JP2008007711A - バイオ燃料用マスキング剤及びバイオ燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】耐水性を向上させたバイオ燃料を提供すること。
【解決手段】パーム油等の植物油脂や、牛脂、豚脂由来の動物油脂から誘導される脂肪酸又はそのエステルを含有するバイオ燃料用マスキング剤。
【選択図】なし

Description

本発明は、石炭、バイオマスを混合もしくはバイオマスにより製造されたバイオ燃料用マスキング剤（コーティング剤）及び該マスキング剤を使用したバイオ燃料に関する。詳しくは、動植物油脂由来の脂肪酸又はエステルを使用することにより耐水性を向上させたバイオ燃料用マスキング剤及びバイオ燃料に関する。

第2次オイルショック時の石炭代替燃料として開発された石炭とバイオマスを混合し製造される固形燃料は、環境問題が深刻化する昨今、環境に与える負荷が小さいことから再び注目を集めている。
バイオマスを加工処理して得られる燃料は、バイオ燃料又はエコ燃料と呼ばれている。
バイオ燃料は、ラワン材木屑等のバイオマスが豊富に存在する地域で製造されることが想定され、船舶で大量に搬送される可能性が考えられる。このとき、船舶への積み込み時の降雨や船底に保管されている際の吸湿により、一旦成型したバイオ燃料が崩壊してしまい、再度、造粒・成型する必要が生じたり、さらには自然発火してしまう危険性が生じたりすることがある。他方、船舶で搬送するに先立ち、大量のバイオ燃料を上方から船底に連続的に自然落下させて積み込むが、上方から落とされたときの衝撃で形状が崩れてしまうことがある。搬送中も、下方に存在するバイオ燃料は、その上に積まれているバイオ燃料の重さにより徐々に崩れてしまうことがある。
さらに、バイオ燃料を発電所等で利用する場合、野積して保管する方法が望まれるが、降雨による大量の雨水がバイオ燃料に浸透して崩壊してしまい、発電所等のボイラーで利用するのに使用性に劣るという問題点がある。
これまでに、バイオ燃料の被膜剤としては、パラフィンや（特許文献１）、パラフィンの一部をＡ重油で溶解している（特許文献２）。しかし、これら被膜処理した燃料の場合、パラフィンもしくは重油の溶解、流出により環境汚染の可能性が懸念される。

実公昭４７−００６４４８号公報 特開平０３−０５２９９４号公報

従って、本発明は、従来品と同等以上の耐水性を保持しつつ、圧壊強度を向上させたバイオ燃料を提供することを課題とする。

本発明者らが鋭意研究した結果、マスキング剤として特定の炭素数を有する脂肪酸又はそのエステルを使用することにより、耐水性が飛躍的に向上することを見出した。本発明は係る知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルを含有するバイオ燃料用マスキング剤を提供する。
本発明はまた、常圧における流動点が30℃以上の脂肪酸又はそのエステルを含有するバイオ燃料用マスキング剤を提供する。
本発明はまた、上記マスキング剤によりバイオマスを表面処理してなるバイオ燃料を提供する。

本発明によれば、従来品と同等以上の耐水性を保持するだけでなく、圧壊強度が飛躍的に向上したバイオ燃料用マスキング剤を得ることができる。本発明によればまた、バイオ燃料の圧壊強度を向上させることができる。
本発明のバイオ燃料は、所望の強度を有しているため、バインダーを使用しなくても、長期間屋外での保存に耐えられる。本発明のバイオ燃料は、迅速に着火することができ、従来のバイオ燃料と同等又はそれ以上の高い燃焼カロリーを有する。

＜マスキング剤＞
本発明において用いることのできる動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルとしては、植物油脂由来、動物油脂由来、海産動物油脂由来のいずれも使用することができる。
植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルとしては、ヤシ油、パーム核油、ツバキ油、オリーブ油、アーモンド油、カノーラ油、落花生油、米糠油、シア脂、カカオ脂、パーム油、ダイズ油、綿実油、ゴマ油、アマニ油及びサフラワー油からなる群から選ばれる植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが好ましい。オリーブ油、米糠油、カカオ脂、パーム油、ダイズ油及び綿実油からなる群から選ばれるのがより好ましい。パーム油由来の脂肪酸又はそのエステルが最も好ましい。
動物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルとしては、牛脂、豚脂及び乳脂からなる群から選ばれる動物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが好ましい。牛脂又は豚脂由来がより好ましい。
海産動物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルとしては、イワシ油、サンマ油、サバ油等の油脂由来の脂肪酸又はそのエステルがあげられる。

動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、炭素数12〜22、好ましくは炭素数16〜18の脂肪酸又はそのエステルであるのが好ましい。脂肪酸としては、飽和脂肪酸でも不飽和脂肪酸でもよいが、飽和脂肪酸の方が好ましい。脂肪酸はまた直鎖でも分岐鎖でもよいが、直鎖であるのが好ましい。
エステルを構成するアルコールとしては、炭素数1〜3のアルコールを使用できるが、メタノール又はエタノールが好ましい。耐水性の点でメタノールが好ましい。
本発明において用いることのできるエステルは、動植物油脂を加水分解して得られる脂肪酸にアルコールを反応させて製造することもできるし、動植物油脂をエステル交換して得られるモノ−、ジ−、トリ−グリセリドを使用することもできるし、動植物油脂そのものを使用することもできる。
本発明において使用できるマスキング剤の具体例としては、牛脂、豚脂、RBD(Refined,Bleached and Ceodorised)パームオイル（以下RBD）、C16メチルエステル等があげられる。このうち、RBD、C16メチルエステルが好ましく、C16メチルエステルがより好ましい。
本発明のマスキング剤は、公知の方法で製造したものを使用することができるし、市販品を用いることもできる。市販品としては、例えばライオン株式会社から、商品名パステルM16で販売されているものを使用することができる。

＜バイオマス＞
本発明において、バイオマスとしては、木質系、草本系、農業残渣系、有機汚泥等、特に制限無く使用することができる。
木質系バイオマスとしては、木屑、バーク（木皮）類等があげられる。
草本系バイオマスとしては、稲わら、ムギ、トウモロコシなどがあげられる。
農業残渣系バイオマスとしては穀物、根茎、サトウキビの残余物などがあげられる。
このうち木質系および草本系バイオマスが好ましく、さらに木屑、稲わら、バーク類が好ましい。
本発明において、バイオマスは、粉砕により粉状にするのが好ましい。粉状にすることにより、密な成型品を得ることができ、また、同程度の粒径を有する石炭と混合した場合、均一に混合することができ、成型性が向上する。本発明において、バイオマスは、繊維質の長さが通常１０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下に調節して使用するのが好ましい。このような範囲にあると、成型性および圧壊強度の点で優れる。

本発明において、バイオマスは、単独で使用することもできるが、石炭と混合して使用することもできる。石炭と混合することにより、燃焼効率を向上させたバイオ燃料が得られるので好ましい。バイオマスと石炭とは任意の比率で用いることができる。本発明において、バイオマスはまた、糖蜜、デンプンなどを混合して使用することもできる。
＜石炭＞
本発明において使用できる石炭としては、平均粒径が１０ｍｍ以下、好ましくは平均粒径３ｍｍ以下であるものが好ましい。粒径がこのような範囲にあると、成型性、圧壊強度の点で優れる。なお、本明細書において、石炭の平均粒径は、JIS規格の篩を用いて測定することができる。

本発明のマスキング剤を塗布するに先立ち、バイオマスの水分量を２５％以下に調節するのが好ましく、７〜１０％に調節するのがより好ましい。また、ブリケットの場合は石炭の水分量は固有水分前後に調節するのが好ましい。水分量がこのような範囲にあると、粉砕性および成型性の点で優れる。調湿は、乾燥機または恒温器により行うことができる。なお、本明細書において水分量は、加熱乾燥式水分計を用いて測定することができる。
本発明のバイオ燃料は、種々の形状をとることができ、例えば、ブリケット型、ペレット型、タブレット型、マーブル型、アーモンド型の形状があげられる。
本発明のバイオ燃料は、ブリケット型の場合、所望により石炭と混合したバイオマスを、適当な形状及び大きさ、例えば長辺が１５〜２５ｍｍ程度、短辺が１０〜２０ｍｍ程度のブリケット型に成型することにより製造することができる。アーモンド型の場合、同様にして、長径が２０〜３０ｍｍ程度のアーモンド型に成型する。ペレット型の場合、その製造方法は、スクリュー押出成型方式とロール展圧成型方式に大別される。ロール展圧成型方式はダイスの形状により更にリングダイとフラットダイに分かれる。現在、事業用に用いられている方式はほとんどがリングダイを使用したロール展圧成型方式である。ペレット型のバイオ燃料は、バイオマスを適当な形状および大きさ、例えば、直径3〜12mm、長さ10〜25mmの円筒形に加圧成型する。リングダイを使用するロール展圧成型方式によりペレット型バイオ燃料を製造する場合、通常、成型時の圧力は70MPa、ダイス温度は100〜150℃で行う。

本発明のマスキング剤をバイオマスに塗布する場合、適当な温度に加温して液状にした後にバイオマス又はバイオマスと石炭との混合物に塗布することができる。塗布する方法としては、成型したバイオマスを液状マスキング剤に所定時間浸漬する方法、成型したバイオマスに液状マスキング剤を噴霧する方法、成型時に液状のマスキング剤を混合する方法等が挙げられる。本発明のマスキング剤を塗布した後は、例えば２５℃以下の温度において乾燥するか、室温において放置することにより乾燥し、使用に供することができる。
本発明のマスキング剤は、バイオマスに対し、好ましくは５〜２０質量％、より好ましくは５〜１０質量％となる量で塗布するのが好ましい。このような量で塗布することにより、経済性の点で優れる。
本発明のバイオ燃料は、発電用燃料、家庭用燃料等として好適に用いることができる。

以下、本発明について、実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
以下に、実施例で用いた試料、試験方法及び試験結果を示す。
＜ブリケット型バイオ燃料の試料＞
１）石炭（粒径３ｍｍ以下）
なお、粒径はJIS規格の篩を使用して測定した。
２）バイオマス
木屑
稲わら
バイオマスは、バイオマスを構成する繊維質の長さが約３ｍｍ以下になるまで粉砕機を用いて粉砕したものを実験に供した。
３）マスキング剤
（a）C16メチルエステル（商品名 パステルM16、ライオン（株）社製）
（b）C18(F0)メチルエステル（商品名 パステルM180、ライオン（株）社製）
（e）C16＋C18（C16＝99％、97％、95％）
（f）牛脂（商品名 メープルリーフフーズ(株)社製）
（g）牛脂BDF（商品名 メープルリーフフーズ(株)社製）
（h）RBDパームオイル
（k）BDF：（商品名 ライオン（株）社製）
＜ペレット型バイオ燃料の試料＞
１）バイオマス
木屑
木皮
バイオマスは、粉砕機を用いて粉砕したものを実験に供した。粉砕後のバイオマスの繊維質は９０％以上が３ｍｍ以下に粉砕されていた。
２）マスキング剤
ブリケット型バイオ燃料を調製するのに用いたのと同じものを用いた。

＜試験片の作製＞
１）石炭およびバイオマスの調湿
ブリケットの場合、石炭およびバイオマスは水分含量がそれぞれ約７％および約１０％になるように調湿を行なった。また、ペレットはバイオマスの水分含量が約10〜25％になるように調湿を行なった。調湿は、乾燥機により行った。水分含量は、加熱乾燥式水分計M2S-70型)により測定した。
２）タブレット型試験片の成型
調湿した石炭及びバイオマスを所定重量比で混合した。次いで３ｇを秤量し、内径２５mmの成型用の筒に投入し、タブレット成型機（（株）後藤鉄工所製）により２．４トン／cm²の荷重にて１０秒間加圧し円柱状タブレット型試験片とした。
３）ペレット型試験片の成型
調湿したバイオマスを用いた。ペレタイザーは新興工機のTS-450を使用し、ペレットの孔径は６ｍｍとした。ダイスはリングダイとし加圧条件にて押し出し成型した。
４）マスキング剤の塗布
マスキング剤を加温して７０〜１００℃にし、液状にした。上で作製した各形状の試験片を、液状マスキング剤に完全に沈め所定時間浸漬し、塗布率（塗布量÷塗布後タブレット重量）５〜２０％となる量を塗布した。塗布後の試験片は室温にて乾燥し実験に供試した。

＜測定方法＞
１）耐水性試験
室温において、水道水を満たした容器に試験片を沈めた後、試験片の形状が完全に崩れるまでの時間(崩壊時間)を計測し、油を塗布した試験片の崩壊時間が塗布しない試験片と比較し、延長された時間により以下の４段階で評価した。なお、耐水性試験には3個の試験片を供し、その平均値を求めた。また、浸水して一定時間経過後の各試験片の形状を図１〜６に示す。

点数 塗布した試験片の崩壊までの延長時間（塗布しない試験片を基準として）
０：延長時間が３０分未満
１：延長時間が３０分以上１時間未満
２：延長時間が１時間以上２時間未満
３：延長時間が２時間以上

○：平均点 ２ 点以上 ３ 点以下
△：平均点 １ 点以上 ２ 点未満
×：平均点 ０ 点以上 １ 点未満

２）圧壊強度
圧壊強度の測定は今田製作所製の荷重測定装置（プシュプルスタンド：SV-20型、デジタルフォースゲージ：DPSH200R）で行った。すなわち、１０ｍｍ／ｍｉｎの下降速度でタブレットを圧縮し、タブレットが崩壊するまでの強度を測定し圧壊強度とした。また、試験片は長手方向を垂直に立てて縦置きとし測定を行った。
圧壊強度の評価は塗布後1時間、室温に乾燥した試験片を、上記方法により測定し、塗布前後の圧壊強度の変化により行なった。なお、圧壊強度試験には3個の試験片を供し、以下の4段階で評価し、その平均値を求めた。結果を表１及び表２に示す。
点数 塗布後１時間、室温にて乾燥した試験片の圧壊強度
＋：塗布後の圧壊強度の減少率の平均が20％以上。
＋＋：塗布後の圧壊強度の減少率の平均が5%以上、20％未満。
＋＋＋：塗布後の圧壊強度の減少率の平均が5％未満。
＋＋＋＋：塗布後に圧壊強度が増加。

＜測定結果＞
１）耐水性試験結果

（表１）

（表２）

２）圧壊強度
石炭とバイオマスの混合比率を変え、マスキング後のタブレット型試験片を用いて圧壊強度を測定した結果を以下に示す。

（表３）

燃焼カロリーを測定したところ、4500〜6500kcal/kg程度であり、本発明の燃料は従来のバイオ燃料と同程度ないしそれ以上の燃焼効率を有することがわかった。

タブレット型試験片を浸水した直後の形状を示す。 タブレット型試験片を浸水して２分経過後の形状を示す。 タブレット型試験片を浸水して１時間経過後の形状を示す。 タブレット型試験片を浸水して８時間経過後の形状を示す。 マスキング剤を(a)70℃、(b)80℃及び(c)100℃に加温してタブレット型試験片を浸水後２時間経過後の形状を示す。 木質ペレットを浸水して30分経過後の形状を示す。(a) 広葉樹木皮 (b)広葉樹木屑 (c)針葉樹木屑上段：RBD塗布 下段：C16塗布

Claims (12)

1. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルを含有するバイオ燃料用マスキング剤。
2. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、ヤシ油、パーム核油、ツバキ油、オリーブ油、アーモンド油、カノーラ油、落花生油、米糠油、シア脂、カカオ脂、パーム油、ダイズ油、綿実油、ゴマ油、アマニ油及びサフラワー油からなる群から選ばれる植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルである請求項１記載のバイオ燃料用マスキング剤。
3. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、オリーブ油、米糠油、カカオ脂、パーム油、ダイズ油及び綿実油からなる群から選ばれる植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルである請求項１記載のバイオ燃料用マスキング剤。
4. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、パーム油由来の脂肪酸又はそのエステルである請求項１記載のバイオ燃料用マスキング剤。
5. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、牛脂、豚脂及び乳脂からなる群から選ばれる動物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルである請求項１記載のバイオ燃料用マスキング剤。
6. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、炭素数12〜22の脂肪酸又はそのエステルである請求項１〜５のいずれか１項記載のバイオ燃料用マスキング剤。
7. 動植物油脂由来の脂肪酸又はそのエステルが、炭素数16〜18の脂肪酸又はそのエステルである請求項１〜５のいずれか１項記載のバイオ燃料用マスキング剤。
8. 動植物油脂由来の脂肪酸のエステルが、動植物油脂由来の脂肪酸と炭素数1〜3のアルコールとのエステルである請求項１〜７のいずれか１項記載のバイオ燃料用マスキング剤。
9. 常圧における流動点が30℃以上の脂肪酸又はそのエステルを含有するバイオ燃料用マスキング剤。
10. 請求項１〜９いずれか１項記載のマスキング剤によりバイオマスを表面処理してなるバイオ燃料。
11. バイオマスが、木質系バイオマスである請求項１０記載のバイオ燃料。
12. バイオマスが、石炭と混合されている請求項１０又は１１記載のバイオ燃料。