JP2007284511A

JP2007284511A - 植物性油脂および動物性油脂の燃料化精製方法および精製装置

Info

Publication number: JP2007284511A
Application number: JP2006111705A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Koga; 弘美古賀; Shinya Koga; 進也古賀
Original assignee: Nippon Biodiesel Fuel Co Ltd
Current assignee: Nippon Biodiesel Fuel Co Ltd
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01

Abstract

【課題】環境汚染の懸念のない植物性および動物性油脂の燃料化精製方法と精製装置を提供する。
【解決手段】植物性または動物性油脂を加温して液状化し、オゾンガスを供給して酸化させて飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸に変化させ、窒素ガスを供給して還元し重合化を防止する前処理工程Ａと、不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、不要物質を除去して一次製品とする一次処理工程Ｂと、一次処理工程Ｂ後の残液にオゾンガスを供給して酸化させ、飽和脂肪酸を不飽和脂肪酸に変化させ、窒素ガスを供給して酸化を還元し重合化を防止する二次処理工程Ｃと、二次処理工程Ｃで得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、不要物質を除去し、二次製品とする三次処理工程Ｄと、三次処理工程Ｄ後の残液を濾過処理し、濾過した液体を三次製品とし、残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用する濾過工程Ｅと、で構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は植物性油脂および動物性油脂から燃料を精製する方法、およびそれに使用する装置に関するものである。

近年、石油や石炭といった化石燃料の枯渇化を念頭に、太陽光などの自然エネルギーの燃料化と共に、植物性油脂や動物性油脂の燃料化が各種機関や企業によって進められている。

しかし、これまで創案されている植物性油脂や動物性油脂の燃料化には、通常、アルコールや化学薬品などを使用しているため、化石燃料と同様に、環境汚染が懸念される。また、燃料を精製する装置も複雑で、イニシャルコストやランニングコストが嵩むといった問題もある。

本発明はこうした問題に鑑み創案されたもので、環境汚染の懸念のない植物性油脂および動物性油脂の燃料化精製方法、および、環境汚染の懸念がなく、かつ、簡易な構造でイニシャルコストおよびランニングコストが廉価な精製装置を提供することを課題とする。

図１乃至図５を参照して説明する。請求項１に記載の発明は、植物性油脂および動物性油脂を燃料化する精製方法であって、植物性油脂または動物性油脂を所定温度で加温して液状化すると共に、オゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ、さらに、窒素ガスを供給して還元し、天然助材と共に重合化を防止する前処理工程Ａと、前記不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、一次製品とする一次処理工程Ｂと、前記一次処理工程Ｂ後の残液にオゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ、さらに、窒素ガスを供給して酸化を還元し、天然助材と共に重合化を防止する二次処理工程Ｃと、前記二次処理工程Ｃで得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、二次製品とする三次処理工程Ｄと、前記三次処理工程Ｄ後の残液を濾過処理し、濾過した液体を三次製品とすると共に、残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用する濾過工程Ｅと、からなることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、植物性油脂および動物性油脂を燃料化する精製装置であって、植物性油脂または動物性油脂を所定温度で加温して液状化すると共に、オゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ、さらに、窒素ガスを供給して還元し、天然助材と共に重合化を防止する前処理工程Ａを行う前処理装置１０と、前記不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、一次製品とする一次処理工程Ｂを行う一次処理装置３０と、前記一次処理工程Ｂ後の残液にオゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ、さらに、窒素ガスを供給して酸化を還元し、天然助材と共に重合化を防止する二次処理工程Ｃを行う二次処理装置４０と、前記二次処理工程Ｃで得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、二次製品とする三次処理工程Ｄを行う三次処理装置５０と、前記三次処理工程Ｄ後の残液を濾過処理し、濾過した液体を三次製品とすると共に、残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用する濾過工程Ｅを行う濾過装置６０とで構成したことを特徴とするものである。

そして、前処理装置１０および二次処理装置４０を、少なくとも、密閉タンク１１に原料投入口１２、オゾンガス供給口１３および窒素ガス供給口１４を形成し、前記密閉タンク１１の内に撹拌機１５、加温ヒーター１６および温度調整器１７を設けて構成する。

また、前記一次処理装置３０および三次処理装置５０を、少なくとも、蒸留釜３１の外部に加温ヒーター１６および温度調整器１７を設け、前記蒸留釜３１の外部に分留管３２を設けて構成する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前処理装置１０および二次処理装置４０を、密閉タンク１１に連通する第一チャンバー１８および第二チャンバー１９を設け、前記第一チャンバー１８に原料投入口１２とオゾンガス供給口１３を設け、前記第二チャンバーに原料投入口１２および窒素ガス供給口１４を設けて構成したことを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の発明において、一次処理装置３０および三次処理装置５０で得た一次製品および二次製品を濾過するフィルター装置７０を設けたことを特徴とするものである。

請求項１に記載の精製方法は、少なくとも、前処理工程Ａ、一次処理工程Ｂ、二次処理工程Ｃ、三次処理工程Ｄおよび濾過工程Ｅからなるので以下の効果を発揮する。
（甲）いずれの工程においても、アルコールや化学薬品、水等を一切使用しないので廃棄物を排出せず、また、排水処理も必要としないので、環境を汚染しない。
（乙）植物性油脂と動物性油脂が原料なので、精製した燃料を燃焼させた排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、あるいは黒鉛等が少なく、いわゆるカーボンニュートラルにより二酸化炭素（ＣＯ^２）の削減に多大な貢献をする。従って、環境改善に寄与する。
（丙）各工程がシンプルなので、イニシャルコストやランニングコストを廉価に抑えることができる。
（丁）各工程がシンプルなので、大型プラント化によって大量に精製することができる。

請求項２に記載の精製装置１は、少なくとも、前処理装置１０、一次処理装置３０、二次処理装置４０、三次処理装置５０および濾過装置６０からなるので、以下の効果を発揮する。
（イ）いずれの装置も、アルコールや化学薬品、水等を一切使用しないので廃棄物を排出せず、また、排水処理も必要としないので、環境を汚染しない。
（ロ）植物性油脂と動物性油脂が原料なので、精製した燃料を燃焼させた排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、あるいは黒鉛等が少なく、いわゆるカーボンニュートラルにより二酸化炭素（ＣＯ^２）の削減に多大な貢献をし、環境改善に効果的である。
（ハ）各装置は極めてシンプルな構成であるため、イニシャルコストおよびランニングコストを廉価に抑えることができる。
（ニ）各装置がシンプルな構成であるため、大型プラント化が容易であり、よって燃料を大量に精製することができる。

請求項３に記載の精製装置１は、前処理装置１０および二次処理装置４０を、密閉タンク１１に連通する第一チャンバー１８に原料投入口１２とオゾン供給口を設け、第二チャンバー１９に原料投入口１２と窒素ガス投入口を設けたので、第一チャンバー１８で原料（植物性油脂または動物性油脂）とオゾンガスを混合して微細な泡状にして密閉タンク１１へ投入し、同様に、第二チャンバー１９で原料と窒素ガスを混合して微細な泡状にして密閉タンク１１へ投入することができる。これにより、オゾンガスおよび窒素ガスの溶融溶解率を高めて、酸化および還元の反応効果をより促進することができる。

請求項４に記載の精製装置１は、一次処理装置３０および三次処理装置５０で得た一次製品および二次製品を濾過するフィルター装置７０を設けたので、不純物のない一次製品および二次製品を精製することができる。

本発明に係る精製方法の実施形態を、図１に示す。この精製方法は、植物性油脂および動物性油脂を燃料化する精製方法であって、前処理工程Ａ、一次処理工程Ｂ、二次処理工程Ｃ、三次処理工程Ｄ、および濾過工程Ｅを備える。

前処理工程Ａは、植物性油脂または動物性油脂を５０℃〜６０℃で加温して液状化すると共に、それにオゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させる。さらに、窒素ガスを供給して還元すると共に、天然助材により重合化を防止する。

なお、脂肪酸は、周知のように、飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸に分類される。飽和脂肪酸は、一つ一つの分子が規則正しい分子構造を成しているので固まり易い。また、不飽和脂肪酸は折れ曲がった分子構造を成しているので、固まり難く流れ易い。本実施形態では、オゾンガスの強力な酸化作用によって飽和脂肪酸の分子構造を変形することで、不飽和脂肪酸を変化させている。同時に炭素長を分断し、燃焼し易くしている。しかし、オゾンガスは非常に不安定で壊れ易く、壊れた酸素の反応がオゾンの酸化を阻害するので、本実施形態では、窒素ガスによって還元し、天然助材と共に重合化を防いでいる。

一次処理工程Ｂでは、前処理工程Ａで得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、その中に含まれるパラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの燃焼に邪魔な不要物質を除去し、一次製品としている。なお、この際、減圧蒸留装置内部にオゾンガスを供給し脂肪酸の改質促進ならびに炭素長の分断作用の促進を行っている。蒸留は減圧した状況下において、低温度帯で行っている。これにより、約４０パーセントの精製を行うことができる。なお、減圧蒸留した後、濾過して不純物を取り除き、より良い一次製品とするのが好ましい。

二次処理工程Ｃは、先の一次処理工程Ｂ後の残液にオゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させている。また、窒素ガスを供給して酸化を還元し、天然助材と共に重合化を防止している。これにより、残液を効果的に処理して、燃料回収率を高めることができる。

三次処理工程Ｄでは、二次処理工程Ｃで得た不飽和脂肪酸を再び減圧蒸留して、前処理工程Ａと同様に、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、二次製品としている。蒸留は減圧した状況下において、低温度帯で行うと良い。これにより、約４０％の精製ができる。

そして、濾過工程Ｅは、三次処理工程Ｄ後の残液を濾過処理し、濾過した液体を三次製品としている。また、残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用している。

本発明に係る精製装置１の実施形態を、図２乃至図５に示す。この精製装置１は、植物性油脂および動物性油脂を燃料化するためのものであって、前処理装置１０、一次処理装置３０、二次処理装置４０、三次処理装置５０および濾過装置６０を具備する。なお、図２において、符号３は配管、４はポンプ、５はボールバルブ、６はオイルミストトラップ、７はコンプレッサーを示す。

前処理装置１０は、植物性油脂または動物性油脂を５０℃〜６０℃で加温して液状化すると共に、オゾン発生機２で発生させたオゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ、さらに、窒素ガスを供給して還元し、天然助材と共に重合化を防止する前処理工程Ａを行う。

この前処理装置１０は、密閉タンク１１の下端部に当該タンクに連通する第一チャンバー１８および第二チャンバー１９を設け、第一チャンバー１８に原料投入口１２とオゾンガス供給口１３を設け、第二チャンバー１９に原料投入口１２と窒素ガス供給口１４を設けている（図４参照）。こうした構成としたことで、原料（植物性油脂や動物性油脂）を第一チャンバー１８および第二チャンバー１９でオゾンガスおよび窒素ガスと混合して微細な泡状とした状態で密閉タンク１１に投入することができ、オゾンガスと窒素ガスの溶融溶解率を高めて酸化および還元作用を効果的に促すことができる。

なお、第一チャンバー１８における原料とオゾンガスの混合物と、第２チャンバー１９における原料と窒素ガスの混合物は、密閉タンク１１へ、同時に投入しても良いし、あるいは交互に投入しても良い。さらには酸化と還元の状況等に応じて、適宜の順で投入しても良い。

また、この前処理装置１０は、密閉タンク１１の内部に撹拌機１５、加温ヒーター（電気ヒーター）１６および温度調整器１７を設けている。撹拌機１５は、植物性油脂および動物性油脂を撹拌し、オゾンガスや窒素ガスをさらに効果的に溶融溶解させる。また、加温ヒーター１６は油脂を加温し、温度調整器１７は適正温度に保つはたらきを行う。

さらに、この前処理装置１０は、密閉タンク１１を保温材２０で覆い保温性を高めており、また、通気口２１および製品取出口２２を備えている。さらに、タンクの蓋をロッククランプ２３で閉じ、密閉できるようにしている。

一次処理装置３０は、不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、一次製品とする一次処理工程Ｂを行う。蒸留は減圧した状況下において、低温度帯で行うことができる。

また、この一次処理装置３０は、蒸留釜３１の外部に加温ヒーター（電気ヒーター）１６および温度調整器１７を設けて構成している。加温ヒーター１６は供給された不飽和脂肪酸を加温し、温度調整器１７はその温度を適温に保つためのはたらきを担う。

二次処理装置４０は、一次処理工程Ｂ後の残液にオゾンガスを供給して酸化させることにより、燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ、さらに、窒素ガスを供給して酸化を還元し、天然助材と共に重合化を防止する二次処理工程Ｃを行う。この二次処理装置４０は、前処理装置１０と同様の構造を有する。

三次処理装置５０は、二次処理工程Ｃで得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して、パラフィン、ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し、二次製品とする三次処理工程Ｄを行う。蒸留は減圧した状況下において、低温度帯で行うと良い。この三次処理装置５０は、第一処理装置と同様の構造を有する。

濾過装置６０は、三次処理工程Ｄ後の残液を濾過処理し、濾過した液体を三次製品とすると共に、残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用する濾過工程Ｅを行う。

なお、本実施形態における一次処理装置３０および三次処理装置５０は、そこを通過した一次製品および二次製品を、冷却機３３および冷却水タンク３４から供給される冷却水で冷却して効果的に分留する分留管３２を備えている。また、それを一時的に貯蔵する一次製品タンク３５および二次製品タンク５１、および最終的な製品とするためのカートリッジフィルターを有するフィルター装置７０を備えている。

また、濾過装置６０によって濾過した三次製品を調整するために、三次製品タンク８１に撹拌機１５を内蔵した調整処理装置８０を設けている。さらに、その三次製品を最終的な製品とするためのカートリッジフィルターを備えたフィルター装置７０を設けている。

上記した本発明に係る精製方法および精製装置１は、いずれの工程においても、アルコールや化学薬品、水等を一切使用しないので廃棄物を排出せず、また、排水処理も必要としないので、環境を汚染しないといった利点がある。

また、植物性油脂と動物性油脂が原料なので、精製した燃料を燃焼させた排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯ_Ｘ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）、あるいは黒鉛等が少なく、いわゆるカーボンニュートラルにより二酸化炭素（ＣＯ^２）の削減に多大な貢献をする。従って、環境改善に寄与する。

さらに、各工程がシンプルなので、イニシャルコストやランニングコストを廉価に抑えることができる。またさらに、各工程がシンプルなので、大型プラント化によって大量に精製することができるといった大きな特徴を有する。

本発明に係る精製方法の実施形態を示すフローチャートである。本発明に係る精製装置の実施形態を示す全体構成図である。図２に示す精製装置の前処理装置および二次処理装置を示す正面構成図である。図３のＸで示すチャンバー部分を示すもので、（ａ）は（ｃ）のＢ−Ｂ線断面構成図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面構成図、（ｃ）は側面図である。図２に示す精製装置の一次処理装置および三次処理装置を示す正面構成図である。

符号の説明

１精製装置
２オゾン発生機
３配管
４ポンプ
５ボールバルブ
６オイルミストトラップ
７コンプレッサー
１０前処理装置
１１密閉タンク
１２原料投入口
１３オゾンガス供給口
１４窒素ガス供給口
１５撹拌機
１６加温ヒーター
１７温度調整器
１８第一チャンバー
１９第二チャンバー
２０保温材
２１通気口
２２製品取出口
２３ロッククランプ
３０一次処理装置
３１蒸留釜
３２分留管
３３冷却機
３４冷却水タンク
３５一次製品タンク
４０二次処理装置
５０三次処理装置
５１二次製品タンク
６０濾過装置
７０フィルター装置
８０調整処理装置
８１三次製品タンク
Ａ前処理工程
Ｂ一次処理工程
Ｃ二次処理工程
Ｄ三次処理工程
Ｅ濾過工程

Claims

植物性油脂および動物性油脂を燃料化する精製方法であって、少なくとも、植物性油脂または動物性油脂を所定温度で加温して液状化すると共に，オゾンガスを供給して酸化させることにより，燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ，さらに，窒素ガスを供給して還元し，天然助材と共に重合化を防止する前処理工程（Ａ）と、前記不飽和脂肪酸を減圧蒸留して，パラフィン，ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し，一次製品とする一次処理工程（Ｂ）と、前記一次処理工程後の残液にオゾンガスを供給して酸化させることにより，燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ，さらに，窒素ガスを供給して酸化を還元し，天然助材と共に重合化を防止する二次処理工程（Ｃ）と、前記二次処理工程で得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して，パラフィン，ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し，二次製品とする三次処理工程（Ｄ）と、前記三次処理工程後の残液を濾過処理し，濾過した液体を三次製品とすると共に，残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用する濾過工程（Ｅ）と、からなることを特徴とする植物性油脂および動物性油脂の燃料化精製方法。
植物性油脂および動物性油脂を燃料化する精製装置であって、少なくとも、植物性油脂または動物性油脂を所定温度で加温して液状化すると共に，オゾンガスを供給して酸化させることにより，燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ，さらに，窒素ガスを供給して還元し，天然助材と共に重合化を防止する前処理工程（Ａ）を行う前処理装置（１０）と、前記不飽和脂肪酸を減圧蒸留して，パラフィン，ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し，一次製品とする一次処理工程（Ｂ）を行う一次処理装置（３０）と、前記一次処理工程後の残液にオゾンガスを供給して酸化させることにより，燃焼し難い飽和脂肪酸を燃焼し易い不飽和脂肪酸に変化させ，さらに，窒素ガスを供給して酸化を還元し，天然助材と共に重合化を防止する二次処理工程（Ｃ）を行う二次処理装置（４０）と、前記二次処理工程で得た不飽和脂肪酸を減圧蒸留して，パラフィン，ゼラチンあるいはタンパク質などの不要物質を除去し，二次製品とする三次処理工程（Ｄ）を行う三次処理装置（５０）と、前記三次処理工程後の残液を濾過処理し，濾過した液体を三次製品とすると共に，残存した固体中のパラフィンをろうそくの原料として使用する濾過工程（Ｅ）を行う濾過装置（６０）と、からなり、前記前処理装置および二次処理装置を，少なくとも，密閉タンク（１１）に原料投入口（１２），オゾンガス供給口（１３）および窒素ガス供給口（１４）を形成し，前記密閉タンクの内部に撹拌機（１５），加温ヒーター（１６）および温度調整器（１７）を設けて構成し、前記一次処理装置および三次処理装置を，少なくとも，蒸留釜（３１）を加温する外部ヒーター（１６）および温度調整器（１７）を設け，前記蒸留釜の外部に分留管（３２）を設けて構成したことを特徴とする植物性油脂および動物性油脂の燃料化精製装置。
前処理装置（１０）および二次処理装置（４０）を、密閉タンク（１１）に連通する第一チャンバー（１８）および第二チャンバー（１９）を設け、前記第一チャンバーに原料投入口（１２）とオゾンガス供給口（１３）を設け、前記第二チャンバーに原料投入口（１２）および窒素ガス供給口（１４）を設けて構成したことを特徴とする請求項２に記載の植物性油脂および動物性油脂の燃料化精製装置。
一次処理装置（３０）および三次処理装置（５０）で得た一次製品および二次製品を濾過するフィルター装置（７０）を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載の植物油脂および動物性油脂の燃料化装置。