(57)【要約】【課題】  廃食油等からエステル交換によってバイオディーゼルを生成する基本技術はすでに公知であり、様々なところで実験・実証が行われている。しかし廃食油の特徴に注目し、どこでも誰でも手軽にバイオディーゼルを生成できる、小型でコンパクトな装置は開発されていなかった。また、１つ１つの実証事例を見ると、エステル交換を１００％近くで行い、高効率でバイオディーゼルを生成する技術の確立は行われていなかった。【解決手段】本願では、エステル交換からグリセリンの分離・洗浄・脱水までのバイオディーゼル生成の諸工程を１つの容器内で時間順に行うようにし、その際、各工程ごとの分離・除去等の区切りをきっちりやり抜くために▲１▼装置の機械設計の面で工夫し、▲２▼バイオエタノール生成方法で工夫を加え、▲３▼廃棄物−廃棄不適物を産み出さない方法を考えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃食油をアルカリ触媒法にてバイオディーゼルに生成する装置であって、廃食油を受け入れる容器と該生成した貯留容器とを除き、エステル交換工程、粗エステルとグリセリンの静置分離工程、分離した該グリセリンの抜き取り工程、分離した該粗エステルの洗浄工程、該洗浄水の排水工程、該洗浄した該粗エステルの脱水分離工程、該脱水分離を経て精製したバイオディーゼル燃料を一時保管する上程、該生成諸工程を１つの容器内で順次行い、装置をコンパクトにまとめたことを特徴とするバイオディーゼル生成装置
【請求項２】
廃食油をアルカリ触媒法にて、バイオディーゼルに生成するに当って、前記分離したグリセリンや前記排水する洗浄水を、生成した粗エステルときっちりと分離した上で除去するために、前記生成諸工程を順次行う前記１つの容器の底部をテーパ状とし、かつ、除去ないし排水のための導管の根元に開閉弁を設けたことを特徴とする特許請求項１に示したバイオディーゼル生成装置
【請求項３】
前記生成諸工程を、前記１つの容器内で前記順次進めるに当って、該容器内の該工程の進行状況を外から目視確認することができるよう該容器の一部を透明なガラス等の透視部材で作成したことを特徴とする請求項１に示したバイオディーゼル生成装置
【請求項４】
廃食油をアルカリ触媒法にてバイオディーゼルに生成するに当って、エステル交換を高効率で行うために、該廃食油に対し、メタノールの重量比を略２０％とし、受け入れ容器から投入する該廃食油の品質を適定法によって測定し、あらかじめ触媒の最適比に基づき、投入該廃食油に対する該アルカリ触媒投入量を定め、該メタノールと該アルカリ触媒を撹拌した上で、該廃食油に混入しエステル交換を進めて生成するようにしたことを特徴とするバイオディーゼル生成の生産方法
【請求項５】
廃食油をアルカリ触媒法にてバイオディーゼルに生成するに当って、エステル交換後の粗エステルの洗浄工程を２つに分け、第１回目の洗浄に当って、添加剤として中和剤ＨＣＬを投入し、アルカリ中和状態で洗浄し、第２回目の洗浄に当って、硫酸マグネシウム等の凝集剤を投入し有機物を凝集させ、洗浄水に混入し、排水できるようにしたことを特徴とするバイオディーゼル生成の生産方法
【請求項６】
廃食油をアルカリ触媒にてバイオディーゼルに生成するにあったて、生成諸工程に於いて排出される排出物を、再利用したり、排出される洗浄水を無害化処理する等環境上の問題がないように処理することを特徴とする請求項１に示したバイオディーゼルの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明はバイオディーゼル技術に関する
【背景技術】
【０００２】  石油高騰が続いている。石油資源は一般に２０１０年まで右肩上りの増産傾向を示し以降は減産になることが言われている。一方で中国・インドなど新興産業国を含め消費量の増加が見込まれるため、この高騰化の傾向は当面止むことがないと見込まれている。【０００３】  人類としてのこの傾向に対しての第１番目の対策、英智の示し方は省資源化技術をどのように確立して行くかという点にある。プリウス等のように自動車の燃費改良ができれば地球的規模から見れば新たな油田資源を見つけたに等しいことになる。そして第２番目の対策は、これまで廃棄していたものを再生利用する方法である。たとえば廃棄プラスティックは、これまで不燃ごみとして埋め立て処分されたり、燃やされたりしてきたが、ごみ発電で燃やしてエネルギーを活用しても約１０％しか利用されず、ほとんどが捨てられるに等しい利用状況だった。しかし高炉還元やコークス炉ガス化等のリサイクルの方法をとれば、１００％資源利用する方法が実施できる。【０００４】  家庭や事業所から出るてんぷら油等の廃食油の場合も、これまで固形溶剤等を使って固形化して可燃ごみとして出し、焼却処分してきた。これに対しても、これら廃食油をエステル交換し、バイオディーゼル燃料として活用する方法が開発され、京都市を始め多くの自治体でも利用され始めている。【０００５】
【文献資料】
【非特許文献１】「バイオディーゼル」東京図書出版会  山根浩二  著
【非特許文献２】「バイオディーゼル・ハンドブック」日報出版  池上▲コウ▼  編集
【特許文献１】特願２００４−１７５９００
【特許文献２】特願２００４−１７５９０３
【特許文献３】特願２００５−２９０６５９
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  本願は廃食油からエステル交換によってバイオディーゼル燃料を生成する方法及びその装置に関するが、通常商品の生産・販売流通を動脈型産業とし、廃棄される商品の再生利用・商品流通を静脈型産業と定義したとき、静脈型産業の最大の特徴は、原材料としての廃棄物が極めて分散的に排出され、その回収・利用に多くの人手がかかるという点にある。このため動脈型産業のように、工場の集中・合理化・人員削減の発想が必ずしも通用しない点が上げられる。
【０００７】  そこで本願では、廃食油の回収を食用油を利用する家庭や事業所にできるだけ隣接した場所でできるように、バイオディーゼル生成装置の小型化（従って低コスト化）を計るようにした。そしてこうした廃棄物の再生利用に当ってのもう１つの原則、廃棄困難物を出さないようにし、通常の廃水処理設備があれば利用可能なようにした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  そこで本願では、これまでエステル交換によるディーゼル生成が大きくは以下の３つの工程
▲１▼前処理−水分除去
▲２▼エステル交換−粗エステルとグリセリン分離
▲３▼洗浄−脱水
からなり、これらにそれぞれ処理槽や処理容器を用意し処理していたものを、１つの容器で処理するようにし、小型化・コンパクト化を計った。
【０００９】  その上で、１つの容器内で進む各工程の進み具合を、外から観察できるようにカラス等の透明部材を取り付け、エステル交換後の粗エステルとグリセリン分離がきっちりと行われていることが確認できるようにした。また分離したグリセリンをきっちりと取り切るために容器の底をテーパ状にすると共に排出用の開閉弁を排出ノズルの根元に取り付ける工夫をした。
【００１０】  またエステル交換が略１００％のレベルで行えるように、処理廃食油に対して、約２０％重量のメタノールを準備し、該廃食油を適下法で測定し、あらかじめ試験実施したアルカリ触媒の投入最適値をこのメタノールに投入し、混入撹拌の後、容器内に投入し廃食油と撹拌するようにした。
【００１１】  さらに洗浄に当っては、中和剤を投入した上で洗浄する第１段階と、残留有機物を凝集沈殿させる硫酸マグネシウム等の凝集剤を投入した上で洗浄する第２段階での２つに分ける工夫を行い、バイオディーゼルの生成を行うようにした。
【発明の効果】
【００１２】  本発明は、廃食油をエステル交換によってバイオディーゼルに生成させるに当り、１つの容器の中でエステル交換、粗エステルとグリセリンの分離、粗エステルの洗浄、脱水などの工程処理が可能なため装置自体として小さく、コンパクトにできるため、小さなスペースがあれば廃食油を廃棄する家庭や事業所に隣接して設置することができる。そのため、その場で有用物を産み出すことができ、廃棄物の運搬費がかからなくなり、廃食油の再利用装置としては装置設置ユーザーがより利用しやすい形となった。
【００１３】  もちろん小型化したからといって装置性能が落ちれば問題が残るが、本発明ではエステル交換が１００％実施できるように触媒やメタノール量を定め、また廃食油の性状によって処理にかかる時間が変化するため、ともすれば処理途中で次の工程に進み、結果としてバイオディーゼルの生成率を低下させていた従来に対し、処理工程を目視できるようにし、１つの工程の完了を確認した上で次に進むことができるようにしたため、生成率も高位で推移する装置となった。
【００１４】  １つの容器内で諸工程を順次行っていくため、粗エステルとグリセリンの分離の後のグリセリンの取り出し、粗エステルの洗浄後の洗浄水の排水に当って、残留物が残らないように取り出し、排水が行われるようにしたため、その後の工程での不純物の除去に役立ち、性能の優れたバイオディーゼルを作ることができた。
【００１５】  これまで燃やされていた廃食油を、燃料と再利用したため、その分地球温暖化を緩和し、一方石油ガソリンではないため、自動車用の軽油代替品として使ったとき、硫黄酸化物などの排出がなく、二重の意味で環境負荷低減に役立った。
【００１６】  これまで単に捨てていた廃食油を再利用するために分別して回収する取り組みは、取り組む市民や事業者の環境意識を高め、多くの事例が示すようにごみになるものは買わない、用いたものはできるだけ再利用する等の資源リサイクルの普及に役立つことが期待できた。
【００１７】  またこの廃食油を分別して、再利用のために協力してくれた人々には、エコマネー券を供与するなどの仕組とタイアップすれば、環境部門だけでなく福祉部門やその他の地域興しと提携できる可能性も産み出した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】  図１は、本願発明による廃食油から、エステル交換によってバイオディーゼルを生成する方法及び装置を説明するブロック図である。（２）は廃食油、（４）は受け入れ槽ないし容器、（６）はメタノール、（８）はアルカリ触媒、（９）は撹拌容器、（１０）はエステル交換工程、（１２）は粗エステルとグリセリンの分離工程、（１４）はグリセリンの抜き取り、（１６）は洗浄水、（１８）はＨＣＬ中和剤、（２０）は第１回目の洗浄工程、（２２）は洗浄エステルと洗浄水の分離工程、（２４）は洗浄水の排水、（２６）は凝集剤、（２８）は第２回目の洗浄工程、（３０）は洗浄エステルと洗浄水の分離工程、（３２）は洗浄水の排水（３４）は脱水分離工程、（３６）は生成されたバイオディーゼル、（３８）は一時貯留タンクもしくは容器である。【００１９】  廃食油（２）は、受け入れ槽（４）に入れて、エステル交換処理に移すまで保管する。排出源によって種類や混入物の違いがある時には、いくつかの容器に分けて保管し処理に当って混合し、できるだけ平準化を計るようにする。一方、処理にかける廃食油は適定法によって測定し、その測定値に対応する量のアルカリ触媒、たとえばＫＯＨを計量し、一方、別個用意した処理廃食油の２０％重量に当たるメタノールと混合撹拌（９）し、これと廃食油（２）を混入した上で、４０分から１時間撹拌しエステル交換（１０）を行う。【００２０】  図２は、本願発明によるバイオディーゼル装置の断面概略図である。（４０）は本願発明の１つの容器、（４２）は容器の金属外装、（４４）は資材投入口、（４６）は資材投入蓋、（４８）は動力源、（５０）は制御パネル、（５２）は撹拌棒、（５４）は撹拌翼、（５６）はガラス窓、（５８）は分離・排水用導管、（６０）は開閉弁、（６２）は開閉操作部材である。【００２１】  図３は、本願発明によるメタノールとアルカリ触媒とを混合撹拌する装置の断面概略図であり（６４）は混合撹拌装置、（６６）は装置外装、（６８）は蓋、（７０）は撹拌操作部材、（７２）は撹拌棒、（７４）は撹拌翼である。【００２２】  図１のエステル交換（１０）に当って、事前に行うメタノール（６）とアルカリ触媒（８）の撹拌（９）は、図３に示した混合撹拌装置（６４）で行う。この蓋（６８）を取り、所定量のメタノール（６）とアルカリ触媒（８）を投入し、撹拌操作部材（７０）を操作し、撹拌棒（７２）を回転させ撹拌翼（７４）を回して混合撹拌する。【００２３】  こうして撹拌したメタノール（６）とアルカリ触媒（８）を、図２に示した容器（４０）の投入口（４４）から投入蓋（４６）を開けて投入する。廃食油（２）もここから投入し、ここでは動力源（４８）モーターを使い、制御パネル（５０）でタイマー設定しモーターを回して撹拌棒（５２）を回転させ、それに固定している撹拌翼（５４）を回転させる。エステル交換を１００％実施させるのに要する時間は、約４０分から１時間である。この様子は、この装置の金属外装（４２）を一部切り取り、取り付けてあるガラス窓（５６）を通して運転管理者が反応の様子を確認し、反応が不十分の時には反応時間を延長する。【００２４】  図１で、エステル交換（１０）が終わった時、そのまま静置して粗エ���テルとグリセリンの分離工程に入る。約３０分位静置すると粗エステルとグリセリンが分離し、図２のガラス窓（５６）からこれを確認した後、開閉操作部材（６２）を使って開閉弁（６０）を開けて、グリセリンを排水用導管（５８）から分離排出する。この時、導管（５８）から排出されるグリセリンを確認しながら、排出される物体がグリセリンから粗エステルに切り替った時点で、開閉操作部材（６２）を操作して開閉弁（６０）を閉じる。【００２５】  排水導管（５８）の排水口（５９）と開閉弁（６０）との間に、一定の距離を持つように作っているため、粗エステルとグリセリンがきちっと分離した状態でこのグリセリンの排出操作を行えば、容器（４０）の中にグリセリンの残留物が残ることはない。グリセリンの残留物が残った時には、次の洗浄工程でこのグリセリンが中和処理を妨げ、洗浄工程処理を不充分にし、バイオディーゼルへの転換効率を低下させることになるが、本願の装置を用いればこうしたことを防ぐことができる。【００２６】  図１の洗浄工程は、グリセリンを分離した後の粗エステルに、洗浄水とＨＣＬ中和剤を投入し撹拌して行う第１回目の洗浄工程（２０）と、この第１回目の洗浄の後行う、第２回目の洗浄工程（２８）に分かれる。洗浄工程はそれぞれ約１５分かけて行う。【００２７】  第１回目の洗浄の後、洗浄した洗浄エステルと、洗浄水に静置分離した後、洗浄水を排水する。この洗浄水の排水は、図２で示した、開閉操作部材（６２）を操作し開閉弁（６０）を開けて排水用導管（５８）から排水する形で行うが、この場合も、排水導管（５８）から排水される洗浄水が洗浄エステルに切り換わった時、開閉弁（６０）を閉じ、分離・排水を心掛ける。【００２８】  第２回目の洗浄工程（２８）に当っては、洗浄水（１６）の他に凝集剤（２６）を投入するようにし、てんぷら油などのように、油内に混入している有機物を凝集沈殿させ分離後、洗浄水に混ざった状態で、先ほどと同様に取り除く。【００２９】  このようにして、第１回目と第２回目の洗浄を行った後、処理装置を金属外装（４２）に被覆し取り付けている電熱線で加温し、水分蒸発させて脱水分離しバイオディーゼル（３２）として生成する。【００３０】  生成したバイオディーゼルは、貯留タンク（３８）や貯留用容器に入れて一時保管し、ディーゼル車輌用の燃料として使用する。【００３１】  以上本願は、３つの点を考え開発を進めてきた。
（１）廃食油という家庭や事業所から排水されるものを資源材料とするため、小型化・コンパクト化した装置にして、排出源に隣接して設置できるようにし、この回収に費用をかけないようにした。そのために１つの容器の中で、時間的経過と共に生成反応が進むようにした。
（２）そのことで、生成されるバイオディーゼルの品質が落ちたり、エステル化転換率やバイオディーゼル生成効率が落ちることのないようにした。
（３）さらに、従来廃棄していたものを資源利用する装置である点から言っても、この装置から排出されるものが、処理困難物としてごみにならないように考えて作った。【００３２】（１）の結果、１つの容器の中に投入する資材や熱のかけ方などが時間ごとに変化し、エステル交換、粗エステルとグリセリンの分離、残ったエステルの洗浄、脱水というように役割を変化させたが、その中で重要なことは、工程途中での生成物の分離・除去であった。バイオディーゼル生成のように新技術に於いても、機械構造上の工夫によって、その装置が充分性能を発揮する時とそうでないことがある。本願では、装置内の生成反応を観察・確認できるようにし観察用の窓を設け、かつ排出物の分離のための排出ノズル（もしくは導管）の長さを一定の長さ（１０数ｃｍ以上〜１０ｃｍ）にとり、その根元に開閉弁を設け、排出口の様子を見ながら開閉操作を行い分離が確実に行えるようにし、排出物が確実に取り切れるようにした。【００３３】（２）の結果
▲１▼エステル交換が確実に行えるように、メタノール量を定め、アルカリ触媒量を、処理廃食油が変わるごとに事前測定し
▲２▼グリセリンなどをきちっと取り切る工夫を行った。石ケン成分が残ると、粗エステルの水洗時にエマルジョンが形成し、製品が流出し生成効率が落ちることになるが、これを防いだ。
▲３▼洗浄を２段階に分けて、それぞれの洗浄の役割を果たした。第１の洗浄で未反応油（トリグリセリド）を除去し、それによる燃料の動粘度が上がるのを防ぎ、第２の洗浄で有機物を除去した。【００３４】（３）の結果
▲１▼  グリセリンは、水分を自然蒸発させ、いわゆる石鹸として再生利用する方法を考えた。
▲２▼  洗浄水の排水に当っては、独自に作ったイオン交換機能をもつセラミックの粉末を投入し「Ｎａ」と「Ｃａ」のイオン交換で排水のＰＨ調整を行い排水処理基準を下回るようにした。
【産業上の利用について】
【００３５】  以上見たように本願は、廃食油を廃棄物から有用資源の原材料として転換するためのより実際的、実用的な装置であり利用範囲は広い。なお示した実施例は、あくまで１実施例であり、本願はその内容に把われない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】は、本願発明によるバイオディーゼル生成方法及び装置を説明するための概念ブロック図である。
【図２】は、本願発明によるバイオディーゼル生成装置の１実施例の断面概観図である。
【図３】は、本願発明の１実施例のメタノールとアルカリ触媒を撹拌する装置の断面概観図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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