JP5607329B2 - 酵素法による連続式バイオディーゼル燃料の生産方法 - Google Patents
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Description
リパーゼが充填されている触媒反応管を有する反応装置において、
(a)原料油脂と低級アルコールとの混合物にリパーゼを反応させて原料組成物を得る工程;
(b)該触媒反応管に、該原料組成物と低級アルコールとを混合して供給する工程;
(c)該原料組成物と該低級アルコールとが供給された該触媒反応管において、脂肪酸エステルおよびグリセリンを生成させる工程;
(d)該触媒反応管からの流出液をグリセリン分離槽に導入してグリセリンを回収し、該流出液からグリセリンが分離された分離液を得る工程;および
(e)該工程(d)で得られた分離液から脂肪酸エステルを回収する工程;
を含む。
上記触媒反応管に、原料油脂と低級アルコールとを混合して供給する工程;
該原料油脂と該低級アルコールとが供給された該触媒反応管において、脂肪酸エステルおよびグリセリンを生成させる工程;および
該触媒反応管からの流出液をグリセリン分離槽に導入してグリセリンを回収し、該流出液からグリセリンが分離された分離液を原料組成物として得る工程;
を含む。
(e’)上記工程(e)で得られた分離液を原料組成物として、上記工程(a)〜(e)を繰り返す工程;
をさらに含む。
本発明において、リパーゼとは、グリセリド(アシルグリセロールともいう)に作用して、該グリセリドをグリセリンまたは部分グリセリドと脂肪酸とに分解する能力を有し、かつ直鎖低級アルコールの存在下ではエステル交換により脂肪酸エステルを生成する能力を有する酵素を意味する。
脂肪酸エステルの原料は、油脂および低級アルコールである。
本発明において、反応装置とは、ステンレスパイプなどの管に固定化リパーゼあるいはリパーゼ産生細胞を充填した触媒反応管が連結された装置を意味する。図1に、本発明の代表的な反応装置の実施態様の構成を、該反応装置がパックドベッドリアクターである場合を例に挙げて模式的に示すが、これに限定されない。この代表的な反応装置は、触媒反応管10、グリセリン分離槽40および原料タンク30を含む。
本発明の脂肪酸エステルを連続的に生産する方法は、リパーゼが充填されている触媒反応管を有する反応装置において、
(a)原料油脂と低級アルコールとの混合物にリパーゼを反応させて原料組成物を得る工程;
(b)該触媒反応管に、該原料組成物と低級アルコールとを混合して供給する工程;
(c)該原料組成物と該低級アルコールとが供給された該触媒反応管において、脂肪酸エステルおよびグリセリンを生成させる工程;
(d)該触媒反応管からの流出液をグリセリン分離槽に導入してグリセリンを回収し、該流出液からグリセリンが分離された分離液を得る工程;および
(e)該工程(d)で得られた分離液から脂肪酸エステルを回収する工程;
を含む。
白絞油を原料油脂とし、この原料油脂に、油脂に対して0.5〜1.0モル当量のメタノールを添加して溶解した。これらのメタノールを添加した油脂に、油脂に対して4%(w/w)の固定化酵素ノボザイム435(ノボザイム社製)を添加および混合し、バッチ式にて30℃で酵素反応を行った。原料油脂および反応液中の脂肪酸メチルエステル濃度(含有率)および粘度を分析した。
カラム:ZB−5HT(フェノメネクス社製、内径0.25mm、長さ15m)
カラム温度:
初期:130℃、2分
昇温:350℃、10℃/分
380℃、7℃/分
最終温度:380℃、10分
インジェクター温度:320℃
ディテクター温度:380℃
キャリアガス:ヘリウムガス(1.76mL/分)
スプリット比:1/50。
白絞油を原料油脂とし、この原料油脂に、油脂に対して1モル当量のメタノールを添加して溶解した。このメタノールを添加した油脂に、油脂に対して4%(w/w)の固定化酵素ノボザイム435を添加および混合し、バッチ式にて30℃で酵素反応を行った。反応液中の脂肪酸メチルエステル濃度(含有率)を分析した。
(反応装置)
連続的エステル交換反応に用いたパックドベッドリアクターの構成を示す模式図を図1に示す。触媒反応管10には、ステンレスパイプ(長さ1.5m、内径15.7mm、体積290.2ml)を用いた。このステンレスパイプに、ノボザイム435を酵素充填率60%(v/v)になるように充填して、触媒反応管10を作製した。触媒反応管10は30℃で保温し、管の上部に圧力計20を設置して圧力損失を確認した。
原料タンク30内で、原料油脂の白絞油に、油脂に対して1モル当量のメタノールを添加して溶解した。このメタノールを添加した油脂に、油脂に対して4%(w/w)の固定化酵素ノボザイム435(油脂のエステル交換反応に10バッチ以上使用済)を添加および混合し、30℃で4時間酵素反応を行った。この反応液を原料組成物として用いた。
原料タンク30内のこの原料組成物に、油脂に対して1モル当量のメタノールを添加および混合し、この混合物を定量ポンプ50により触媒反応管10の上部へ連続的に通液した。なお、混合物の液流速がグリセリンの分離効率に及ぼす影響を確認するため、触媒反応管10における体積流量を300mL/h〜540mL/hに設定した。この触媒反応管10における体積流量は2.58cm/min〜4.65cm/minの液流速に相当する。混合物を通液した後、グリセリン分離槽40の下部の弁を開いて、副生したグリセリンの重量を測定した。オーバーフローした分離液から200μL採取し、脂肪酸メチルエステル濃度(含有率)を分析した。
原料タンク30内で、原料油脂の白絞油に、油脂に対して1モル当量のメタノールを添加および混合し、この混合物を定量ポンプ50により触媒反応管10の上部へ連続的に通液した。なお、混合物の液流速、および混合物の通液後から脂肪酸メチルエステル濃度(含有率)の分析までの操作は実施例3と同様に行った。
原料タンク30内で、原料油脂の白絞油1kgにメタノール18.14g(油脂に対して0.5モル当量)を添加および混合し、この混合物を定量ポンプ50により触媒反応管10へ連続的に通液した。なお、触媒反応管10における体積流量は600mL/hに設定した。全量通液した後、グリセリン分離槽40の下部の弁を開いて、副生したグリセリンの重量を測定した。オーバーフローした分離液の脂肪酸メチルエステル濃度(含有率)を分析した。この分離液を原料組成物として用いた。
20 圧力計
30 原料タンク
40 グリセリン分離槽
41 サイトグラス
42 電磁弁
50 ポンプ
L1 脂肪酸エステルおよび未反応油脂の層
L2 グリセリンの液滴
L3 グリセリン層
Claims (8)
- 脂肪酸エステルを連続的に生産する方法であって、
リパーゼが充填されている触媒反応管を有する反応装置において、
(a)原料油脂と低級アルコールとの混合物にリパーゼをバッチ式エステル交換反応させて脂肪酸エステルを15質量%以上含有する原料組成物を得る工程;
(b)該触媒反応管に、該原料組成物と低級アルコールとを混合して供給する工程;
(c)該原料組成物と該低級アルコールとが供給された該触媒反応管において、脂肪酸エステルおよびグリセリンを生成させる工程;
(d)該触媒反応管からの流出液をグリセリン分離槽に導入してグリセリンを回収し、該流出液からグリセリンが分離された分離液を得る工程;および
(e)該工程(d)で得られた分離液から脂肪酸エステルを回収する工程;
を含む、方法。 - 前記工程(a)が、原料油脂と低級アルコールとリパーゼとを混合して、30質量%以上の脂肪酸エステルを含有する原料組成物を得る工程である、請求項1に記載の方法。
- 前記リパーゼが、一旦使用した固定化リパーゼである、請求項2に記載の方法。
- 前記原料組成物が、25℃において0.025Pa・s以下の粘度を有する、請求項1から3のいずれかの項に記載の方法。
- 前記反応装置中の液流速が、少なくとも2.58cm/minである、請求項1から4のいずれかの項に記載の方法。
- 前記工程(b)における前記低級アルコールの量が、前記原料油脂に対して0.5〜1.0モル当量である、請求項1から5のいずれかの項に記載の方法。
- 前記原料油脂が、植物油脂、動物油脂、魚油あるいは微生物が産生する油脂、これらの混合油脂、またはこれらの廃油である、請求項1から6のいずれかの項に記載の方法。
- 前記低級アルコールが、メタノール、エタノール、n−プロパノールまたはn−ブタノールである、請求項1から7のいずれかの項に記載の方法。
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