(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次処理装置，二次処理装置，凝縮コンデンサー，および油水分離槽を備える燃料化設備を用いて，バイオディーゼル燃料とバッテリー液とに分離する動植物性油脂の燃料化方法であって、前記一次処理装置において，植物性油脂または動物性油脂である元原料を，オゾンガスを加えながら，所定温度および所定圧力の条件下で加温して液化し，液体原料とする一次処理工程と、前記二次処理装置において，前記一次処理工程で得た液体原料を，所定温度および所定圧力の条件下で加温して蒸発させて気化し，気体原料とする二次処理工程と、前記凝縮コンデンサーにおいて，前記二次処理工程で得た気体原料を，チラーから供給される液体によって冷却して液化し，蒸留原料とする凝縮工程と、前記油水分離槽において，前記凝縮工程で得た蒸留原料を，油成分であるバイオディーゼル燃料と，水性分であるバッテリー液とに分離する分離工程と、を備えることを特徴とする動植物性油脂の燃料化方法。
【請求項２】
一次処理装置，二次処理装置，凝縮コンデンサー，および油水分離槽を備える燃料化設備を用いて，バイオディーゼル燃料とバッテリー液とに分離する動植物性油脂の燃料化方法であって、前記一次処理装置において，植物性油脂または動物性油脂である元原料を，オゾンガスを加えながら，温度６０℃〜１５０℃，常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して液化し，液体原料とする一次処理工程と、前記二次処理装置において，前記一次処理工程で得た液体原料を，温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ，常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して蒸発させて気化し，気体原料とする二次処理工程と、前記凝縮コンデンサーにおいて，前記二次処理工程で得た気体原料を，チラーから供給される液体によって冷却して液化し，蒸留原料とする凝縮工程と、前記油水分離槽において，前記凝縮工程で得た蒸留原料を，油成分であるバイオディーゼル燃料と，水性分であるバッテリー液とに分離する分離工程と、を備えることを特徴とする動植物性油脂の燃料化方法。
【請求項３】
一次処理装置，二次処理装置，凝縮コンデンサー，および油水分離槽を備える燃料化設備を用いて，バイオディーゼル燃料とバッテリー液とに分離する動植物性油脂の燃料化方法であって、前記一次処理装置において，植物性油脂または動物性油脂である元原料を，助剤と共に，オゾンガスを加えながら，温度６０℃〜１５０℃，常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で，６０分〜１８０分，加温して液化し，液体原料とする一次処理工程と、前記二次処理装置において，前記一次処理工程で得た液体原料を，温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ，常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して蒸発させて気化し，気体原料とする二次処理工程と、前記凝縮コンデンサーにおいて，前記二次処理工程で得た気体原料を，チラーから供給される２℃〜１０℃の液体によって冷却して液化し，蒸留原料とする凝縮工程と、前記油水分離槽において，前記凝縮工程で得た蒸留原料を，油成分であるバイオディーゼル燃料と，水性分であるバッテリー液とに分離する分離工程と、を備えることを特徴とする動植物性油脂の燃料化方法。
【請求項４】
一次処理装置の液体原料に加えられるオゾンガスに、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波の振動波を加え、オゾンガスの微細な泡を更に微細化して液体原料との接触面積を広げることを特徴とする請求項１，２または３に記載の動植物性油脂の燃料化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、植物性油脂や動物性油脂を使用してディーゼルエンジンの燃料となるバイオディーゼル燃料とバッテリー液とに分離する動植物性油脂の燃料化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の観点から、軽油に代わる燃料としてバイオディーゼル燃料の使用が、日本をはじめ、ＥＵ、アメリカおよび東南アジアなど、世界的に進められている。このバイオディーゼル燃料は、通常、植物性油脂にメタノールを添加し、アルカリ触媒によって脂肪酸のメチルエステル化を図り、脂肪酸メチルエステルを製造するものである。なお、このとき、グリセリンが副産物として産出される。
【０００３】
なお、現在使用されている原料は、品質保持（特に低い流動点を保つため）のために、不飽和脂肪酸を多く含む菜種油、ひまわり油、大豆油、パーム油オレインが主である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のメチルエステル化によって製造されたバイオディーゼル燃料は、燃料として必要な流動点、目詰まり点、動粘度、引火点などにおいて、さらなる改善が求められる。また、アルカリ触媒を用いているので、洗浄水の排水の対策が必要となり環境汚染の問題が発生し、また、ディーゼルエンジンの損傷も懸念される。
【０００５】
一方、従来のバッテリー液は、希硫酸液であるため廃棄する際に環境を汚染する懸念があり、また、その寿命も必ずしも満足できるものではない。
【０００６】
本発明はこうした点に鑑み創案されたもので、流動点や目詰まり点などの燃料としての性質の向上を図り、環境に、より優しいバイオディーゼル燃料を製造する方法を提供することを課題とする。同時に、環境に優しく寿命の長いバッテリー液を製造する方法を提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
図１および図２を参照して説明する。請求項１に記載の動植物油脂の燃料化方法は、一次処理装置１１、二次処理装置１２、凝縮コンデンサー１３、および油水分離槽１４を備える燃料化設備１０を用いて、バイオディーゼル燃料Ｆとバッテリー液Ｌとに分離する動植物性油脂の燃料化方法であって、前記一次処理装置１１において、植物性油脂または動物性油脂である元原料Ｍを、オゾンガスＧを加えながら、所定温度および所定圧力の条件下で加温して液化し、液体原料Ｍ１とする一次処理工程１と、前記二次処理装置１２において、前記一次処理工程１で得た液体原料Ｍ１を、所定温度および所定圧力の条件下で加温して蒸発させて気化し、気体原料Ｍ２とする二次処理工程２と、前記凝縮コンデンサー１３において、前記二次処理工程２で得た気体原料Ｍ２を、チラー１６から供給される液体によって冷却して液化し、蒸留原料Ｍ３とする凝縮工程３と、前記油水分離槽１４において、前記凝縮工程３で得た蒸留原料Ｍ３を、油成分であるバイオディーゼル燃料Ｆと、水性分であるバッテリー液Ｌとに分離する分離工程４と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の動植物油脂の燃料化方法は、一次処理装置１１、二次処理装置１２、凝縮コンデンサー１３、および油水分離槽１４を備える燃料化設備１０を用いて、バイオディーゼル燃料Ｆとバッテリー液Ｌとに分離する動植物性油脂の燃料化方法であって、前記一次処理装置１１において、植物性油脂または動物性油脂である元原料Ｍを、オゾンガスＧを加えながら、温度６０℃〜１５０℃、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して液化し、液体原料Ｍ１とする一次処理工程１と、前記二次処理装置１２において、前記一次処理工程１で得た液体原料Ｍ１を、温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して蒸発させて気化し、気体原料Ｍ２とする二次処理工程２と、前記凝縮コンデンサー１３において、前記二次処理工程２で得た気体原料Ｍ２を、チラー１６から供給される液体によって冷却して液化し、蒸留原料Ｍ３とする凝縮工程３と、前記油水分離槽１４において、前記凝縮工程３で得た蒸留原料Ｍ３を、油成分であるバイオディーゼル燃料Ｆと、水性分であるバッテリー液Ｌとに分離する分離工程４と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の動植物性油脂の燃料化方法は、一次処理装置１１、二次処理装置１２、凝縮コンデンサー１３、および油水分離槽１４を備える燃料化設備１０を用いて、バイオディーゼル燃料Ｆとバッテリー液Ｌとに分離する動植物性油脂の燃料化方法であって、前記一次処理装置１１において、植物性油脂または動物性油脂である元原料Ｍを、助剤Ａと共に、オゾンガスＧを加えながら、温度６０℃〜１５０℃、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で、６０分〜１８０分、加温して液化し、液体原料Ｍ１とする一次処理工程１と、前記二次処理装置１２において、前記一次処理工程１で得た液体原料Ｍ１を、温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して蒸発させて気化し、気体原料Ｍ２とする二次処理工程２と、前記凝縮コンデンサー１３において、前記二次処理工程２で得た気体原料Ｍ２を、チラー１６から供給される２℃〜１０℃の液体によって冷却して液化し、蒸留原料Ｍ３とする凝縮工程３と、前記油水分離槽１４において、前記凝縮工程３で得た蒸留原料Ｍ３を、油成分であるバイオディーゼル燃料Ｆと、水性分であるバッテリー液Ｌとに分離する分離工程４と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
なお、助剤Ａとしては、イズカライト、ゼオライトあるいはリモナイト（いずれも天然を含む）が好ましい。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１，２または３に記載の動植物性油脂の燃料化方法において、一次処理装置の液体原料Ｍ１に加えられるオゾンガスに、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波の振動波を加え、オゾンガスの微細な泡を更に微細化して液体原料Ｍ１との接触面積を広げることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の動植物性油脂の燃料化方法は、バイオディーゼル燃料Ｆを、一次処理工程１において、元原料ＭにオゾンガスＧを加えて液化しており、従来技術のようにアルカリ触媒を用いないので、流動点−３０℃以下、目詰まり点−４５℃以下とすることができる（表１参照）。これは、軽油のＪＩＳ規格より優れた特性である（表２参照）。さらに、この方法で得られたバイオディーゼル燃料Ｆは、ＣＯ２（カーボンニュートラルによる）、硫黄分量、ＮＯｘの発生量が少なく、環境にも優しい。
【００１３】
【表１】
0005198009.tif 000002
【００１４】
【表２】
0005198009.tif 000003
【００１５】
また、この燃料化方法で製造されたバッテリー液Ｌは、硫酸分を含まないので、廃棄する際に環境を汚染することがない。また、サルフェーション（硫酸化）がないので、従来の希硫酸を含むバッテリー液Ｌと比較して寿命が長い。さらに、充電時間も短い（表３参照）。
【００１６】
【表３】
0005198009.tif 000004
【００１７】
なお、このバッテリー液Ｌは希硫酸を含まないものの、その水相分は水素イオン濃度が高いので、それが希硫酸の代わりとなると推測できる。
【００１８】
また、本発明におけるオゾンガスＧは以下のように作用すると考えられる。すなわち、オゾンガスＧを含んだ元原料Ｍ中の脂肪酸はオゾンの酸化と熱分解の酸化（脱水素）によって脱水素化され、同時に炭素と炭素の二重結合が促され、またオゾンによる二重結合部の切断化による炭素長数が短縮減少し、さらに、酸化（脱水素）により飽和脂肪酸の不飽和脂肪酸化が現象化される。また助剤Ａは、それぞれの反応を促進する。これにより、バイオディーゼル燃料Ｆとバッテリー液Ｌが効果的に精製される。
【００１９】
バッテリー液Ｌとなる水分の生成は酸化（脱水素）により、ＯＨ基がＯとＨに切断され、Ｈ２＋Ｏ＝Ｈ２Ｏとなり、オゾンが分解されたＯ２もＨと結合反応してＨ２Ｏとなり、酸化（脱水素）された水素イオン（Ｈ＋）が多いため強酸性の水分となる。
【００２０】
請求項２に記載の動植物油脂の燃料化方法は、請求項１に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、一次処理工程１において、元原料Ｍを、温度６０℃〜１５０℃、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温しているので、円滑かつ迅速に液体原料Ｍ１とすることができる。また、二次処理工程２において、液体原料Ｍ１を、温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温しているので、円滑かつ迅速に気体原料Ｍ２とすることができる。
【００２１】
請求項３に記載の動植物性油脂の燃料化方法は、請求項１および２に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、一次処理工程１において、助剤Ａを加えているので、各処理工程における処理を促進させることができる。また、一次処理工程１において、元原料Ｍを６０分〜１８０分加温するので、元原料Ｍを充分に液化することができる。さらに、凝縮工程３において、気体原料Ｍ２を２℃〜１０℃の液体によって冷却しているので、充分かつ適度な冷却とすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の動植物性油脂の燃料化方法は、請求項１，２または３に記載の発明と同様の効果を発揮する。また、一次処理装置の液体原料Ｍ１に加えられるオゾンガスに、周波数２０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの超音波の振動波を加え、オゾンガスの微細な泡を更に微細化して液体原料Ｍ１との接触面積を広げることにより、一次処理反応を高効率化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係る動植物性油脂の燃料化方法の実施形態を、図１に示す。これは、一次処理装置１１、二次処理装置１２、凝縮コンデンサー１３、および油水分離槽１４を備える燃料化設備１０を用いて、バイオディーゼル燃料Ｆとバッテリー液Ｌを精製する方法であり、一次処理工程１、二次処理工程２、凝縮工程３および分離工程４を有する。この燃料化方法は、図２に示す燃料化設備１０によって行うことができる。なお、図２において、符号１５はオゾン発生機、１８は受液タンク、１９は減圧タンク、２０は減圧ポンプを示す。
【００２４】
一次処理工程１は、一次処理装置１１において行われるもので、植物性油脂または動物性油脂である元原料Ｍを、助剤Ａ（イズカライト、ゼオライトまたはリモナイト（いずれも天然を含む））と共に、オゾンガスＧを加えながら、温度６０℃〜１５０℃、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で、６０分〜１８０分、加温して液化し、液体原料Ｍ１とするものである。本実施形態で使用するイズカライトおよびリモナイトの構成成分を、表４と表５に示す。なお、オゾンガスＧの濃度は３０ｇ〜１００ｇ／Ｎｍ３、発生量を６ｇ／ｈ以上としている。
【００２５】
【表４】
0005198009.tif 000005
【００２６】
【表５】
0005198009.tif 000006
【００２７】
なお、本実施形態では、液体原料Ｍ１とオゾンガスＧを混合して微細な泡状となるようにしている。これによりオゾンガスＧの溶融溶解率を高め、微細な泡の接触する表面積が最大限に活用されるようにし、反応効果を高めている。
【００２８】
また、オゾンガスＧの強力な酸化作用により脂肪酸の炭素が分断され、飽和脂肪酸は不飽和脂肪酸へと変化することにより、燃焼し易くなる。また、オゾンガスＧの反応により重合化現象が発生し、粘性が増す。
【００２９】
なお、一次処理工程１における残留物は、高分子化ポリマーＰとなっており、一次処理装置１１から取り出されて使用される。この高分子化ポリマーＰは、トリグリセリドを構成する不飽和脂肪酸の二重結合が移動し、分子内２量化を形成し、さらに同じような構造となったトリグリド２分子が結合し（分子間反応し）、グリセリドの２量体になったものと考えられる。これは、ゴム状の弾力のある物質である。この高分子化ポリマーＰの用途としては、インク原料、塗料原料、接着剤原料などがある。
【００３０】
二次処理工程２は、二次処理装置１２において行われるもので、一次処理工程１で得た液体原料Ｍ１を、温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温して蒸発させて気化し、気体原料Ｍ２とするものである。この二次処理工程２で、約８０％の精製ができ、残留液は送液ポンプ１７によって、一次処理装置１１へ移送され、再度、一次処理工程１の対象となる。
【００３１】
図２に仮線で示すごとく、送液ポンプ１７の吐出路中に超音波発生器２１を介在させ、周波数２０〜１００ｋＨｚの超音波の振動波を一次処理装置１１の液体原料Ｍ１に加えれば、オゾンガスの微細な泡を更に微細化して液体原料Ｍ１との接触面積を広げることにより、一次処理反応を高効率化する。
【００３２】
凝縮工程３は、凝縮コンデンサー１３において行われるもので、二次処理工程２で得た気体原料Ｍ２を、チラー１６から供給される２℃〜１０℃の液体によって冷却して液化し、蒸留原料Ｍ３とするものである。
【００３３】
そして、分離工程４は、油水分離槽１４において行われるもので、凝縮工程３で得た蒸留原料Ｍ３を、油成分であるバイオディーゼル燃料Ｆと、水性分であるバッテリー液Ｌとに分離するものである。
【００３４】
本実施形態に係る動植物性油脂の燃料化方法は、バイオディーゼル燃料Ｆを製造するために、一次処理工程１において、元原料ＭにオゾンガスＧを加えて液化して製造しているので、表１に示すように、流動点−３０℃以下、目詰まり点−４５℃以下とすることができる。これは、表２に示す軽油のＪＩＳ規格（流動点−３０℃以下、目詰まり点−１０℃以下）より優れた特性である。また、この方法で得られたバイオディーゼル燃料Ｆは、ＣＯ２（カーボンニュートラルによる）、硫黄分量、ＮＯｘの発生量が少なく、環境にも優しい。
【００３５】
また、この燃料化方法で製造されたバッテリー液Ｌは、硫酸分を含まないので、廃棄する際に環境を汚染することがない。また、サルフェーション（硫酸化）がないので寿命が長く、充電時間が短い（表３参照）。また、バッテリー液Ｌは、充電時間が４０分であり、通常の希硫酸液のバッテリー液Ｌ（４〜８時間）と比較して極めて短時間である。なお、放電は希硫酸液のバッテリーと同等であることを確認した。
【００３６】
なお、一次処理工程１において、元原料Ｍを、温度６０℃〜１５０℃、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温しているので、円滑かつ迅速に液体原料Ｍ１とすることができる。また、一次処理工程１において、助剤Ａを加えているので、各処理工程における処理を促進させることができる。また、一次処理工程１において、元原料Ｍを６０分〜１８０分加温するので、元原料Ｍを充分に液化することができる。
【００３７】
また、二次処理工程２において、液体原料Ｍ１を、温度１２０°Ｃ〜４００°Ｃ、常圧〜最大０．１Ｍｐａの条件下で加温しているので、円滑かつ迅速に気体原料Ｍ２とすることができる。さらに、凝縮工程３において、気体原料Ｍ２を２℃〜１０℃の液体によって冷却しているので、充分かつ適度に冷却することができる。
【００３８】
上記実施形態の燃料化方法は、以下の特徴的な効果を併せて発揮する。
（甲）本燃料化方法により製造されたバイオディーゼル燃料Ｆは、品質が軽油のように安定している。また、低温域での流動性や燃料フィルターに対する目詰まりについても特別なフィルターを設けるなどのエンジン対策を採ることなく、通常の軽油と同様に使用することができる。
（乙）従来技術にはない飽和度の高いバイオディーゼル燃料Ｆを提供できるので、動物油脂を含めたあらゆる原料を選択することができる。
（丙）既存の設備を使用することができるので経済的である。また、操作性やメンテナンスも容易である。
（丁）コンパクトな設備で効率的な運転ができるため、省スペース化が図れる。
（戊）アルコール、化学製品、水を使用しないため、廃棄物（汚泥を含む）を排出せず、また、廃水処理も必要としないので、環境を汚染しない。
なお、本実施形態に係る燃料化方法において使用される元原料Ｍとしては、動物性油脂では、牛、豚、鶏、羊、山羊等（パルチアミン酸、ステアリン酸、アラキジン酸）がある。また、植物性油脂では、大豆、トウモロコシ、菜種、ひまわり、ゴマ、オリーブ、椿、パーム、椰子、ココナッツ、ジャトロファ、ヒマ等（オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、パルチミン酸、ステアリン酸）がある。
【実施例】
【００３９】
本発明者らは、上記実施形態に係る燃料化方法によって、パームステアリン（ステアリン酸）からバイオディーゼル燃料Ｆおよびバッテリー液Ｌを製造した。表６に、パームステアリングをオゾン処理したことによって得られる成分と、オゾン処理しないものから得られる成分を示す。
【００４０】
【表６】
0005198009.tif 000007
【００４１】
この表から明らかなように、パームステアリン酸をオゾン処理することによって、バイオディーゼル燃料Ｆである炭化水素を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る燃料化方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る燃料化方法を実施するための燃料化設備を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１        一次処理工程
２        二次処理工程
３        凝縮工程
４        分離工程
１０      燃料化設備
１１      一次処理装置
１２      二次処理装置
１３      凝縮コンデンサー
１４      油水分離槽
１５      オゾン発生機
１６      チラー
１７      送液ポンプ
１８      受液タンク
１９      減圧タンク
２０      減圧ポンプ
２１      超音波発生器
Ｆ        バイオディーゼル燃料
Ｌ        バッテリー液
Ｍ        元原料
Ｍ１      液体原料
Ｍ２      気体原料
Ｍ３      蒸留原料
Ｇ        オゾンガス
Ａ        助剤
Ｐ        高分子ポリマー
【図１】
0005198009.tif 000008
【図２】
0005198009.tif 000009