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WO2006088123A1 - バイオディーゼル燃料の精製方法 - Google Patents

バイオディーゼル燃料の精製方法 Download PDF

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WO2006088123A1
WO2006088123A1 PCT/JP2006/302814 JP2006302814W WO2006088123A1 WO 2006088123 A1 WO2006088123 A1 WO 2006088123A1 JP 2006302814 W JP2006302814 W JP 2006302814W WO 2006088123 A1 WO2006088123 A1 WO 2006088123A1
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biodiesel fuel
crude biodiesel
electric field
demulsifier
crude
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Hirokazu Takanashi
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Kagoshima University NUC
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Kagoshima University NUC
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S44/00—Fuel and related compositions
    • Y10S44/904—Method involving electric or wave energy

Definitions

  • the present invention relates to a method for purifying biodiesel fuel.
  • biodiesel fuel such as renewable lipid-derived long-chain fatty acid methyl esters
  • BDF biodiesel fuel
  • the most common biodiesel fuel currently in use is the transesterification method using an alkaline catalyst.
  • This alkaline catalyst method uses unreacted methanol and alcohol in the produced ester ricin compound.
  • potassium metals for example, potassium and sodium
  • free glycerin as a by-product are contained.
  • purification by washing is usually performed (for example, Patent Document 1), but this method is expensive because of the high cost of wastewater treatment. Therefore, there is a need to develop a method for producing a nano diesel fuel that can completely or significantly reduce the amount of wastewater generated.
  • Patent Document 1 JP-A-10-182518
  • An object of the present invention is to provide a method for purifying biodiesel fuel that can completely or significantly reduce generated wastewater.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • a method for purifying biodiesel fuel comprising applying an electric field to crude biodiesel fuel.
  • a method for purifying biodiesel fuel comprising heating crude biodiesel fuel.
  • the generated wastewater is completely or greatly reduced, and impurities such as methanol, alkali metals (for example, potassium and sodium), and free glycerin as a by-product from the biodiesel fuel. Can be removed.
  • impurities such as methanol, alkali metals (for example, potassium and sodium), and free glycerin as a by-product from the biodiesel fuel. Can be removed.
  • the crude biodiesel fuel that is the subject of the present invention is not particularly limited! / ⁇ , for example, a crude biodiesel fuel obtained by a transesterification method using an alkali catalyst.
  • a crude biodiesel fuel obtained by a transesterification method using an alkali catalyst.
  • the oil used as a raw material for biodiesel fuel for example, waste edible oil, new oil derived from biomass crops, rapeseed oil, sunflower oil, soybean oil, palm oil, and salad oil.
  • the first invention of the present application is a method for refining a novel diesel fuel, wherein an electric field is applied to the crude biodiesel fuel.
  • the electric field application treatment in the first invention of the present application is preferably performed at 0.01 to 5 kVZcm, more preferably 0.1 to 2.5 kVZcm.
  • the processing time for the electric field application process is usually 1 to 360 minutes. It is preferably 1 to 180 minutes, more preferably 1 to 15 minutes.
  • the wave front length is preferably 1.5 to 20 ms, and in the case of an AC electric field, an extremely low frequency (about 50 to 600 Hz) is preferable.
  • an extremely low frequency about 50 to 600 Hz
  • a purified biodiesel fuel can be obtained by separating the fuel phase and the waste liquid phase.
  • methanol 100 to 3500 mgZL preferably 100 to 2500 mgZL
  • alkali metals for example, potassium, sodium
  • Crude biodiesel fuel containing 200 to 800 mg / L, preferably 200 to 500 mg / L of free glycerin can be purified.
  • water is added to the crude biodiesel fuel before electric field application treatment to form WZO emulsion, and then electric field application treatment is performed for demulsification. Further, the purification efficiency can be improved. In this way, applying electric field after adding water from outside the system to form WZO emulsion is particularly effective in refining crude biodiesel fuel from waste edible oil.
  • the second invention of the present application is a method for purifying a biodiesel fuel characterized by heating crude biodiesel fuel.
  • the heating temperature in the heat treatment is preferably 60 to: L10 ° C, more preferably 70 to 95 ° C, from the viewpoint of purification efficiency and economy.
  • the heating time is preferably 1 to 3 hours, more preferably 30 minutes to 16 hours from the viewpoint of purification efficiency and economy.
  • the third invention of the present application is a method for purifying biodiesel fuel, wherein water is added to crude biodiesel fuel to form WZO emulsion, followed by demulsification.
  • the crude biodiesel fuel is purified by adding water to the crude biodiesel fuel to form WZO emulsion, followed by demulsification.
  • WZO emulsion a crude biodiesel fuel
  • demulsification after adding water from outside the system to form wZo emulsion is particularly effective for refining crude biodiesel fuel from waste cooking oil.
  • the amount of water added to form the WZO emulsion is preferably 0.01 to 5 vZv%, more preferably 0.5 to 3 vZv%.
  • the amount of hydrogenated coal 3vZv% is the amount of water added when crude biodiesel fuel and water are mixed at a volume ratio of 97: 3.
  • the emulsion can be formed by shaking or stirring.
  • water to be added to the crude biodiesel fuel preferably, water that does not substantially contain alkali metals such as pure water, purified water, distilled water, tap water, and groundwater, glycerin, and methanol is used. Those containing a demulsifier are preferably used.
  • water containing a demulsifier By adding water containing a demulsifier to crude biodiesel fuel, the sarcophagus contained in the biodiesel fuel and the demulsifier form an insoluble salt that causes precipitation and separation, losing the surface active effect. Demulsification is facilitated, and the amount of water added to the crude biodiesel fuel can be reduced.
  • the demulsifier is a substance that forms an insoluble component such as a metal sarcophagus with a sarcophagus such as potassium or sodium sarcophagus present in a crude biodiesel fuel, It is a component having a function of lowering the surface active function of a surfactant such as stone wall that contributes to the stability of emulsion.
  • the demulsifier used in the present invention is not particularly limited as long as it is a metal salt that can convert strong rhombus or sodium stalagmite into an insoluble metal sarcophagus.
  • inorganic or organic calcium salts, magnesium Salts preferably calcium salts or magnesium salts of inorganic acids such as nitric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid and sulfuric acid; calcium salts or magnesium salts of organic acids such as formic acid, acetic acid and lactic acid, more preferably nitric acid And calcium salt or magnesium salt of hydrochloric acid.
  • the amount of demulsifier used is preferably an amount sufficient to produce an insoluble metal sarcophagus in the crude biodiesel fuel, and more preferably insoluble in the sarcophagus in the crude biodiesel fuel. This is the stoichiometric ratio of the chemical reaction that produces the metal stalagmite.
  • the demulsifier When the demulsifier is added stoichiometrically, almost no demulsifier remains in the purified biodiesel fuel (less than 5 mgZL), and the need to remove the remaining demulsifier is low. Yes. If excessive demulsifier is added, the concentration of the remaining demulsifier may be 5 mgZL or more. In this case, the metal stalagmite produced by the demulsifier-added pot is removed by gravity separation. after usually 0.01 to 0 free fatty acids such as linoleic acid Ya Orein acid. 2 5v / v 0/0 , preferably ⁇ or 0. 01 ⁇ 0. 1 ⁇ / ⁇ 0/ 0, more preferably ⁇ or 0.01 ⁇ 0. ⁇ 5 ⁇ / ⁇ 0/0 remained by added pressure! / Ru demulsifiers were metal ore ⁇ insoluble, can be removed by membrane filtration treatment and the like.
  • the amount of water added containing the demulsifier is preferably 0.01 to: LvZv%, more preferably 0.1 to 0. 5v / v%.
  • the addition amount of water containing the demulsifier 1 ⁇ % means the addition amount when crude biodiesel fuel and water containing the emulsifier are mixed at a volume ratio of 99: 1.
  • the formation of emulsion can be performed by shaking or stirring.
  • the demulsification means that the liquid droplets that are discontinuous phases are united with each other, the liquid droplet diameter is increased, and the liquid droplets become unstable, thereby removing the discontinuous phases and forming a uniform phase. Or close to a homogeneous phase.
  • the demulsification method preferably includes the above-described electric field application treatment, heating, and addition of a demulsifier.
  • the heating temperature in the heat treatment is preferably 60-: L 10 ° C, more preferably 70-95 ° C, from the viewpoint of purification efficiency and economy.
  • the heating time is preferably 1 to 3 hours, more preferably 30 minutes to 16 hours from the viewpoint of purification efficiency and economy.
  • the glycerin phase forms a discontinuous phase in a state where potassium or the like is concentrated, and is dispersed in the ester compound (biodiesel fuel).
  • the ester compound biodiesel fuel
  • the added water and glycerin will form a homogeneous phase, and the droplet size will increase.
  • heat treatment is considered to reduce the viscosity of the ester compound (biodiesel fuel), increase the sedimentation rate of the droplets, and coalesce at the bottom of the treatment tank.
  • a purified biodiesel fuel can be obtained by separating the fuel phase and the waste liquid phase.
  • methanol 100 to 20000 mg ZL, alkali metals (for example, potassium, sodium !; cum) 5 to 200 mg /: L, and glycerin 200 to 2000 mg /: L are used.
  • Crude biodiesel fuel can be purified.
  • the principle of purification by demulsification is that of demulsification by electric field application treatment!
  • glycerin droplets water 'glycerin mixed droplets when water is added
  • the droplets vibrate by causing the polarization and oscillating the polarity of the applied electric field, coalesce when the droplets collide with each other, the droplet diameter increases, and gravity separation is performed according to the stoichiometric law. Is done.
  • Alkaline metals such as methanol and potassium are distributed in the glycerin phase (water-glycerin mixed droplets when water is added) (Chuang- Wei Chiu et al., Bioengineering g, Food, and Natural Products, AIChE Journal, 51 (4), 1274-1278 (2005)), alkali metals such as methanol and potassium by removing the glycerin phase (water-glycerin mixed liquid when water is added) Can also be removed at the same time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus used for high electric field application processing.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between electric field application processing time, potassium concentration and removal rate.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between electric field strength, methanol concentration and removal rate.
  • FIG. 4 is a graph showing the concentration and removal rate of methanol when the addition rate of water is changed.
  • FIG. 5 is a graph showing the concentration and removal rate of free glycerin when the water addition rate is changed.
  • FIG. 6 is a graph showing the concentration and removal rate of methanol when the electric field strength is changed.
  • FIG. 7 is a graph showing potassium concentration and removal rate when electric field strength is changed.
  • FIG. 8 is a diagram showing the concentration and removal rate of free glycerin when the electric field strength is changed.
  • FIG. 10 is a graph showing changes over time in potassium concentration and potassium removal rate when a high electric field application treatment is performed for 1 hour and left for 12 hours thereafter.
  • FIG. 11 is a graph showing changes over time in free dalycerin concentration and free glycerin removal rate when a high electric field application treatment is performed for 1 hour and left for 12 hours thereafter.
  • FIG. 12 is a schematic view of an apparatus used for heat treatment.
  • Crude biodiesel fuel methanol 3100mg / L, potassium 37mg / L, free glycerin 284mgZL) or waste edible oil (salad oil) produced by transesterification using new oil (rapeseed oil) (using methanol and potassium hydroxide)
  • Crude biodiesel fuel methanol 160 mgZL, potassium 114 mg / L, free glycerin 384 mg / L
  • was used to make a cylindrical container made of acrylic resin Then, a high electric field application process was performed using the apparatus shown in FIG. The electric field strength was varied in the range of 0.16 to 2.5 kVZcm.
  • Crude biodiesel fuel (methanol 2620mg / L, potassium 114mg ZL, free glycerin 1320mgZL) produced by transesterification using waste cooking oil (salad oil) (using methanol and potassium hydroxide) and pure water was put in a glass bottle and shaken to make emulsion.
  • waste cooking oil siad oil
  • pure water was put in a glass bottle and shaken to make emulsion.
  • the created emulsion was immediately put into a cylindrical container made of talyl resin and subjected to a high electric field application treatment in the same manner as in Example 1.
  • Figures 4 and 5 show the final concentrations and removal rates of methanol and free glycerin when the water addition rate was changed from 0 to 1. OvZv%. The removal effect was observed for both methanol and free glycerin. The removal rate improved with increasing water addition rate. When the water addition rate was 1. OvZv%, the free glycerin removal rate was 94.1%.
  • Crude biodiesel fuel produced by transesterification using waste cooking oil (salad oil) using methanol and potassium hydroxide (methanol 272mg / L, potassium 197mg ZL, free glycerin 574mgZL) 97mL and pure water 3mL was put into a glass bottle and shaken to create emulsion.
  • the cylindrical shape made of acrylic resin The container was placed in a container and subjected to a high electric field application treatment at a field strength of 2.5 kVZcm for 1 hour in the same manner as in Example 1. Then, it was left for 12 hours, and the concentrations of methanol, potassium and free glycerin in the fuel phase were measured.
  • Example 6 Crude biodiesel fuel produced by transesterification using waste cooking oil (salad oil) (using methanol and potassium hydroxide) (methanol 12200mg / L, potassium 70.8 mg / L, free glycerin 627mgZL, moisture (0. 072vZv%) 990mL and 10mL of magnesium phosphate or magnesium chloride aqueous solution with a magnesium concentration of 90.8mmolZL were put into a glass bottle and stirred at 1500rpm to prepare emulsion. The prepared emulsion was immediately put into a glass apparatus shown in FIG. 12, and was heated at 90 ° C. for 6 hours while stirring at 30 rpm.
  • the analysis of potassium and magnesium in the treated oil phase was performed using a flame atomic absorption photometer by dissolving the treated oil with methanol to obtain a sample solution.
  • a gas chromatograph mass spectrometer was used for the analysis of methanol and free glycerin in the oil phase.
  • the pretreatment method was performed according to the method of Friedrichbach et al. (Mittelbach. Et al., Chromatographia, 42, 431 (1996)).
  • a Karl Fischer moisture meter was used for analysis of moisture in the oil phase.
  • the present invention is used in the field of biodiesel fuel.

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Abstract

　発生する廃水を完全に又は大幅に削減できるバイオディーゼル燃料の精製方法を提供する。 　本発明は、粗製バイオディーゼル燃料に電界を印加、又は粗製バイオディーゼル燃料を加熱することを特徴とするバイオディーゼル燃料の精製方法；及び粗製バイオディーゼル燃料に水（好ましくは無機のカルシウム塩又はマグネシウム塩等の解乳化剤を含む）を添加し、Ｗ／Ｏエマルションを形成させた後、電界印加処理、加熱等により解乳化することを特徴とするバイオディーゼル燃料の精製方法に関する。

Description

明 細 書
ノ ィォディーゼル燃料の精製方法
技術分野
[0001] 本発明は、バイオディーゼル燃料の精製方法に関する。
背景技術
[0002] 近年、再生可能なクリーンエネルギーとして、再生可能脂質由来長鎖脂肪酸メチル エステル等のバイオディーゼル燃料（BDF)が注目されて!/、る。現在行われて!/ヽる最 も一般的なバイオディーゼル燃料ィ匕は、アルカリ触媒を用いたエステル交換法である 力 このアルカリ触媒法は、生成したエステルイヒ合物中に未反応のメタノールやアル カリ金属類 (例えば、カリウムやナトリウム）、副生物である遊離グリセリンが含まれると いう問題がある。この問題点の解決に向けて通常、水洗による精製が行われているが (例えば、特許文献 1)、この方法は廃水処理に力かるコストが高ぐ廃水処理に大き なエネルギーを要するため、発生する廃水を完全に又は大幅に削減できるノィォデ イーゼル燃料の製造法の開発が求められて 、る。
特許文献 1 :特開平 10- 182518号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 本発明の課題は、発生する廃水を完全に又は大幅に削減できるバイオディーゼル 燃料の精製方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0004] 本発明の要旨は以下のとおりである。
[0005] (1)粗製バイオディーゼル燃料に電界を印加することを特徴とするバイオディーゼル 燃料の精製方法。
[0006] (2)電界印加処理を電界強度 0. 01〜5kVZcmで行う前記（1)に記載の方法。
[0007] (3)電界印加処理を電界強度 0. 1〜2. 5kVZcmで行う前記（1)に記載の方法。
[0008] (4)粗製バイオディーゼル燃料力 タノール 100〜3500mgZLを含有する前記（1) 〜（3)の 、ずれかに記載の方法。 [0009] (5)粗製バイオディーゼル燃料がアルカリ金属類 5〜200mgZLを含有する前記（1
)〜 (4)の 、ずれかに記載の方法。
[0010] (6)粗製バイオディーゼル燃料が遊離グリセリン 200〜800mgZLを含有する前記（
1)〜（5)の 、ずれかに記載の方法。
[0011] (7)粗製バイオディーゼル燃料を加熱することを特徴とするバイオディーゼル燃料の 精製方法。
[0012] (8)加熱温度が 60〜110°Cである前記（7)に記載の方法。
[0013] (9)加熱温度が 70〜95°Cである前記（7)に記載の方法。
[0014] (10)粗製バイオディーゼル燃料力 タノール 100〜3500mgZLを含有する前記（7
)〜（9)の 、ずれかに記載の方法。
[0015] (11)粗製バイオディーゼル燃料がアルカリ金属類 5〜200mgZLを含有する前記（
7)〜（： LO)の 、ずれかに記載の方法。
[0016] (12)粗製バイオディーゼル燃料が遊離グリセリン 200〜800mgZLを含有する前記
(7)〜（11)の 、ずれかに記載の方法。
[0017] (13)粗製バイオディーゼル燃料に水を添加し、 WZOエマルシヨンを形成させた後
、解乳化することを特徴とするバイオディーゼル燃料の精製方法。
[0018] (14)電界を印加することにより解乳化する前記（13)に記載の方法。
[0019] (15)加熱することにより解乳化する前記（13)に記載の方法。
[0020] (16)粗製バイオディーゼル燃料に水を 0. 01〜5vZv%添加する前記（13)〜（15) のいずれかに記載の方法。
[0021] (17)粗製バイオディーゼル燃料に水を 0. 5〜3vZv%添加する前記（16)に記載の 方法。
[0022] (18)粗製バイオディーゼル燃料に添加する水が解乳化剤を含む前記（13)〜（15) のいずれかに記載の方法。
[0023] (19)粗製バイオディーゼル燃料に、解乳化剤を含む水を 0. 01〜lvZv%添加する 前記（18)に記載の方法。
[0024] (20)粗製バイオディーゼル燃料に、解乳化剤を含む水を 0. 1〜0. 5vZv%添加す る前記（18)に記載の方法。 [0025] (21)粗製バイオディーゼル燃料に解乳化剤を含む水を添加し、 WZOエマルシヨン を形成させた後、バイオディーゼル燃料中に含まれる石鹼分と解乳化剤とが不溶性 の塩を形成することにより沈殿分離し、界面活性効果を失って解乳化する前記（18) に記載の方法。
[0026] (22)解乳ィ匕剤が無機のカルシウム塩又はマグネシウム塩である前記（18)〜（21)の いずれかに記載の方法。
[0027] (23)粗製バイオディーゼル燃料力 タノール 100〜20000mgZLを含有する前記（
13)〜（22)の!、ずれかに記載の方法。
[0028] (24)粗製バイオディーゼル燃料がアルカリ金属類 5〜200mgZLを含有する前記（
13)〜（23)の!、ずれかに記載の方法。
[0029] (25)粗製バイオディーゼル燃料が遊離グリセリン 200〜2000mgZLを含有する前 記（13)〜（24)のいずれかに記載の方法。
発明の効果
[0030] 本発明によれば、発生する廃水を完全に又は大幅に削減して、バイオディーゼル 燃料からメタノール、アルカリ金属類 (例えば、カリウム、ナトリウム）、副生物である遊 離グリセリン等の不純物を除去することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0031] 本発明の対象となる粗製バイオディーゼル燃料としては、特に制限はな!/ヽが、例え ば、アルカリ触媒を用いたエステル交換法により得られた粗製バイオディーゼル燃料 が挙げられる。粗製バイオディーゼル燃料としては、予め重力分離処理などにより副 生グリセリンを粗分離し、加熱処理などにより余剰メタノールを粗分離したものを用い ることが好ましい。また、バイオディーゼル燃料の原料となる油についても、特に制限 はなぐ例えば廃食用油、ノィォマス作物由来の新油、菜種油、ひまわり油、大豆油 、パーム油、サラダ油が挙げられる。
[0032] 本願第一発明は、粗製バイオディーゼル燃料に電界を印加することを特徴とする ノィォディーゼル燃料の精製方法である。
[0033] 本願第一発明における電界印加処理は、好ましくは 0. 01〜5kVZcm、更に好ま しくは 0. 1〜2. 5kVZcmで行う。電界印加処理の処理時間は、通常 1〜360分、好 ましくは 1〜 180分、更に好ましくは 1〜 15分である。電界印加処理は、パルス電界 及び交流電界のいずれを用いてもよぐパルス電界の場合、好ましくは波頭長 1. 5〜 20msとし、交流電界の場合、好ましくは極低周波（約 50〜600Hz)とする。
[0034] 前記の電界印加処理後、燃料相と廃液相を分離することにより、精製されたバイオ ディーゼル燃料を得ることができる。
[0035] 前記の電界印加処理をするだけで、メタノール 100〜3500mgZL、好ましくは 10 0〜2500mgZL、アルカリ金属類（例えば、カリウム、ナトリウム） 5〜200mgZL、好 ましくは 5〜150mg/:L、遊離グリセリン 200〜800mg/:L、好ましくは 200〜500m g/Lを含有する粗製バイオディーゼル燃料を精製することができる。
[0036] 本願第一発明にお ヽては、電界印加処理前に、粗製バイオディーゼル燃料に水を 添加し、 WZOエマルシヨンを形成させ、その後に、電界印加処理を行って解乳化す ることにより、更に精製効率を向上させることができる。このように、系外部より水を添 加し、 WZOエマルシヨンを形成後、電界印加処理を行うことは、特に、廃食用油を 原料とした粗製バイオディーゼル燃料の精製に効果的である。
[0037] 本願第二発明は、粗製バイオディーゼル燃料を加熱することを特徴とするバイオデ イーゼル燃料の精製方法である。
[0038] 前記加熱処理における加熱温度は、精製効率及び経済性の点から、 60〜： L10°C であることが好ましぐ 70〜95°Cであることが更に好ましい。加熱時間は、精製効率 及び経済性の点から、 30分〜 16時間であることが好ましぐ 1〜3時間であることが 更に好ましい。
[0039] 前記の加熱処理をするだけで、メタノール 100〜3500mgZL、アルカリ金属類（例 免は、、カリウム、ナ卜!;クム） 5〜200mg/l^、 ϋグリセリン 200〜800mg/l^をき する粗製バイオディーゼル燃料を精製することができる。
[0040] 本願第三発明は、粗製バイオディーゼル燃料に水を添加し、 WZOエマルシヨンを 形成させた後、解乳化することを特徴とするバイオディーゼル燃料の精製方法である
[0041] 本願第三発明にお!/、ては、粗製バイオディーゼル燃料に水を添加し、 WZOエマ ルシヨンを形成させた後、解乳化することにより、粗製バイオディーゼル燃料を精製す ることができる。このように、系外部より水を添加し、 wZoエマルシヨンを形成後、解 乳化を行うことは、特に、廃食用油を原料とした粗製バイオディーゼル燃料の精製に 効果的である。
[0042] 前記 WZOエマルシヨンの形成に用いる水の添カ卩量は、好ましくは 0. 01〜5vZv %、更に好ましくは 0. 5〜3vZv%である。ここで、例えば水添カ卩量 3vZv%とは、粗 製バイオディーゼル燃料と水とを容量比 97： 3で混合したときの水添加量を ヽぅ。エマ ルシヨンの形成は、振盪又は撹拌により行うことができる。
[0043] 粗製バイオディーゼル燃料に添加する水としては、好ましくは、純水、精製水、蒸留 水、水道水、地下水等のアルカリ金属、グリセリン及びメタノールを実質的に含まない ものが用いられ、更に好ましくは解乳化剤を含むものが用いられる。解乳化剤を含む 水を粗製バイオディーゼル燃料に添加することにより、バイオディーゼル燃料中に含 まれる石鹼分と解乳化剤とが不溶性の塩を形成することにより沈殿分離し、界面活性 効果を失って解乳化が容易になり、また粗製バイオディーゼル燃料に添加する水の 量を削減することができる。
[0044] 本発明で ヽぅ解乳化剤とは、粗製バイオディーゼル燃料中に存在するカリウム石鹼 又はナトリウム石鹼などの石鹼分と金属石鹼などの不溶性成分を形成する物質であ り、 WZOエマルシヨンの安定ィ匕に寄与している石鹼等の界面活性剤の界面活性機 能を低下させる機能を有する成分である。本発明に用いる解乳化剤としては、力リウ ム石鹼又はナトリウム石鹼を不溶性の金属石鹼に変換しうる金属塩であれば特に制 限はないが、例えば、無機又は有機のカルシウム塩、マグネシウム塩、好ましくは、硝 酸、塩酸、リン酸、硫酸等の無機酸のカルシウム塩又はマグネシウム塩;ギ酸、酢酸、 乳酸等の有機酸のカルシウム塩又はマグネシウム塩が挙げられ、更に好ましくは、硝 酸、塩酸のカルシウム塩又はマグネシウム塩が挙げられる。
[0045] 解乳化剤の使用量は、好ましくは粗製バイオディーゼル燃料中の石鹼分と不溶性 の金属石鹼を生成するに十分な量、更に好ましくは、粗製バイオディーゼル燃料中 の石鹼分と不溶性の金属石鹼を生成する化学反応の量論比である。
[0046] 化学量論的に解乳化剤を添加した場合には、精製されたバイオディーゼル燃料中 に解乳化剤はほとんど残存せず (5mgZL未満）、残存解乳化剤除去の必要性は低 い。過剰に解乳化剤を添加した場合には、残存する解乳化剤の濃度が 5mgZL以 上となる場合があり、この場合には、解乳化剤添カ卩により生成した金属石鹼を重力分 離により除去した後、リノール酸ゃォレイン酸などの遊離脂肪酸を通常 0. 01〜0. 2 5v/v0/0、好ましく ίま 0. 01〜0. 1ν/ν0/0、更に好ましく ίま 0. 01〜0. Ο5ν/ν0/0添 加することによって残存して!/ヽる解乳化剤を不溶性の金属石鹼化し、膜ろ過処理等 によって除去することができる。
[0047] 粗製バイオディーゼル燃料に添加する水が解乳化剤を含む場合、当該解乳化剤 を含む水の添カ卩量は、好ましくは 0. 01〜： LvZv%、更に好ましくは 0. 1〜0. 5v/v %である。ここで、例えば当該解乳化剤を含む水の添加量 1νΖν%とは、粗製バイオ ディーゼル燃料と当該乳化剤を含む水とを容量比 99： 1で混合したときの添加量を!ヽ う。エマルシヨンの形成は、振盪又は撹拌により行うことができる。
[0048] 本発明で ヽぅ解乳化とは、不連続相である液滴同士を合一させ、液滴径を大きくし て不安定ィ匕することによって不連続相を除去し、均一相化すること、もしくは均一相に 近づけることである。解乳化の方法としては、好ましくは、前記の電界印加処理、加熱 、及び解乳化剤の添加が挙げられる。
[0049] 前記加熱処理における加熱温度は、精製効率及び経済性の点から、 60〜： L 10°C であることが好ましぐ 70〜95°Cであることが更に好ましい。加熱時間は、精製効率 及び経済性の点から、 30分〜 16時間であることが好ましぐ 1〜3時間であることが 更に好ましい。
[0050] 粗製バイオディーゼル燃料では、一般に、カリウムなどを濃縮した状態でグリセリン 相が不連続相を形成し、エステルイ匕合物 (バイオディーゼル燃料）中に分散している 力 ここに外部力も水を添加し、 WZOエマルシヨンを形成 (乳化）させると、添加した 水とグリセリンが均一相を形成し、液滴径が増加すると考えられる。次いで、加熱処理 を行うことにより、エステルイ匕合物 (バイオディーゼル燃料)の粘度が低下し、液滴の 沈降速度が増加し、処理槽底部で合一すると考えられる。
[0051] 解乳化後、燃料相と廃液相を分離することにより、精製されたバイオディーゼル燃 料を得ることができる。
[0052] 本願第三発明による WZOエマルシヨンの形成'解乳化のサイクルを 2サイクル以 上行うことにより精製度を向上させることができる。
[0053] 本願第三発明によれば、メタノール 100〜20000mgZL、アルカリ金属類（例えば 、カリウム、ナ卜!;クム） 5〜200mg/:L、 ϋグリセリン 200〜2000mg/:Lを^ "す る粗製バイオディーゼル燃料を精製することができる。
[0054] 解乳化による精製原理としては、電界印加処理による解乳化にお!、ては、電界印 加処理によってグリセリン液滴 (水を添加した場合には水 'グリセリン混合液滴）が誘 電分極を引き起こし、電界印加の極性を振動させることによって液滴が振動し、液滴 同士が衝突することによって合一し、液滴径が大きくなり、スト一タス則に従って重力 分離されるものと推定される。
[0055] 加熱処理による解乳化においては、加熱によりグリセリン液滴 (水を添加した場合に は水'グリセリン混合液滴)の振動が大きくなり、衝突の頻度が増すことによって除去 されるものと推定される。また、連続相の粘度が低下し、沈降速度が上昇すると考え られる。
[0056] メタノール、及びカリウム等のアルカリ金属類はグリセリン相（水を添加した場合には 水 ·グリセリン混合液滴）に分配しているため（Chuang- Wei Chiu et al., Bioengineerin g, Food, and Natural Products, AIChE Journal, 51(4), 1274-1278 (2005))、グリセリン 相（水を添加した場合には水 ·グリセリン混合液的）を除去すれば、メタノール、及び カリウム等のアルカリ金属類も同時に除去することができる。 図面の簡単な説明
[0057] [図 1]高電界印加処理に用いる装置の模式図である。
[図 2]電界印加処理時間とカリウムの濃度及び除去率との関係を示す図である。
[図 3]電界強度とメタノールの濃度及び除去率との関係を示す図である。
[図 4]水の添加率を変化させたときのメタノールの濃度と除去率を示す図である。
[図 5]水の添加率を変化させたときの遊離グリセリンの濃度と除去率を示す図である。
[図 6]電界強度を変化させたときのメタノールの濃度と除去率を示す図である。
[図 7]電界強度を変化させたときのカリウムの濃度と除去率を示す図である。
[図 8]電界強度を変化させたときの遊離グリセリンの濃度と除去率を示す図である。
[図 9] 1時間高電界印加処理を行い、その後の 12時間放置した際の、メタノール濃度 及びメタノール除去率の経時変化を示す図である。
[図 10]1時間高電界印加処理を行い、その後の 12時間放置した際の、カリウム濃度 及びカリウム除去率の経時変化を示す図である。
[図 11] 1時間高電界印加処理を行い、その後の 12時間放置した際の、遊離ダリセリ ン濃度及び遊離グリセリン除去率の経時変化を示す図である。
[図 12]加熱処理に用いる装置の模式図である。
[0058] 本明細書は、本願の優先権の基礎である特願 2005— 43951の明細書及び Z又 は図面に記載された内容を包含する。
実施例
[0059] 以下、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明する力 本発明の範囲はこれら の実施例に限定されるものではない。
[0060] (実施例 1)
新油（菜種油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸化カリウムを使用）で 製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 3100mg/L、カリウム 37mg/L、 遊離グリセリン 284mgZL)又は廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタ ノール及び水酸ィ匕カリウムを使用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 160mgZL、カリウム 114mg/L、遊離グリセリン 384mg/L)を、アクリル榭脂製の 円筒形の容器に入れ、図 1に示す装置を用いて高電界印加処理を行った。電界強 度は 0. 16〜2. 5kVZcmの範囲で変化させた。その結果、新油から製造した粗製 バイオディーゼル燃料を電界強度 2. 5kVZcmで高電界印加処理した場合、処理 時間の経過とともにカリウムが除去され、処理開始から 15分で最終濃度 2. 3mg/L と EU規格の 5. OmgZLをクリアし（図 2)、メタノール及び遊離グリセリンの除去効果 も認められた。廃食用油から製造した粗製バイオディーゼル燃料を用いた場合にも、 メタノール、カリウム及び遊離グリセリンの除去効果が認められた。廃食用油から製造 した粗製バイオディーゼル燃料を高電界印加処理したときの電界強度と、メタノール の最終濃度及び除去率との関係を図 3に示す。
[0061] なお、処理後の油相中のカリウム分析にはイオン選択性電極又はフレーム原子吸 光光度計を用いた。イオン選択性電極による分析の際には、バイオディーゼル燃料 と同容量の 0. IN塩酸を用いてカリウムを抽出し、水相を試料溶液とした。また、フレ ーム原子吸光分析に際には処理後の油をメタノールで溶解し、それを試料溶液とし た。油相中のメタノール及び遊離グリセリンの分析には、ガスクロマトグラフ質量分析 計を用いた。前処理法は Mittelbachらの方法（Mittelbach. et al.， Chromatographia, 4 2, 431 (1996))に従って行った。
[0062] (実施例 2)
廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸ィ匕カリウムを使 用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 2620mg/L、カリウム 114mg ZL、遊離グリセリン 1320mgZL)と、純水とが合計で lOOmLになるようにガラス瓶 に入れ、振盪を行い、エマルシヨンを作成した。作成したエマルシヨンを直ちにアタリ ル榭脂製の円筒形の容器に入れ、実施例 1と同様にして、高電界印加処理を行った
[0063] 水の添力卩率を 0〜1. OvZv%で変化させたときのメタノール及び遊離グリセリンの 最終濃度と除去率を、それぞれ図 4及び 5に示す。メタノール及び遊離グリセリンのい ずれにおいても除去効果が認められた。また、水の添加率の上昇と共に除去率の向 上が見られ、水添加率 1. OvZv%のとき遊離グリセリン除去率は 94. 1%になった。
[0064] 廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸ィ匕カリウムを使 用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 160mg/L、カリウム 114mg ZL、遊離グリセリン 384mgZL)を用いて水添加率 1. OvZv%でエマルシヨンを作 成し、電界強度を変化させて精製したときのメタノール、カリウム及び遊離グリセリンの 最終濃度と除去率を、それぞれ図 6〜8に示す。メタノール、カリウム及び遊離ダリセリ ンのいずれの不純物も、電界強度 0. 16-2. 5kVZcmで除去され、最大の除去率 は、それぞれ 65. 0%、 96. 7%及び 97. 4%に達した。
[0065] (実施例 3)
廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸ィ匕カリウムを使 用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 272mg/L、カリウム 197mg ZL、遊離グリセリン 574mgZL) 97mLと純水 3mLをガラス瓶に入れ、振盪を行い、 エマルシヨンを作成した。作成したエマルシヨンを直ちにアクリル榭脂製の円筒形の 容器に入れ、実施例 1と同様にして、 2. 5kVZcmの電界強度で 1時間、高電界印 加処理を行った。その後、 12時間放置して燃料相中のメタノール、カリウム及び遊離 グリセリンの濃度を測定した。
[0066] その結果、図 9〜： L 1に示すように、いずれの不純物に対しても 1時間の高電界印加 処理で高い除去率が認められ、メタノール、カリウム及び遊離グリセリンに対してそれ ぞれ 63. 6%、 70. 2%及び 83. 4%の除去率が達成された。
[0067] 1時間の高電界印加処理の後、 12時間放置することにより不純物の除去率が更に 向上し、最終的にはメタノール、カリウム及び遊離グリセリンに対してそれぞれ 99. 6 %、 98. 1%及び 99. 0%の高い除去率が達成された。このときのメタノール、力リウ ム及び遊離グリセリンの最終濃度はそれぞれ lmgZL、 3. 7mgZL及び 6mgZLと なった。
[0068] (実施例 4)
廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸ィ匕カリウムを使 用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 5270mg/L、カリウム 85. 9m gZL、遊離グリセリン 863mgZL、水分 0. 069v/v%) 998. 5mLと、純水 1. 5mL とをガラス瓶に入れ、 1500rpmで撹拌を行い、エマルシヨンを作成した。作成したェ マルションを直ちに図 12に示すガラス製の装置に入れ、 30rpmで撹拌しながら 90°C で 8時間加熱処理を行った。その結果、メタノール、遊離グリセリン及びカリウムの除 去効果が認められた。更に、解乳化された廃液を装置底部より排出した後、純水 1. 5mLを添カ卩して 1500rpmで撹拌し、再度エマルシヨンを作成した。その後、直ちに 9 0°Cで 30rpmで撹拌しながら 8時間加熱処理を行った。その結果、表 1に示すように メタノールを 27. 4mgZL、遊離グリセリンを 14. 6mg/L,カリウムを 2. OOmgZLま で除去できた。
[表 1] 不純物濃度
処理 水分 メタノール グリセリン カリウム
(%) (mg/L) (mg/L) (mg/L)
未処理 0.069 5270 863 85.9
1次解乳化 0.025 1 14 73.4 6.70
2次解乳化 0.026 27.4 14.6 2.00
[0069] なお、処理後の油相中のカリウム分析は、処理後の油をメタノールで溶解して試料 溶液とし、フレーム原子吸光光度計を用いて行った。油相中のメタノール及び遊離グ リセリンの分析には、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いた。前処理法は Mittelbach らの方法（Mittelbach. et al.， Chromatographia, 42, 431 (1996))に従って行った。油 相中の水分の分析には、力ールフィッシャー水分計を用 ヽた。
[0070] (実施例 5)
廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸ィ匕カリウムを使 用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 5270mg/L、カリウム 85. 9m gZL、遊離グリセリン 863mgZL、水分 0. 069vZv%) 990mLと、マグネシウム濃 度 llOmmolZLの硝酸マグネシウム又はリン酸水素マグネシウムの水溶液 10mLと をガラス瓶に入れ、 1500rpmで撹拌を行い、エマルシヨンを作成した。作成したエマ ルシヨンを直ちに図 12に示すガラス製の装置に入れ、 30rpmで撹拌しながら 90°Cで 6時間加熱処理を行った。その結果、表 2に示すように、いずれの解乳化剤を用いた 場合でも、カリウムは 5mgZL未満、メタノールは 2000mgZL未満、遊離グリセリン は 200mgZL未満となり良好な除去が行われた。また、処理後の油相中のマグネシ ゥム濃度も 5mgZL未満となり、良好な結果を得た。
[0071] なお、処理後の油相中のカリウム及びマグネシウムの分析は、処理後の油をメタノ ールで溶解して試料溶液とし、フレーム原子吸光光度計を用いて行った。油相中の メタノール及び遊離グリセリンの分析には、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いた。 前処理法は Mittelbachらの方法（Mittelbach. et al.， Chromatographia, 42, 431 (1996 ))に従って行った。油相中の水分の分析には、カールフィッシャー水分計を用いた。
[0072] (実施例 6) 廃食用油（サラダ油）を用いてエステル交換法 (メタノール及び水酸ィ匕カリウムを使 用）で製造した粗製バイオディーゼル燃料 (メタノール 12200mg/L、カリウム 70. 8 mg/L,遊離グリセリン 627mgZL、水分 0. 072vZv%) 990mLと、マグネシウム 濃度 90. 8mmolZLのリン酸マグネシウム又は塩化マグネシウムの水溶液 10mLと をガラス瓶に入れ、 1500rpmで撹拌を行い、エマルシヨンを作成した。作成したエマ ルシヨンを直ちに図 12に示すガラス製の装置に入れ、 30rpmで撹拌しながら 90°Cで 6時間加熱処理を行った。その結果、表 2に示すように、いずれの解乳化剤を用いた 場合でも、カリウムは 5mgZL未満、メタノールは 2000mgZL未満、遊離グリセリン は 200mgZL未満となり良好な除去が行われた。また、処理後の油相中のマグネシ ゥム濃度も 5mgZL未満となり、良好な結果を得た。
なお、処理後の油相中のカリウム及びマグネシウムの分析は、処理後の油をメタノ ールで溶解して試料溶液とし、フレーム原子吸光光度計を用いて行った。油相中の メタノール及び遊離グリセリンの分析には、ガスクロマトグラフ質量分析計を用いた。 前処理法は Mittelbachらの方法（Mittelbach. et al., Chromatographia, 42, 431 (1996 ))に従って行った。油相中の水分の分析には、カールフィッシャー水分計を用いた。
[表 2] 不純物濃度
試料 解乳化剤 水分 カリウム メタノーリレ グリセリン マグネシウム
% mg/L mg/L mg/L mg/L 未処理 0.069 85.9 5270 863 0.169
Mg(N03)2
処理後 0.022 1.85 85.0 1 53 0.980 未処理 0.069 85.9 5270 863 0.085
MgHP04
処理後 0.017 2.65 55.0 1 6.4 0.080 未処理 0.072 70.8 12200 627 0.140
Mg3(P04)2
処理後 0.025 1.72 1 14 28.2 0.450 未処理 0.072 70.8 12200 627 0.270
MgCI2
処理後 0.023 2.20 21.7 173 4.37 本明細書中で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願をそのまま参考として本 明細書中にとり入れるものとする。
産業上の利用可能性 [0075] 本発明は、バイオディーゼル燃料の分野で利用される。

Claims

請求の範囲
[I] 粗製バイオディーゼル燃料に電界を印加することを特徴とするノ ィォディーゼル燃 料の精製方法。
[2] 電界印加処理を電界強度 0. 01〜5kVZcmで行う請求項 1記載の方法。
[3] 電界印加処理を電界強度 0. 1〜2. 5kVZcmで行う請求項 1記載の方法。
[4] 粗製バイオディーゼル燃料力 タノール 100〜3500mgZLを含有する請求項 1記 載の方法。
[5] 粗製バイオディーゼル燃料がアルカリ金属類 5〜200mgZLを含有する請求項 1 記載の方法。
[6] 粗製バイオディーゼル燃料が遊離グリセリン 200〜800mgZLを含有する請求項 1 記載の方法。
[7] 粗製バイオディーゼル燃料を加熱することを特徴とするバイオディーゼル燃料の精 製方法。
[8] 加熱温度が 60〜： L 10°Cである請求項 7記載の方法。
[9] 加熱温度が 70〜95°Cである請求項 7記載の方法。
[10] 粗製バイオディーゼル燃料力 タノール 100〜3500mgZLを含有する請求項 7記 載の方法。
[I I] 粗製バイオディーゼル燃料がアルカリ金属類 5〜200mgZLを含有する請求項 7 記載の方法。
[12] 粗製バイオディーゼル燃料が遊離グリセリン 200〜800mgZLを含有する請求項 7 記載の方法。
[13] 粗製バイオディーゼル燃料に水を添加し、 WZOエマルシヨンを形成させた後、解 乳化することを特徴とするバイオディーゼル燃料の精製方法。
[14] 電界を印加することにより解乳化する請求項 13記載の方法。
[15] 加熱することにより解乳化する請求項 13記載の方法。
[16] 粗製バイオディーゼル燃料に水を 0. 01〜5vZv%添加する請求項 13記載の方 法。
[17] 粗製バイオディーゼル燃料に水を 0. 5〜3vZv%添加する請求項 13記載の方法
[18] 粗製バイオディーゼル燃料に添加する水が解乳化剤を含む請求項 13記載の方法
[19] 粗製バイオディーゼル燃料に、解乳化剤を含む水を 0. 01〜： LvZv%添加する請 求項 18記載の方法。
[20] 粗製バイオディーゼル燃料に、解乳化剤を含む水を 0. 1〜0. 5vZv%添加する 請求項 18記載の方法。
[21] 粗製バイオディーゼル燃料に解乳化剤を含む水を添加し、 WZOエマルシヨンを形 成させた後、ノ ォディーゼル燃料中に含まれる石鹼分と解乳化剤とが不溶性の塩 を形成することにより沈殿分離し、界面活性効果を失って解乳化する請求項 18記載 の方法。
[22] 解乳化剤が無機のカルシウム塩又はマグネシウム塩である請求項 18記載の方法。
[23] 粗製バイオディーゼル燃料力 タノール 100〜20000mgZLを含有する請求項 1 3記載の方法。
[24] 粗製バイオディーゼル燃料がアルカリ金属類 5〜200mgZLを含有する請求項 13 記載の方法。
[25] 粗製バイオディーゼル燃料が遊離グリセリン 200〜2000mgZLを含有する請求項 13記載の方法。
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