JP2009057401A

JP2009057401A - 脱タンパク質天然ゴムを原料とする燃料の製造方法

Info

Publication number: JP2009057401A
Application number: JP2007223261A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Inoue; 泰宣井上; Narimoto Kawahara; 成元河原; Hiroshi Nishiyama; 洋西山; Yoshimasa Yamamoto; 祥正山本; Nobuo Saito; 信雄斉藤
Original assignee: Nagaoka University of Technology NUC
Current assignee: Nagaoka University of Technology NUC
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2009-03-19

Abstract

【課題】穀物や他の農作物の価格上昇を招かずに、安価で大量に入手可能な原料を使用して、低コストで燃料を製造する方法を提供する。
【解決手段】脱タンパク質天然ゴムを原料として、圧力容器内に脱タンパク質天然ゴム及び触媒を仕込み、さらに不活性ガス又は水素から選択された１種以上のガスを該圧力容器内に導入し、脱タンパク質天然ゴムを熱分解して燃料成分を回収することにより燃料を製造する。触媒としては、平均粒径１〜１０００μｍの金属、金属酸化物、ゼオライト及び活性白土からなる群から選択された、或いはこれらの触媒に、さらに平均粒径１〜１０ｎｍの超微粒子状の金属を担持したものを使用することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、脱タンパク質天然ゴムを原料とし、これを熱分解し燃料を製造する方法に関する。

地球温暖化を防止するために、温室効果ガスであるＣＯ_２を削減することはきわめて重要な技術課題である。温室効果ガスを削減する方法としては種々の提案があり、例えば化石燃料を使用せずに、生物資源（バイオマス）から燃料を製造する方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開２００１−２４７８７３号公報

また、廃プラスチックや、使用済みタイヤ等のゴム廃棄物を熱分解することにより、燃料を製造する方法も種々提案されている。（特許文献２，３参照）
特開平８−１０４８８１号公報特開平７−９０２８１号公報

生物資源から燃料を製造する方法としては、トウモロコシ、サトウキビを代表とする植物に含まれるデンプン質からエタノール又はメタノールを製造する方法、或いは大豆等から抽出した植物油成分からバイオディーゼル燃料を製造する方法等が知られている。しかしながら、これらの原料となる穀物は、食料や飼料として利用されているものであり、燃料を製造する原料として大量に消費することにより穀物の価格が上昇したり、穀物以外の作物を作付けしていた耕作地域が燃料用穀物の生産に振り向けられて、柑橘類等の他の農作物の価格が上昇するといった問題が生じている。

また、廃タイヤ等のゴム廃棄物を原料として燃料を製造する場合には、タイヤに含まれている金属ワイヤーやカーボン粉末等を分離する工程が必要となり、燃料の製造コストが高くなる原因となる。そして、廃プラスチックを原料とする場合には、廃プラスチックに添加されている種々の添加剤が燃料には不適当なものであるため、生成した燃料成分を分留する等により、燃焼時に発生する有害物質を除去する必要があり、燃料の製造コストが高くなるといった問題がある。

したがって、本発明はこれら従来技術の問題点を解消して、穀物や他の農作物の価格上昇を招かずに、安価で大量に入手可能な原料を使用して、低コストで燃料を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明者等は鋭意検討した結果、脱タンパク質天然ゴムを原料として、これを触媒と不活性ガス又は水素から選択された１種以上のガスの存在下に熱分解することによって、上記課題が解決されることを発見し、本発明を完成したものである。

すなわち、本発明はつぎの１〜５の構成を採用するものである。
１．圧力容器内に脱タンパク質天然ゴム及び触媒を仕込み、さらに不活性ガス又は水素から選択された１種以上のガスを該圧力容器内に導入し、脱タンパク質天然ゴムを熱分解して燃料成分を回収することを特徴とする脱タンパク質天然ゴムを原料とする燃料の製造方法。
２．前記触媒が平均粒径１〜１０００μｍの金属、金属酸化物、ゼオライト及び活性白土からなる群から選択されたものであることを特徴とする１に記載の燃料の製造方法。
３．前記触媒が平均粒径１〜１０００μｍの金属、金属酸化物、ゼオライト及び活性白土からなる群から選択された触媒に、さらに平均粒径１〜１０ｎｍの超微粒子状の金属を担持したものであることを特徴とする１に記載の燃料の製造方法。
４．前記脱タンパク質天然ゴムが、天然ゴムに含まれる蛋白質の量をケルダール法（Kjeldahl's method ）による窒素含有量（Ｎ％）で表したときに０．０３％以下となるように脱タンパク質化したものであることを特徴とする１〜３のいずれかに記載の燃料の製造方法。
５．圧力容器内に導入する、不活性ガス又は水素から選択された１種以上のガスの導入圧力が１〜２０気圧であることを特徴とする１〜４のいずれかに記載の燃料の製造方法。
６．前記脱タンパク質天然ゴムの熱分解温度が１００〜５００℃であることを特徴とする１〜５のいずれかに記載の燃料の製造方法。

上記構成を取ることによって、本発明ではつぎのような効果を奏することができる。
（１）安価で大量に入手可能な天然ゴムを脱タンパク質化したものを原料として使用することから、大気中の温室効果ガスを増加させることなく、燃料を低コストで製造することができる。
（２）穀物以外の生物資源である天然ゴムから得られた原料を使用し、触媒を用いて省エネルギーで燃料を製造することから、カーボンサイクルを構築することが可能になる。また、ゴムの木は穀物や他の農作物を栽培することができないような土地でも栽培可能であり、穀物や他の農作物の価格上昇を招かずに、環境に対する負荷を大幅に軽減することができる。
（３）廃棄物を使用しないために、熱分解前にスチール線やカーボン粉末等を分離する工程を必要とせず、また得られた生成物の後処理工程も不要となり、低コストで燃料を製造することができる。
（４）熱分解反応後に、反応装置内の残渣処理が不要であり、連続的に熱分解反応を行うことができる。
（５）未処理天然ゴムのタンパク質中には窒素、硫黄や大量の酸素が含まれており、そのまま熱分解すると触媒毒となり、触媒の活性を大幅に低下させたり、燃料成分中に窒素、硫黄や含酸素炭化水素が混入し、車用の燃料としての特性が大幅に低下する。本発明では、脱タンパク質天然ゴムを原料とすることによって、タンパク質に含まれる窒素、硫黄や酸素を予め除去するために、良質の燃料を得ることができる。

本発明では、天然ゴムを脱タンパク質化した脱タンパク質天然ゴムを原料として使用する。天然ゴムにはタンパク質が含まれており、そのまま熱分解をした場合には副反応を生じたり、得られる燃料の燃焼時に窒素酸化物や硫黄酸化物を発生させるといった問題点がある。
したがって、本発明ではあらかじめ天然ゴムを脱タンパク質化した脱タンパク質天然ゴムを原料として使用することによって、このような問題点を解消した。

天然ゴム中の蛋白質を除去する方法としては種々提案されており、例えば、天然ゴムラテックス中にアルカリプロテアーゼ等の蛋白分解酵素と界面活性剤とを加えて蛋白分解処理を施し、ついで遠心分離処理等によってラテックスを洗浄する方法（特許文献４参照）、天然ゴムラテックスにアルカリプロテアーゼを添加して蛋白分解処理を施した後に、エキソペプチダーゼ活性を有するプロテアーゼを添加して蛋白分解処理を施し、蛋白質及びその分解物を除去処理する方法（特許文献５参照）、或いは天然ゴムラテックスに尿素系化合物及びＮａＣｌＯからなる群から選択されたタンパク質変性剤を添加し、ラテックス中のタンパク質を変成処理した後に除去する方法（特許文献６参照）等がある。
特開平６−５６９０２号公報特開２００２−１４５９０４号公報特開２００４−９９６９６号公報

本発明において、脱タンパク質天然ゴムを製造する方法に特に制限はなく、上記の方法をはじめとして公知の方法はいずれも使用することができる。脱タンパク質化の程度としては、天然ゴムに含まれる蛋白質の量をケルダール法（Kjeldahl's method ）による窒素含有量（Ｎ％）で表したときに０．０５％以下、好ましくは０．０３％以下、特に０．０２％以下となるように脱タンパク質化することが望ましい。

本発明では、オートクレーブ等の圧力容器内に脱タンパク質天然ゴム及び触媒を仕込み、さらに不活性ガスまたは水素から選択された１種以上のガスを容器内に導入し、脱タンパク質天然ゴムを熱分解して、分子中に酸素を含有しない低分子量の炭化水素分子からなる燃料成分を回収する。
脱タンパク質天然ゴムは、通常は天然ゴムラテックスを脱タンパク質化した後に、水分を除去した固形状態のゴムを、例えば縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ２ｍｍ程度のサイズに細かく裁断した状態で反応容器内に投入するが、トルエン等の溶媒に溶解し触媒を懸濁させて仕込むようにしてもよい。

触媒としては、一般に石油改質触媒として公知の熱分解触媒を使用することがでできる。例えば、貴金属、典型金属、遷移金属等の金属粉末；酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タングステン、酸化バナジウム、酸化タンタル、酸化セリウム、酸化マグネシウム、酸化鉄等の金属或いは非金属の酸化物；ゼオライト、シリカ・アルミナ複合触媒、活性白土、ヘテロポリ酸等から選択された触媒を、単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの触媒は、平均粒径１〜１０００μｍ程度の微粒子状のものとして使用することが好ましい。

また、これらの微粒子状の触媒を担体として、さらに第２成分として、平均粒径１〜１０ｎｍ程度の超微粒子状の金属触媒成分を担持した触媒を使用することもできる。超微粒子状の第２成分となる好適な金属の例としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属、ニッケル、モリブデン、パラジウム、ロジウム、レニウム、プラチナ、ルテニウム、コバルト、銀、イリジウム等が挙げられる。

脱タンパク質天然ゴム及び触媒を仕込んだ圧力容器内には、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガス、又は水素から選択される１種以上のガスを導入する。不活性ガスとしては、経済性の観点から窒素を使用することが好ましい。
圧力容器内に導入するガスの導入圧力は、１〜２０気圧、特に５〜１５気圧とすることが好ましい。

また、脱タンパク質天然ゴムの熱分解温度は、１００〜５００℃程度、特に２００〜３００℃程度とすることが好ましい。また、反応時間は１〜１０時間程度、特に２〜５時間程度とすることが好ましい。
脱タンパク質天然ゴムの熱分解により気化した分子中に酸素を含有しない低分子量の炭化水素分子からなる燃料成分は、トルエン等の溶媒に吸収させて捕集するか、又は冷却して液体燃料として回収する。

つぎに、実施例により本発明をさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
（製造例１）
天然ゴムラテックスとしてソクテック社（マレーシア国）製の、ゴム分濃度６０．２重量％、アンモニア分０．７重量％のハイアンモニアラテックス（ＨＡラテックス）を使用し、これをゴム分の濃度が３０重量％となるように希釈した。このラテックスのゴム分１００重量部に対して、アニオン界面活性剤ラウリル硫酸ナトリウム（ＳＬＳ）１．０重量部を添加し、ラテックスを安定化させた。次いで、このラテックスのゴム分１００重量部に対して変成剤として尿素０．２重量部を添加し、６０℃で６０分間静置することによって変成処理を行った。
変成処理を完了したラテックスについて１３０００ｒｐｍで３０分間遠心分離処理を施した。こうして分離した上層のクリーム分を界面活性剤の１％水溶液にゴム分濃度が３０％になるよう分散し、２回目の遠心分離処理を上記と同様にして行った。さらに、得られたクリーム分を界面活性剤の１％水溶液に再分散させることによって、脱蛋白質化天然ゴムラテックスを得た。このゴムに含まれる蛋白質の量は、ケルダール法（Kjeldahl's method ）による窒素含有量（Ｎ％）で表すと０．０２８％であった。

（製造例２）
上記製造例１において、変成剤として尿素に代えてＮａＣｌＯ０．２重量部を使用したほかは、製造例１と同様にして脱蛋白質化天然ゴムラテックスを得た。このゴムに含まれる蛋白質の量は、ケルダール法（Kjeldahl's method ）による窒素含有量（Ｎ％）で表すと０．０２９％であった。

（実施例１）
平均粒径１〜１５μｍの粉末状酸化タンタル５ｇと、製造例１で得られた脱タンパク質天然ゴム５ｇを容量５００ｍｌの金属製の圧力容器内に仕込み、窒素ガスを用いて容器内を置換した後に、窒素ガスを容器内に１０気圧の圧力で導入し、反応温度３００℃で４時間熱分解反応を行った。発生した低分子量の燃料成分を、トルエンに溶解することにより捕集した。
生成物をガスクロマトグラフ質量分析計を用いて分析して生成物の同定を行い、その結果を表１に示した。

（実施例２）
平均粒径１〜１５μｍの粉末状酸化タンタル５ｇを容量５００ｍｌのセパラブルフラスコ内に仕込み、蒸留水３００ｍｌを加えて懸濁させた後、塩化パラジウム０．２２ｇを加え、３０分間溶液を攪拌した。ついで、この懸濁液に水素化硼素ナトリウム３ｇを加え、攪拌することによって液相還元を行い、酸化タンタル粉末表面に平均粒径１〜１０ｎｍのパラジウム超微粒子を２．７重量％の割合で接合した。
得られた触媒と製造例１で得られた脱タンパク質天然ゴム５ｇを圧力容器内に仕込み、窒素ガスを用いて容器内を置換した後に、窒素ガスを容器内に１０気圧の圧力で導入し、反応温度３００℃で４時間熱分解反応を行った。発生した低分子量の燃料成分を、トルエンに溶解することにより捕集した。生成物をガスクロマトグラフ質量分析計を用いて分析して生成物の同定を行い、その結果を表２に示した。

Claims

圧力容器内に脱タンパク質天然ゴム及び触媒を仕込み、さらに不活性ガス又は水素から選択された１種以上のガスを該圧力容器内に導入し、脱タンパク質天然ゴムを熱分解して燃料成分を回収することを特徴とする脱タンパク質天然ゴムを原料とする燃料の製造方法。
前記触媒が平均粒径１〜１０００μｍの金属、金属酸化物、ゼオライト及び活性白土からなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料の製造方法。
前記触媒が平均粒径１〜１０００μｍの金属、金属酸化物、ゼオライト及び活性白土からなる群から選択された触媒に、さらに平均粒径１〜１０ｎｍの超微粒子状の金属を担持したものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料の製造方法。
前記脱タンパク質天然ゴムが、天然ゴムに含まれる蛋白質の量をケルダール法（Kjeldahl's method ）による窒素含有量（Ｎ％）で表したときに０．０３％以下となるように脱タンパク質化したものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料の製造方法。
圧力容器内に導入する、不活性ガス又は水素から選択された１種以上のガスの導入圧力が１〜２０気圧であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料の製造方法。
前記脱タンパク質天然ゴムの熱分解温度が１００〜５００℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料の製造方法。