JP2009297669A - Solid basic catalyst for manufacturing bio-diesel fuel, manufacturing method of the catalyst, device for manufacturing bio-diesel fuel using the catalyst and manufacturing method of bio-diesel fuel using the device - Google Patents

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嘉哉 小路
Hiroshi Shinohara
寛 篠原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid basic catalyst suitable for manufacturing a bio-diesel fuel (BDF) from raw material fats and oil, to provide a manufacturing method thereof, to provide a device for manufacturing BDF using the catalyst and to provide a manufacturing method of BDF. <P>SOLUTION: The catalyst consists of calcium oxide having a particle size that does not pass a mesh textile of 1.0 mm apertures and passes the mesh textile of 10 mm apertures. The surface is modified to calcium diglyceroxide. The catalyst can be prepared by calcining crushed limestone with a predetermined particle size and then immediately dipping it into a C<SB>2</SB>or C<SB>3</SB>alcohol solution of glycerol at a temperature of 20-60°C for 10-60 min. It is preferable that the catalyst is mixed with at least two types of dispersive mediums of a different particle size when used. The BDF with high quality can be manufactured by supplying a mixed solution having 70-150 pts.vol of methanol added per 100 pts.vol of the raw material plant oil to the reaction tube where the mixture is stored. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、原料油脂からバイオディーゼル燃料(BDF)を製造するのに適した固体触媒(バイオディーゼル燃料製造用固体触媒)、当該固体触媒が管体の内部に収容されたバイオディーゼル燃料製造用反応管、及び当該反応管を用いてバイオディーゼル燃料を製造するための方法に関するものである。   The present invention relates to a solid catalyst (solid catalyst for producing biodiesel fuel) suitable for producing biodiesel fuel (BDF) from raw oils and fats, and a reaction for producing biodiesel fuel in which the solid catalyst is accommodated in a pipe body. The present invention relates to a pipe and a method for producing biodiesel fuel using the reaction pipe.

地球温暖化ガスと大気汚染物質の排出量を削減し、来るべき「エネルギー循環型社会」の構築に極めて重要なバイオディーゼル燃料は、油脂を構成する各種トリアシルグリセリドのアルコリシス反応によって得られる。
現行のバイオディーゼル製造では「水酸化アルカリ触媒法」を用いるが、生成したバイオディーゼルへアルカリが混入するので(300ppm程度)、水洗浄精製が不可欠となっている。このために大量のアルカリ廃水が発生し、その処分に多額のコストを要している。
有害なアルカリ廃水を排出しない環境調和型のバイオディーゼル燃料の新規製法を実現するための固体塩基触媒を研究開発する活動は盛んであるが、実用化段階に至っているものは皆無である。強塩基性イオン交換樹脂を固体塩基触媒に用いる方法が実用化に近い唯一のものであり、1スルー流れの流通反応方式によって触媒性能が評価されている(例えば下記の非特許文献1)。しかし、この方法は、固体塩基触媒の再生を頻繁に実施しなければならないことと、再生操作が煩雑であるという課題を抱えている。
N. Shibasaki-Kitagawa, et al.,Bioresour. Technol., 98 (2007) 416-421
Biodiesel fuel, which is extremely important for the construction of an “energy-recycling society” that reduces emissions of global warming gases and air pollutants, is obtained by the alcoholysis reaction of various triacylglycerides that constitute oils and fats.
In the current biodiesel production, the “alkali hydroxide catalyst method” is used. However, since alkali is mixed into the produced biodiesel (about 300 ppm), water washing purification is indispensable. For this reason, a large amount of alkaline waste water is generated, and a large amount of cost is required for its disposal.
Research and development activities for solid-base catalysts to realize a new method for producing environmentally friendly biodiesel fuel that does not discharge harmful alkaline wastewater are thriving, but none have been put to practical use. A method using a strongly basic ion exchange resin as a solid base catalyst is the only one that is close to practical use, and its catalytic performance is evaluated by a one-through flow reaction system (for example, Non-Patent Document 1 below). However, this method has a problem that the solid base catalyst must be frequently regenerated and the regeneration operation is complicated.
N. Shibasaki-Kitagawa, et al., Bioresour. Technol., 98 (2007) 416-421

そこで、本発明者等は、これらの問題を解決するために、下記の特許文献1にて調製操作に工夫をこらした高活性酸化カルシウムによる固体塩基触媒反応法を提案した。実用時には、この固体塩基触媒を反応管へ収容し、原料の植物油とメタノールが反応管を通過するだけでバイオディーゼル燃料が得られる。従って、反応管へ収容する触媒は、反応物の円滑な流動と良好な接触を両立するような形状としなくてはいけない。しかしながら、酸化カルシウムを用いた固体塩基触媒を望まれる形状に加工する技術は確立されておらず、バイオディーゼル燃料の製法として実用化に至っていない。
WO2006/134845号
In order to solve these problems, the present inventors have proposed a solid base catalyzed reaction method using highly active calcium oxide in which the preparation operation is devised in the following Patent Document 1. In practical use, a biodiesel fuel can be obtained by simply storing the solid base catalyst in a reaction tube and passing raw material vegetable oil and methanol through the reaction tube. Therefore, the catalyst accommodated in the reaction tube must be shaped so as to achieve both smooth flow of the reactant and good contact. However, a technology for processing a solid base catalyst using calcium oxide into a desired shape has not been established, and has not been put into practical use as a method for producing biodiesel fuel.
WO2006 / 134845

又、本発明者等は、特願2007−49729号にて、酸化カルシウムとグリセリンの反応生成物であるカルシウムジグリセロキシド(Ca(C)が実質的な活性種であることを指摘したが、反応容器に収容可能な実用的な触媒を得るには至っていなかった。また、特願2007−49729号に記載される方法では、バイオディーゼル燃料の製造において実用に耐えうる性状の固体塩基触媒を調製することはできなかった。 In addition, in the Japanese Patent Application No. 2007-49729, the present inventors found that calcium diglyceroxide (Ca (C 3 H 7 O 3 ) 2 ), which is a reaction product of calcium oxide and glycerin, is a substantially active species. It was pointed out that there was no practical catalyst that could be accommodated in the reaction vessel. In addition, in the method described in Japanese Patent Application No. 2007-49729, it was not possible to prepare a solid base catalyst having a property that can withstand practical use in the production of biodiesel fuel.

本発明は、高品質なバイオディーゼル燃料を効率良く製造するのに適した固体触媒及び反応装置(反応管)を提供することを課題とする。又、高品質なバイオディーゼル燃料を効率良く製造するのに適した製法を提供することも、本発明の課題である。
本発明者等は、鋭意検討の結果、反応物の円滑な流動と良好な接触を両立する形状の実用的な固体塩基触媒が、特定の大きさの破砕状石灰石を表面改質(変性)させることにより得られることを見出して、本発明を完成した。この実用的な触媒は、前記の特許文献1と特願2007−49729号に記載した発明を発展的に改良した製法を経たものである。本発明のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒の場合、特殊な形状加工は不要であり、調製操作が極めて簡便なことが大きな特徴である。また、原料の石灰石は国内で安価に調達できるので、量産性に優れることが本触媒の大きな利点の1つである。本発明では、この実用的な固体塩基触媒が元来の性能を余すところなく発揮し、効率良くバイオディーゼル燃料を生成するための反応操作条件も請求している。
An object of the present invention is to provide a solid catalyst and a reaction apparatus (reaction tube) suitable for efficiently producing high-quality biodiesel fuel. It is also an object of the present invention to provide a production method suitable for efficiently producing high-quality biodiesel fuel.
As a result of intensive studies, the present inventors have surface-modified (modified) a crushed limestone having a specific size by a practical solid base catalyst having a shape that achieves both smooth flow and good contact of reactants. And the present invention was completed. This practical catalyst has undergone a production process in which the inventions described in Patent Document 1 and Japanese Patent Application No. 2007-49729 are improved. The solid base catalyst for producing biodiesel fuel according to the present invention is characterized in that a special shape processing is unnecessary and the preparation operation is very simple. In addition, since limestone as a raw material can be procured at low cost in Japan, one of the major advantages of this catalyst is that it is excellent in mass productivity. In the present invention, this practical solid base catalyst fully exhibits its original performance and claims the reaction operation conditions for efficiently producing biodiesel fuel.

バイオディーゼル燃料を製造する際に使用される本発明のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒は、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されていることを特徴とする。 The solid base catalyst for producing biodiesel fuel of the present invention used for producing biodiesel fuel has a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric having an opening of 1.0 mm. It is characterized by comprising calcium oxide, and the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide.

又、バイオディーゼル燃料を製造するのに有用な固体塩基触媒を製造するための本発明の製法は、
目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した破砕状石灰石を選別する工程と、
前記工程で得られた破砕状石灰石を焼成した後、得られた焼成物を直ちにグリセリンのCまたはCアルコール溶液中に20〜60℃の温度で10〜60分浸漬することによって、当該焼成物の表面をカルシウムジグリセロキシドに変性させる工程
とを含むことを特徴とする。
In addition, the production method of the present invention for producing a solid base catalyst useful for producing biodiesel fuel,
Screening the crushed limestone having a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric having an opening of 1.0 mm;
After calcining the crushed limestone obtained in the above step, the obtained calcined product is immediately immersed in a glycerin C 2 or C 3 alcohol solution at a temperature of 20 to 60 ° C. for 10 to 60 minutes. And the step of modifying the surface of the product with calcium diglyceroxide.

更に、バイオディーゼル燃料を製造するための本発明の装置は、
原料液を貯蔵・供給するための原料液供給タンクと、
バイオディーゼル燃料を製造するための固体塩基触媒が内部に収容された反応管と、
前記原料液を前記原料液供給タンクから前記反応管へ供給し、かつ、当該反応管を通過した後の反応液を前記原料液供給タンクに循環させるための送液ポンプ
とを具備し、
前記反応管の一端側には原料液供給部が設けられ、他端側には製品取出部が設けられており、当該反応管の内部に収容された前記固体塩基触媒が、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されているものであることを特徴とする。
Furthermore, the device of the present invention for producing biodiesel fuel comprises:
A raw material liquid supply tank for storing and supplying the raw material liquid;
A reaction tube containing a solid base catalyst for producing biodiesel fuel,
A feed pump for supplying the raw material liquid from the raw material liquid supply tank to the reaction tube and circulating the reaction liquid after passing through the reaction tube to the raw material liquid supply tank;
A raw material liquid supply unit is provided at one end of the reaction tube, and a product take-out unit is provided at the other end. The solid base catalyst accommodated in the reaction tube has an opening of 1.0 mm. It consists of calcium oxide having a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric, and the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide. And

又、本発明は、上記の特徴を有したバイオディーゼル燃料製造用装置において、前記のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒が、粒子径が異なる少なくとも2種類の分散媒体と混合された状態で前記反応管内に収容されていることを特徴とするものでもある。
又、本発明は、上記の特徴を有したバイオディーゼル燃料製造用装置において、前記のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒10容量部に対して、当該固体塩基触媒の最大粒子径の1〜4倍の大きさを有した分散媒体(大径分散媒体)が10〜50容量部、当該固体塩基触媒の最小粒子径の1〜0.25倍の大きさを有した分散媒体(小径分散媒体)が10〜50容量部混合されていることを特徴とするものでもある。具体的には、粒子の大きさが1〜2mmの固体塩基触媒を使用する場合、粒子サイズ2〜8mm程度の大径分散媒体が使用され、粒子サイズ1〜0.25mm程度の小径分散媒体が使用される。
Further, the present invention provides the apparatus for producing biodiesel fuel having the above-described characteristics, wherein the reaction is performed in a state where the solid base catalyst for producing biodiesel fuel is mixed with at least two kinds of dispersion media having different particle diameters. It is also characterized by being housed in a tube.
In addition, the present invention provides a biodiesel fuel production apparatus having the above-described features, wherein the maximum particle diameter of the solid base catalyst is 1 to 4 times the 10 parts by volume of the biodiesel fuel production solid base catalyst. 10 to 50 parts by volume of a dispersion medium (large diameter dispersion medium) having a size of 1 to 0.25 times the minimum particle diameter of the solid base catalyst (small diameter dispersion medium) It is also characterized in that 10 to 50 parts by volume are mixed. Specifically, when a solid base catalyst having a particle size of 1 to 2 mm is used, a large diameter dispersion medium having a particle size of about 2 to 8 mm is used, and a small diameter dispersion medium having a particle size of about 1 to 0.25 mm is used. used.

又、バイオディーゼル燃料を製造するための本発明の製造方法は、一端側に原料液供給部を有し、他端側に製品液取出部を有する反応管の内部に、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されたバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒と、粒子径が異なる少なくとも2種類の分散媒体とが混合された状態で収容されたものを準備し、原料植物油100容量部に対してメタノールを70〜150容量部添加して得られた混合液を前記反応管に供給することを特徴とする。 In addition, the production method of the present invention for producing biodiesel fuel has an opening of 1.0 mm inside a reaction tube having a raw material liquid supply part on one end side and a product liquid extraction part on the other end side. Solid base catalyst for biodiesel fuel production comprising calcium oxide having a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric, and the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide And a mixture obtained by adding 70 to 150 parts by volume of methanol with respect to 100 parts by volume of the raw vegetable oil. Is supplied to the reaction tube.

又、本発明は、上記の特徴を有したバイオディーゼル燃料の製造方法において、前記の混合液を、前記反応管に対する液空間速度が40〜160h−1となる流量にて供給することを特徴とするものでもある。 In addition, the present invention is characterized in that, in the method for producing biodiesel fuel having the above characteristics, the mixed liquid is supplied at a flow rate at which a liquid space velocity with respect to the reaction tube is 40 to 160 h −1. It is also what you do.

本発明のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒の場合、特殊な形状加工を行なわなくても反応物の流動が円滑で、無機分の残存量がより少ない高品質なバイオディーゼル燃料が効率良く製造でき、調製操作も極めて簡便である。
本発明は、本発明者等が提案した前記特許文献1及び特願2007−49729号記載の発明をベースにしたものであるが、これら従来技術では達成できない効果を発揮する。即ち、特願2007−49729号には、酸化カルシウムとグリセリンの反応生成物であるカルシウムジグリセロキシドが実質的な活性種であることが指摘されているが、反応容器に収容可能な実用的な触媒を得るには至っておらず、また、この明細書に記載される方法では、実用的な固体塩基触媒を調製することはできなかったのに対して、本発明では、実用に耐えうる性状(大気接触への優れた耐性)を有した固体塩基触媒が提供される。そして、実用触媒の使用方法(反応操作条件)についても、これまでの内部強制攪拌型のバッチ反応器を用いた試験の結果だけでは適正化することができなかったが、本発明によって、実機を模した反応装置を用いることができ、バイオディーゼル燃料の量産化が可能となる。
In the case of the solid base catalyst for biodiesel fuel production according to the present invention, a high-quality biodiesel fuel with a smooth flow of reactants and less residual inorganic content can be efficiently produced without special shape processing. The preparation operation is very simple.
The present invention is based on the inventions described in Patent Document 1 and Japanese Patent Application No. 2007-49729 proposed by the present inventors, but exhibits effects that cannot be achieved by these conventional techniques. That is, in Japanese Patent Application No. 2007-49729, it is pointed out that calcium diglyceroxide, which is a reaction product of calcium oxide and glycerin, is a substantially active species. No catalyst has been obtained, and a practical solid base catalyst could not be prepared by the method described in this specification. A solid base catalyst having excellent resistance to atmospheric contact) is provided. Also, the method of using the practical catalyst (reaction operation conditions) could not be optimized only by the results of the tests using the internal forced stirring type batch reactor so far. A simulated reactor can be used, and mass production of biodiesel fuel becomes possible.

(1)本発明の固体塩基触媒の性状及び製造方法
本発明のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒は、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズ(粒子の大きさが約1.0〜約10mm)を有した酸化カルシウムを主成分とし、その表面層にのみ、変性(表面改質)処理により形成された、カルシウムとグリセリンの化合物であるカルシウムジグリセロキシド(Ca(C)の層が存在している。尚、この原料となる破砕状石灰石は、原石を粉砕して得られた粉砕物を篩い分けすることにより、一定の粒度範囲の粉砕物を選別したものであり、セメントや鉄鋼の製造に利用される化学組成であれば産地は問わない。又、本発明では、目開き1.0mmのメッシュ織物として、市販の16メッシュのステンレスメッシュを使用することができ、目開き10mmのメッシュ織物として、市販の2メッシュのステンレスメッシュを使用することができるが、メッシュ織物の材質については、これに限定されるものではない。
(1) Properties and production method of solid base catalyst of the present invention The solid base catalyst for producing biodiesel fuel of the present invention does not pass through a mesh fabric having an opening of 1.0 mm, but passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm. A compound of calcium and glycerin, which is mainly composed of calcium oxide having a particle size (particle size of about 1.0 to about 10 mm) and is formed only on the surface layer by a modification (surface modification) treatment. There is a layer of some calcium diglyceroxide (Ca (C 3 H 7 O 3 ) 2 ). The crushed limestone used as a raw material is a crushed product obtained by pulverizing the raw stone, and the pulverized product in a certain particle size range is selected by sieving, and is used for the production of cement and steel. Any chemical composition can be used. Further, in the present invention, a commercially available 16 mesh stainless steel mesh can be used as the mesh fabric having an opening of 1.0 mm, and a commercially available 2 mesh stainless mesh can be used as the mesh fabric having an opening of 10 mm. However, the mesh fabric material is not limited to this.

本発明の固体塩基触媒を得るには、前記の破砕状石灰石を、前記特許文献1に記載される不活性ガスを用いる方法で焼成することによって、塩基強度15.0以上、塩基量0.1mmol/g以上の酸化カルシウムへ変換することが好ましい。即ち、炭酸ガス及び水分を実質的に含まない気流中にて300℃以上の温度で焼成することにより、焼成後の石灰石の塩基強度(最大塩基強度)は、2,4−ジニトロアニリンの変色強度に相当するpKa15.0以上となり、炭酸ガスや水分を含んだ一般的な大気中で焼成して得られる酸化カルシウムの塩基強度(フェノールフタレインの変色強度に相当するpKa9.3を少し越えた程度の塩基強度)よりもかなり大きい。そして、上記の焼成後の石灰石の塩基量(単位重量当たりの塩基量)は0.1mmol/g以上となり、この値も、大気中で焼成して得られる酸化カルシウムの塩基量(約0.03mmol/g程度)よりもかなり大きい。ただし、表面の炭酸化や水和がある程度防止されていれば、大気下の焼成でも構わない。例えば、焼成後の冷却過程において炭酸化(水和)の起こりやすい温度域から不活性ガスを流通させることでも本発明の固体塩基触媒に適した酸化カルシウムが得られる。焼成のための装置は特に限定しないが、粒子サイズを勘案すると流動床型焼成炉が適している。また、焼成装置から次工程の有機溶媒浸漬へ搬送される際、酸化カルシウムの表面が炭酸ガスや水分で汚染されないように、できるだけ速やかな操作等の工夫が必要である。 In order to obtain the solid base catalyst of the present invention, the crushed limestone is calcined by the method using an inert gas described in Patent Document 1, whereby the base strength is 15.0 or more and the base amount is 0.1 mmol. It is preferable to convert to calcium oxide of / g or more. That is, by firing at a temperature of 300 ° C. or higher in an air flow substantially free of carbon dioxide and moisture, the base strength (maximum base strength) of the limestone after firing is the discoloration strength of 2,4-dinitroaniline. PKa of 15.0 or higher, and the basic strength of calcium oxide obtained by firing in a general atmosphere containing carbon dioxide and water (a little over pKa 9.3 corresponding to the discoloration strength of phenolphthalein) Of the base strength). The base amount of limestone after firing (base amount per unit weight) is 0.1 mmol / g or more, and this value is also the base amount of calcium oxide (about 0.03 mmol) obtained by firing in the air. / G). However, as long as carbonation and hydration of the surface are prevented to some extent, firing in the air may be performed. For example, calcium oxide suitable for the solid base catalyst of the present invention can also be obtained by circulating an inert gas from a temperature range where carbonation (hydration) is likely to occur in the cooling process after firing. The apparatus for firing is not particularly limited, but a fluidized bed firing furnace is suitable considering the particle size. Moreover, when transporting from the baking apparatus to the immersion of the organic solvent in the next step, it is necessary to devise operations such as an operation as quickly as possible so that the surface of calcium oxide is not contaminated with carbon dioxide gas or moisture.

水和生成物である水酸化カルシウムについては、アルコール類が粒子層間に吸着されて−OH基と−OR基が置換される作用によって、カルシウムグリセロキシドへ変換されるが、反応速度が遅いので粒子表面の多くが水酸化カルシウムになると浸漬操作の処理効率が悪化する。炭酸化した表面については、同時に生成した水和表面とグリセリンが反応する際に剥離することで除去される。ただし、粒子表面のほとんどが炭酸化されるとカルシウムグリセロキシドが生成しない。 With regard to calcium hydroxide, which is a hydrated product, alcohol is adsorbed between the particle layers and is converted to calcium glyceride by the action of substitution of —OH groups and —OR groups. When most of the surface is calcium hydroxide, the treatment efficiency of the dipping operation is deteriorated. The carbonated surface is removed by peeling when the hydrated surface and glycerin generated at the same time react. However, when most of the particle surface is carbonated, calcium glyceroxide is not generated.

有機溶媒浸漬の工程では、試薬特級グレードの溶質(グリセリン)、溶媒(プロパノール若しくはエタノール)を用いて希薄グリセリン溶液を調製しておくのが望ましい。水分の多い低級グレードのものを用いると水和される触媒表面が多くなり、処理効率低下等の様々な問題が懸念される。溶媒には、触媒との反応性とグリセリンの溶解性を勘案すると、イソプロパノールが好ましい。Cアルコールであるメタノールを使用した場合には、表面にカルシウムメトキシド(Ca(OCH)が生成するが、大気接触による劣化が著しい。さらに、カルシウムメトキシドの生成速度は速いために、元来の形状が崩壊して粉末状となりやすい。浸漬に使用する有機溶媒は、溶媒のC又はCアルコールが65容量部以上で、溶質のグリセリン濃度が15容量部以下となる化学組成を有していれば、アセトン、メタノール、ヘキサン等他の有機溶媒を混合しても良い。本発明では、有機溶媒100容量部に対して焼成石灰石は10〜50容量部を浸漬するのが望ましい。
尚、酸化カルシウムの表面を変性するための反応容器については溶媒の揮発および水分吸収を避けるため、密閉構造とする。液相を加熱する場合には、揮発した溶媒を凝縮・回収するための冷却管を装備しておくのが良い。浸漬時の温度は20〜60℃とする。60℃を超えると酸化カルシウムとグリセリンの反応が急激に進行し、実用に適した形状に保つことが困難になる。浸漬時間についても同様の考え方で10〜60分とすべきである。本発明では、上記の穏和な操作条件によって、粒子表面のみをカルシウムジグリセロキシドへ転換することができると共に、グリセリンとの急激な反応に伴う実用的な形状の崩壊(粉化)を容易に防止することができる。
In the organic solvent immersion step, it is desirable to prepare a dilute glycerin solution using a reagent grade solute (glycerin) and a solvent (propanol or ethanol). If a low-grade material with a high water content is used, the surface of the catalyst to be hydrated increases, and there are concerns about various problems such as a reduction in processing efficiency. The solvent is preferably isopropanol in consideration of the reactivity with the catalyst and the solubility of glycerin. When methanol, which is a C 1 alcohol, is used, calcium methoxide (Ca (OCH 3 ) 2 ) is generated on the surface, but deterioration due to atmospheric contact is significant. Furthermore, since the production rate of calcium methoxide is high, the original shape tends to collapse and become powdery. As long as the organic solvent used for the immersion has a chemical composition in which the solvent C 2 or C 3 alcohol is 65 parts by volume or more and the solute glycerin concentration is 15 parts by volume or less, acetone, methanol, hexane, etc. These organic solvents may be mixed. In the present invention, it is desirable to immerse 10 to 50 parts by volume of the calcined limestone with respect to 100 parts by volume of the organic solvent.
The reaction vessel for modifying the surface of calcium oxide has a sealed structure in order to avoid solvent volatilization and moisture absorption. When the liquid phase is heated, it is preferable to equip a cooling pipe for condensing and recovering the volatile solvent. The temperature at the time of immersion shall be 20-60 degreeC. If it exceeds 60 ° C., the reaction between calcium oxide and glycerin proceeds rapidly, making it difficult to maintain a shape suitable for practical use. The immersion time should be 10 to 60 minutes in the same way. In the present invention, only the particle surface can be converted to calcium diglyceroxide under the above-mentioned mild operating conditions, and practical shape collapse (pulverization) due to rapid reaction with glycerin can be easily prevented. can do.

このようにして得られた本発明のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒は、固体塩基触媒の欠点であった大気接触耐性が大きく改善されており、保管/運搬等のハンドリングが容易である。又、この固体塩基触媒は、バイオディーゼル燃料の原料となる混合液の円滑な流動と良好な接触を両立する実用的な形状を有している。 The solid base catalyst for producing biodiesel fuel of the present invention thus obtained has greatly improved atmospheric contact resistance, which was a drawback of the solid base catalyst, and is easy to handle for storage / transport. Moreover, this solid base catalyst has a practical shape that achieves both smooth flow and good contact of a mixed liquid that is a raw material for biodiesel fuel.

本発明の固体塩基触媒に関する最も重要なポイントは、焼成した破砕状石灰石を有機溶媒に浸漬することで化学的なコア・シェル構造を形成させているところにある。具体的には、触媒表面をカルシウムジグリセロキシドに変換し、内部は酸化カルシウムのままとしている。カルシウムジグリセロキシドはバイオディーゼル燃料を生成する植物油とメタノールのエステル交換反応に対する実質的な活性種であり、反応場へのカルシウム分の溶出が少ないことを特徴としている。また、カルシウムジグリセロキシドは大気接触耐性が非常に優れていることがわかり、事前に触媒表面をカルシウムジグリセロキシドへ変換すれば、表面が酸化カルシウムのままで用いるよりも保管・ハンドリングの操作が極めて容易になる。例えば、前記特許文献1では触媒に用いる酸化カルシウムを不活性雰囲気で密閉した反応容器に収容・保管する方法を提案しているが、本発明によると簡素な袋詰めの状態で輸送し、バイオディーゼル燃料の製造サイトにて触媒と大気との接触を気にすることなく反応容器へ収容することができる。また、事前にカルシウムアルコキシドで被覆しておくことで、触媒原料の破砕状石灰石に付着した微細石灰粒子を除去できるので、反応操作における閉塞、ポンプ損傷あるいは生成油のコンタミネーションといったトラブルも解消できる。破砕状石灰石の粒子径については、10mmを超えると、触媒と反応流体との接触が悪くなり、反応効率の低下による単位処理能力の悪化が顕著となり、1mm未満の場合にはストリームの閉塞が問題となる。 The most important point regarding the solid base catalyst of the present invention is that a baked crushed limestone is immersed in an organic solvent to form a chemical core / shell structure. Specifically, the catalyst surface is converted to calcium diglyceroxide, and the inside remains calcium oxide. Calcium diglyceroxide is a substantially active species for the transesterification reaction of vegetable oil and methanol that produces biodiesel fuel, and is characterized by low elution of calcium to the reaction field. In addition, calcium diglyceroxide is found to have very good atmospheric contact resistance, and if the catalyst surface is converted to calcium diglyceroxide in advance, storage and handling operations can be performed rather than using the surface as calcium oxide. It becomes extremely easy. For example, Patent Document 1 proposes a method of storing and storing calcium oxide used as a catalyst in a reaction vessel sealed in an inert atmosphere, but according to the present invention, it is transported in a simple bag state and biodiesel. It can be accommodated in the reaction vessel without worrying about contact between the catalyst and the atmosphere at the fuel production site. In addition, by coating with calcium alkoxide in advance, fine lime particles adhering to the crushed limestone of the catalyst raw material can be removed, so that troubles such as blockage in the reaction operation, pump damage, or contamination of generated oil can be solved. When the particle size of the crushed limestone exceeds 10 mm, the contact between the catalyst and the reaction fluid is deteriorated, the deterioration of the unit processing capacity due to the decrease in the reaction efficiency is remarkable, and when it is less than 1 mm, the blockage of the stream is a problem. It becomes.

本発明の触媒に化学的なコア・シェル構造を形成させる際には、酸化カルシウムとグリセリンが急激に反応しないようにすることが最も重要である。カルシウムジグリセロキシドは、酸化カルシウムとグリセリンの反応生成物が液相の反応場で析出することによって、固体状粒子として得られる。このため、焼成した破砕状石灰石が急激に反応すると、反応物の円滑な流動と良好な接触を両立する実用的な形状を維持できず、大部分が粉化してしまうので、穏和な条件で浸漬操作を実施しなければならない。また、酸化カルシウムと反応するグリセリンを希釈する溶媒には、CあるいはCアルコールを用いることが必要である。この際、Cアルコール(メタノール)を用いると、触媒表面が大気接触耐性の無いカルシウムメトキシドで覆われてしまう。Cアルコールではグリセリンが溶けにくく、本願浸漬操作での使用に耐えない。ここで、浸漬有機溶媒については化学組成を制御しておくことが望ましい。溶質のグリセリンは15容量部以下、溶媒のCまたはCアルコールを65容量部以上としておけば、穏和な操作条件と相俟って、急激な反応を防止できる効果が高い。焼成した破砕状石灰石の投入量は、処理効率の観点から、浸漬有機溶媒100容量部に対して10〜50容量部が好ましい。 When forming a chemical core-shell structure in the catalyst of the present invention, it is most important to prevent calcium oxide and glycerin from reacting rapidly. Calcium diglyceroxide is obtained as solid particles by precipitation of a reaction product of calcium oxide and glycerin in a liquid phase reaction field. For this reason, when the baked crushed limestone reacts rapidly, it cannot maintain a practical shape that achieves both smooth flow and good contact of the reactants, and most of it will be pulverized. The operation must be carried out. Further, the solvent to dilute the glycerol to react with the calcium oxide, it is necessary to use a C 2 or C 3 alcohol. At this time, if C 1 alcohol (methanol) is used, the catalyst surface is covered with calcium methoxide having no atmospheric contact resistance. C 4 glycerin less soluble in alcohol, not withstand use herein dipping operation. Here, it is desirable to control the chemical composition of the immersed organic solvent. If the solute glycerin is 15 parts by volume or less and the solvent C 2 or C 3 alcohol is 65 parts by volume or more, the effect of preventing a rapid reaction is high in combination with mild operation conditions. The input amount of the baked crushed limestone is preferably 10 to 50 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the immersed organic solvent from the viewpoint of processing efficiency.

(2)バイオディーゼル燃料製造用反応管(触媒収容カラム)の作製
バイオディーゼル燃料を製造するための本発明の装置における反応管は、実質的に管状の反応管(容器状のものを含む)の一端側に原料液供給部が、他端側に製品取出部を有し、当該反応管の内部には、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されたバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒が収容されている。本発明では、上記の固体塩基触媒が、粒子径が異なる少なくとも2種類の分散媒体と混合された状態で反応管内に収容されることが好ましく、この際、粒子径が異なる3種類の分散媒体が使用されても良く、その材質も限定されるものではない。
このような構造のバイオディーゼル燃料製造用反応管を製造する際には、前述の浸漬操作後に生成した固体塩基触媒を、少なくとも2種類の粒子径の異なる分散媒体に添加し、よく混合し、反応管内に収容する。その際は触媒を分散させることだけでなく、印加される機械的応力が触媒を崩壊させないよう留意しなければならない。触媒と分散媒体の混合物は乾燥させることなく、希薄グリセリン溶液で湿らせたまま、反応管へ収容することができる。ただし、可能であれば、バイオディーゼル燃料生成反応を開始する前にこの混合物をプロパノール若しくはエタノールで数回洗浄しておくのが良い。これは、グリセリンの残留がバイオディーゼル燃料生成時の平衡反応率を低減することが懸念されるためである。反応管への収容方法については、特に限定しない。
(2) Production of reaction tube (catalyst containing column) for producing biodiesel fuel The reaction tube in the apparatus of the present invention for producing biodiesel fuel is a substantially tubular reaction tube (including a container-like one). The raw material liquid supply part has one end side and the product take-out part on the other end side, and the mesh tube having an opening of 10 mm passes through the reaction tube without passing the mesh cloth having an opening of 1.0 mm. And a solid base catalyst for producing biodiesel fuel in which the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide. In the present invention, the solid base catalyst is preferably contained in the reaction tube in a state where it is mixed with at least two types of dispersion media having different particle sizes. In this case, three types of dispersion media having different particle sizes are used. It may be used, and the material is not limited.
When producing a reaction tube for producing biodiesel fuel having such a structure, the solid base catalyst produced after the above-mentioned immersion operation is added to at least two types of dispersion media having different particle sizes, mixed well, and reacted. House in a tube. In this case, care must be taken not only to disperse the catalyst but also to prevent the applied mechanical stress from causing the catalyst to collapse. The mixture of the catalyst and the dispersion medium can be accommodated in the reaction tube while being wetted with a diluted glycerin solution without being dried. However, if possible, the mixture should be washed several times with propanol or ethanol before starting the biodiesel fuel production reaction. This is because there is a concern that residual glycerin may reduce the equilibrium reaction rate during biodiesel production. The method for accommodating in the reaction tube is not particularly limited.

本発明の固体塩基触媒と一緒に収容される分散媒体としては椰子殻活性炭が望ましい。ただし、同等の機械的強度を有し、60℃でアルコールと反応しない物質であれば、椰子殻活性炭に代わる分散媒体として用いることが可能である。又、混合比率に関しては、前述の固体塩基触媒10容量部に対して、大径分散媒体(触媒最大粒子径の1〜4倍の大きさ)を10〜50容積部、小径分散媒体(触媒最小粒子径の1〜0.25倍の大きさ)を10〜50容量部混合するのが好ましい。本発明では、所定の粒子径範囲内の触媒を得るために、異なるメッシュ数のメッシュ織物を用いて選別を行うが、上記の触媒最大粒子径とは、粒子径範囲の上限を設定するのに用いたメッシュ数の小さい方(目開きの大きい方)のメッシュ織物の目開きの寸法に対応するものであり、又、上記の触媒最小粒子径とは、粒子径範囲の下限を設定するのに用いたメッシュ数の大きい方(目開きの小さい方)のメッシュ織物の目開きの寸法に対応するものであり、大径分散媒体及び小径分散媒体の粒子径も、分散媒体の粒子径測定に用いた各メッシュ織物の目開きの寸法から決定される。
尚、このような構成より成る本発明のバイオディーゼル燃料製造用反応管は、触媒粒子の凝集を防止し、反応物との良好な接触と良好な流動状態を維持することにより、高い反応効率と良好な操作性を実現するという格別の作用効果を発揮する。
As a dispersion medium accommodated together with the solid base catalyst of the present invention, coconut shell activated carbon is desirable. However, any material that has equivalent mechanical strength and does not react with alcohol at 60 ° C. can be used as a dispersion medium in place of coconut shell activated carbon. Further, regarding the mixing ratio, 10 to 50 parts by volume of the large-diameter dispersion medium (1 to 4 times the maximum particle diameter of the catalyst) and 10 to 50 parts by volume of the small-diameter dispersion medium (minimum catalyst) with respect to 10 parts by volume of the aforementioned solid base catalyst. It is preferable to mix 10 to 50 parts by volume of 1 to 0.25 times the particle diameter. In the present invention, in order to obtain a catalyst within a predetermined particle size range, selection is performed using mesh fabrics having different numbers of meshes. The above catalyst maximum particle size is used to set the upper limit of the particle size range. This corresponds to the mesh size of the mesh fabric with the smaller mesh number (larger mesh size) used, and the above catalyst minimum particle size is used to set the lower limit of the particle size range. This corresponds to the mesh size of the mesh fabric with the larger number of meshes used (the smaller mesh size), and the particle diameters of the large-diameter dispersion medium and small-diameter dispersion medium are also used for measuring the particle diameter of the dispersion medium. It is determined from the opening size of each mesh fabric.
The reaction tube for producing biodiesel fuel according to the present invention having such a structure prevents the catalyst particles from agglomerating, maintains a good contact with the reactants and a good fluid state, thereby achieving a high reaction efficiency. Demonstrate the exceptional effect of realizing good operability.

(3)本発明のバイオディーゼル燃料の製造方法
本発明のバイオディーゼル燃料の製造方法は、上記の固体塩基触媒が収容された反応管を用いて、原料植物油100容量部に対してメタノールを70〜150容量部添加して得られた混合液を当該反応管に供給することを特徴とし、原料植物油100容量部に対してメタノール70容量部以上の添加で、反応がある程度進行すると液相が均一化し、濁った状態から半透明な状態へと変わる。これにより、反応物の拡散抵抗が大いに緩和されて反応効率が向上する。また、この現象によって反応の完結を容易に判断でき、高価な分析装置は不要となるという利点も生まれる。逆に、メタノールの量が原料植物油100容量部に対して150容量部を超えると処理能力に見合わない大きな製造装置となってしまう。
(3) Production method of biodiesel fuel of the present invention The biodiesel fuel production method of the present invention uses 70 to 70 parts of methanol for 100 parts by volume of raw material vegetable oil using the reaction tube containing the solid base catalyst. The mixed liquid obtained by adding 150 parts by volume is supplied to the reaction tube, and when the reaction proceeds to some extent by adding 70 parts by volume or more of methanol to 100 parts by volume of the raw vegetable oil, the liquid phase becomes uniform. It changes from a cloudy state to a translucent state. Thereby, the diffusion resistance of the reactant is greatly relaxed and the reaction efficiency is improved. In addition, this phenomenon also has the advantage that the completion of the reaction can be easily determined, and an expensive analyzer is not required. On the other hand, if the amount of methanol exceeds 150 parts by volume with respect to 100 parts by volume of the raw vegetable oil, a large production apparatus that does not meet the processing capacity is obtained.

前述の固体塩基触媒を用いてバイオディーゼル燃料を製造する際には、バイオディーゼル燃料の生成反応によって副生するグリセリンと触媒の反応を制御することが重要である。触媒粒子内部の酸化カルシウムが副生グリセリンと反応することは避けられない。触媒調製時のように形状が崩壊する急激な反応には至らないが、触媒が反応管内に収容されているために、カルシウムジグリセロキシドの析出によって粒子間の結合・凝集をもたらすブリッジが形成される。これは、触媒の接触表面減少による反応効率低下だけでなく、反応管内の円滑な流体流動を妨げ、引いては反応操作の停止をもたらす閉塞に至る。このような問題を解消する一つの手立てが、適当な固体状粒子と混合し、反応管内に触媒を分散させることである。分散媒体として利用できる物質は加熱したアルコールに不活性なものであり、実用的な材料としては活性炭が適している。特に椰子殻から製造されたものは軽く、強度に優れており、好ましい分散媒体である。焼結アルミナやゼオライト等も使用可能である。分散媒体の利用に関して注意すべきことは粒子サイズの選定である。大きなものは固体塩基触媒を上手く分散させることができず、小さなものだと送液時の圧力損失は大きくなり操作性が悪化する。そのため、本発明では、前述の粒子径を有する大小2種類の分散媒体、すなわち、大径分散媒体については触媒最大粒子径の1〜4倍、小径分散媒体については触媒最小粒子径の1〜0.25倍のものが組み合わされて使用されることが好ましい。 When producing biodiesel fuel using the above-mentioned solid base catalyst, it is important to control the reaction of glycerol and the catalyst by-produced by the biodiesel fuel production reaction. It is inevitable that calcium oxide inside the catalyst particles reacts with by-product glycerin. Although it does not lead to an abrupt reaction in which the shape collapses as in the preparation of the catalyst, since the catalyst is accommodated in the reaction tube, a bridge that causes bonding and aggregation between particles is formed by precipitation of calcium diglyceroxide. The This not only reduces the reaction efficiency due to a decrease in the contact surface of the catalyst, but also prevents a smooth fluid flow in the reaction tube, which in turn leads to a blockage that stops the reaction operation. One way to solve such problems is to mix the catalyst with appropriate solid particles and disperse the catalyst in the reaction tube. Substances that can be used as a dispersion medium are inert to heated alcohol, and activated carbon is suitable as a practical material. In particular, those manufactured from coconut shells are light and excellent in strength, and are preferred dispersion media. Sintered alumina or zeolite can also be used. What should be noted regarding the use of the dispersion medium is the selection of the particle size. Larger ones cannot disperse the solid base catalyst well. If smaller ones, the pressure loss during feeding increases and the operability deteriorates. Therefore, in the present invention, two types of dispersion media having the above-mentioned particle diameters, that is, 1 to 4 times the maximum catalyst particle diameter for the large dispersion medium, and 1 to 0 for the catalyst minimum particle diameter for the small dispersion medium. It is preferable to use a combination of 25 times.

触媒粒子が結合・凝集する問題を解消するには、バイオディーゼル燃料生成反応の操作条件を適切に設定することも必要である。まずは、植物油へ添加するメタノールの量を、植物油100容量部対して70容量部以上することが挙げられる。これは、反応場液相における副生グリセリンの濃度を低減することによる効果である。この操作では、互いに混ざり合わない植物油とメタノールの接触も良好となるので反応効率の向上にも有利となり、さらにはバイオディーゼル燃料の生成率が80%を超えるとエマルジョン状の液相が均一でクリアな状態へと変わり、目視にて反応の完結を判断することができるようになる。通常は高価な分析装置(ガスクロマトグラフや高速液体クロマトグラフ)を要するので、製造装置の操業管理が極めて容易となる利点まで派生する。なお、添加するメタノールが150容量部を超えると、処理効率の悪化が新たな問題となる。 In order to solve the problem of the catalyst particles being bound and aggregated, it is also necessary to appropriately set the operating conditions for the biodiesel fuel generation reaction. First, the amount of methanol added to the vegetable oil is 70 parts by volume or more with respect to 100 parts by volume of the vegetable oil. This is an effect of reducing the concentration of by-product glycerin in the reaction field liquid phase. In this operation, the contact between the vegetable oil and methanol that do not mix with each other is improved, which is advantageous for improving the reaction efficiency. Furthermore, when the production rate of biodiesel fuel exceeds 80%, the emulsion liquid phase is uniform and clear. It becomes possible to judge the completion of the reaction visually. Usually, since an expensive analyzer (gas chromatograph or high-performance liquid chromatograph) is required, it derives to the advantage that the operation management of the manufacturing apparatus becomes extremely easy. In addition, when the methanol to add exceeds 150 volume parts, the deterioration of processing efficiency will become a new problem.

もう一つの効果的な操作は、植物油とメタノールを混合した原料流体の流量を、反応容器(触媒層)の容量に対して液空間速度が40〜160h−1となるように設定することである。40h−1以下では原料流体の滞留時間が長く、酸化カルシウムと副生グリセリンの反応生成物が析出しやすくなる。一方、160h−1を越えると固体塩基触媒の物理的な崩壊を招きやすく、粉化した触媒による配管詰まり等の問題が懸念される。なお、この操作条件で1スルー流れの連続反応方式を設計すると反応容器の容量が莫大となり、設備コストが悪化してしまう。このため、本発明では循環流れの回分反応方式を採るのが好ましい。
上記の操作条件を採用することによって、触媒粒子凝集をもたらすカルシウムとグリセリンの反応物の析出が防止でき、優れた触媒性能を長期間維持させることができる。
Another effective operation is to set the flow rate of the raw material fluid in which vegetable oil and methanol are mixed so that the liquid space velocity is 40 to 160 h −1 with respect to the capacity of the reaction vessel (catalyst layer). . Below 40 h −1 , the residence time of the raw material fluid is long, and the reaction product of calcium oxide and by-product glycerin tends to precipitate. On the other hand, if it exceeds 160 h −1 , the solid base catalyst tends to physically collapse, and there is a concern about problems such as clogging of piping due to the powdered catalyst. In addition, if a 1-through flow continuous reaction system is designed under these operating conditions, the capacity of the reaction vessel becomes enormous and the equipment cost deteriorates. For this reason, in the present invention, it is preferable to adopt a batch reaction system of circulating flow.
By adopting the above operating conditions, it is possible to prevent precipitation of a reaction product of calcium and glycerin causing aggregation of catalyst particles, and it is possible to maintain excellent catalyst performance for a long period of time.

(4)循環流れの回分方式によるバイオディーゼル燃料の生成例
上述した固体塩基触媒と分散媒体の混合物を収容した反応容器を用いてバイオディーゼル燃料の生成反応を実施する。原料の植物油は、種類を特に限定せず、食用油だけでなくジャトロファ等に由来する非食用油や使用済みの食用油も利用できる。ただし、性状に応じた前処理を実施するのが望ましい。例えば、固形物を含む原料に対してはろ過操作を、水分の多い原料に対しては乾燥操作を要する。また、遊離脂肪酸を多く含む原料については、特開2008−1856号公報の記載に準じて、イオン交換樹脂を用いた遊離脂肪酸のアルキルエステル化処理が望ましい。副原料のアルコールにはコストや反応性の面でメタノールが好ましい。固体塩基触媒を用いる際の反応方式について、大量生産を指向する場合には1スルー流れの流通方式になるが、「地産地消」型事業を目指すときには循環流れの回分方式が適する。ただし、本発明では植物油とメタノールを混合した原料流体の流量を、反応容器に対して液空間速度を40〜160h−1にするので、流通方式では反応容器の容量が処理量に比して莫大となり、設備コストの面で不利となる。従って、本発明は循環流れの回分方式に適用するのが好ましい。
(4) Example of production of biodiesel fuel by batch system of circulating flow The biodiesel fuel production reaction is carried out using the reaction vessel containing the above-mentioned mixture of the solid base catalyst and the dispersion medium. The raw material vegetable oil is not particularly limited, and not only edible oil but also non-edible oil derived from jatropha and used edible oil can be used. However, it is desirable to carry out pretreatment according to the properties. For example, a filtration operation is required for a raw material containing a solid material, and a drying operation is required for a raw material with a lot of moisture. Moreover, about the raw material containing many free fatty acids, the alkyl esterification process of the free fatty acid using an ion exchange resin is desirable according to description of Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-1856. Methanol is preferred as the secondary material alcohol in terms of cost and reactivity. As for the reaction method when using a solid base catalyst, a one-through flow distribution method is used when mass production is aimed at, but a circulation flow batch method is suitable when aiming at a “local production for local consumption” type business. However, in the present invention, since the flow rate of the raw material fluid obtained by mixing vegetable oil and methanol is 40 to 160 h −1 with respect to the reaction vessel, the capacity of the reaction vessel is enormous compared to the throughput in the distribution method. This is disadvantageous in terms of equipment costs. Therefore, the present invention is preferably applied to a circulation flow batch system.

次に、本発明を実施するのに適した、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応実験装置について説明する。図1は、本発明を実施するのに適した、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応実験装置の構成の一例を示す図である。
循環流れの回分方式では、図1で示すように反応工程が原料液供給タンク(原料投入タンク)、送液ポンプ(原料循環ポンプ)、および触媒と分散媒体を収容した反応管(反応器)が配管で連結された設備を反応工程に用いる。尚、図1の装置において、原料投入タンクには冷却管が取り付けられており、原料投入タンクと反応管にはそれぞれ、反応温度を制御するためのヒーターが取り付けられている。
バイオディーゼル燃料を製造するには、原料投入タンクに所定の植物油と、前記の規定容量のメタノールを投入・混合し、所定の流量で反応器へ供給する。このような原料流体循環操作を温度60℃で2時間継続することにより、バイオディーゼル燃料の生成率が96.5%を超える。この生成率はバイオディーゼル燃料の欧州規格(EN14214)を満足しており、自動車用高性能ディーゼルエンジンに利用することができる。本発明によれば、反応が概ね完結すると液相がエマルジョン状からクリアな均一状態へ変化するので、目視によって反応操作の終了を簡便に判断できる。
Next, a biodiesel fuel production reaction experimental apparatus simulating an actual machine suitable for carrying out the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a biodiesel fuel generation reaction experimental apparatus simulating an actual machine suitable for carrying out the present invention.
In the circulating flow batch method, as shown in FIG. 1, the reaction process includes a raw material liquid supply tank (raw material input tank), a liquid feed pump (raw material circulation pump), and a reaction tube (reactor) containing a catalyst and a dispersion medium. Equipment connected by piping is used for the reaction process. In the apparatus of FIG. 1, a cooling pipe is attached to the raw material charging tank, and a heater for controlling the reaction temperature is attached to each of the raw material charging tank and the reaction pipe.
In order to produce biodiesel fuel, a predetermined vegetable oil and the specified volume of methanol are charged into and mixed with a raw material charging tank, and supplied to the reactor at a predetermined flow rate. By continuing such a raw material fluid circulation operation at a temperature of 60 ° C. for 2 hours, the production rate of biodiesel fuel exceeds 96.5%. This production rate satisfies the European standard (EN14214) for biodiesel fuel and can be used for high-performance diesel engines for automobiles. According to the present invention, when the reaction is almost completed, the liquid phase changes from an emulsion state to a clear uniform state, so that the end of the reaction operation can be easily determined visually.

引き続く精製工程では、残存するメタノールや副生するグリセリンを除去することとなる。これらの操作は、現行の技術で充分に対応することができる。メタノールの除去には減圧下にて加熱する蒸発留去法が好ましい。グリセリンの除去には、バイオディーゼル燃料と相互に溶解しない性質を利用した静置分離法が簡便である。これらの順序については、設備の操作性等を勘案して適宜決定することができる。メタノールとグリセリンを除去した後に得られたバイオディーゼル燃料には、微量の触媒成分(50〜200ppm‐カルシウム)が分散している。世界各国の品質規格には、バイオディーゼル燃料中のカルシウム分を5ppm以下に低減すべきことが記されているため、分散している触媒成分を除去しなければならない。その方法には適当な多孔質固体材料を用いた吸着操作が効率的である。吸着剤に用いる多孔質固体材料には、本発明者による「特願2007−238277号」に記載される酸性のイオン交換樹脂が好適である。例えば、プロトン型スルホン基を持つ酸性イオン交換樹脂を収容した吸着容器に対してバイオディーゼル燃料を液空間速度0.5h−1程度で流通させれば、微量の触媒成分を完全に除去することができる。
以上の操作を経て、アルカリ廃水を発生することなくバイオディーゼル燃料が得られ、環境調和型の製造を実現することができる。
In the subsequent purification step, residual methanol and by-product glycerin will be removed. These operations can be sufficiently handled by current technology. For the removal of methanol, an evaporation method of heating under reduced pressure is preferred. For removal of glycerin, a stationary separation method using the property of not dissolving with biodiesel fuel is easy. About these orders, it can determine suitably considering the operativity of an installation. A trace amount of catalyst component (50 to 200 ppm-calcium) is dispersed in the biodiesel fuel obtained after removing methanol and glycerin. Since quality standards in countries around the world indicate that the calcium content in biodiesel fuel should be reduced to 5 ppm or less, the dispersed catalyst components must be removed. For this method, an adsorption operation using an appropriate porous solid material is efficient. For the porous solid material used for the adsorbent, an acidic ion exchange resin described in “Japanese Patent Application No. 2007-238277” by the present inventor is suitable. For example, if biodiesel fuel is circulated at a liquid space velocity of about 0.5 h −1 through an adsorption container containing an acidic ion exchange resin having a proton type sulfone group, a trace amount of catalyst components can be completely removed. it can.
Through the above operations, biodiesel fuel can be obtained without generating alkaline wastewater, and environmentally conscious production can be realized.

1.触媒化学組成制御の効果
<触媒A-1>粉末状石灰石(表面積10m/g)0.78gを高純度ヘリウムガス流通下、900℃で2時間加熱した。この不活性雰囲気を保ちながら常温まで冷却し、直ちにバイオディーゼル燃料生成反応試験へ供した。
<触媒A-2>上記の触媒A-1を大気中3分間放置した後にバイオディーゼル燃料生成反応試験へ供した。
<触媒A-3>上記触媒A-1を大気中30分間放置した後にバイオディーゼル燃料生成反応試験へ供した。
<触媒A-4>上記触媒A-1をグリセリンのエタノール溶液150ml(グリセリン濃度50容量%)中に浸漬し、加熱によりエタノールの還流状態を2時間保持した。その後、ろ過と減圧乾燥を経てバイオディーゼル燃料生成反応試験へ供した。浸漬後の触媒は粉末X線回折より、カルシウムジグリセロキシドであった。
<触媒A-5>上記触媒A-4を大気中で30分間放置した後にバイオディーゼル燃料生成反応試験へ供した。
1. Effect of Catalyst Chemical Composition Control <Catalyst A-1> Powdered limestone (surface area 10 m 2 / g) 0.78 g was heated at 900 ° C. for 2 hours under high purity helium gas flow. While maintaining this inert atmosphere, it was cooled to room temperature and immediately subjected to a biodiesel fuel production reaction test.
<Catalyst A-2> The catalyst A-1 was left in the atmosphere for 3 minutes and then subjected to a biodiesel fuel production reaction test.
<Catalyst A-3> The catalyst A-1 was left in the atmosphere for 30 minutes and then subjected to a biodiesel fuel production reaction test.
<Catalyst A-4> The catalyst A-1 was immersed in 150 ml of an ethanol solution of glycerin (glycerin concentration: 50% by volume), and the reflux state of ethanol was maintained by heating for 2 hours. Thereafter, it was subjected to a biodiesel fuel production reaction test after filtration and drying under reduced pressure. The catalyst after immersion was calcium diglyceroxide based on powder X-ray diffraction.
<Catalyst A-5> The catalyst A-4 was left in the atmosphere for 30 minutes and then subjected to a biodiesel fuel production reaction test.

上記5種類の触媒を評価するために実施されたバイオディーゼル燃料生成反応実験では内容積500mlのガラス容器を反応器に用いた。この反応器に食用大豆油(酸価0.1mg‐KOH/g以下、水分0.1%以下)100mlと試薬特級のメタノール50mlを触媒と共に投入し、密閉後に500rpmの攪拌を開始した。その後、加熱によりメタノール還流状態を1時間保持した。反応生成物は静置槽において比重差によりディーゼル燃料成分から成る軽液とグリセリンから成る重液とを分離した。分離した軽液をガスクロマトグラフで分析した結果が図2である。
図2より、酸化カルシウムは3分間の大気放置で活性表面の汚染が始まっており、30分間放置すると著しく触媒活性が低下していた。一方、カルシウムジグリセロキシドは、30分間放置しても触媒活性は全く低下しておらず、大気接触に対する耐性が極めて優れていた。
In the biodiesel fuel production reaction experiment conducted to evaluate the above five types of catalysts, a glass container having an internal volume of 500 ml was used for the reactor. To this reactor, 100 ml of edible soybean oil (acid value 0.1 mg-KOH / g or less, moisture 0.1% or less) and 50 ml of reagent-grade methanol were added together with a catalyst, and stirring was started at 500 rpm after sealing. Thereafter, the methanol reflux state was maintained for 1 hour by heating. The reaction product was separated into a light liquid composed of diesel fuel components and a heavy liquid composed of glycerin due to the difference in specific gravity in the stationary tank. The result of analyzing the separated light liquid with a gas chromatograph is shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the surface of the active surface of calcium oxide started to stand after being left in the atmosphere for 3 minutes, and the catalytic activity was remarkably lowered after being left for 30 minutes. Calcium diglyceroxide, on the other hand, had no significant decrease in catalytic activity even after standing for 30 minutes, and was extremely excellent in resistance to atmospheric contact.

2.触媒化学組成の制御方法
<触媒B-1> 粒子径1〜2mmの破砕状石灰石20mlに対して高純度ヘリウムガスを流通させながら900℃で2時間焼成した後、直ちにグリセリンのメタノール溶液100ml(グリセリン濃度50容量%)中に浸漬・攪拌し、加熱によって50℃の温度を20分間保持した。
<触媒B-2> 粒子径1〜2mmの破砕状石灰石20mlに対して触媒B-1と同様の操作で焼成した後、直ちにグリセリンのイソプロパノール溶液100ml(グリセリン濃度10容量%)中に浸漬・攪拌し、加熱によって50℃の温度を20分間保持した。
2. Control Method of Catalytic Chemical Composition <Catalyst B-1> After calcination at 900 ° C. for 2 hours while circulating high-purity helium gas to 20 ml of crushed limestone having a particle size of 1 to 2 mm, 100 ml of glycerin in methanol (glycerin immediately) The sample was immersed and stirred in a concentration of 50% by volume, and the temperature of 50 ° C. was maintained for 20 minutes by heating.
<Catalyst B-2> After calcination in the same manner as Catalyst B-1 for 20 ml of crushed limestone having a particle size of 1 to 2 mm, it was immediately immersed and stirred in 100 ml of an isopropanol solution of glycerin (glycerin concentration 10% by volume). The temperature of 50 ° C. was maintained for 20 minutes by heating.

浸漬操作後、触媒B-1は元来の形状を維持しておらず、全てが粉末状であった。粉末X線回折の結果、化学種はカルシウムジグリセロキシドであった。一方、触媒B-2は元来の形状を保持していた。粉末X線回折により化学種を同定したところ、酸化カルシウムが主要成分あったが、カルシウムジグリセロキシドの微弱な回折線も認められ、破砕状粒子の表面近傍のみがグリセリンと反応していたと示唆された。この結果から、希薄グリセリンのイソプロパノール溶液を液相に用いることで、酸化カルシウムとグリセリンが反応する速度を制御し、請求項1に記載される化学的なコア・シェル構造の触媒を得られることがわかった。   After the dipping operation, the catalyst B-1 did not maintain its original shape, and all was powdery. As a result of powder X-ray diffraction, the chemical species was calcium diglyceroxide. On the other hand, the catalyst B-2 retained its original shape. When chemical species were identified by powder X-ray diffraction, calcium oxide was the main component, but a weak diffraction line of calcium diglyceroxide was also observed, suggesting that only the vicinity of the surface of the crushed particles had reacted with glycerin. It was. From this result, by using a dilute glycerol isopropanol solution in the liquid phase, the rate at which calcium oxide and glycerin react can be controlled, and the chemical core-shell structure catalyst according to claim 1 can be obtained. all right.

3.分散媒体混合の効果
<触媒C-1>粒子径1〜2mmの破砕状石灰石20mlに対して高純度ヘリウムガスを流通させながら900℃で2時間焼成した後、直ちにグリセリンのイソプロパノール溶液100ml(グリセリン濃度10容量%)中に浸漬・攪拌し、加熱によって50℃の温度を20分間保持した。その後、ステンレス鋼製反応管(内容積125ml)へ収容し、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
<触媒C-2>触媒C-1と同様の操作によって得た固体触媒を粒子径0.5mmの椰子殻活性炭100mlと混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
<触媒C-3>触媒C-1と同様の操作によって得た固体触媒を粒子径3mmの椰子殻活性炭100mlと混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
<触媒C-4>触媒C-1と同様の操作によって得た固体触媒を粒子径3mmと0.5mmの椰子殻活性炭と各々50mlずつ混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
<触媒C-5>粒子径1〜2mmの破砕状石灰石20mlに対して高純度ヘリウムガスを流通させながら900℃で2時間焼成した後、この不活性ガス雰囲気を保ちながらC-4と同様の操作で椰子殻活性炭を混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
3. Effect of mixing of dispersion medium <Catalyst C-1> After calcination at 900 ° C. for 2 hours while circulating high-purity helium gas to 20 ml of crushed limestone having a particle diameter of 1 to 2 mm, immediately 100 ml of glycerol in isopropanol (glycerin concentration 10 volume%) was immersed and stirred, and the temperature of 50 ° C. was maintained for 20 minutes by heating. Then, it accommodated in the stainless steel reaction tube (internal volume 125 ml), and the biodiesel fuel production | generation reaction test which simulated the real machine was done.
<Catalyst C-2> A solid catalyst obtained by the same operation as Catalyst C-1 was mixed with 100 ml of coconut shell activated carbon having a particle diameter of 0.5 mm and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.
<Catalyst C-3> A solid catalyst obtained by the same operation as that of the catalyst C-1 was mixed with 100 ml of coconut shell activated carbon having a particle diameter of 3 mm and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.
<Catalyst C-4> A solid catalyst obtained by the same operation as that of Catalyst C-1 was mixed with 50 ml of coconut shell activated carbon having a particle diameter of 3 mm and 0.5 mm, respectively, and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.
<Catalyst C-5> After calcination at 900 ° C. for 2 hours while circulating high-purity helium gas over 20 ml of crushed limestone having a particle size of 1 to 2 mm, the same as C-4 while maintaining this inert gas atmosphere In operation, coconut shell activated carbon was mixed and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.

実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験では、上記のステンレス反応管、内容積500mlのガラス製容器、およびチュービングポンプを内径6.1mmのフッ素ゴム製チューブで連結した装置を用いた。ガラス製容器は原料循環用のタンクとして用いるために給排液用ノズルが2本設置されており、チュービングポンプによって反応管へ送液された原料流体が、再度ガラス製容器に戻ってくる循環流を形成する。原料には270mlの食用菜種油と200mlの試薬特級メタノールを用い、これらの混合流体が反応系内を100ml/minで循環した。このとき、液空間速度は50h−1である。60℃の反応温度を2時間保持した後に生成物を採取し、ガスクロマトグラフ分析によってバイオディーゼル燃料の生成率を求めた。 In a biodiesel fuel production reaction test simulating an actual machine, an apparatus in which the above stainless steel reaction tube, a glass container having an internal volume of 500 ml, and a tubing pump were connected by a fluororubber tube having an inner diameter of 6.1 mm was used. The glass container is equipped with two supply and drainage nozzles for use as a raw material circulation tank, and the raw material fluid sent to the reaction tube by the tubing pump returns to the glass container again. Form. 270 ml of edible rapeseed oil and 200 ml of reagent grade methanol were used as raw materials, and these mixed fluids were circulated in the reaction system at 100 ml / min. At this time, the liquid space velocity is 50h- 1 . The product was collected after maintaining the reaction temperature of 60 ° C. for 2 hours, and the production rate of biodiesel fuel was determined by gas chromatographic analysis.

結果は、以下の表1に示すように、バイオディーゼル燃料の生成率(反応率)だけでなく、操作性と併せて評価した。
実験に供した触媒のうちC-1が最も反応率が低く、反応時間を延長するとチュービングポンプによる送液が不可能になった。実験後、反応管を開放すると触媒の破砕状粒子が強固に凝集しており、反応管外への抜き出しが困難であった。C-2については、実験開始当初から送液が不能であった。流量を10分の1に低減すると送液可能となったが反応時間が2時間に達する前に再び送液が不能になった。実験後、反応管を開放すると触媒C-1のときと同様の強固な触媒粒子の凝集が認められた。これは、原料流体の循環流量が小さすぎたため、触媒と副生グリセリンの反応とその生成物の析出が促進されたことによる。C-3を使用したときは順調に送液できたが、反応率が若干低く、反応完結に3時間以上を要した。その後、繰り返し実験を試みたが当初から送液できなかった。反応管内の触媒粒子はC-1、C-2ほどではないが凝集が認められ、反応管へ収容する前の混合が不十分であったと示唆された。C-4では操作性、反応率に全く問題なく、2時間で反応が完結する高効率な操作を繰り返すことができた。粒子表面が酸化カルシウムのままであるC-5を用いると、反応時間が2時間に達する前に送液できなくなり、生成物に多量の白色粉末が混入していた。表に示す反応率は、送液不能となった時点のものである(約1.5時間)。また、反応管を開放すると触媒の凝集だけでなく、出口フィルターの目詰まりも明らかであった。
As shown in Table 1 below, the results were evaluated not only with biodiesel fuel production rate (reaction rate) but also with operability.
Among the catalysts used in the experiment, C-1 had the lowest reaction rate, and when the reaction time was extended, liquid feeding with a tubing pump became impossible. After the experiment, when the reaction tube was opened, the crushed particles of the catalyst were strongly agglomerated, and it was difficult to extract out of the reaction tube. As for C-2, liquid feeding was impossible from the beginning of the experiment. When the flow rate was reduced to 1/10, liquid feeding became possible, but before the reaction time reached 2 hours, liquid feeding again became impossible. After the experiment, when the reaction tube was opened, the same strong aggregation of catalyst particles as in the case of catalyst C-1 was observed. This is because the circulation flow rate of the raw material fluid was too small and the reaction between the catalyst and the by-product glycerin and the precipitation of the product were promoted. When C-3 was used, the liquid could be delivered smoothly, but the reaction rate was slightly low, and it took 3 hours or more to complete the reaction. After that, repeated experiments were attempted, but no liquid could be delivered from the beginning. Although the catalyst particles in the reaction tube were not as large as C-1 and C-2, agglomeration was observed, suggesting that mixing was insufficient before storing in the reaction tube. In C-4, there was no problem in operability and reaction rate, and it was possible to repeat a highly efficient operation in which the reaction was completed in 2 hours. When C-5 whose particle surface remained calcium oxide was used, the liquid could not be fed before the reaction time reached 2 hours, and a large amount of white powder was mixed in the product. The reaction rates shown in the table are those at the time when liquid feeding becomes impossible (about 1.5 hours). Moreover, when the reaction tube was opened, not only the catalyst aggregation but also the outlet filter was clogged.

以上のことから、焼成した破砕状石灰石の表面近傍をカルシウムジグリセロキシドで化学的に覆い、大小2種類の分散媒体と混合して使用すれば、容易な操作でバイオディーゼル燃料を高効率に製造できることがわかる。また、破砕状石灰石の表面をカルシウムジグリセロキシドで変性することは、反応装置の操作上の問題を解消することにも効果的であることがわかった。   From the above, if the vicinity of the surface of the calcined crushed limestone is chemically covered with calcium diglyceroxide and mixed with two kinds of large and small dispersion media, biodiesel fuel can be produced with high efficiency by easy operation. I understand that I can do it. It was also found that modifying the surface of the crushed limestone with calcium diglyceroxide is also effective in solving the operational problems of the reactor.

4.触媒粒子径の影響
<触媒D-1>粒子径1〜2mmの破砕状石灰石20mlに対して高純度ヘリウムガスを流通させながら900℃で2時間焼成した後、直ちにグリセリンのイソプロパノール溶液100ml(グリセリン濃度10容量%)中に浸漬・攪拌し、加熱によって50℃の温度を20分間保持した。その後、粒子径3mmと0.5mmの椰子殻活性炭を各々50mlずつ混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
<触媒D-2>粒子径2〜3mmの破砕状石灰石20mlに対してD-1と同様の操作で固体触媒を得た。その後、粒子径3mmと0.5mmの椰子殻活性炭を各々50mlずつ混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
図3はバイオディーゼル燃料生成反応試験の結果を示しており、粒子径の大きい触媒は反応効率の低下をもたらすことがわかる。なお、この程度の低下であれば、触媒使用量を増量しても反応容器の容量は莫大とはならず、実用に耐えうるとものと考えられる。
4). Effect of catalyst particle size <Catalyst D-1> After calcination at 900 ° C. for 2 hours while circulating high-purity helium gas over 20 ml of crushed limestone having a particle size of 1 to 2 mm, immediately 100 ml of glycerol in isopropanol (glycerol concentration) 10 volume%) was immersed and stirred, and the temperature of 50 ° C. was maintained for 20 minutes by heating. Thereafter, 50 ml each of coconut shell activated carbon having a particle diameter of 3 mm and 0.5 mm was mixed and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.
<Catalyst D-2> A solid catalyst was obtained in the same manner as D-1 with respect to 20 ml of crushed limestone having a particle diameter of 2 to 3 mm. Thereafter, 50 ml each of coconut shell activated carbon having a particle diameter of 3 mm and 0.5 mm was mixed and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.
FIG. 3 shows the results of a biodiesel fuel production reaction test, and it can be seen that a catalyst having a large particle size causes a reduction in reaction efficiency. If the amount is reduced to this extent, it is considered that the capacity of the reaction vessel does not become enormous even if the amount of the catalyst used is increased, and it can withstand practical use.

5.反応操作条件の影響
粒子径1〜2mmの破砕状石灰石20mlに対して高純度ヘリウムガスを流通させながら900℃で2時間焼成した後、直ちにグリセリンのイソプロパノール溶液100ml(グリセリン濃度10容量%)中に浸漬・攪拌し、加熱によって50℃の温度を20分間保持した。その後、粒子径3mmと0.5mmの椰子殻活性炭を各々50mlずつ混合し、ステンレス鋼製反応管へ収容した。この反応管を用いて、実機を模したバイオディーゼル燃料生成反応試験を行った。
<操作条件1>食用菜種油270mlと試薬特級メタノール200mlを混合し、循環流量を100ml/minとした。
<操作条件2>食用菜種油320mlと試薬特級メタノール160mlを混合し、循環流量を100ml/minとした。
<操作条件3>食用菜種油270mlと試薬特級メタノール200mlを混合し、循環流量を50ml/minとした。
上記の実験の結果を図4に示す。LHSVは、液空間速度を示す。
5. Influence of reaction operation conditions After calcination at 900 ° C. for 2 hours while circulating high-purity helium gas to 20 ml of crushed limestone having a particle size of 1 to 2 mm, immediately into 100 ml of glycerin isopropanol solution (glycerin concentration 10% by volume). It was immersed and stirred, and the temperature of 50 ° C. was maintained for 20 minutes by heating. Thereafter, 50 ml each of coconut shell activated carbon having a particle diameter of 3 mm and 0.5 mm was mixed and accommodated in a stainless steel reaction tube. Using this reaction tube, a biodiesel fuel generation reaction test simulating an actual machine was conducted.
<Operating condition 1> 270 ml of edible rapeseed oil and 200 ml of reagent grade methanol were mixed, and the circulation flow rate was 100 ml / min.
<Operating condition 2> 320 ml of edible rapeseed oil and 160 ml of reagent grade methanol were mixed, and the circulation flow rate was 100 ml / min.
<Operating condition 3> 270 ml of edible rapeseed oil and 200 ml of reagent grade methanol were mixed, and the circulation flow rate was 50 ml / min.
The results of the above experiment are shown in FIG. LHSV indicates liquid space velocity.

図4に示す実験結果から、操作条件1では反応効率、操作性ともに問題はなかったが、操作条件2については反応効率が低く、繰り返し実験を試みた際に当初から送液不能となった。反応管を開放したところ、若干の触媒凝集が認められた。抜き出した触媒と分散媒体を再度混合・収容すると実験を繰り返すことができたが、反応効率は徐々に低下した。操作条件3でも高効率の反応操作を繰り返すことができたが、繰り返し回数が10回を越えると反応効率が徐々に低下し、17回目の実験では反応の完結に当初の2倍の時間を要した。
以上のことから、メタノール添加量や循環流量を増やすことによって、高効率の反応操作を長期間繰り返し実施できることがわかる。
From the experimental results shown in FIG. 4, there was no problem in reaction efficiency and operability under the operating condition 1, but the reaction efficiency was low in the operating condition 2, and when the experiment was repeated, liquid feeding became impossible from the beginning. When the reaction tube was opened, some catalyst agglomeration was observed. When the extracted catalyst and the dispersion medium were mixed and accommodated again, the experiment could be repeated, but the reaction efficiency gradually decreased. Although the highly efficient reaction operation could be repeated even under the operating condition 3, the reaction efficiency gradually decreased when the number of repetitions exceeded 10, and the 17th experiment required twice the initial time to complete the reaction. did.
From the above, it can be seen that highly efficient reaction operation can be repeatedly performed for a long period of time by increasing the amount of methanol added and the circulation flow rate.

本発明を実施するのに適した、実機を模したバイオディーゼル燃料製造用装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the biodiesel fuel manufacturing apparatus imitating the actual machine suitable for implementing this invention. 実施例に記載される5種類の触媒(触媒A−1〜A−5)を用いた実験から得られた、触媒化学組成が大気接触耐性に及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which the catalyst chemical composition obtained from the experiment using five types of catalysts (catalyst A-1 to A-5) described in an Example exerts on atmospheric contact tolerance. 実施例に記載される触媒D−1、D−2の触媒を用いた実験から得られた、触媒粒子径が反応効率に及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which the catalyst particle diameter obtained from the experiment using the catalyst of the catalyst D-1 and D-2 described in an Example has on reaction efficiency. 実施例に記載される操作条件1〜3が反応効率に及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which the operating conditions 1-3 described in an Example exert on reaction efficiency.

Claims (7)

バイオディーゼル燃料を製造する際に使用される固体触媒であって、当該触媒が、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されていることを特徴とするバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒。 A solid catalyst used in the production of biodiesel fuel, the catalyst having a particle size that passes through a mesh fabric with an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric with an opening of 1.0 mm A solid base catalyst for producing biodiesel fuel, characterized in that it is made of calcium, and the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide. バイオディーゼル燃料を製造するのに有用な固体塩基触媒を製造するための方法であって、当該製法が、
目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した破砕状石灰石を選別する工程と、
前記工程で得られた破砕状石灰石を焼成した後、得られた焼成物を直ちにグリセリンのCまたはCアルコール溶液中に20〜60℃の温度で10〜60分浸漬することによって、当該焼成物の表面をカルシウムジグリセロキシドに変性させる工程
とを含むことを特徴とするバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒の製造方法。
A method for producing a solid base catalyst useful for producing biodiesel fuel, the method comprising:
Screening the crushed limestone having a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric having an opening of 1.0 mm;
After calcining the crushed limestone obtained in the above step, the obtained calcined product is immediately immersed in a glycerin C 2 or C 3 alcohol solution at a temperature of 20 to 60 ° C. for 10 to 60 minutes. And a step of modifying the surface of the product with calcium diglyceroxide.
バイオディーゼル燃料を製造するための装置であって、当該装置が、
原料液を貯蔵・供給するための原料液供給タンクと、
バイオディーゼル燃料を製造するための固体塩基触媒が内部に収容された反応管と、
前記原料液を前記原料液供給タンクから前記反応管へ供給し、かつ、当該反応管を通過した後の反応液を前記原料液供給タンクに循環させるための送液ポンプ
とを具備し、
前記反応管の一端側には原料液供給部が設けられ、他端側には製品取出部が設けられており、当該反応管の内部に収容された前記固体塩基触媒が、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されているものであることを特徴とするバイオディーゼル燃料製造用装置。
An apparatus for producing biodiesel fuel, the apparatus comprising:
A raw material liquid supply tank for storing and supplying the raw material liquid;
A reaction tube containing a solid base catalyst for producing biodiesel fuel,
A feed pump for supplying the raw material liquid from the raw material liquid supply tank to the reaction tube and circulating the reaction liquid after passing through the reaction tube to the raw material liquid supply tank;
A raw material liquid supply unit is provided at one end of the reaction tube, and a product take-out unit is provided at the other end. The solid base catalyst accommodated in the reaction tube has an opening of 1.0 mm. It consists of calcium oxide having a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through the mesh fabric, and the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide. A device for producing biodiesel fuel.
前記のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒が、粒子径が異なる少なくとも2種類の分散媒体と混合された状態で前記反応管内に収容されていることを特徴とする請求項3に記載のバイオディーゼル燃料製造用装置。 The biodiesel fuel according to claim 3, wherein the solid base catalyst for producing the biodiesel fuel is contained in the reaction tube in a state of being mixed with at least two kinds of dispersion media having different particle diameters. Manufacturing equipment. 前記のバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒10容量部に対して、当該固体塩基触媒の最大粒子径の1〜4倍の大きさを有した分散媒体が10〜50容量部、当該固体塩基触媒の最小粒子径の1〜0.25倍の大きさを有した分散媒体が10〜50容量部混合されていることを特徴とする請求項4に記載のバイオディーゼル燃料製造用装置。 10 to 50 parts by volume of a dispersion medium having a size of 1 to 4 times the maximum particle diameter of the solid base catalyst with respect to 10 parts by volume of the solid base catalyst for biodiesel fuel production, The biodiesel fuel production apparatus according to claim 4, wherein 10 to 50 parts by volume of a dispersion medium having a size of 1 to 0.25 times the minimum particle diameter is mixed. バイオディーゼル燃料を製造するための方法であって、当該製造方法においては、一端側に原料液供給部を有し、他端側に製品液取出部を有する反応管の内部に、目開き1.0mmのメッシュ織物を通過せずに、目開き10mmのメッシュ織物を通過する粒子サイズを有した酸化カルシウムから成り、当該酸化カルシウムの表面が、カルシウムジグリセロキシドに変性されたバイオディーゼル燃料製造用固体塩基触媒と、粒子径が異なる少なくとも2種類の分散媒体とが混合された状態で収容されたものを準備し、原料植物油100容量部に対してメタノールを70〜150容量部添加して得られた混合液を前記反応管に供給することを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造方法。 A method for producing biodiesel fuel, wherein in the production method, an opening 1 is provided inside a reaction tube having a raw material liquid supply part at one end and a product liquid take-out part at the other end. Solid for producing biodiesel fuel composed of calcium oxide having a particle size that passes through a mesh fabric having an opening of 10 mm without passing through a 0 mm mesh fabric, and the surface of the calcium oxide is modified with calcium diglyceroxide Obtained by mixing a base catalyst and at least two types of dispersion media having different particle sizes in a mixed state, and adding 70 to 150 parts by volume of methanol to 100 parts by volume of the raw vegetable oil A method for producing biodiesel fuel, characterized in that a mixed liquid is supplied to the reaction tube. 前記の混合液を、前記反応管に対する液空間速度が40〜160h−1となる流量にて供給することを特徴とする請求項6に記載のバイオディーゼル燃料の製造方法。 The method for producing biodiesel fuel according to claim 6, wherein the mixed liquid is supplied at a flow rate at which a liquid space velocity with respect to the reaction tube is 40 to 160 h −1 .
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