JP2010240609A - 油分抽出方法、油性材料の製造方法及び脱油システム - Google Patents

Abstract

【課題】油分に加え多量の水分を含んだ対象材料からの油分の抽出を、効率的に行うことができ、且つ処理物の汚染も少ない、油分の抽出方法及び油性材料の製造方法並びにそのような方法のためのシステムを提供する。
【解決手段】水分及び油分を含有する対象材料からの油分抽出方法であって、（Ａ）前記対象材料と液体状態のジメチルエーテルとを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る工程、及び（Ｂ）前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、それにより前記混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離する工程を含み、前記工程（Ａ）において、前記対象材料と前記液体状態のジメチルエーテルとの接触の操作の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うことを特徴とする油分抽出方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油分抽出方法及び油性材料の製造方法に関し、特に、油分に加え多量の水分を含んだ対象材料からの油分抽出方法及びそのような対象材料を原料とした油性材料の製造方法に関する。

従来、油分を含有する材料から油分を除去し油分の含有割合を低減した製品を得ることを目的として、または油分を含有する材料から油分を取り出して得た油分を油性材料として利用することを目的として、油分を含有する対象材料から、抽出溶媒を用いて油分を抽出することが行われている。

そのような抽出を行うに際し、対象材料が、油分に加えて水分を多量に含む場合、油分の抽出が非常に困難である。さらに、抽出溶媒としてアセトンやイソプロパノールといった物質を用いると、これらの物質が処理された材料に残留し、抽出により除かれた物質とは別の汚染をもたらすという問題も生じる。

例えば、重油、ベンゼン、シアン化合物などの有害な油分を含み且つ水分を多量に含む土壌を抽出により処理して無害化する場合、土壌中の水分が抽出の妨げになるという問題がある。また、土壌に抽出溶媒が残留すればこれによる土壌汚染が発生することになる。

また例えば、イカダモ等の藻類は、多くの油分を生産する能力があり、且つ水中で栽培することができ農地を必要としないことから、このような藻類から油分を抽出しバイオ燃料として用いることが提案されている。しかしながら、栽培した藻類は、水中から取り出した状態において多量の水分を含んでおり、遠心分離や機械圧搾などの処理をしてもなお５０質量％以上といった多量の水分を含んでいる。このような多量に水分を含んだ藻類から油分を抽出しようとすると、多量のエネルギーが必要となり、燃料製造の実用に耐えない。また、脱油された藻類に有害な抽出溶媒が残留すると、かかる脱油された藻類は有害な廃棄物として処理しなければならず、処理のための負荷が高まる。

ところで本発明者らは、水分を含有する材料の脱水方法として、ジメチルエーテルを水分抽出溶媒として用い、これを特定の方式で循環させることにより、低エネルギーで脱水を行うことを提案している（特許文献１）。この脱水方法を応用して、油分に加えて水分を多量に含む対象材料から、油分と水分とを抽出しようとすると、油分の抽出には多量のエネルギーを要してしまう。

国際公開第２００３／１０１５７９号

本発明の課題は、油分に加え多量の水分を含んだ対象材料からの油分の抽出を、効率的に行うことができ、且つ処理物の汚染も少ない、油分の抽出方法及び油性材料の製造方法並びにそのような方法のためのシステムを提供することにある。

本発明によれば、下記（１）〜（１２）が提供される。
（１) 水分及び油分を含有する対象材料からの油分抽出方法であって、
（Ａ）前記対象材料と液体状態のジメチルエーテルとを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る工程、及び
（Ｂ）前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、それにより前記混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離する工程
を含み、
前記工程（Ａ）において、前記対象材料と前記液体状態のジメチルエーテルとの接触の操作の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うことを特徴とする油分抽出方法。
（２) （Ｃ）前記工程（Ｂ）で分離されたジメチルエーテルを液化させ、再び工程（Ａ）へ送る工程
をさらに含み、
前記工程（Ｂ）において、ジメチルエーテルの気化により外界に行われる仕事を回収し、この仕事を前記工程（Ｃ）の動力の全部又は一部として前記工程（Ｃ）に投入することをさらに含む、（１）に記載の方法。
（３) 前記工程（Ｂ）に供給される前記混合物（ｉ）が、前記対象材料における油分含有量より高い濃度の油分を含有する、（１）又は（２）に記載の方法。
（４) 前記工程（Ａ）に供される前記対象材料が、水分を５０質量％以上含む、（１）〜（３）のいずれか１項に記載の方法。
（５) 前記工程（Ａ）において、液体状態のジメチルエーテルが、飽和量の水分が溶存した状態で供給される、（１）〜（４）のいずれか１項に記載の方法。
（６) 油性材料の製造方法であって、
（Ａ）水分及び前記油性材料としての油分を含む対象材料と液体状態のジメチルエーテルとを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る工程、及び
（Ｂ）前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、それにより前記混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離する工程
を含み、
前記工程（Ａ）において、前記対象材料と前記液体状態のジメチルエーテルとの接触の操作の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うことを特徴とする製造方法。
（７) （Ｃ）前記工程（Ｂ）で分離されたジメチルエーテルを液化させ、再び工程（Ａ）へ送る工程
をさらに含み、
前記工程（Ｂ）において、ジメチルエーテルの気化により外界に行われる仕事を回収し、この仕事を前記工程（Ｃ）の動力の全部又は一部として前記工程（Ｃ）に投入することをさらに含む、（６）に記載の方法。
（８) 前記工程（Ａ）に供される前記対象材料が、光合成により二酸化炭素を固定する能力を有する水生植物またはその加工物を含む、（６）又は（７）に記載の方法。
（９) 前記水生植物が、油分を産生しうる藻類である、（８）に記載の方法。
（１０) 水分及び油分を含む対象材料から油分を抽出するための脱油システムであって、
ジメチルエーテルと、
気体状態のジメチルエーテルを液化し液体状態にする液化器と、
液体状態のジメチルエーテルと前記対象物質とを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る脱油器であって、前記接触の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うよう構成された脱油器と、
前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させる蒸発器と、
前記混合物（ｉ）から気体状態のジメチルエーテルを分離する分離器と、
気体状態のジメチルエーテルを膨張させる膨張機と
を含むことを特徴とする脱油システム。
（１１) 前記液化器が、気体状態のジメチルエーテルを加圧する圧縮機と、加圧された気体状態のジメチルエーテルを凝縮し液体状態にする凝縮器とを含み、
前記圧縮機、前記凝縮器、前記脱油器、前記蒸発器、前記分離機及び前記膨張機がこの順に直列に連結され、前記膨張機が前記圧縮機に連結されて回路が形成され、前記回路をジメチルエーテルが循環し、且つ、
前記凝縮器と前記蒸発器が熱交換器で接続され、前記膨張機において外界に行う仕事が回収され、前記仕事が前記圧縮機の動力の全部又は一部として投入されるよう構成される、（１０）に記載の脱油システム。
（１２) 前記脱油器から前記蒸発器に供給される混合物（ｉ）における水分に対する油分の質量比が所定以上となるよう制御する制御装置をさらに含む、（１０）又は（１１）に記載のシステム。

本発明の油分抽出方法及び本発明の油性材料の製造方法並びに本発明のシステムによれば、対象材料と液体状態のジメチルエーテルとの接触を特定の態様で行い、その後ジメチルエーテルを気化、液化させる工程を含むことにより、対象材料が、油分に加え多量の水分を含んだ材料であっても、それからの油分の抽出を、低エネルギーで効率的に行うことができる。さらに、脱油された対象材料を、汚染の少ない処理物として容易に得ることができる。

図１は、本発明の方法を実施する本発明の脱油システムの一例を概略的に示す構成図である。

（対象材料）
本発明の油分抽出方法は、水分及び油分を含有する対象材料から、油分を抽出する方法である。

本発明の方法を適用する対象材料は、水分及び油分を含有する任意の材料としうる。対象材料に含まれる油分は、対象材料中に含まれることが不所望であり対象材料から除くことが求められる物質であってもよく、対象物質から取り出し油性材料として製品とすることが求められる物質であってもよい。
前者の例としては、重油、ベンゼン、シアン化合物などの有害な油分を含み且つ水分を多量に含む土壌を対象材料とし、有害な油分を本発明の方法により除去し、脱油された土壌を得る適用例を挙げることができる。
後者の例としては、多くの水分及び油分を含有する生物を含む混合物を対象材料とし、これから油分を取り出し、バイオ燃料などの産業上有用な油性材料を製造する適用例を挙げることができる。

前記生物の具体例としては、イカダモ等の油分を産生しうる藻類、ヒマワリ、ゴマ等の種子、並びにサトウキビ、トウモロコシ等を挙げることができる。また、前記生物を含む混合物としては、これらの生物及びその培養に必要な各種の物質を含む混合物を挙げることができる。例えば、前記生物として藻類等の海中で培養できる生物を用いる場合、かかる生物及び海水の混合物を、本発明の方法に供することができる。このような混合物は、必要に応じて、細胞の破砕、脱水（機械圧搾、遠心分離等）などの加工をした後、かかる加工物を対象材料としてもよい。

前記対象材料中の水分の含有割合は、少ないほうが、エネルギー効率の観点からは好ましいが、本発明においては、対象材料中の水分含有割合（工程（Ａ）に供する直前の段階における、対象材料全量に対する水分の割合）は５０質量％以上、さらには７０質量％以上であってもよい。このように多量の水分を含む対象材料であっても、本発明の方法では、効率的に油分を抽出することができる。従って、本発明の方法に供する前の予備的な脱水処理を簡略にした対象材料、あるいは行わなかった対象材料からであっても、効率的な抽出を行うことができる。

本発明において、対象材料が含有する油分とは、水分以外の物質であり、且つ液体状態のジメチルエーテルに、水の飽和溶解度以上の濃度で溶解しうる物質である。好ましくは油分のジメチルエーテルへの溶解度は、水分のジメチルエーテルへの溶解度の１０倍以上であり、より好ましくは、油分はジメチルエーテルと任意の割合で相溶する。多くの油性の物質は、液体状態のジメチルエーテルと任意の割合で相溶するので、これらはいずれも、本発明の方法に適用しうる。
油分のより具体的な例としては、重油、ベンゼン、シアン化合物等の有害な油分で汚染された土壌中のかかる油分、バイオ燃料として利用しうる油分を含有する生物中のかかる油分等を挙げることができる。

（工程（Ａ））
本発明の油分抽出方法は、前記対象材料と、液体状態のジメチルエーテルとを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る工程（工程（Ａ））を含む。

工程（Ａ）に用いるジメチルエーテルの製造方法及び製造装置の例は、例えば特開平１１−１３０７１４号、特開平１０−１９５００９号、特開平１０−１９５００８号、特開平１０−１８２５３５号から特開平１０−１８２５２７号、特開平０９−３０９８５２号から特開平０９−３０９８５０号、特開平０９−２８６７５４号、特開平０９−１７３８６３号、特開平０９−１７３８４８号、特開平０９−１７３８４５号などに開示されている。

工程（Ａ）においては、前記対象材料と前記液体状態のジメチルエーテルとの接触の操作の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行う。液体状態のジメチルエーテルは、８質量％（ジメチルエーテル１００質量部に対して８質量部）程度の水分を溶解させることができるので、かかる飽和量の水分が溶存したジメチルエーテルを操作の工程の少なくとも一部において用いることにより、当該操作条件を達成することができる。

具体的には、下記（ａ）又は（ｂ）により、前記操作条件を達成することができる。
（ａ）工程（Ａ）に供給する液体状態のジメチルエーテルに、予め飽和量の水分を含有させておく。
（ｂ）工程（Ａ）に供給する液体状態のジメチルエーテルとして、水分含有量が飽和量未満のものを供給し、対象材料とジメチルエーテルとの接触により対象材料から水分が移行し飽和濃度の水分が溶存した状態として、その後さらに接触を継続する。

実施の容易さからは、上記（ａ）及び（ｂ）のうち（ｂ）のほうが通常好ましいが、対象材料から油分のみを除去し水分を除去しないことが望ましい用途に本発明の方法を適用する場合は、（ａ）のほうが好ましい。そのような用途としては、低脂肪食品加工等の用途を挙げることができる。

工程（Ａ）における接触の態様は、特に限定されず、ジメチルエーテルを含む抽出媒体と対象材料とを混合し撹拌する態様、対象材料を抽出媒体に浸漬する態様、抽出媒体を循環させその流れを固体の対象材料に通す態様等の、通常の抽出方法で採られる任意の態様とすることができ、対象材料の性状に応じて適宜選択することができる。

工程（Ａ）においては、対象材料とジメチルエーテルとを接触させる混合系には、これら以外の他の物質が混在していてもよい。例えば、補助的な抽出溶媒が混在してもよい。そのような物質としては、ジメチルエーテル同様、２５℃、１気圧で気体である物質であることが好ましい。また、毒性が低い、油分を溶解しやすい、容易に入手しうる等の特性の１以上を備える物質であることが好ましい。具体的には、エチルメチルエーテル、ホルムアルデヒド、ケテン、アセトアルデヒド、ブタン及びプロパン等の物質を例示することができる。これらの中でも特に、入手の容易さ（安価さ）、毒性の低さ、取り扱いにおける危険の少なさにおいて有利であるブタン及びプロパンを好ましく用いることができる。

工程（Ａ）において接触が完遂した後に、ジメチルエーテルと油分との混合物（ｉ）と、脱油された対象材料（ｉｉ）とを任意の方法で分離し、混合物（ｉ）を次の工程（Ｂ）に供することができる。ここで、工程（Ｂ）に供される混合物（ｉ）は、その油分含有量が、工程（Ａ）に供される前の前記対象材料における油分含有量より高い濃度の油分を含有するものとすることができる。混合物（ｉ）は、含有する水分１質量部に対して１質量部以上、より好ましくは１０質量部以上の油分を含有することが、本発明の方法全体のエネルギー効率を高める観点から好ましい。

このような高い油分含有割合を有する混合物（ｉ）は、上に述べた接触の操作を、油分の含有割合が十分高くなるまで継続することにより得ることができる。また、工程（Ａ）を行う容器から取り出した混合物（ｉ）中の油分の含有割合が不十分であった場合にかかる混合物（ｉ）を再び容器に戻し、油分の含有割合が十分高まった場合に工程（Ｂ）に混合物（ｉ）を送出することによっても得ることができる。

理想的には、混合物（ｉ）は、対象材料中の水分、油分及び残余の成分のうち、油分を多く含み、一方残余の成分は含まないことが好ましいが、残余の成分の一部が含まれていてもよく、この場合残余の成分は、後の工程で分離することができる。

一方、混合物（ｉ）から分離された、脱油された対象材料（ｉｉ）は、対象材料中の水分、油分及び残余の成分のうち、水分の全部又は一部と、残余の成分の全部を含み、油分は含まないことが好ましいが、用途によっては対象材料中に存在していた油分の一部、ならびにジメチルエーテル及び共存する場合はその他の任意の抽出溶媒をさらに含んでいてもよい。この場合、残留したジメチルエーテルは、必要に応じて任意の方法により揮発させ除去することができる。このようにして得られた、脱油された対象材料（ｉｉ）は、用途に応じ、生成物若しくは油性材料製造の副生物として得るか、または廃棄物として適宜廃棄することができる。ジメチルエーテルは常温常圧で気体であることから分離が容易であり、しかも毒性が低いので、本発明の方法では、脱油された対象材料を、汚染の少ない処理物として容易に得ることができる。

（工程（Ｂ））
本発明の油分抽出方法は、前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、それにより前記混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離する工程（工程（Ｂ））を含む。
工程（Ｂ）は、混合物（ｉ）を加熱したり、減圧することにより混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、さらに分離器で気液を分離することにより行うことができる。一段の気液分離では、液相にジメチルエーテルが残留し得るが、かかる残留割合は、さらなる気液分離を行うことで低減させることができる。

工程（Ｂ）において、混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離した残りの混合物（水分及び油分を含む。以下、「混合物（ｉｉｉ）」という。）は、必要に応じてさらに処理することができる。例えば、対象材料から有害な油分を除去することを目的として本発明の方法を実施する場合、単に廃棄することができる。また例えば、対象材料から油分を取り出し有用な油性材料とすることを目的として本発明の方法を実施する場合、得られた混合物（ｉｉｉ）から水分及びその他の不純物を必要に応じて除去し、油性材料を精製することができる。

もし油分の揮発性が高い場合は、工程（Ｂ）において、ジメチルエーテルの分離に際し同時に水分と油分とをも分離し三者それぞれの分離物を得るよう分留操作を行うことも可能である。しかしながら、混合物（ｉ）からのジメチルエーテルの分離に比べ、水分と油分との分離は容易でない場合が多いので、通常は、混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離し混合物（ｉｉｉ）を一旦得た後、これをさらに必要に応じて分離することが、より実施しやすい態様となる。かかる混合物（ｉｉｉ）の更なる分離は、分留等の既知の方法により行うことができる。本発明の方法では、水分含有割合が低い混合物（ｉｉｉ）を得ることができるので、低エネルギーで、かかる分離を行うことができる。

（工程（Ｃ））
本発明の油分抽出方法は、好ましくは、前記工程（Ｂ）で分離されたジメチルエーテルを液化させ、再び工程（Ａ）へ送る工程（工程（Ｃ））を含む。

ジメチルエーテルの液化は、圧縮、冷却、又はこれらの組み合わせなどの任意の方法により行うことができる。

特に、工程（Ｂ）において、ジメチルエーテルの気化により外界に行われる仕事を回収し、この仕事を工程（Ｃ）の動力の全部又は一部として工程（Ｃ）に投入することが好ましい。例えば、工程（Ｂ）における気体の膨張及びその他の仕事を、工程（Ｃ）の圧縮器に伝達し、圧縮の動力の全部又は一部として利用することが好ましい。

さらに、工程（Ｃ）において、気体状態のジメチルエーテルを圧縮器により圧縮した後凝縮器により凝縮し、凝縮による熱エネルギーを工程（Ｂ）における蒸発に用いるよう熱交換を行うことにより、さらに効率的に本発明の方法を実施することができる。

液化により得られたジメチルエーテルを工程（Ａ）に送ることにより、ジメチルエーテルを循環させ、効率的に油分抽出を行うことができる。

（脱油システム）
本発明の脱油システムは、水分及び油分を含む対象材料から油分を抽出するための脱油システムであって、ジメチルエーテルと、気体状態のジメチルエーテルを液化し液体状態にする液化器と、液体状態のジメチルエーテルと前記対象物質とを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る脱油器であって、前記接触の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うよう構成された脱油器と、前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させる蒸発器と、前記混合物（ｉ）から気体状態のジメチルエーテルを分離する分離器と、気体状態のジメチルエーテルを膨張させる膨張機とを含む。

本発明の脱油システムにおいては、好ましくは、前記液化器が気体状態のジメチルエーテルを加圧する圧縮機と、加圧された気体状態のジメチルエーテルを凝縮し液体状態にする凝縮器とを含み、前記圧縮機、前記凝縮器、前記脱油器、前記蒸発器、前記分離機及び前記膨張機がこの順に直列に連結され、前記膨張機が前記圧縮機に連結されて回路が形成され、前記回路をジメチルエーテルが循環する。これらの構成要素（圧縮機、凝縮器、脱油器、蒸発器、分離機、膨張機）は、導管により直接連結されていてもよく、これらの間に介在する導管以外の任意の構成要素を含んでいてもよい。たとえば、各構成要素に導入する流体の温度及び圧力を調整するための任意の熱交換機、弁、圧縮機等をさらに備えることができる。

本発明の脱油システムの好ましい態様においては、前記凝縮器と前記蒸発器が熱交換器で接続され、前記膨張機において外界に行う仕事が回収され、前記仕事が前記圧縮機の動力の全部又は一部として投入されるよう構成される。かかる構成を有することにより、上に述べた本発明の油分抽出方法及び油性材料の製造方法を、効率的に実施することができる。

本発明の脱油システムは、好ましくは、前記脱油器から前記蒸発器に供給される混合物（ｉ）における水分に対する油分の質量比が所定以上となるよう制御する制御装置をさらに含む。かかる制御装置の具体例としては、脱油器の、混合物（ｉ）の排出口に連結され、脱油器内の混合物（ｉ）中の油分量が所定量以上となるまでは混合物（ｉ）の排出を抑制したり、または排出する混合物（ｉ）を脱油器に戻してさらに接触させる装置を挙げることができる。

（具体例）
以下において、本発明の油分抽出方法を実践するのに適した、本発明の脱油システム及びそれを用いた脱油方法の具体例を、図面を参照して示す。図面は、本発明が理解できる程度に、構成要素の形状、大きさおよび配置が概略的に示すものに過ぎない。本発明は以下の説明によって限定されるものではなく、各構成要素は特許請求の範囲及びその均等の範囲において適宜変更可能である。

図１は、かかる脱油システムの一例を概略的に示す構成図である。図１においては、ジメチルエーテル、水分、油分、及び対象材料の残余の成分（対象材料の成分のうち、水分及び油分以外の成分）の流れを、それぞれ、実線、二重線、一点破線及び破線の矢印で示している。

図１に示すシステム１００においては、気体状態のジメチルエーテルを加圧する圧縮機としての第１の圧縮機１１１及び第２の圧縮機１１２、加圧された気体状態のジメチルエーテルを凝縮し液体状態にする凝縮器１２１と、脱油器１３１と、前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させる蒸発器１２４と、前記混合物（ｉ）から気体状態のジメチルエーテルを分離する分離器１６１と、気体状態のジメチルエーテルを膨張させる膨張機１７１とが、導管及びその他の任意の構成要素を介して直列に連結され、前記膨張機１７１が前記第１の圧縮機１１１に連結されて回路が形成されている。

本システムの操作において、回路内の気体状態のジメチルエーテルは、第１の圧縮機１１１及び第２の圧縮機１１２、並びに凝縮器１２１により、液体状態のジメチルエーテルとされ、脱油器１３１に供給される。本例では圧縮機を２段とし、第１の圧縮機１１１は膨張機１７１を連結して膨張機１７１で行われた仕事を回収し第１の圧縮機１１１の動力とし使用している。１１３は電動機であり、外部からの仕事の投入は第２の圧縮機１１２に対してのみ行われる。

凝縮器１２１と脱油器１３１との間には、必要に応じて、ジメチルエーテルに水分を添加し予め飽和量の水分を溶存させる装置（不図示）を設けてもよい。

脱油器１３１にはまた、導管Ｃ１を経由して、水分、油分及び残余の成分を含む対象材料を導入する。脱油器１３１内においては、対象材料と液体状態のジメチルエーテルとが接触し、これにより、対象材料中の水分及び油分がジメチルエーテル中に移行し、対象材料の脱油が達成される。脱油に際してジメチルエーテルの一部が気化した場合は、ジメチルエーテル蒸気を導管Ｃ３を経由して脱油器１３１から排出し、必要に応じて回路の任意の場所に戻し再利用することができる。
脱油器１３１内の温度及び圧力等の条件は、ジメチルエーテルが液体状態を維持できる範囲において適宜定めることができるが、具体的には圧力０．２５〜１．１４ＭＰａ、温度０〜５０℃の範囲内で適宜設定することができる。

脱油された対象材料（ｉｉ）は、導管Ｃ２を経由して脱油器１３１から排出される。ここで排出される、脱油された対象材料（ｉｉ）は、通常、対象材料中の水分、油分及び残余の成分のうちの、水分の全部又は一部と、残余の成分のほぼ全てを含む。

脱油器１３１からは、ジメチルエーテルと、その中に溶存した水分（飽和濃度）及び油分とを含んだ混合物（ｉ）が、導管Ｃ４を経由して排出される。この際、ジメチルエーテル中の油分が十分な濃度に達している場合は、混合物をポイント１９１から導管Ｃ５に導き次の工程に送ることができるが、ジメチルエーテル中の油分が所定の濃度に達していない場合は、混合物をポイント１９１からＣ６に導き脱油器１３１に戻し、混合物をさらに対象材料と接触させることができる。これにより、ジメチルエーテルを気化させることなく再利用し、油分含有割合の高い混合物（ｉ）を得ることができる。

混合物（ｉ）は、続いて、冷却器１２２及び減圧弁１２３を経由してから蒸発器１２４に送られる。冷却器１２２及び減圧弁１２３は液体状態のジメチルエーテルを気化させる際の温度及び圧力を調整するものであり、蒸発器と協同して気化を行う。蒸発器１２４は凝縮器１２１から、熱交換器１２５により熱エネルギーを受け、ジメチルエーテルを気化する。これにより、液体状態のジメチルエーテルの蒸発潜熱が回収され有効利用される。

気体状態のジメチルエーテルは、分離器１６１で水分及び油分と分離され、膨張機１７１において断熱膨張する。膨張した気体状態のジメチルエーテルは、圧縮機１１１に送られる。膨張機１７１と圧縮機１１１との間には、必要に応じて、冷却器１２６を設けることができる。冷却器１２６は、使用する媒体の条件等により必要に応じて設置されるものであり、膨張機１７１から出た気体温度を圧縮機１１１の入口の最適温度に調整するものである。

また、膨張機１７１における膨張の際に外界に行われる仕事は回収され圧縮器１１１に伝達され、ジメチルエーテルの液化のための動力として投入される。
膨張機１７１において外界に行われる仕事とは、気体状態のジメチルエーテルが体積膨張に伴って行うものを主に指すが、以下に示すような仕事も含まれる。蒸発器１２４で発生し膨張機１７１に導かれた気体状態のジメチルエーテルには、気体の流れに同伴した液体状態にジメチルエーテルの飛沫の混入があり得る。このため、膨張機１７１では、混入した飛沫の気化による仕事が得られる場合もある。本発明において、膨張機１７１にて行われる仕事とは、気体の体積膨張による仕事だけでなく、これをも含むものである。

膨張機及びその他のジメチルエーテルの気化のための装置の操作条件は、膨張機により気体状態とされるジメチルエーテルの圧力が０．２５〜１．１４ＭＰａ、温度が０〜５０℃の範囲に設定されるよう、適宜調整することができる。

分離器１６１において気体状態のジメチルエーテルから分離された混合物（水分と、油分と、液体状態のまま残存したジメチルエーテルの一部を含む）は、脱気塔１８１に送られる。脱気塔１８１内部の圧力を保圧弁１８２で下げることにより、混合物中のジメチルエーテルを気化させ回収することができる。回収され導管Ｃ７から排出された気体状態のジメチルエーテルは、必要に応じて回路の任意の場所に戻し再利用することができる。

一方、脱気塔１８１から排出された混合物（水分と油分とを含む）はさらに、本発明における任意の構成要素である分離塔１８３に導かれ、ここで蒸留等の任意の操作により水分と油分に分離される。

以下において、実施例を参照して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。

＜実施例１＞（液化ジメチルエーテル・水・ベンゼンの混合液を用いた、ベンゼンで汚染された湿潤土壌からのベンゼン除去試験）
図１に示す脱油システム１００の脱油器１３１において、液体状態のジメチルエーテルが対象材料から油分を抽出し、本発明の方法を実施しうるかを調べる試験を行った。

（１−１：対象材料）
神奈川県横須賀市長坂２−６−１（電力中央研究所内）で土（水分１５．７重量％）７．８２ｇを採取して、ベンゼンを添加して十分に攪拌して、環境省告示第４６号が定める環境基準値の５３０倍である、５．３ｍｇ／検液１Ｌのベンゼンを含む湿潤土壌１を作製し、これを油分抽出の対象材料とした。ベンゼン濃度の測定方法は、環境省告示４６号の定めに準じた。

環境省告示第４６号が定めるベンゼン濃度測定方法では、ねじ口付ガラス製三角フラスコに試料と水を重量体積比１０％になるように入れて密栓し、マグネチックスターラーで４時間連続攪拌、静置後、孔径０．４５μｍのメンブランフィルターでろ過し、検液とする。この検液中のベンゼン量を、ヘッドスペース−ガスクロマトグラフ質量分析法（ＪＩＳ Ｋ ０１２５ ５．２準拠）で測定する。環境庁告示第４６号では、環境基準値は０．０１ｍｇ／検液１Ｌ以下と定められている。

（１−２：抽剤）
液化ジメチルエーテル１３８．０ｇと水１２．００ｇとベンゼン０．１０ｇとを混合し、ベンゼンを除去するための抽剤を調製した。２０℃で液化ジメチルエーテル１３８．０ｇに溶解可能な水の最大量は９．９４ｇであるので、この抽剤は、既に液化ジメチルエーテルに溶解しうる量以上の水を含有している。この抽剤は、脱油システム１００の脱油器１３１において、液体状態のジメチルエーテルを対象材料に接触させ、ジメチルエーテルに飽和量の水分がすでに溶存しており、さらに対象材料（湿潤土壌１、及び後述する湿潤土壌２）よりも高い濃度のベンゼンもすでに溶存している状態となった液体に相当する。

（１−３：抽出）
抽出の操作を、室温下で行った。湿潤土壌１を７．８２ｇ秤量し、これを内径１１ｍｍ、容積１０ｍｌの円筒形のカラムに充填し、（１−２）で得た抽剤１２５．９ｇを、１０ｍｌ／分の速度でカラムを通過させて１８分間循環させた。

（１−４：脱油量の評価）
（１−３）の操作終了後、脱油された湿潤土壌１のベンゼン濃度を、（１−１）において行った測定と同様の手順で測定した。その結果、ベンゼン濃度は０．５０ｍｇ／検液１Ｌであった。したがって、湿潤土壌１中のベンゼン濃度を１／１０以下に低減し、効果的な脱油を達成しうることが分かった。

＜実施例２＞
（２−１：対象材料）
加えるベンゼン量を変更した他は、実施例１の（１−１）と同様に操作し、０．６０８ｍｇ／検液１Ｌのベンゼンを含む湿潤土壌２を作製した。これを対象材料とした。

（２−２：抽出及び脱油量の評価）
湿潤土壌１に代えて７．８２ｇの湿潤土壌２を用い、また抽剤の量を１２９．２ｇに変更した他は、実施例１の（１−２）〜（１−４）と同様に操作し、抽出を行い、脱油量を評価した。その結果、ベンゼン濃度は検出限界（０．００１ｍｇ／検液１Ｌ）以下であった。したがって、効果的な脱油を達成しうることが分かった。

Claims (12)

1. 水分及び油分を含有する対象材料からの油分抽出方法であって、
   （Ａ）前記対象材料と液体状態のジメチルエーテルとを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る工程、及び
   （Ｂ）前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、それにより前記混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離する工程
   を含み、
   前記工程（Ａ）において、前記対象材料と前記液体状態のジメチルエーテルとの接触の操作の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うことを特徴とする油分抽出方法。
2. （Ｃ）前記工程（Ｂ）で分離されたジメチルエーテルを液化させ、再び工程（Ａ）へ送る工程
   をさらに含み、
   前記工程（Ｂ）において、ジメチルエーテルの気化により外界に行われる仕事を回収し、この仕事を前記工程（Ｃ）の動力の全部又は一部として前記工程（Ｃ）に投入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記工程（Ｂ）に供給される前記混合物（ｉ）が、前記対象材料における油分含有量より高い濃度の油分を含有する、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記工程（Ａ）に供される前記対象材料が、水分を５０質量％以上含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記工程（Ａ）において、液体状態のジメチルエーテルが、飽和量の水分が溶存した状態で供給される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 油性材料の製造方法であって、
   （Ａ）水分及び前記油性材料としての油分を含む対象材料と液体状態のジメチルエーテルとを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る工程、及び
   （Ｂ）前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させ、それにより前記混合物（ｉ）からジメチルエーテルを分離する工程
   を含み、
   前記工程（Ａ）において、前記対象材料と前記液体状態のジメチルエーテルとの接触の操作の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うことを特徴とする製造方法。
7. （Ｃ）前記工程（Ｂ）で分離されたジメチルエーテルを液化させ、再び工程（Ａ）へ送る工程
   をさらに含み、
   前記工程（Ｂ）において、ジメチルエーテルの気化により外界に行われる仕事を回収し、この仕事を前記工程（Ｃ）の動力の全部又は一部として前記工程（Ｃ）に投入することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記工程（Ａ）に供される前記対象材料が、光合成により二酸化炭素を固定する能力を有する水生植物またはその加工物を含む、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記水生植物が、油分を産生しうる藻類である、請求項８に記載の方法。
10. 水分及び油分を含む対象材料から油分を抽出するための脱油システムであって、
    ジメチルエーテルと、
    気体状態のジメチルエーテルを液化し液体状態にする液化器と、
    液体状態のジメチルエーテルと前記対象物質とを接触させ、前記対象材料中の前記油分をジメチルエーテル中に移行させて、ジメチルエーテルと前記油分との混合物（ｉ）、及び脱油された対象材料（ｉｉ）を得る脱油器であって、前記接触の少なくとも一部を、ジメチルエーテルに飽和量の水分が溶存する状態で行うよう構成された脱油器と、
    前記混合物（ｉ）中のジメチルエーテルを気化させる蒸発器と、
    前記混合物（ｉ）から気体状態のジメチルエーテルを分離する分離器と、
    気体状態のジメチルエーテルを膨張させる膨張機と
    を含むことを特徴とする脱油システム。
11. 前記液化器が、気体状態のジメチルエーテルを加圧する圧縮機と、加圧された気体状態のジメチルエーテルを凝縮し液体状態にする凝縮器とを含み、
    前記圧縮機、前記凝縮器、前記脱油器、前記蒸発器、前記分離機及び前記膨張機がこの順に直列に連結され、前記膨張機が前記圧縮機に連結されて回路が形成され、前記回路をジメチルエーテルが循環し、且つ、
    前記凝縮器と前記蒸発器が熱交換器で接続され、前記膨張機において外界に行う仕事が回収され、前記仕事が前記圧縮機の動力の全部又は一部として投入されるよう構成される、請求項１０に記載の脱油システム。
12. 前記脱油器から前記蒸発器に供給される混合物（ｉ）における水分に対する油分の質量比が所定以上となるよう制御する制御装置をさらに含む、請求項１０又は１１に記載の脱油システム。

Images