JP3884449B2

JP3884449B2 - バイオディーゼル燃料の添加剤

Info

Publication number: JP3884449B2
Application number: JP2004175900A
Authority: JP
Inventors: 政之輔松村
Original assignee: CDM Consulting Co Ltd
Current assignee: CDM Consulting Co Ltd
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2024-06-14
Also published as: JP2005350629A

Description

本発明は、バイオディーゼル燃料の添加剤、及びそれを用いたディーゼル燃料に関するものであり、より詳細には、菜種油、ごま油、大豆油、トウモロコシ油、向日葵油、パーム油、パーム核油、米油、ココナッツ油、サフラワー油、紅花油、ピーナッツ油、綿実油、アマニ油、マスタード油等の植物性油脂類、牛油、豚油、鯨油、魚油等の動物性油脂、及びこれらの廃食油や、これらの油脂類の製造工程で得られるダーク油、モノグリセリド、ジグリセリド、遊離脂肪酸などの脂肪酸誘導体類から得られる脂肪酸アルキルエステル等の所謂バイオディーゼル燃料の低温流動性を改善するための添加剤及びそれを用いたディーゼル燃料に関するものである。

バイオディーゼル燃料とは、通例の鉱油動力燃料（例えば、軽油など）と相違し、一般に植物油をメチルエステル化させたものであり、酸素を含む燃料であり、硫黄分等をほとんど含まないことから黒煙などの有害排気ガスの排出がすくない。また植物由来であることから、京都議定書に示された規定上、炭酸ガスの排出がゼロカウントである。このようなことから、環境負荷の少ない軽油代替燃料として注目され、欧米では既に規格、法制度も整備され、大豆や菜種油から年間２５０万トン以上生産され使用されている。

このような油脂類の主成分であるモノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド等をアルキルアルコールとエステル交換反応させることは広く知られている。また油脂類に含まれる遊離脂肪酸とアルキルアルコールとのエステル化反応することも種々知られている（例えば、非特許文献１を参照）。また、この反応を利用して、油脂類からバイオディーゼル燃料を製造する技術についても提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、このようにして得られたバイオディーゼル燃料の低温流動性の改質、改善のためポリエチレンオキシド系ポリアルキルアクリレートブロックコポリマーを添加剤として使用することが提案されている（例えば、特許文献２及び特許文献３を参照）。しかしながら、このような添加剤の提案は、対象となるバイオディーゼル燃料が菜種油からのものにある程度限定され、もともと流動点が−１０℃以下の低温流動性の燃料にのみ効果を発揮するものである。更に、このようなブロックコポリマーの製造は困難であり実用性に乏しい。
「有機ハンドブック」技報堂出版、１９８８、ｐ１４０７〜ｐ１４０９特開２０００−４４９８４号公報特表２００１−５２４５７８号公報特表２００３−５１６４３０号公報

従って、本発明の課題とするところは、多種多様な油脂類から製造されるバイオディーゼル燃料の低温流動性等の改質が十分にできるバイオディーゼル燃料の添加剤及びその使用燃料を提供することにある。

本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤及びその使用燃料は、以下の（１）乃至（５）に記載される構成或いは手段を特徴とするものである。

（１）一般式がＣＨ₂＝ＣＲ１（ＣＯＯＲ２）で表されるモノマー（但し、Ｒ１はＨ又はＣＨ₃であり、Ｒ２は炭素数が１〜３０の範囲にある。）を重合してなる重合数ｎが３〜３０００の範囲にあるオリゴマー及びポリマー群からなり、該重合群の重合数分布において重合数ｎが３〜１００未満の範囲、及びｎが１００〜３０００の範囲にそれぞれ１以上の重合頻度数ピーク値を有することを特徴とするバイオディーゼル燃料の添加剤。

（２）上記（１）記載の添加剤が５００ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲でバイオディーゼル燃料に配合されてなることを特徴とするディーゼル燃料。
（３）上記（２）に記載のバイオディーゼル燃料以外のディーゼル燃料が１質量％〜９９質量％の範囲で含まれるディーゼル燃料。

（４）上記バイオディーゼル燃料が菜種油を主成分とし、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１５℃以上降下してなることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のディーゼル燃料。

（５）上記バイオディーゼル燃料が大豆油を主成分とし、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１５℃以上降下してなることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のディーゼル燃料。

（６）上記バイオディーゼル燃料がパーム油を主成分とし、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１０℃以上降下してなることを特徴とする上記（２）又は（３）に記載のディーゼル燃料。

以上の如く本発明者等は、一般式がＣＨ₂＝ＣＲ１（ＣＯＯＲ２）で表される所定のポリ（メタ）アクリル酸エステルのオリゴマー及びポリマー群からなり、該重合群の重合数分布において重合数ｎが３〜１００未満の範囲、及び重合数ｎが１００〜３０００の範囲にそれぞれ１以上の重合頻度数ピーク値を有するポリマーの集合体が、軽油などの通常のディーゼル燃料に限らず、多種多様なバイオディーゼル燃料においても極めて有効な流動点の降下作用を有していることを見出し、本発明に至ったものである。

即ち本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤によれば、一般式がＣＨ₂＝ＣＲ１（ＣＯＯＲ２）で表される所定のポリ（メタ）アクリル酸エステルのオリゴマー及びポリマー群からなり、該ポリマーの重合数分布においてｎが３〜１００未満の範囲、及びｎが１００〜３０００の範囲にそれぞれ１以上の重合頻度ピーク値を有するポリアルキル（メタ）アクリレート重合物が、脂肪酸アルキルエステルを主成分とする種々のバイオディーゼル燃料に極めて良好な流動点降下作用を有しているので、多種多様な油脂類から製造されるバイオディーゼル燃料の低温流動性等の改質が十分にできる。

以下、本発明に係る好ましい実施の形態を詳述する。尚、本発明は以下の実施形態及び実施例に限るものではない。

本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤は、一般式がＣＨ₂＝ＣＲ１（ＣＯＯＲ２）で表されるモノマー（但し、Ｒ１はＨ又はＣＨ₃であり、Ｒ２は炭素数が１〜３０の範囲にある。）を重合してなる主に重合数ｎが３〜３０００の範囲にあるオリゴマー及びポリマー群からなり、該重合群の重合数分布において重合数ｎが３〜１００未満の範囲、及びｎが１００〜３０００の範囲にそれぞれ１以上の重合頻度数ピーク値を有するものである。
上記添加剤においては、一般式中のエステル化のアルコールの炭素数、即ち、Ｒ２の炭素数は、１〜３０の範囲であり、より好ましくは８〜１８の範囲であることが望ましい。炭素数が３０を超えると、バイオディーゼル燃料と添加剤等の相溶性に影響を与えるおそれがある。尚、オリゴマー及びポリマー群にあっては、エステル化したアルコールの炭素数は上記範囲にある限り各オリゴマー及びポリマーのそれぞれのアルコールの炭素数、及びＲ１は異なっていても良い。
上記添加剤においては、オリゴマー及びポリマー群は、その重合数分布において重合数ｎが３〜１００未満の範囲、特に好ましくは３〜１０の範囲、及びｎが１００〜３０００の範囲、特に好ましくは１５０〜５００の範囲にそれぞれ１以上の頻度数ピーク値を有するものである。尚、頻度数ピーク値は３〜１００未満の範囲、及び１００〜３０００の範囲に、それぞれ２以上あっても良い。
このような重合数分布にある群の混合組成物を添加剤とした場合、菜種油に限らず、大豆油、パーム油等を原料とするバイオディーゼル燃料の流動点温度が十分に改善される。

上記添加剤は５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍの範囲、特に、５００〜２０００ｐｐｍの範囲でバイオディーゼル燃料に配合されてなることが好ましい。上記範囲内にあればバイオディーゼル燃料の流動点特性を十分に改善する。添加剤の添加量濃度が５００ｐｐｍ未満では、その燃料の流動点特性が十分に改善されない。また、添加剤の添加量濃度が１００００ｐｐｍを上回ってくると燃料との相溶性が問題となり、スラッジや目詰まりの原因となる。

本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤に使用するバイオディーゼル燃料としては、例えば、菜種油、ごま油、大豆油、トウモロコシ油、向日葵油、パーム油、パーム核油、米油、ココナッツ油、サフラワー油、紅花油、ピーナッツ油、綿実油、アマニ油、マスタード油等の植物性油脂類、牛油、豚油、鯨油、魚油等の動物性油脂、及びこれらの廃食油や、これらの油脂類の製造工程で得られるダーク油、モノグリセリド、ジグリセリド、遊離脂肪酸などの脂肪酸誘導体類から得られる脂肪酸アルキルエステル等のバイオディーゼル燃料等を挙げることができるが、これらに限ることはない。また、かかるバイオディーゼル燃料の他に、一般的なディーゼル燃料が混合されていても良い。

このようなバイオディーゼル燃料に対して、一般的なディーゼル燃料は、如何なる割合で混合しても良く、特に好ましくは１質量％〜９９質量％の範囲で混合することができる。従って、本発明の添加剤が添加されたバイオディーゼル燃料は単独で使用しても良く、他の一般的な鉱油動力燃料、例えば軽油などと共に如何なる割合で使用しても良い。

本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤を添加したディーゼル燃料にあっては、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１０℃以上降下してなることが好ましい。
流動点の温度が上記範囲まで降下すれば、ディーゼル燃料として十分に改善され、利用性が極めて高くなる。特に、菜種油及び大豆油を主原料とするバイオディーゼル燃料にあっては、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１５℃以上降下してなることが好ましい。

以下、本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤、及びそれを用いたディーゼル燃料を実施例にて説明する。尚、本発明は以下の実施例に限るものではない。
（実施例及び比較例）
メタクリル酸と炭素数８〜１８の範囲にあるアルコールとをエステル化し、これを重合させてポリアルキルメタクリル酸エステルを製造した。重合条件を変えてそれぞれ異なるの重合数のポリアルキルメタクリル酸エステルを製造し、これらを適宜混合して、下記サンプルＡ、Ｂに示すように２種類の重合数の頻度ピークを有するポリアルキルメタクリル酸エステルの混合組成物を調整した。
・サンプルＡ（第１ピーク：ｎ＝５、第２ピーク：ｎ＝３００）
ｎ＝５を形成する部分の質量％をＮｏ１とし、ｎ＝３００を形成する部分の質量％をＮｏ２とすると、Ｎｏ１：Ｎｏ２＝２４：７６であった。
・サンプルＢ（第１ピーク：ｎ＝５、第２ピーク：ｎ＝１５０）
ｎ＝５を形成する部分の質量％をＮｏ１とし、ｎ＝３００を形成する部分の質量％をＮｏ２とすると、Ｎｏ１：Ｎｏ２＝２０：８０であった。
これらの混合組成物を表１に示した割合で、各バイオディーゼル燃料に混合し、それぞれの流動点（ＡＳＴＭ−Ｄ−９７）を測定した。但し、サンプルＣは、ＡＭＡ１：ＡＭＡ２：ＨＥＭＡ＝７９．３：１４．７：６．０からなるメタクリル酸−スチレンのブロックコポリマーである（ＡＭＡ１はＤｏｂａｒｏｌ（Ｓｈｅｌｌ）のメタクリレート（Ｃ₁₂〜Ｃ₁₅アルコール）、ＡＭＡ２は獣油アルコールのメタクリレート（Ｃ₁₆〜Ｃ₁₈アルコール）、及びＨＥＭＡは２−ヒドロキシエチルメタクリレートである。）。

表１の結果、明らかなように、従来の添加剤にと相違して、菜種油等の特定のバイオディーゼル燃料に限らず、大豆油、パーム油などを原料とするバイオディーゼル燃料においても、流動点の温度を十分に降下させることができる。このことから添加剤が多様なバイオディーゼル燃料に有効に作用することが判る。

本発明に係るバイオディーゼル燃料の添加剤及びそれを用いたディーゼル燃料は、所定の添加により多様な原料からなるバイオディーゼル燃料の流動点特性を十分に改善し、こような添加剤を添加したディーゼル燃料にあっては、有害排気ガスの少ない燃料として実用性が十分に見られる。

Claims

一般式がＣＨ₂＝ＣＲ１（ＣＯＯＲ２）で表されるモノマー（但し、Ｒ１はＨ又はＣＨ₃であり、Ｒ２は炭素数が１〜３０の範囲にある。）を重合してなるオリゴマー及びポリマー群からなり、該重合群の重合数分布において重合数ｎが３〜１００未満の範囲、及び重合数ｎが１００〜３０００の範囲にそれぞれ１以上の重合頻度数ピーク値を有することを特徴とするバイオディーゼル燃料の添加剤。
請求項１記載の添加剤が５００ｐｐｍ〜１００００ｐｐｍの範囲でバイオディーゼル燃料に配合されてなることを特徴とするディーゼル燃料。
請求項２記載のバイオディーゼル燃料以外のディーゼル燃料が１質量％〜９９質量％の範囲で混合使用されるディーゼル燃料。
上記バイオディーゼル燃料が菜種油を主成分とし、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１５℃以上降下してなることを特徴とする請求項２又は３に記載のディーゼル燃料。
上記バイオディーゼル燃料が大豆油を主成分とし、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１５℃以上降下してなることを特徴とする請求項２又は３に記載のディーゼル燃料。
上記バイオディーゼル燃料がパーム油を主成分とし、上記添加剤の配合前と配合後との流動点が１０℃以上降下してなることを特徴とする請求項２又は３に記載のディーゼル燃料。