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グリセリンを副生しないバイオディーゼル燃料の製造方法

国内特許コード P150011500
整理番号 S2013-1107-N0
掲載日 2015年3月5日
出願番号 特願2013-141837
公開番号 特開2015-013951
登録番号 特許第6142452号
出願日 平成25年7月5日(2013.7.5)
公開日 平成27年1月22日(2015.1.22)
登録日 平成29年5月19日(2017.5.19)
発明者
  • 甲斐 敬美
出願人
  • 国立大学法人 鹿児島大学
発明の名称 グリセリンを副生しないバイオディーゼル燃料の製造方法
発明の概要 【課題】通常のバイオディーゼル燃料の製造とほぼ同じ条件でグリセリンを副生せずに燃料を製造する方法を提供する。
【解決手段】少なくとも脂肪酸グリセリドを含む油脂類と、ジアルキルカーボネートとをナトリウムメトキシド触媒の存在下に反応させて、脂肪酸アルキルエステルを生成させることを含むバイオディーゼル燃料の製造方法において、固体のナトリウムメトキシドを、前記反応に用いるジアルキルカーボネートよりも沸点が低い有機溶媒に溶解した後、減圧下で前記有機溶媒を留去して得られるナトリウムメトキシド触媒を用いることを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造方法。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要



近年、軽油の代替燃料として、植物油から製造するバイオディーゼル燃料(BDF)の利用が増えてきた。一般的には、植物油とメタノールを原料としてアルカリ触媒を使って、大気圧下60℃程度で反応を行う。反応時間は2時間程度である。この方法の大きな問題点は、グリセリンを副生することである。副生グリセリンは触媒を含み、化学原料にするには、精製が必要である。また、小規模製造施設においては、このような精製装置を導入することはコスト的に無理であるため、グリセリンは廃棄される。





グリセリンを副生しない方法として、メタノールの代わりにジメチルカーボネート(炭酸ジメチル;DMC)を使う方法が提案されている。研究されている製造方法は、リパーゼ法もしくは超臨界法が多い。





リパーゼ法は、反応速度が小さく、DMCを量論比の5倍、酵素を10%、48時間反応させても、転化率は80%程度にとどまる。通常のバイオディーゼル燃料の製造に対しても開発研究はなされたが、酵素はアルカリ触媒よりも高価で、かつ反応装置が大きくなるため、実用化例は報告されていない。





超臨界法は、触媒が不要であるため、反応後の精製が容易となる特徴をもつ。ただし、反応温度は240~400℃、圧力は20~1000気圧であり、装置コストは大きくなる。この方法も、通常のバイオディーゼル燃料の製造に対して研究開発がなされたが、採算が合わないため実用化例は報告されていない。





実用化されているアルカリ触媒法での研究もある。アルカリ触媒法は、通常のバイオディーゼル燃料の製造で主として使われる方法である。ただし、メタノールを使う場合には、KOHはメタノールに溶解して、均一系で反応させる。これに対して、DMCが原料となる場合には、KOHはDMCに溶解しないので固体触媒として作用する。そのため、反応速度は小さくなることが予想される。





例えば、Panchalら(非特許文献1)はKOHを触媒とし、90℃で反応を実施している。触媒量は4%で、転化率90%を達成するためには6時間を必要としている。油脂とDMCのモル比は1:10である。また、Zhangら(非特許文献2)もKOHを触媒としているが、油脂とDMCのモル比は1:9で、触媒量も8.5%と極めて大きい。これらの方法は、大過剰のDMCを添加することにより転化率を上げており、現実的でない。





末廣ら(非特許文献3)はナトリウムメトキシドを触媒とし、温度160℃以上の加圧下で反応を実施している。10時間以上の反応で、良好な結果を得ているが、既存の設備ではこの条件を達成することはできない。特許文献1にもナトリウムメトキシドを触媒とし、高温、加圧下で反応する方法が開示されている。Fabbriら(非特許文献4)はナトリウムメトキシドの30%メタノール溶液を触媒として、99.5%の転化率を得ている。油脂とDMCのモル比は3で、触媒量は1wt%、反応温度は90℃で反応時間は6時間である。





本発明者が非特許文献4に記載の方法で追試したところ、メタノールが反応してグリセリンが副生した。また、非特許文献4には、固体のナトリウムメトキシドは触媒活性がなかったと記載されている(第693頁右欄第1~2行)。

産業上の利用分野



本発明は、グリセリンを副生しないバイオディーゼル燃料の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
少なくとも脂肪酸グリセリドを含む油脂類と、ジアルキルカーボネートとをナトリウムメトキシド触媒の存在下に反応させて、脂肪酸アルキルエステルを生成させることを含むバイオディーゼル燃料の製造方法において、固体のナトリウムメトキシドを、前記反応に用いるジアルキルカーボネートよりも沸点が低い有機溶媒に溶解した後、減圧下で前記有機溶媒を留去して得られる微小化されたナトリウムメトキシド触媒を用いることを特徴とするバイオディーゼル燃料の製造方法。

【請求項2】
固体のナトリウムメトキシドを前記有機溶媒に溶解後、ジアルキルカーボネートと混合した後、減圧下で前記有機溶媒を留去し、次いで、得られた混合物と前記油脂類と混合して反応させる請求項1記載の方法。

【請求項3】
反応を常圧、100℃以下、前記油脂類に対するナトリウムメトキシドの添加割合2重量%以下の条件で行う請求項1又は2記載の方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
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