(57)【要約】【課題】ＢＤ燃料の製造工程の簡略化、製造時間の短縮、エネルギコストの削減及びＢＤ燃料の品質向上を図ることのできる液体処理装置を提供する。【解決手段】液体処理装置１０は、処理対象である液体を収容するための容器１１ａと、容器１１ａ内の液体中へ空気やオゾンの微細気泡ＭＢを供給するため容器１１ａ内に配置された微細気泡発生器１３，１４と、を有する処理槽１１と、液体を浄化するための上部濾過材１５及び下部濾過材１６が収納された濾材容器１２ａと、処理槽１１から送給される液体を上部濾過材１５に供給するスプレー器具１７と、を有する浄化槽１２と、処理槽１１で処理された液体をスプレー器具１７へ送給するポンプＰ３と、を備え、下部濾過材１６を通過した液体を、重力を利用して、処理槽１１へ送給するため、処理槽１１より浄化槽１２を高い位置に配置している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃食用油やその他油脂類からバイオディーゼル燃料を製造する工程において使用する液体処理装置であって、
処理対象である液体を収容するための容器と、前記容器内の液体中へ空気及びオゾンの微細気泡を供給するため前記容器内に配置された微細気泡発生器と、を有する処理槽と、
液体を浄化するための濾過材が収納された濾材容器と、前記処理槽から送給される液体を前記濾過材に供給する給液手段と、を有する浄化槽と、
前記処理槽で処理された液体を前記給液手段へ送給する送液手段と、前記濾過材を通過した液体を前記処理槽へ送給する還流手段と、を備えたことを特徴とする液体処理装置。
【請求項２】
前記濾過材として、珊瑚を原料とする上部濾過材とセラミックスを原料とする下部濾過材とを前記濾材容器内に積層状に収容した請求項１記載の液体処理装置。
【請求項３】
前記微細気泡発生器として、気体が通過可能な連続微細気泡を有するセラミックス多孔体を用いた請求項１又は２記載の液体処理装置。
【請求項４】
前記微細気泡発生器の外形が、球体形状または多面体形状である請求項３記載の液体処理装置。
【請求項５】
前記給液手段として、前記濾過材に向かって液体を噴出するスプレー器具を設けた請求項１〜４の何れかに記載の液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃食用油やその他の油脂類を原料とするバイオディーゼル燃料の製造工程において使用する液体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイオディーゼル燃料（以下、「ＢＤ燃料」という。）の製法については、従来、様々な技術が開発されているが、一例として、廃食用油などにメタノールと塩基性触媒を加えてエステル交換反応を起こし、その主成分である脂肪酸トリグリセリドを脂肪酸メチルエステルとグリセリンとに分離し、分離した脂肪酸メチルエステルを水洗して触媒を除去し、さらに蒸留処理を行ってメタノールを除去することにより、ＢＤ燃料となる脂肪酸メチルエステルを得るという製法がある。この製法の具体的な工程についても多種多様の技術が開発されているが、代表的な工程として、図６に示すものがある。
【０００３】
図６に示すように、所定の貯留容器５０に収容された廃食用油ＷＯは、不純物除去工程５１へ送られ、ここで廃食用油ＷＯに含まれている異物が濾過除去され、水分除去工程５２へ送られる。水分除去工程５２においては、廃食用油ＷＯが１３０℃程度に加温され、廃食用油ＷＯ中に含まれる水分が蒸発除去された後、メトキサイド投入撹拌工程５３へ送られる。メトキサイド投入撹拌工程５３においては、水酸化ナトリウムを溶解したメタノールを投入し、５０℃〜６０℃に加温した状態で撹拌される。これによりエステル交換反応が進行する。エステル交換反応が平衡に達した後、撹拌を停止して所定時間静置すると、グリセリンの沈殿層と、脂肪酸メチルエステルの上澄み層とに分かれるので、次のグリセリン除去工程５４において、沈殿しているグリセリンが除去され、グリセリン処理工程５６において処理される。
【０００４】
グリセリンが除去された脂肪酸メチルエステルは余剰メタノール除去工程５５において６５℃〜７０℃に加温され、残留しているメタノールが除去された後、水洗浄撹拌工程５７へ送られ、ここで、多量の水が混合され、撹拌される。この水洗浄撹拌工程５７において、脂肪酸メチルエステル中に残留している水酸化ナトリウム、グリセリン、メタノールなどが水に溶解するので、次の洗浄水分離工程５８において、水酸化ナトリウムなどが溶け込んだ水を除去した後、乾燥工程５９へ送られる。この乾燥工程５９で発生する水は水処理工程６０において処理される。
【０００５】
乾燥工程５９を終えた脂肪酸メチルエステルは、脱臭脱色工程６１へ送られ、ここで、活性白土を添加した後、７０℃程度に加温しながら撹拌することにより、脱臭脱色処理が行われる。脱臭脱色工程６１が終わったら、不純物除去工程６２へ送られ、ここで、脂肪酸メチルエステル中の活性白土や不純物が濾過除去されると、ＢＤ燃料６３が完成する。
【０００６】
一方、図６に示すような従来の製法よりも短時間で、不純物が少ない高品質のＢＤ燃料を得る技術として、製造工程の初期段階において、原料である廃食用油にオゾン水及びオゾンガスを投入して撹拌する工程を設けた製造技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２１９８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＢＤ燃料の製造工程は、図６に示すように、数多くの工程で構成され、これらの工程を実行するために各種装置を必要とするので、製造設備は大がかりとなる。また、多数の工程を経て最終製品であるＢＤ燃料が完成するまでには、長い時間と多大なエネルギコストが費やされている。このため、化石燃料の代替として、廃食用油を原料とするバイオディーゼル燃料を製造する意義が失われる場合もある。
【０００９】
一方、特許文献１記載の製造技術においては、原料である廃食用油に、オゾン水及びオゾンを投入することにより、所定の効果を得ることができると考えられるが、工程数が多く、複雑な製造設備と多大なエネルギコストが必要であるため、実用化が困難である。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、ＢＤ燃料の製造工程の簡略化、製造時間の短縮、エネルギコストの削減及びＢＤ燃料の品質向上を図ることのできる液体処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体処理装置は、廃食用油やその他油脂類からバイオディーゼル燃料を製造する工程において使用する液体処理装置であって、
処理対象である液体を収容するための容器と、前記容器内の液体中へ空気及びオゾンの微細気泡を供給するため前記容器内に配置された微細気泡発生器と、を有する処理槽と、
液体を浄化するための濾過材が収納された濾材容器と、前記処理槽から送給される液体を前記濾過材に供給する給液手段と、を有する浄化槽と、
前記処理槽で処理された液体を前記給液手段へ送給する送液手段と、前記濾過材を通過した液体を前記処理槽へ送給する還流手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
廃食用油などの原料油に、塩基性触媒を溶解したメチルアルコールを添加して生成された液体を、本発明の液体処理装置の処理槽の容器内に収容し、微細気泡発生器から空気及びオゾンの微細気泡を容器内の液体に供給して処理しながら、処理槽で処理された液体を送液手段により浄化槽の給液手段へ送給するとともに、濾過材を通過した液体を還流手段により処理槽へ送給すると、処理対象である液体は処理槽と浄化槽との間を循環しながら処理が進行する。
【００１３】
塩基性触媒を溶解したメチルアルコールを原料油に添加するとエステル交換反応が起こって脂肪酸メチルエステルとグリセリンとに分離するのであるが、前述した循環処理を続けると、微細気泡発生器の表面にゼリー状の遊離脂肪酸が析出するとともに、グリセリンが徐々に減っていく現象が生じる。従って、処理対象液体中のグリセリンが消失または微量となるまで前記循環処理を連続すれば、ＢＤ燃料として使用可能な脂肪酸メチルエステルを得ることができる。
【００１４】
前記循環処理を経て得られる脂肪酸メチルエステルは、グリセリンを殆ど含んでいないので、グリセリンを除去するための水洗工程及び洗浄水が不要となる。このため、ＢＤ燃料の製造工程の簡略化、製造時間の短縮、エネルギコストの削減を図ることができる。また、前記循環処理を経て得られる脂肪酸メチルエステルは、グリセリンを含まないだけでなく、遊離脂肪酸も殆ど含んでいないので、ＢＤ燃料としての品質も向上する。なお、前記循環処理を行うことにより、微細気泡発生器の表面に遊離脂肪酸が析出するとともに、グリセリンが減っていく現象が発生する理由及びその反応機構などは、現在のところ解明できていないので、その解明は今後の課題である。
【００１５】
ここで、前記濾過材として、珊瑚を原料とする上部濾過材とセラミックスを原料とする下部濾過材とを前記濾材容器内に積層状に収容することが望ましい。このような構成とすれば、珊瑚を原料とする上部濾過材によって処理対象液体中に含まれる微細な不純物が除去され、セラミックスを原料とする下部濾過材によって処理対象液体が酸性から弱アルカリ性に変化するため、後工程の簡略化、ＢＤ燃料の品質向上に有効である。
【００１６】
一方、前記微細気泡発生器として、気体が通過可能な連続微細気泡を有するセラミックス多孔体を用いれば、空気やオゾンの微細気泡が吹き出すセラミックス多孔体の表面にゼリー状の遊離脂肪酸が速やかに析出してくるので、処理対象液体中の遊離脂肪酸を効率良く除去することができる。
【００１７】
この場合、前記微細気泡発生器の外形が、球体形状または多面体形状とすることが望ましい。このような構成とすれば、ゼリー状の遊離脂肪酸の析出量が増加するので、遊離脂肪酸の除去効率をさらに高めることができる。
【００１８】
また、前記給液手段として、前記濾過材に向かって液体を噴出するスプレー器具を設ければ、処理槽から送給される液体を濾過材全体に満遍なく分散、供給することができるため、濾過効率が向上するとともに、濾過物の偏析が回避され、濾過材の寿命延長にも有効である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、ＢＤ燃料の製造工程の簡略化、製造時間の短縮、エネルギコストの削減及びＢＤ燃料の品質向上を図ることのできる液体処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態である液体処理装置を使用したＢＤ燃料製造設備を示す概略図、図２は図１に示す液体処理装置を示す垂直断面図、図３は図２に示す液体処理装置の一部拡大図、図４は図３の一部拡大図である。また、図５は図１に示すＢＤ燃料製造設備における工程説明図である。
【００２１】
図１に示すＢＤ燃料製造設備４０（以下「製造設備４０」という。）は、廃食用油やその他油脂類からＢＤ燃料を製造する設備である。製造設備４０は、廃食用油などの原料油ＷＯを貯留する廃油槽２１と、原料油中の不純物を除去するための濾過槽２２と、濾過槽２２を通過した原料油中の水分を除去するための水分除去槽２３と、水分除去槽２３において水分が除去された原料油を収容してエステル交換反応を起こさせるための反応槽２４と、脂肪酸メチルエステルとグリセリンとが混在した状態で反応槽２４から送給される液体を処理するための液体処理装置１０と、液体処理装置１０において生成された脂肪酸メチルエステル中の不純物を除去するための濾過槽２５と、濾過槽２５において不純物が除去された脂肪酸メチルエステル（ＢＤ燃料）を収容する貯留槽２６と、を備えている。また、エステル交換反応を起こすために反応槽２４へ注入される、水酸化ナトリウムが溶解されたメタノール（以下、「メトキサイド」という。）を貯留する薬剤槽２７が設けられている。
【００２２】
廃油槽２１から貯留槽２６に至るまでの液体移動経路及び薬剤槽２７から反応槽２４へメトキサイドを送給するための薬剤移動経路として、図１中の実線で示す複数の管路が形成され、これらの管路の途中にはそれぞれポンプＰ１〜Ｐ６、電動開閉弁Ｖ１〜Ｖ９、複数の流量計ＦＭ及び複数の圧力計ＰＧなどが設けられている。また、水分除去槽２３、反応槽２４、液体処理装置１０の処理槽１１及び浄化槽１２で発生する気体を集約して排気するための排気経路として、図１中の破線で示す複数の管路が形成され、前記気体を強制排気するためのブロワＢが設けられている。
【００２３】
さらに、水分除去槽２３で発生する水蒸気を吸引して排出するための管路には真空ポンプＶＰ、電動開閉弁２８，２９、圧力計ＰＧ及び負圧計３０が設けられている。また、液体処理装置１０の処理槽１１及び浄化槽１２で発生する気体を排出する管路の途中には活性炭を内蔵した脱臭器３１が設けられている。
【００２４】
図１に示すように、本実施形態の液体処理装置１０は、製造設備４０において、反応槽２４の後工程に組み込まれている。図２に示すように、液体処理装置１０を構成する処理槽１１は、反応槽２４から送給される処理対象液体を収容するための容器１１ａと、容器１１ａ内の液体中へ空気、オゾンの微細気泡を供給するため容器１１ａ内の底部付近に配置された複数の微細気泡発生器１３，１４と、を有する。また、管路１８ａを経由して微細気泡発生器１３へ空気を送給するためのエアポンプ１８と、管路１９ａを経由して微細気泡発生器１４へオゾンを送給するためのオゾン発生器１９と、が設けられている。管路１８ａ，１９ａの途中にはそれぞれ開閉弁１８ｂ，１９ｂが設けられている。
【００２５】
図３に示すように、処理槽１１を構成する容器１１ａの内部は、略平行に対向配置された二つの隔壁１１ｂ，１１ｃによって三つの領域に区画されている。隔壁１１ｂは容器１１ａの底部１１ｄと連続した状態で略垂直に立設され、その上縁部１１ｇは容器１１ａの天井部１１ｅから離れている。隔壁１１ｃは容器１１ａの天井部１１ｅと連続した状態で垂下状に設けられ、その下縁部１１ｈは底部１１ｄから離れている。また、隔壁１１ｃの天井部１１ｅ寄りの部分には、隔壁１１ｂから遠ざかる方へ傾斜した斜面部１１ｆが設けられている。
【００２６】
容器１１ａ内において、隔壁１１ｂ，１１ｃとで挟まれた領域の底部１１ｄ付近に微細気泡発生器１３，１４が配置されている。略平板形状をした微細気泡発生器１３は底部１１ｄの中心付近を占めるように配置され、この微細気泡発生器１３の周縁部の上方に球体形状をした複数の微細気泡発生器１４が配置されている。微細気泡発生器１３，１４は、気体が通過可能な連続微細気泡を有するセラミックス多孔体で形成されているが、微細気泡発生器１３，１４の材質、形状、個数、配置形態などはこれに限定するものではない。
【００２７】
一方、浄化槽１２は、架台１２ｂ上に載置することにより、処理槽１１より高い位置に保持されている。浄化槽１２は、液体を浄化するための上部濾過材１５及び下部濾過材１６が収納された濾材容器１２ａと、処理槽１１から送給される液体を上部濾過材１５及び下部濾過材１６に供給する給液手段（スプレー器具１７）と、を有する。上部濾過材１５は珊瑚を原料とし、下部濾過材１６は遠赤外線放射機能を有するセラミックスを原料とするものであり、上部濾過材１５と下部濾過材１６は濾材容器１２ａ内に積層状に収容されている。
【００２８】
また、処理槽１１において処理された液体をスプレー器具１７へ送給する送液手段としてポンプＰ３が設けられ、上部濾過材１５及び下部濾過材１６を通過した液体を処理槽１１へ送給する還流手段として重力を利用するため、浄化槽１２を処理槽１１よりも高い位置に配置している。さらに、浄化槽１２で濾過しきれずに濾材容器１２ａからオーバーフローする処理対象液体を処理槽１１の容器１１ａに戻すための管路２０が設けられ、その途中に開閉弁２０ａが設けられている。なお、前記還流手段としてポンプを設けることも可能である。
【００２９】
次に、図５に基づいて、図１に示すＢＤ燃料製造設備４０におけるＢＤ燃料の製造工程について説明する。図１，図５に示すように、廃油槽２１に貯留されている廃食用油などの原料油ＷＯは、不純物除去工程１を実行するための濾過槽２２へ送られ、原料油ＷＯに含まれている異物などが除去された後、水分除去工程２を実行するための水分除去槽２３へ送られる。水分除去工程２においては原料油ＷＯが１３０℃程度に加温され、原料油ＷＯ中の水分が蒸発除去される。このとき発生する水蒸気は真空ポンプＶＰで吸引され、ブロワＢからの送風とともに排気される。
【００３０】
水分除去槽２３において水分が除去された原料油ＷＯは、メトキサイド投入撹拌工程３を実行するための反応槽２４へ送られ、ここで、薬剤槽２７から供給されるメトキサイドが投入され、５０〜６０℃に加温された状態で撹拌される。所定時間撹拌し続けることによって形成された液体は、管路３２を経由して、グリセリン・遊離脂肪酸除去工程４を実行するための液体処理装置１０へ送られる。液体処理装置１０へ送られた処理対象液体は処理槽１１の容器１１ａ内に収容され、図３に示すように、微細気泡発生器１３，１４から空気及びオゾンの微細気泡ＭＢが前記液体中へ供給される。
【００３１】
このように、空気やオゾンを内包する微細気泡ＭＢの供給を行いながら、処理槽１１で処理された液体をポンプＰ３により浄化槽１２のシャワー器具１７へ送給するとともに、上部濾過材１５及び下部濾過材１６を通過した液体を、高低差を利用して、処理槽１１へ送給すると、処理対象である液体は処理槽１１と浄化槽１２との間を循環し続ける。
【００３２】
メトキサイドを原料油ＷＯに添加するとエステル交換反応が起こって脂肪酸メチルエステルとグリセリンとに分離するのであるが、前述した循環処理を続けると、図４に示すように、微細気泡発生器１３，１４の表面にゼリー状の遊離脂肪酸Ｘが析出するとともに、グリセリンが徐々に減少していく。従って、処理対象液体中のグリセリンが消失または微量となるまで前記循環処理を連続すれば、ＢＤ燃料として使用可能な脂肪酸メチルエステルが処理槽１１に形成される。
【００３３】
図２，図３に示すように、処理槽１１の容器１１ａ内には、前述した形態の二つの隔壁１１ｂ，１１ｃが設けられているので、微細気泡発生器１３，１４による微細気泡ＭＢの供給が行われた液体は隔壁１１ｂの上縁部１１ｇと天井部１１ｅとの隙間を通過して、容器１１ａの周壁１１ｓと隔壁１１ｂとの間の領域へ流入した後、ポンプＰ３により管路３３を経由してシャワー器具１７へ送給される。
【００３４】
一方、上部濾過材１５及び下部濾過材１６を通過した液体は管路３４を経由して、処理槽１１の容器１１ａの周壁１１ｓと隔壁１１ｃとの間の領域へ流入した後、隔壁１１ｃの下縁部１１ｈと底部１１ｄとの隙間を通過して、隔壁１１ｂ，１１ｃの間の領域へ移動し、ここで、再び微細気泡ＭＢが供給される。
【００３５】
このように、処理対象液体は、隔壁１１ｂ，１１ｃによって区画された容器１１ａ内の三つの領域を順番に移動しながら処理されるので、液体の滞留や偏流が発生せず、循環する液体に対し微細気泡ＭＢを満遍なく供給することができる。
【００３６】
液体処理装置１０における前記循環処理を経て形成された脂肪酸メチルエステルは、不純物除去工程５を実行するための濾過槽２５へ送られ、ここで、脂肪酸メチルエステル中の不純物などが除去された後、ＢＤ燃料３５として、貯留槽２６内に送られる。このようにして得られた脂肪酸メチルエステル（ＢＤ燃料３５）はグリセリンを殆ど含んでいないので、グリセリンを除去するための水洗工程及び洗浄水が不要である。このため、ＢＤ燃料製造設備４０の工程を示す図５と、従来の工程を示す図６とを比較しても判るように、ＢＤ燃料の製造工程が大幅に簡略化され、製造時間の短縮、エネルギコストの削減を図ることができる。また、液体処理装置１０における前記循環処理を経て得られる脂肪酸メチルエステルはグリセリンを含まないだけでなく、遊離脂肪酸も殆ど含んでいないので、ＢＤ燃料としての品質も優れている。
【００３７】
また、浄化槽１２においては、珊瑚を原料とする上部濾過材１５によって処理対象液体中に含まれる微細な不純物が除去され、セラミックスを原料とする下部濾過材１６によって処理対象液体が酸性から弱アルカリ性に変化するため、後工程の簡略化、ＢＤ燃料の品質向上に有効である。
【００３８】
一方、微細気泡発生器１３，１４はセラミックス多孔体で形成されているため、空気やオゾンの微細気泡が吹き出すセラミックス多孔体の表面にゼリー状の遊離脂肪酸Ｘが速やかに析出し、処理対象液体中の遊離脂肪酸Ｘを効率良く除去することができる。また、微細気泡発生器１４は球体形状であり、微細気泡発生器１３はフラット面を有する平板形状であるため、ゼリー状の遊離脂肪酸Ｘの析出量が多く、遊離脂肪酸Ｘの除去効率をさらに高めることができる。
【００３９】
さらに、処理槽１１から送給された液体は浄化槽１２内のスプレー器具１７により、上部濾過材１５の上面全体に満遍なく供給することができるため、濾過効率が高く、濾過物の偏析が回避され、上部濾過材１５及び下部濾過材１６の寿命延長にも有効である。
【００４０】
液体処理装置１０においては、エアポンプ１８により管路１８ａを経由して微細気泡発生器１３へ空気を送給し、オゾン発生器１９により管路１９を経由して微細気泡発生器１４へオゾンを送給する方式を採用している。このため、管路１８ａ，１９ａの途中にある開閉弁１８ｂ，１９ｂの開度を変化させることにより、空気、オゾンの供給量をそれぞれ独立して増減させることができる。従って、開閉弁１８ｂ，１９ｂの開度を調節することにより、空気及びオゾンの供給総量を変更可能であるだけでなく、空気とオゾンとの供給比率も変更可能である。なお、空気とオゾンとを所定比率で混合した気体を微細気泡発生器に送り込んで微細気泡を発生させる方式を採用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、廃食用油などの油脂類を原料とするＢＤ燃料の製造工程の一部において広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施の形態である液体処理装置を用いたＢＤ燃料製造設備を示す概略図である。
【図２】図１に示す液体処理装置を示す垂直断面図である。
【図３】図２に示す液体処理装置の一部拡大図である。
【図４】図３の一部拡大図である。
【図５】図１に示すＢＤ燃料製造設備における工程説明図である。
【図６】従来のＢＤ燃料の製造方法を示す工程説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  不純物除去工程
２  水分除去工程
３  メトキサイド投入撹拌工程
４  グリセリン・遊離脂肪酸除去工程
５  不純物除去工程
１０  液体処理装置
１１  処理槽
１１ａ  容器
１１ｂ，１１ｃ  隔壁
１１ｄ  底部
１１ｅ  天井部
１１ｆ  斜面部
１１ｇ  上縁部
１１ｈ  下縁部
１１ｓ  周壁
１２  浄化槽
１２ａ  濾材容器
１２ｂ  架台
１３，１４  微細気泡発生器
１５  上部濾過材
１６  下部濾過材
１７  スプレー器具
１８  エアポンプ
１９  オゾン発生器
１８ａ，１９ａ，２０，３２，３３，３４  管路
１８ｂ，１９ｂ，２０ａ  開閉弁
２１  廃油槽
２２，２５  濾過槽
２３  水分除去槽
２４  反応槽
２６  貯留槽
２７  薬剤槽
２８，２９，Ｖ１〜Ｖ９  電動開閉弁
３１  脱臭器
３５  ＢＤ燃料
４０  ＢＤ燃料製造設備
ＷＯ  原料油
Ｂ  ブロワ
ＦＭ  流量計
ＭＢ  微細気泡
Ｐ１〜Ｐ６  ポンプ
ＰＧ  圧力計
ＶＰ  真空ポンプ
Ｘ  遊離脂肪酸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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