(57)【要約】      （修正有） 【課題】マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法を提供する。【解決手段】反応腔１に連結されるマイクロ波発振器５からのマイクロ波(2,450または915 MHz) によって誘発される、酸性または塩基性触媒に基づく、植物油、動物油脂、または脂肪酸のエステル交換／エステル化反応の結果、脂肪酸モノアルキルエステルが得られる。本過程は、高い誘電率と、さらに触媒によって補強されて反応溶媒に生み出される、分極機構および電気伝導度によってマイクロ波エネルギーを分散させることによって生じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、脂肪酸モノアルキルエステルの生産が、植物油、動物油脂、または遊離脂肪酸の、アルコールによるエステル交換／エステル化によって実行され、かつ、反応は、活発に攪拌しながら、油／油脂／脂肪酸およびアルコール(1:6のモル過剰比)中における触媒（2%v/v、または0.1%から5%までの変動%）の存在下に、反応腔においてマイクロ波加熱によって実行されることを特徴とする前記バイオディーゼル生産法。
【請求項２】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、反応腔と連結したマイクロ波発振器によって生成されるマイクロ波(2,450および915 MHz)の照射によって反応混合物を加熱することを特徴とする請求項1記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項３】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、マイクロ波エネルギーの分散が、反応溶媒の高い誘電率によって導入され、さらに、酸性または塩基性触媒の使用によって助長される分極モデルと電気伝導に基づくことを特徴とする請求項1記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項４】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、マイクロ波エネルギーの分散が、反応溶媒の高い誘電率によって導入され、かつ、酸性または塩基性触媒の使用によって誘発される分極モデルと電気伝導に基づくことを特徴とする請求項1記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項５】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、酸性触媒反応が硫酸によって実行されることを特徴とする請求項3記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項６】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、酸性触媒反応が硝酸または硫酸とその誘導体によって実行されることを特徴とする請求項3記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項７】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、酸性触媒反応が、高い誘電率値を持つ酸によって実行されることを特徴とする請求項3記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項８】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、塩基性触媒反応が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、または、高い誘電率値を持つ塩基によって実行されることを特徴とする請求項4記載のバイオディーゼル生産法。
【請求項９】
マイクロ波照射によって誘発される、植物油または動物油脂の、アルコールによるエステル交換／エステル化反応によるバイオディーゼルの生産法であって、最大80%の変換まで酸性触媒で起動すること、次に、全てのグリセリンを取り出して後、過程を塩基性触媒で終了することから成る2段階過程であることを特徴とする請求項1記載のバイオディーゼル生産法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸またはアルカリ溶媒において、植物油、動物油脂、および一般に脂肪酸と、アルコールとの、エステル交換、またはエステル化反応を通じて脂肪酸モノアルキルエステルを生産する方法に関する。この反応は、915 MHzおよび／または2,450 MHzのマイクロ波周波数範囲のエネルギーを使用する適応的反応基を用いて実行される。
【背景技術】
【０００２】
従来、脂肪酸モノアルキルエステルは、反応溶媒において植物または動物脂肪から生産されるが、該溶媒において、混合物加熱は、反応装置を被覆することによって、および／または、蒸気または熱水を用いる管状コイルによって行っている。常態として、反応は、アルカリ性溶媒中で行われる。なぜなら、通常、その方が、酸性溶媒の場合よりも速く、コントロールが容易で、かつより効率的だからである。この反応を、前述の加熱装置を用いて酸性溶媒中で実行することも可能であるが、この方法は回避される。なぜなら、この方法では、反応時間が長くなるのみならず、より高い温度が用いられるからである。この反応はさらに、複数の異種触媒、すなわち、遷移金属と酵素（例えばリパーゼ）を用いて実行することも可能である。
【０００３】
エステル交換またはエステル化反応は、植物油、動物油脂、または脂肪酸を、アルコールおよび、同種（酸または塩基であってもよい）または異種触媒（例えば遷移金属または酵素）と混合することによって引き起こすことが可能である。場合によって、反応を滑らかに進めるためには、反応混合物を加熱することも必要である。蒸気または熱水の使用は、ゆっくりとした、不均一な加熱を進めるので、温度を調節することが難しい。機械的攪拌を用いても、加熱被覆（ジャケット）の場合、熱は内に向かい、コイルの場合、熱は外に向かう。この過程に関連する問題点は、通常、理想の反応温度を実現するのにも、過程全体を実行するのにも長い時間が必要とされること；異種触媒のために、触媒に関連して高コストを要する不利が挙げられる。さらに、塩基性触媒過程であるために、脂肪酸が存在するとソープが形成されるためにモノアルキルエステルが失われるという問題がある。ソープの形成は、酸性度の低い精製油を用いることによって防止することが可能であるが、ただし、その場合、過程全体のコストが増大するという犠牲を伴う。
【０００４】
Alberto Breccia Fracadocchi（イタリア）に賦与された特許文献1は、ある過程とマイクロ波照射装置を記載する。この著者は、塩基性溶媒における加水分解過程と、それに続くエステル化を報告する。反応の実行は、異種触媒によって促進される。
【０００５】
マイクロ波周波数範囲、すなわち、2,450および915 MHzのエネルギーは、化学物質と相互作用を持ち、その構造に従って、加熱を伴う分子回転を引き起こすことはよく知られている。現時点に至るまで、レーダーや、熱処理においてもっともよく使用されるマイクロ波供給源はいわゆるマグネトロンである。マイクロ波発振器（マグネトロン）の大きな成功は、その低コスト、高効率、および、確かな安定性に求めることができる。
【０００６】
【特許文献１】国際公開第03014272号
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、マイクロ波発振器（マグネトロン）によるマイクロ波の使用を可能とするように開発された腔を備えた装置の使用法、および、マイクロ波照射によって、植物油、動物油脂、または脂肪酸のエステル交換またはエステル化を誘発し、その反応が酸性または塩基性溶媒において滑らかに進行するようにさせるためのこの装置の使用法である。マイクロ波照射は、加熱過程を加速し、酸性溶媒において、従来の加熱法と比べると反応がより短時間となるように促進する。本明細書に記載される過程は、確実で効率的であり、塩基性触媒過程と比べると、生産物をより高い収率で供給する。なぜなら、本発明の過程は、ソープ形成を回避し、遊離脂肪酸の存在を利用することが可能であり、この場合、これが反応をさらに加速することになるからである。従って、油／動物油脂の純度要求は、従来の塩基性触媒過程の場合よりも低くなり、この酸性溶媒におけるマイクロ波誘発過程は、従来過程よりもはるかに安価なものとなる。
【０００８】
本発明は、マイクロ波発振器によって反応腔に導入される、マイクロ波周波数（2,450および915 MHz）範囲の電磁波の使用に基づく。マイクロ波周波数（2,450および915 MHz）と、植物油、動物油脂、または脂肪酸、アルコール、および触媒を含む反応混合物とを相互作用させることによって、脂肪酸モノアルキルエステルが短時間に高い収率で得られる。物質によるマイクロ波の吸収は、反応溶媒の誘電率値の大きさに依存する。高い値を持つ物質は大部分を吸収するが、波のエネルギーの一部を、双極子指向性運動と関連するマックスウェル・ワーグナーの分極型のような機構を通じて、また、原子および電子運動に関連する電気伝導を通じて、溶媒に分散させる。この機構の立場から見てみると、選択された触媒は、化学的作用を実行することの他に、マイクロ波に対する溶媒の透過性をより高める。試薬および触媒は、腔において攪拌され、次に、マイクロ波が、一定の期間とパワーで、変形される物質の品質に応じて混合物に照射される。副産物として形成されるグリセリンの分離を始め、過程で得られたモノアルキルエステルの洗浄は、従来のやり方で実施される。低品質の植物油または動物油脂を用いる場合には、より特異的な精製法が必要とされるかも知れない。過程はまた、酸性触媒によって始め、例えば80%変換までとし、その後、全てのグリセリンおよび触媒を取り出し、従来の過程と比べて、過程を塩基性触媒によってより単時間で終えるようにすることも可能である。酸性触媒は、特に、硫酸および硝酸を用いて実行することが可能であるが、一方、塩基性触媒では、通常、水酸化ナトリウムまたはカリウムが用いられる。本明細書に記載される過程、すなわち、酸性または塩基性溶媒においてマイクロ波によって誘発されるエステル交換またはエステル化は、従来の技法よりも効果的であり、また、Alberto Breccia Fracadocchi（イタリア）に賦与された国際特許WO03014272に記載されるマイクロ波によって誘発される加水分解／エステル化よりも効果的である。なぜなら、本過程は、より速く、単一の反応工程しか含まないからである。さらにこのようにして、植物油および動物油脂中に存在する、複数の遊離脂肪酸の同時的エステル化を実行することが可能である。
【０００９】
（図面の簡単な説明）
図１は、油または動物油脂、アルコール、および触媒の混合物（4）に対するマイクロ波の照射のために使用される蓋(2)付き腔(1)を示す。腔(1)は、バッチとして使用される。混合物(4)を、運動減衰器または周波数逆転モーターに連結させたテフロンブレードシステム(3)を用いて攪拌しながら腔(1)に注入する。次に、マイクロ波を、マイクロ波発振器(5)から、混合物(4)の量と品質に応じて期間とパワーを変えながら、照射する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本過程をさらに下記の実施例に基づいて説明する。植物油を、酸性触媒（2%  v/v）と共に活発に（5分）攪拌し、次にエタノールを（油に対して1:3の過剰なモル比で）添加する。この混合物に対し、変形される混合物の量に応じた期間とパワーでマイクロ波を照射する。反応終了後、グリセリンを傾斜抽出で除去し、過剰なアルコールを、50℃で減圧留去する。未精製混合物を熱水(10%  v/v；80℃)で洗浄(3回)し、その後、50℃で真空ポンプの助けを借りて、水分が完全に除去されるまで水分を完全に減圧留去(50℃)し、乾燥することによって純粋なエチールエステルを獲得した。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】油または動物油脂、アルコール、および触媒の混合物（4）に対するマイクロ波の照射のために使用される蓋(2)付き腔(1)を示す。腔(1)は、バッチとして使用される。混合物(4)を、運動減衰器または周波数逆転モーターに連結させたテフロンブレードシステム(3)を用いて攪拌しながら腔(1)に注入する。次に、マイクロ波を、マイクロ波発振器(5)から、混合物(4)の量と品質に応じて期間とパワーを変えながら、照射する。
【符号の説明】
【００１２】
１    腔
２    蓋
３    テフロンブレードシステム
４    混合物
５    マイクロ波発振器

【図１】
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【外国語明細書】
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