４)反応物を静置することで、水層とメチルエステル層とを二層分離させ、水層を除去する。
【０００８】
上述のようにメタノールと水酸化ナトリウムとを混合添加する際には、水酸化ナトリウムの溶解にかかる時間を考慮して、あらかじめメタノールと水酸化ナトリウムとを混合し水酸化ナトリウムのメタノール溶液(以下の化学式１に示すようにメタノール中に水酸化ナトリウムとナトリウムメトキサイドとが混在している)としてこれを廃植物油に添加する方法をとっている。
【０００９】
【化１】
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【特許文献１】特開平７−１９７０４７号公報
【特許文献２】特開平９−２３５５７３号公報
【特許文献３】特開平１０−１８２５１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の手順１において、廃植物油と添加するメタノールとの適正な体積比率は、実際の処理結果等から導き出した値として１対０．２程度である。 しかし添加する水酸化ナトリウムについては、廃植物油の酸価により、その適正量が異なってくる。
【００１１】
すなわち、廃植物油の酸価が高い場合には、添加した水酸化ナトリウムが廃植物油との中和反応に多く使用されるため、より多くの水酸化ナトリウムを添加する必要がある。
【００１２】
また、上述のようにメタノールと水酸化ナトリウムとはあらかじめ混合して水酸化ナトリウムのメタノール溶液として廃植物油に添加する。そうするとメタノールの添加量を油に対し体積比で０．２等に一定にしたときは、水酸化ナトリウムの添加量は水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度によって決まることになる。
【００１３】
つまり水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度が低いときには、廃植物油の酸価によっては、水酸化ナトリウムの添加量が不十分となり、廃植物油の改質が不十分になるという事態が生じる可能性がある。
【００１４】
このような事態の発生を防ぐために水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度を高く設定することが考えられるが、水酸化ナトリウムを必要以上に消費することになる。また、手順３の中和操作において、添加する酸剤の量も増加してしまい、作業効率の面、コストの面から好ましくない。
【００１５】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、その目的は、上記課題を解決し、廃植物油に過不足なく水酸化ナトリウムおよびメタノールを添加することができる廃植物油の改質技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そこで、前記課題を解決するために、請求項１に記載の被処理油の改質方法は、被処理油に水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加しエステル交換反応させてメチルエステルを得る被処理油の改質方法において、被処理油の体積および酸価を測定して、これらの測定結果から前記被処理油の改質に必要な水酸化ナトリウムの適正添加量を算出し、この水酸化ナトリウムの適正添加量および水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度から水酸化ナトリウムのメタノール溶液の適正添加量を算出して、これを前記被処理油に添加する工程と、前記測定した被処理油の体積からメタノールの適正添加量を算出し、この適正添加量から前記添加した水酸化ナトリウムのメタノール溶液中のメタノール量を差引いて算出したメタノールの不足量を前記被処理油に添加する工程と、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項２に記載の被処理油の改質方法は、被処理油に水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加しエステル交換反応させてメチルエステルを得る被処理油の改質方法において、被処理油の体積および酸価を測定して、これらの測定結果から前記被処理油の改質に必要な水酸化ナトリウムの適正添加量およびメタノールの適正添加量を算出し、これらの適正添加量から水酸化ナトリウムのメタノール溶液の適正濃度を決定して、この適正濃度の水酸化ナトリウムのメタノール溶液を作製し、これの適正添加量を被処理油に添加することを特徴とする。
【００１８】
請求項１の被処理油の改質方法では、水酸化ナトリウムの適正添加量を算出し、この量の水酸化ナトリウムを被処理油に添加しているので、水酸化ナトリウムを過不足なく被処理油に添加でき、水酸化ナトリウムを必要以上に消費していない。また、後段の工程で、メタノールの不足量を添加しているので、水酸化ナトリウムおよびメタノールを過不足なく被処理油に添加していることになる。
【００１９】
また、請求項１において、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加した時点で、メタノールの適正添加量またはこれより多い量のメタノールを添加しているときには、後段の工程を行う必要はない。なお、水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度を高くすることで、メタノールを適正添加量より多い量を添加するような事態は起きない。
【００２０】
請求項２の被処理油の改質方法では、水酸化ナトリウムおよびメタノールを過不足なく被処理油に添加できる水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度を算出し、この濃度の溶液を作製して被処理油に添加するので、一度で過不足なく水酸化ナトリウムおよびメタノールを被処理油に添加することができる。
【００２１】
なお、特許請求の範囲にいう被処理油とは廃植物油、廃食用油などエステル交換反応によりメチルエステルを得ることができる油であればよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、被処理油に対して水酸化ナトリウムおよびメタノールを過不足なく添加することができる。したがって、確実に被処理油の改質を行うことができる。
【００２３】
また、水酸化ナトリウムおよびメタノールを必要以上に使用することがなく、コストの面、および作業効率の面で有利である。
【００２４】
さらに、酸剤を添加して中和を行う工程においては、最少限の酸剤の添加でよいので、コストの面、および作業効率の面で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００２６】
図１の廃植物油の改質装置の概略構成図に示すように、本実施形態に用いる廃植物油の改質装置は、レベル計等の体積測定手段を備える反応槽１、メタノールを貯留するメタノールタンク２、メタノールタンク２の注入口に設置された電磁弁３、水酸化ナトリウムのメタノール溶液を貯留するメタノール溶液タンク４、メタノール溶液タンク４の注入口に設置された電磁弁５、廃植物油の酸価を測定する酸価測定部６、及び、電磁弁３、５の開閉制御を行い、反応槽１へのメタノールと水酸化ナトリウムのメタノール溶液との添加量を調整する制御装置７から構成される。
【００２７】
このような構成の廃植物油の改質装置を用いて廃植物油の改質工程を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２８】
まず、廃植物油を反応槽１に投入する（Ｓ１）。
【００２９】
この添加した廃植物油をサンプリングして酸価測定部６で酸価を測定し、これを制御装置７に伝達する（Ｓ２）。
【００３０】
さらに、体積測定手段により廃植物油の体積を測定し、これを制御装置７に伝達する（Ｓ３）。
【００３１】
制御装置７ではこの酸価及び廃植物油の体積から廃植物油の改質に必要な水酸化ナトリウムの添加量を算出する（Ｓ４）。この算出には下記の(実施例)の実験結果や図３を参照することができる(例えば、酸価が０．５の油に対しては水酸化ナトリウムを４ｇ／Ｌ添加し、酸価が４の油に対しては水酸化ナトリウムを６ｇ／Ｌ添加する等)。
【００３２】
上述のようにして算出した水酸化ナトリウムの添加量、及び水酸化ナトリウムのメタノール溶液の濃度から、制御装置６が水酸化ナトリウムのメタノール溶液の添加量を算出し（Ｓ５）、この量の水酸化ナトリウムのメタノール溶液を廃植物油に添加する（Ｓ６）。
【００３３】
この添加の後、上記廃植物油の体積から制御装置７がメタノールの添加量を決定する（例えば、廃植物油１に対してメタノールを０．２等）（Ｓ７）。
【００３４】
そして、算出したメタノール添加量と既に添加した水酸化ナトリウムのメタノール溶液中に含まれるメタノール量との差分（メタノールの不足分）を算出し（Ｓ８）、この量のメタノールを廃植物油に添加する（Ｓ９）。
【００３５】
このようにして水酸化ナトリウムのメタノール溶液およびメタノールを廃植物油に添加することで、廃植物油に水酸化ナトリウムとメタノールとを過不足なく添加することができ、水酸化ナトリウムおよびメタノールの使用量も過不足ない量で済む。
【００３６】
ここで、酸価の測定方法について説明する。なお、酸価とは油脂中の遊離脂肪酸の量を測定するもので、油脂１ｇに含まれる遊離脂肪酸を中和するのに要する水酸化カリウムのｍｇ数を表すものである。
【００３７】
(測定方法１)試料１０ｇを精密に量り取り、これを共栓三角フラスコに入れて、アルコール−エーテルの混合溶媒(例えばエタノール−エーテル混合溶媒などで混合比１：２)１００ｍｌを加えて溶解させる。これにフェノールフタレイン試液を指示薬として、３０秒間持続する淡紅色を呈するまで、０．１Ｎアルコール製水酸化カリウム溶液で滴定する。
【００３８】
この場合酸価は次式により算出する。
【００３９】
【数１】
2005213338.tif 000004
【００４０】
(測定方法２)前述の測定方法の他に、油脂の酸価に応じて変色する油脂劣化度判定用試験紙が市販されているため、廃植物油は直接又はサンプリングした廃植物油に油脂劣化度判定用試験紙を浸けて変色状態を確認することで、簡易に廃植物油の酸価を測定することができる。
【００４１】
なお、酸価の値が示す油の劣化状態の目安は、以下の表１に示すとおりとされている。
【００４２】
【表１】
2005213338.tif 000005
【００４３】
上記測定方法１、２等の既知の方法により、酸価測定部６で被処理油である廃植物油の酸価をサンプリングして又は直接測定する。酸価を測定した後は、この酸価の値を制御装置７に入力し、制御装置７が水酸化ナトリウムのメタノール溶液の添加、及びメタノールの添加を自動で行うことができる。
【００４４】
なお、改質の工程は図２に示すフローチャートに示す工程順に限ることなく、メタノールを先に廃植物油に添加してから水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加すること、及びメタノールと水酸化ナトリウムのメタノール溶液とを同時に廃植物油に添加することも可能である。
【実施例】
【００４５】
(廃植物油の酸価と改質に必要な水酸化ナトリウムの使用量との関係確認)
異なる外食産業で使用されていた２種類の廃植物油Ａ、Ｂを入手し、前記測定方法１により各々酸価を測定した。その結果、廃植物油Ａの酸価は４、廃植物油Ｂの酸価は０．５であった。
【００４６】
次に、廃植物油の改質に必要な水酸化ナトリウムの使用量を確認する実験を行なった。酸価４の廃植物油Ａの改質に必要な水酸化ナトリウムの使用量を確認するため、廃植物油Ａに水酸化ナトリウムを注入しながら、粘度の変化を測定する実験を行なった。その結果を図３に示す。図３に示す通りに、当初約５０ｃＰの粘度が、水酸化ナトリウム注入量を増やすに従って低下し、約５ｇ／Ｌを超えて注入した時点で粘度が約６ｃＰとなり、粘度低下が終了して安定した状態となっている。この結果から、廃植物油Ａの改質に必要な水酸化ナトリウム使用量を、５ｇ／Ｌ以上と考え６ｇ／Ｌと設定した。
【００４７】
酸価度０．５の廃植物油Ｂについても同様な実験を行ない、植物油Ｂの改質に必要な水酸化ナトリウム使用量が４ｇ／Ｌであることを確認した。（粘度が約６ｃＰとなり、粘度低下が終了し安定した状態となったことにより確認）。
【００４８】
なお、改質後の油の成分分析を行った結果、粘度が６ｃＰのものからは改質前の油成分は検出されなかったのに対し、粘度が１４ｃＰのものからは改質前の油成分が検出されたことから、粘度６ｃＰを改質完了(エステル交換反応終了)の目安とすることができると解する。
【００４９】
以上の実験により、各廃植物油Ａ、Ｂに必要な水酸化ナトリウム使用量、及びメタノール使用量は、次の通りであることが解った。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
従って、廃植物油Ａ、Ｂに対応する上記配分で水酸化ナトリウムのメタノール溶液を作製し、その水酸化ナトリウムのメタノール溶液を廃植物油Ａ、Ｂに注入することで、水酸化ナトリウム、及びメタノールを廃植物油に過不足無く注入することが可能となる。
【００５２】
例えば、廃植物油Ａ１Ｌに対しては、メタノール２００ｍＬあたり水酸化ナトリウム６ｇを混合して生成した水酸化ナトリウムのメタノール溶液を注入すればよく、廃植物油Ｂ１Ｌに対しては、メタノール２００ｍＬあたり水酸化ナトリウム４ｇを混合して生成した水酸化ナトリウムのメタノール溶液を注入すればよい。
【００５３】
また、メタノール２００ｍＬあたり水酸化ナトリウム６ｇを混合して生成した水酸化ナトリウムのメタノール溶液を、廃植物油Ａ、Ｂ各１Ｌに対して水酸化ナトリウム量が必要量となるよう注入した場合には、上記の適正量の算出結果によれば、廃植物油Ａに対しては水酸化ナトリウム、及びメタノールが過不足無く注入されたが、廃植物油Ｂについてはメタノールが必要量の１／３不足していることとなる。
【００５４】
そこで、この不足分のメタノールを追加注入することで、水酸化ナトリウム、及びメタノールを過不足無く注入することができる。
【００５５】
従って、メタノールに対してできる限り高濃度のとなるように水酸化ナトリウムを混合して水酸化ナトリウムのメタノール溶液を生成しておけば、図２のフローチャートような操作により種々の劣化状態の廃植物油に対応することが可能である。なお、水酸化ナトリウムはメタノールに対して易溶性であるため、任意の割合で混合することが可能である（出願人らはメタノール１００ｍＬに対して水酸化ナトリウム４．５ｇ迄の混合を実施した。）。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】廃植物油の改質装置の概略構成図。
【図２】廃植物油改質操作のフローチャート。
【図３】廃植物油の粘度と水酸化ナトリウム添加量との関係特性図。
【符号の説明】
【００５７】
１…反応槽
２…メタノールタンク
３…電磁弁
４…水酸化ナトリウムのメタノール溶液タンク
５…電磁弁
６…酸度測定部
７…制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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