燃料の生成
【課題】 植物油および動物性脂肪からのバイオディーゼル燃料の生成装置の提供。
【解決手段】 第１反応器と帰還機構とを備えた装置。第１反応器は、第１反応物質、第２反応物質、反応生成物、および第１反応物質と第２反応物質の一部を溶解する不活性溶媒を含有する混合物を受容する入口と、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応から生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口とを有する。帰還機構は、出口からの反応生成物の少なくとも一部を入口に送り返す。
【解決手段】 第１反応器と帰還機構とを備えた装置。第１反応器は、第１反応物質、第２反応物質、反応生成物、および第１反応物質と第２反応物質の一部を溶解する不活性溶媒を含有する混合物を受容する入口と、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応から生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口とを有する。帰還機構は、出口からの反応生成物の少なくとも一部を入口に送り返す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００４年９月２０日に出願されたチー・チュン・チョー（Ｃｈｉｈ−Ｃｈｕｎｇ Ｃｈｏｕ）の「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａｌｋｙｌ Ｅｓｔｅｒｓ」と題する米国特許出願第１０／９４５，３３９号の一部継続出願であり、上記出願の内容は本明細書に文献援用される。
【０００２】
本発明は、植物油および動物性脂肪からのバイオディーゼル燃料の生成を含む燃料生成に関する。
【背景技術】
【０００３】
植物油や動物性脂肪のアルコール分解によるオイルの供給源（以下、「油源」と称する）を用いて、脂肪酸アルキルエステルを生成することができる。この脂肪酸アルキルエステルは、本明細書では概して「バイオディーゼル」燃料と称するディーゼル燃料として使用され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つの生成法においては、例えば、アルカリ性水酸化物やアルコラートなどの非酵素触媒を用いてアルコール分解を促進する。アルコール分解の副生成物はグリセロールである。非酵素触媒はグリセロールと共に除去されるので再生利用できない。グリセロールは大量の触媒を含有しているために精製が難しい。別の生成法では、例えばリパーゼなどの酵素触媒を用いてアルコール分解反応における天然油からのアルキルエステルの生成を促進する。トリグリセリドを有する油源とアルコールを有機溶媒に溶解させる。リパーゼを触媒として用いて、トリグリセリドとアルコールを反応させると、アルキルエステルと共に副生成物としてグリセロールが生成する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般態様において、バイオディーゼル燃料を生成するための酵素的エステル交換法は、廃棄物や副生成物を少なくして費用効率的にアルキルエーテル（および、ある種の実施例では、副生成物のグリセロール）などの高純度燃料を生成する。酵素的エステル交換用処理プラントは、設備投資をあまり必要としない簡単な構成を用いて作成することができる。
【０００６】
一般に、一態様において、本発明は、第１反応物質、第２反応物質、反応生成物、および第１反応物質と第２反応物質の少なくとも一部を溶解する不活性溶媒を含有する混合物を受容する入口と、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口とを有する第１反応器を備える装置を特徴とする。この装置は、出口からの反応生成物の少なくとも一部を入口に送り返す帰還機構を有する。
【０００７】
本発明の実施は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含む。帰還機構は、アルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返す。混合物は、第１反応物質、第２反応物質、および反応生成物の少なくとも一部を溶解する溶媒を含有する。出口は、少なくとも、アルキルエステル、溶媒、および未反応の第１反応物質を送出する。
【０００８】
この装置はさらに、溶媒を蒸発させて、アルキルエステルおよび未反応の第１反応物質を含む混合物を生成する蒸発器を備えている。出口はさらにグリセロールを送出する。さらにこの装置は、液−液相分離に基づいてグリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器を含む。
【０００９】
第１反応物質はトリグリセリドを含む。第１反応物質はカルボン酸を含む。第２反応物質は第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方を含む。第１反応物質は植物油と動物性脂肪の少なくとも一方を含む。反応生成物は、燃料としての使用に適した組成を有する。反応生成物は、ディーゼルエンジン燃料としての使用に適した組成を有する。反応生成物は、内燃ディーゼルエンジンとガスタービンディーゼルエンジンの少なくとも一方のための燃料としての使用に適した組成を有する。
【００１０】
この装置はさらに、第１反応物質を受容する第１入口と、第２反応物質を受容する第２入口と、反応器出口からの反応生成物の一部を受容する第３入口と、不活性溶媒を受容する第４入口と、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および反応生成物を含有する混合物を送出する出口とを有する混合器を備えている。前記出口はさらに他の成分を送出し、帰還機構はさらに他の成分の少なくとも一部を入口に送り返す。酵素は、他の成分と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる。他の成分は、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、およびカルボン酸の少なくとも１種を含む。
【００１１】
この装置はさらに第２反応器を備えており、第２反応器は、付加的な第２反応物質および第１反応器出口からの反応生成物を含む混合物を受容する入口と、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、第２反応器の入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口とを有する。
【００１２】
さらにこの装置は、不活性溶媒と、未反応の第１反応物質と未反応の第２反応物質の少なくとも一方とを蒸発させる蒸発器を備えている。この装置はさらに、残りの未反応反応物質から反応生成物を分離するショートパスエバポレータを備えている。反応生成物はアルキルエステルを含む。反応生成物は、少なくとも９９％のアルキルエステルを含む。この装置はさらに、第２反応器出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１反応器の入口に送り返す帰還機構を有する。第１反応物質はトリグリセリドまたはカルボン酸を含み、第２反応物質は第１級アルコールまたは第２級アルコールを含む。
【００１３】
一般に、別の態様において、本発明は、反応物質を含有する混合物を受容する入口および反応物質間の反応を促進する酵素を有する反応器と、反応生成物の少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを備えた装置を特徴とする。
【００１４】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含み、フィードバック機構は、アルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返す。反応物質は、（１）トリグリセリドとカルボン酸の少なくとも一方と、（２）第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方とを含む。酵素はリパーゼを含む。
【００１５】
一般に、別の態様において、本発明は、第１サブシステムと第２サブシステムとを有するアルキルエステル生成システムを特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質、第２反応物質、および第１反応物質と第２反応物質を溶解する不活性溶媒を含有する第１混合物を受容する入口と、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生
成させる第１酵素と、反応生成物、不活性溶媒、および他の成分を送出する第１出口とを有する第１反応器を有する。第２サブシステムは、付加的な第２反応物質、不活性溶媒、反応生成物の少なくとも一部、および第１入口からの他の成分を含有する第２混合物を受容する第２入口と、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる第２酵素と、第２入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する第２出口とを有する第２反応器を有する。
【００１６】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含む。本発明のシステムはさらに、第１出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返す帰還機構を含む。さらにこのシステムは、第２出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返す帰還機構を含む。第２反応器から送出される際の反応生成物中のアルキルエステルの割合は、第１反応器から送出される際の反応生成物中のアルキルエステルの割合より高い。
【００１７】
第２サブシステムは、少なくとも９０重量％のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために、第２出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を有する。分離器は蒸発器を含む。蒸発器は液−液分離器を含む。
【００１８】
第１サブシステムは、第１溶液より高い濃度のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために、第１出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を有する。分離器は蒸発器を含む。分離器は液−液分離器を含む。
【００１９】
ある種の実施例において、第１反応物質はトリグリセリドを含む。他の実施例において、第１反応物質はカルボン酸を含む。第２反応物質は第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方を含む。第１サブシステムは、第１反応物質を受容する第１入口と、第２反応物質を受容する第２入口と、不活性溶媒を受容する第３入口と、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒を混合する構造と、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒を含有する第１混合物を排出する出口とを有する混合器を備えている。ある種の実施例において、第１酵素は第２酵素と同じである。他の実施例においては、第１酵素は第２酵素と異なる。第１酵素と第２酵素の少なくとも一方はリパーゼを含む。
【００２０】
一般に、別の態様において、本発明は、反応器、分離ユニット、および帰還機構を備えた装置を特徴とする。反応器は、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態の反応生成物を含有する混合物を運ぶパイプラインと、パイプラインから混合物を受容する入口、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素、および前記入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を排出する出口を有するカートリッジを受容する連結器とを有する。分離ユニットは、より高率の反応生成物を有する溶液を生成するように出口流出物を処理する。帰還機構は溶液の少なくとも一部をパイプラインに送り返す。
【００２１】
一般に、別の態様において、本発明は、第１サブシステムと第２サブシステムとを有するアルキルエステル生成システムを特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態のアルキルエステルを含有する第１混合物を運ぶ第１パイプラインと、第１パイプラインからの混合物を受容する入口、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる第１酵素、ならびにアルキルエステル、溶媒、および他の成分を排出する第１出口を有する第１カートリッジを受容する第１連結器とを有する第１反応器を備えている。第２サブシステムは、付加的な第２反応物質、不活性溶媒、ならびに第１出口からのアルキルエステルおよび他
の成分の少なくとも一部を含有する第２混合物を運ぶ第２パイプラインと、第２パイプラインからの混合物を受容する第２入口、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる第２酵素、およびアルキルエステルを排出する第２出口を有する第２カートリッジを受容する第２連結器とを有する第２反応器を備えている。
【００２２】
一般に、別の態様において、本発明はアルキルエステル生成システムを特徴とし、このシステムは、第１反応物質および第２反応物質を含有する混合物を受容し、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生成させる酵素を有し、識別子を有するカートリッジと、カートジッリ上の識別子に基づいてシステムの稼動状況を制御する制御器とを備えている。
【００２３】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含む。酵素はリパーゼを含む。制御器は、識別子に基づいて、溶液のカートリッジ通過速度を変化させるポンプ速度を制御する。制御器は、識別子に基づいて、溶液の温度を変化させる加熱器を制御する。制御器は、識別子に基づいて、カートリッジ交換が必要であることを示す信号を送る時期を決定する。
【００２４】
一般に、別の態様において、本発明は、油源と反応物質を受容する入口、および油源と反応物質との反応を促進して所望の生成物および他の成分を生成させる酵素を有する第１反応器と、粗製所望生成物を生成するために他の成分から所望生成物を分離する分離器と、粗製所望生成物の少なくとも一部を第１反応器の入口に送り返す帰還機構とを備えた装置を特徴とする。
【００２５】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
所望生成物は燃料を含む。所望生成物はアルキルエステルを含む。
本発明の装置はさらに、付加的な反応物質および粗製所望生成物の少なくとも一部を含有する混合物を受容する入口、および追加反応物質と粗製所望生成物中の成分との反応を促進して付加的な所望生成物を生成させる酵素を有する第２反応器と、高純度の所望生成物を生成するために他の成分から所望生成物を分離する第２分離器とを備えている。
【００２６】
油源はトリグリセリドとカルボン酸の少なくとも一方を含む。粗燃料はアルキルエステルを含む。反応物質は、第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方を含む。酵素はリパーゼを含む。
【００２７】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素を有し、アルキルエステル生成装置に連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、およびアルキルエステルを混合してカートリッジに通す溶液を生成する混合器であって、カートリッジ中の酵素は第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる混合器と、第１反応物質と第２反応物質との反応由来のアルキルエステルの少なくとも一部を混合器に送り返す帰還機構とを備えている。
【００２８】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
酵素はリパーゼを含む。カートリッジは、カートリッジ上に、アルキルエステル生成装置の稼動に関する情報を有する。
【００２９】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素を有し、アルキルエステルを生成する２ステージシステムの第１サブシステムに連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒
を受容し、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒を含有する混合物をカートリッジに通し、酵素は、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して第１生成物を生成させ、第１生成物は第１分離器で処理されて、第１比率のアルキルエステルを有する粗生成物を生成する。第２サブシステムは、粗生成物と付加的な第２反応物質を受容して第２生成物を生成し、第２生成物は第２分離器で処理されて、第１比率より高い第２比率のアルキルエステルを有する精製生成物を生成する。
【００３０】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素を有し、アルキルエステルを生成する２ステージシステムの第２サブシステムに連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質と第２反応物質を受容して、第１比率のアルキルエステルを有する粗生成物を生成する。第２サブシステムは、粗生成物と付加的な第２反応物質を受容して、粗生成物と付加的な第２反応物質を含有する混合物をカートリッジに通し、酵素は粗生成物および追加第２反応物質中の成分の反応を促進して生成物を生成させ、生成物は分離ユニットで処理されて、第１比率より高い第２比率のアルキルエステルを有する精製生成物を生成する。
【００３１】
一般に、別の態様において、本発明は、リパーゼを有し、アルキルエステル生成装置に連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合してカートリッジに通す溶液を形成する混合器を有し、油源はトリグリセリドを含み、リパーゼは、トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、溶液は反応中相分離せず、副生成物としてグリセロールを生成する。アルキルエステル生成装置はさらに、有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器と、未反応油源からアルキルエステルを分離する第２分離器とを有する。
【００３２】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。第２分離器はショートパスエバポレータを含む。
一般に、別の態様において、本発明は、リパーゼを有し、アルキルエステル生成装置に連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合して、カートリッジに通す溶液を形成する混合器を備えており、油源はカルボン酸を含み、リパーゼは、カルボン酸と第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、溶液は反応中相分離せず、副生成物として水を生成する。アルキルエステル生成装置はさらに、有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、未反応油源からアルキルエステルを分離する分離器とを有する。
【００３３】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。分離器はショートパスエバポレータを含む。
一般に、別の態様において、本発明は、アルキルエステル、アルコール、不活性溶媒およびグリセロールを含有する混合物を受容する入口を有し、不活性溶媒およびアルコールを蒸発させてアルキルエステルおよびグリセロールを含有する溶液を生成する蒸発器と、溶液を受容する入口を有し、液−液相分離に基づいてグリセロールからアルキルエステルを分離する分離器とを備えた装置を特徴とする。
【００３４】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素利用アルキルエステル生成装置と、発電器とを備えた動力生成装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、反応物質を含有する混合物を受容する入口、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素、および出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバッ
ク機構とを備えている。発電器は、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを電気に変換する変換器と、変換器で生成された電気を出力する出口とを有する。
【００３５】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
アルキルエステル生成装置の少なくとも一部は、発電器で生成された電気により動力供給される。反応物質はトリグリセリドおよびアルコールを含む。
【００３６】
一般に、別の態様において、本発明は、反応物質を貯蔵する貯蔵庫と、酵素利用アルキルエステル生成装置と、エンジンとを備えた輸送手段を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、反応物質を含有する混合物を入れる入口と、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素と、出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを有する。エンジンは、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを運動エネルギーに変換する変換器とを有する。
【００３７】
本発明の実施は以下の特徴を１つ以上含み得る。
アルキルエステル生成装置の少なくとも一部は、エンジンで生成された運動エネルギーにより動力供給される。ある種の実施例において、輸送手段はさらに、運動エネルギーを車輪に伝達する伝達機構を備えている。ある種の実施例では、輸送手段はさらに、運動エネルギーをプロペラに伝達する伝達機構を備えている。
【００３８】
一般に、別の態様において、本発明は、反応物質を貯蔵する貯蔵庫と、酵素利用アルキルエステル生成装置と、発電器とを備えた輸送手段を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、反応物質を含有する混合物を受容する入口と、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素と、出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを有する。発電器は、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを電気に変換する変換器と、変換器で生成された電気を出力する出力口とを有する。
【００３９】
輸送手段はさらに、電子部品と、発電器で生成された電気の少なくとも一部を電子部品に伝送する電気系統とを備えている。
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。ある種の実施例において、輸送手段は飛行機を含む。ある種の実施例では、輸送手段は自動車を含む。ある種の実施例において、輸送手段は船舶を含む。
【００４０】
一般に、別の態様において、本発明は、食品を加工する調理場と、食品加工に用いられる再生油を貯蔵する貯蔵庫と、酵素利用アルキルエステル生成装置とを備えた建物を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、再生油および反応物質を含有する混合物を受容する入口と、再生油と反応物質との反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素と、出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを有する。
【００４１】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
建物はさらに、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを電気に変換する変換器と、電気の少なくとも一部を建物に伝送する電気系統とを有する。
【００４２】
一般に、別の態様において、本発明はアルキルエステル生成装置を特徴とし、この装置は、有機溶媒中でトリグリセリドを含む油源と第１級アルコールまたは第２級アルコール
とを混合して溶液を形成する混合器と、溶液を受容し、トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させるリパーゼを有し、反応副生成物としてグリセロールを生成する反応器と、有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器とを備えている。
【００４３】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応容器が受容した溶液は反応中相分離しない。有機溶媒の各分子は、複数の炭素原子と１個のヘテロ原子を含み、炭素原子の数は４〜８個である。有機溶媒は、Ｃ４〜Ｃ８第３級アルコールを含む。有機溶媒は、ｔ−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、２，２，３−トリメチル−３−ペンタノール、２−メチル−２−ヘキサノール、および３−メチル−３−ヘキサノールのうちの少なくとも１種を含む。有機溶媒はピリジンを含む。第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方は１〜１８個の炭素原子からなる。油源は、植物油、動物油、および廃油脂のうちの少なくとも１種を含む。
【００４４】
この装置はさらに担体を含み、担体上にはリパーゼが固定されている。リパーゼは、カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ（ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ ｌｉｐａｓｅ）、テルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼ（ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓａ ｌｉｐａｓｅ）、シュードモナス・フルオレセンス・リパーゼ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ ｌｉｐａｓｅ）、シュードモナス・セパシア・リパーゼ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｅｐａｃｉａ ｌｉｐａｓｅ）、およびクロモバクテリウム・ビスコスム・リパーゼ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｖｉｓｃｏｓｕｍ ｌｉｐａｓｅ）のうちの少なくとも１種を含む。トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進するために、反応器の一部は０〜９５℃の反応温度に維持される。この装置はさらに、反応器に溶液を１〜１８０分で流すように構成されたポンプを備えている。
【００４５】
この装置はさらに、油源を１５０〜２１５℃に加熱する加熱器を備えている。加熱された油源は、混合器に送られる前に反応温度に冷却される。この装置はさらに、溶液が反応器に送られる前に溶液にアルキルエステルを添加する入口を有する。さらにこの装置は、相分離器で分離されたアルキルエステルの少なくとも一部を入口に入れて溶液に添加する帰還機構を有する。
【００４６】
一般に、別の態様において、本発明は、入口および出口を有し、入口と出口の間に酵素が配置されているカートリッジをアルキルエステル生成装置に挿入する工程と、カートリッジ上のコード化情報を読み出す工程と、この情報に基づいてアルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程とを含む方法を特徴とする。
【００４７】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。アルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程は、カートリッジの入口に流入する溶液の温度と流速の少なくとも一方を制御する工程を含む。
【００４８】
一般に、別の態様において、本発明は食品加工法を特徴とし、この方法は、油を用いて食品を加工する工程と、使用済み油を再生利用して食品を加工する工程と、再生油、反応物質、および不活性溶媒を含有する混合物を受容する工程と、酵素を用いて再生油と反応物質との反応を促進してアルキルエステルを生成させる工程と、再生油および反応物質の溶解を支援するアルキルエステルの少なくとも一部と混合物とを混合してアルキルエステ
ルの少なくとも一部を再利用する工程と、アルキルエステルから電気または運動エネルギーを生成する工程と、電気または運動エネルギーを用いて食品加工に用いられる装置に動力を供給する工程とを含む。
【００４９】
一般に、別の態様において、本発明は輸送手段稼動法を特徴とし、この方法は、反応物質および不活性溶媒を含有する混合物を受容する工程と、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素を有するカートリッジに混合物を通す工程と、反応物質の溶解を支援するアルキルエステルの少なくとも一部を混合物と混合してアルキルエステルの少なくとも一部を再利用する工程と、アルキルエステルから電気または運動エネルギーを生成する工程と、電気または運動エネルギーを用いて輸送手段の稼動に用いられる装置に動力を供給する工程とを含む。
【００５０】
本発明の他の特徴および利点は以下の説明および特許請求の範囲から明らかである。
記載されている刊行物、特許出願、特許または他の参考文献はすべて本明細書に文献援用される。文献援用された参考文献と抵触する場合には、定義を含む本明細書の通りとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
１．概要
図１を参照すると、燃料生成システムは、例えば大豆油などの油源１１０を受容して、アルキルエステルなどのバイオディーゼル燃料、または潤滑油もしくは中間体などの関連生成物を生成する処理プラント１００を有する。処理プラント１００は、それぞれ酵素触媒を用いる１つ以上の反応器１４０を用いる。処理プラントは、無水第３級アルコールまたは無水ピリジンなどの不活性溶媒１２０と共に、第１級または第２級アルコール、例えば無水メタノールなどの反応物質１３０を用いる。処理プラント１００は、処理中に不活性溶媒１２０および反応物質１３０の一部を回収してそれらの供給を補充する。処理プラントはさらに、廃水またはグリセロールなどの副生成物１６０を生成する。
【００５２】
以下にいくつかの異なる形態の処理プラントを説明する。これらの形態は、例えば、反応器の処理ステージ数（たとえば、１つの反応器を用いたシングルステージ、２つの反応器を用いた２ステージ）、前ステージの反応器への中間体粗バイオディーゼルのフィードバック配置などの機構、および、使用される特定の油源、不活性溶媒、バイオ触媒や、関連稼動条件において異なる。例えば、処理プラントは、連続フロー方式、あるいはバッチ方式で稼動し得る。
【００５３】
種々の形態の処理プラントは種々の物理的サイズを有し得る。１つの実施例において、プラントは、比較的小型であり、例えば冷蔵庫の大きさであり、バイオディーゼル燃料が消費される個所、例えば発電に用いられるディーゼルモーターの位置に配置され得る。他の形態では、サイズが有意に大きくなるにつれ、生成能力も増大し得る。ある種の実施例において、プラントは家庭用として設計可能であり、大型冷蔵庫並の大きさを有し、１日に２００リットル以下の生成能力を有し得る。他の実施例では、プラントは、農場、商店街または戦場用として設計可能であり、約６．０９６〜１２．１９メートル（２０〜４０フィート）の長さを有するコンテナ並のサイズを有する。他の実施例において、プラント１００は、工業プラント用として設計可能であり、年間４０，０００〜２５，０００トン以上の能力を有し得る。
【００５４】
１．１ プラント構成
図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、４種の典型的なプラント構成は、異なるステージ数および異なるタイプのフィードバックを用いる。図２Ａを参照すると、シングルステージプラントは１つの反応器１４０を使用する。反応器（Ｒ−１）１４０の流出物は分離器（Ｓ−
１）２２０に供給され、分離器２２０は、例えば、蒸発器と液−液分離器との組み合わせを用いて、反応器流出物から不活性溶媒１２０、未反応反応物質１３０および副生成物１６０を分離して、粗バイオディーゼル生成物２２５を生成する構成部品を備えている。反応器（Ｒ−１）１４０の装入物は、油源１１０、不活性溶媒１２０および反応物質１３０を受容する混合器２１０からの流出物から供給される。この形態のプラントにおいて、混合器２１０はさらに、分離器Ｓ−１の流出物から得られる粗バイオディーゼル２２５の一部も受容する。この粗バイオディーゼルのフィードバックは、（１）反応物質間の反応の完了度を高め、（２）混合器２１０内で混ぜ合わせる必要がある不活性溶媒の量を減少させるという２つの利点を有する。分離器２２０の流出物は、バイオディーゼルをさらに精製して「純」バイオディーゼル生成物１５０を生成する最終分離器２３０、例えば、ショートパスエバポレータまたは短工程蒸留（ｓｈｏｒｔ−ｐａｓｓ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）に供給される。一例として、粗バイオディーゼル２２５は、純度９０〜９９重量％（％ ｐｕｒｅ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）であり、純バイオディーゼル１５０は純度９９重量％を超え得る。この形態のプラントは比較的部品が少ないので、小型の携帯型にも大型形態にも適している。
【００５５】
図２Ｂを参照すると、２ステージプラント１００Ｂは、それぞれが反応器１４０を有する２ステージ１０１，１０５を用いる。第１反応器（Ｒ−１）１４０および第１分離器（Ｓ−１）２２０の配置は図２Ａのものと同様であり、第１反応器１４０に供給するために第１分離器２２０の流出物から由来する粗バイオディーゼル２２５の混合器２１０へのフィードバックを用いることを含む。この形態のプラントでは、第１分離器２２０の流出物は、粗バイオディーゼル２２５を付加的な不活性溶媒１２０および反応物質１３０と混ぜ合わせる第２混合器２１０に供給される。第２混合器２１０の流出物は第２反応器（Ｒ−２）１４０に供給される。第２反応器１４０の流出物は第２分離器（Ｓ−２）２２０に通される。第２分離器２２０の流出物は、そのままバイオディーゼル燃料１５０として用いてもよいが、流出させる前に最終分離器２３０に通すことが好ましい。一例として、そのような２ステージプラントにおいて、第１分離器２２０からの粗バイオディーゼル２２５流出物は少なくとも純度９０重量％であるが、第２分離器の流出物は少なくとも純度９５％である。
【００５６】
図２Ｃ〜２Ｄを参照すると、粗バイオディーゼルのフィードバックを利用しないプラントは、その他の点では、それぞれ図２Ａ〜２Ｂに示されているプラントに類似した構成を有する。一例として、これらの形態のプラントにおける第１分離器２２０の流出物は少なくとも純度８０重量％であり、図２Ｄに示されている２ステージ形態では、第２分離器の流出物は少なくとも純度９５％である。
【００５７】
シングルステージプラント１００Ｃは、例えば、触媒（例えば、特定のタイプのリパーゼ）が高価であり、かつ最終生成物が医療用または薬用などに高付加価値を有するときに有用である。シングルステージプラント１００Ｃに必要なリパーゼの量は、ダブルステージプラント１００Ｂ，１００Ｄに必要なリパーゼの量より少ないであろうことから、最終生成物をよりコスト効率よく生成することができる。
【００５８】
プラント１００Ａ〜１００Ｄは種々の構成を有し得る。プラントは、溶液温度を増減させる熱交換器、溶液流量を制御するポンプなどの追加部品を備え得る。生成物から、不要な水分、グリセロール、または他の不要な不純物を除去するために除去床（ｒｅｍｏｖａｌ ｂｅｄ）を備え得る。例えば、シングルステージプラント１００Ｃにおいて、分離器２２０は、完全に反応しなかった原料（例えば、反応物質および油源）を生成物から分離して、完全に反応しなかった原料を再利用することができる。この場合、イオン交換樹脂を充填したグリセロール除去床を用いて、再利用される原料から微量のグリセロールを除去できる。
【００５９】
ある種の実施例において、特定タイプの酵素触媒、例えばテルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼを用いる場合、反応器１４０に流入する溶液中の水分量を制限することが有用である。そのような場合、小規模プラント用には、原料油入口流に水分吸着（または吸収）樹脂を充填したカートリッジ型除水床（ｗａｔｅｒ ｒｅｍｏｖａｌ ｂｅｄ）を用い得る。大型プラントの場合、水湿分は、他の除去法、例えば、蒸発または乾燥熱気ストリッピング装置（ｈｏｔ ｄｒｙ ａｉｒ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）によって制御し得る。
【００６０】
ある種の２ステージプラント（例えば、１００Ｂおよび１００Ｄ）実施例では、燃料分離器２３０を省略してもよい。
プラント１００Ａ〜１００Ｄにおいて、反応器１４０内の反応平衡は、熱力学によって測定することができる。そのような反応平衡は使用される酵素触媒のタイプとは無関係である。したがって、バイオディーゼルの平衡濃度は、温度、不活性溶媒濃度、反応物質濃度、および生成物濃度の関数である。他の条件が同じであるとき、種々の温度下に種々の平衡濃度が得られる。
【００６１】
１．２ 化学的構成
２００４年９月２０日に出願されたチー・チュン・チョー（Ｃｈｉ−Ｃｈｕｎｇ Ｃｈｏｕ）の「アルキルエステルの製造方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
Ａｌｋｙｌ Ｅｓｔｅｒｓ）」と題された米国特許出願第１０／９４５，３３９号には、種々の燃料生成プラントに適した、油源、不活性溶媒、反応物質、および触媒、ならびに温度および反応時間を含めむ関連する稼動条件のさまざまな組合わせが記載されている。この特許出願は本明細書に文献援用される。
【００６２】
上記処理法は、高純度アルキルエステルが、リパーゼの不活化が最小限になるリパーゼ触媒反応により原料油（例えば、植物油または動物性脂肪）から容易に生成され得るという知見に基づいている。特に、アルキルエステルは、例えば、エステル交換反応またはエステル化反応を介して生成され得る。この方法は、（１）各分子が４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む第１有機溶媒中で、トリグリセリドまたはカルボン酸を含有する油源と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを混合して第１溶液を形成する工程と、（２）第１リパーゼの存在下、トリグリセリドまたはカルボン酸と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを反応させて、第１アルキルエステルを生成する工程であって、第１溶液は反応中に相分離しない工程と、（３）第１溶液から第１アルキルエステルを分離する工程とを含む。
【００６３】
適当な油源の例としては、植物油（例えば、微小藻類油）、動物油（例えば、魚油、ラード、精製脂肪、もしくは獣脂）、廃油脂（例えば、レストラン廃油脂）、またはその加水分解画分（例えば、カルボン酸）が挙げられる。油源は、混合工程の前に、１５０〜２１５℃に加熱し、反応温度に冷却され得る。
【００６４】
油源は、反応させる前に、第１有機溶媒中で第１の第１級アルコールまたは第１第２級アルコールと混合して一相溶液を形成することができる。第１の第１級アルコールおよび第２級アルコールの例には、１〜１８個の炭素原子を含むもの、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、３−メチル−１−ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、デカノール、またはラウリルアルコールなどがある。第１有機溶媒の例としては、ピリジンまたはＣ４〜Ｃ８第３級アルコール（例えば、１−ブタノール、ｔ−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、
２，２，３−トリメチル−３−ペンタノール、２−メチル−２−ヘキサノール、および３−メチル−３−ヘキサノール）が挙げられる。第１有機溶媒は他の適当な溶媒と混合してもよい。第１有機溶媒は、本発明の方法から得られるアルキルエステルまたは他の供給源（例えば、市販品）から得られるアルキルエステルであってよいアルキルエステルと混合され得る。第１有機溶媒を別の溶媒と共に用いる場合には、別の溶媒は、反応中の第１溶液の均質性を維持するのに十分な量で添加され、それによって、第１リパーゼの不活化を最小にする。用語「リパーゼ」とは、エステル交換反応またはエステル化反応を触媒し得る任意の酵素を指す。その例としては、カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ、テルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼ、シュードモナス・フルオレセンス・リパーゼ、シュードモナス・セパシア・リパーゼ、およびクロモバクテリウム・ビスコスム・リパーゼなどがある。第１リパーゼは、単一種リパーゼ、または２種以上のリパーゼの組み合わせを含み得る。第１リパーゼは第１反応器中の担体上に固定されていることが好ましい。エステル交換反応またはエステル化反応を０〜９５℃（例えば、２０〜９５℃）で１〜１８０分（例えば、１０〜９０分または２０〜６０分）にわたって実施すると、第１アルキルエステルが得られる。
【００６５】
トリグリセリドを含有する油源と第１の第１級アルコールまたは第２級アルコールとのエステル交換反応中、副生成物としてグリセロールが生成する。予想外なことに、第１アルキルエステルは、第１有機溶媒と未反応の第１の第１級または第２級アルコールを蒸発除去した後、第１アルキルエステルとグリセロールとを相分離させることにより容易に得ることができる。上記油源は、モノグリセリド、ジグリセリド、またはカルボン酸を含有し得る。モノグリセリドおよびジグリセリドは、トリグリセリドと同じように第１の第１級または第２級アルコールと反応する。カルボン酸はエステル化反応を介して第１の第１級または第２級アルコールと反応し、副生成物として水を生成するが、これは蒸発過程で容易に除去し得る。
【００６６】
カルボン酸を含有する油源と第１の第１級または第２級アルコールとのエステル化反応中に、副生成物として水（但し、グリセロールは含まない）が生成する。予想外にも、第１有機溶媒、未反応の第１の第１級または第２級アルコール、および水分を蒸発除去することにより、第１アルキルエステルが容易に得られる。上記油源が有意な量のトリグリセリド、ジグリセリド、またはモノグリセリドを含有している場合、第１アルキルエステルは前項に記載の方法で得ることができる。
【００６７】
上述のようにして得られた第１アルキルエステルがモノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、またはカルボン酸で汚染されている場合、汚染物質を、別のエステル交換反応またはエステル化反応を介してさらにアルコールと反応させて除去し得る。具体的には、第１アルキルエステルを第２有機溶媒中で第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールと混合して、第２溶液を形成することができる。第２有機溶媒の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む。第２有機溶媒は第１有機溶媒と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２の第１級または第２級アルコールは第１の第１級または第２級アルコールと同じであることが好ましい。次いで、第２溶液中のモノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、またはカルボン酸を、第２リパーゼの存在下、第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールと反応させて第２アルキルエステルを生成し得る。この反応中、第２溶液は相分離しない。第２リパーゼは第１リパーゼと同じでてあってもよいし、異なっていてもよい。次いで、このようにして得られた第１および第２アルキルエステルを第２溶液から分離し得る。第２アルキルエステルは第１アルキルエステルと同一であることが好ましい。
【００６８】
前記処理法の実施例について以下に説明する。
１．２．１ 実施例１
アルキルエステルを調製するための油源として大豆油を用いた。具体的には、第１混合器において、精製大豆油（５５．４重量％）を、無水メタノール（８．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（３６．０重量％）と混合して、一相の溶液を形成した。次いで、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５〔カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ；ノボザイムズ（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ）Ａ／Ｓ社、デンマーク、バグスバード（Ｂａｇｓｖａｅｒｄ）所在〕を充填した第１反応器に送出した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を担体（マクロ多孔性樹脂）上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は６２分であった。反応完了後、溶液を真空蒸発器、次いで液−液分離器に送り、生成物を得た。生成物の組成をＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィ）〔カラム：Ｌｕｎａ Ｓｕ Ｃ１８（２）２５０×４．６ｍｍ、フェノメネックス社（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ）；移動相：メタノール、ヘキサンおよびイソプロパノール；ＵＶ検出器：ＵＶ−２０７５、ジャスコ（ＪＡＳＣＯ）社、日本〕により同定した。予想外にも、得られた生成物は、９６．１９重量％のアルキルエステルと、３．５９重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．２２重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００６９】
別の実験では、共溶媒としてアルキルエステルを用いた。具体的には、第１混合器において、精製大豆油（４９．１重量％）を無水メタノール（７．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（２０．５重量％）と混合して、一相の溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は５８．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９６．１０重量％のアルキルエステルと、３．２３重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．６７重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７０】
さらに別の実験では、溶媒としてｔ−アミルアルコールおよびアルキルエステルを用いた。具体的には、第１混合器において、精製大豆油（４０．８重量％）を無水メタノール（６．３重量％）、無水ｔ−アミルアルコール（３７．３重量％）およびアルキルエステル（１５．６重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は５３．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９６．９６重量％のアルキルエステルと、２．６４重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．４０重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７１】
１．２．２ 実施例２
別の混合器で、実施例１から得られたアルキルエステルを無水メタノールおよび無水ｔ−ブタノールと混合して、一相溶液を形成した。このようにして形成された溶液は、７０．００重量％のアルキルエステルと、２．８重量％の汚染物質（すなわち、２．４７重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．３１重量％のトリグリセリド）、７．２８重量％のメタノールと、１９．９４重量％のｔ−ブタノールとを含んでいた。次いで、溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を充填した別の反応器に送った。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。第２反応器の温度は４５℃であった。反応時間は１７．５分であった。反応完了後、溶液を別の真空蒸発器、次いで別の液−液分離器に送り、生成物を得た。生成物の組成をＨＰＬＣで同定した。
【００７２】
予想外にも、上記で得た生成物は、９９．２４重量％のアルキルエステルと、０．６５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．１１重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７３】
１．２．３ 実施例３
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための出発物質として大豆油以外の油源を用いた。使用した油源は、高遊離脂肪酸を含有するレストラン廃油脂、低遊離脂肪酸を含有するレストラン廃油脂、獣脂、ラード、魚油、ヤシ油、およびヒマシ油などであった。１つの実験では、高遊離脂肪酸を含有するレストラン廃油脂を用い
た。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を入れた反応器に、上記レストラン廃油脂（４９．１重量％）、無水メタノール（７．６重量％）、ｔ−ブタノール（２０．５重量％）およびアルキルエステル（２２．８重量％）を含有する溶液を入れた。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は２４．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。予想外にも、上記で得た生成物は、９６．６３重量％のアルキルエステルと、３．１７重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．２０重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７４】
別の実験では、油源として魚油（動物油）を用いた。具体的には、第１混合器において、魚油（５２．４重量％）を無水メタノール（７．８重量％）、無水ピリジン（３９．８重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は２５．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９５．６３重量％のアルキルエステルと、３．０３重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．３４重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７５】
さらに別の実験では、油源としてヤシ油（植物油）を用いた。具体的には、第１混合器において、植物油（４６．５重量％）を無水メタノール（７．５重量％）および無水ｔ−アミルアルコール（４６．０重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４１．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９６．９７重量％のアルキルエステルと、１．９５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．０８重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７６】
１．２．４． 実施例４
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための出発物質として第１級アルコールを用いた。使用アルコールは、メタノール、エタノール、イソブタノール、３−メチル−１−ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、デカノールおよびラウリルアルコールなどであった。１つの実験では、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３６を入れた反応器に、魚油（５２．０重量％）、エタノール（１１．２重量％）および無水ｔ−ブタノール（３６．８重量％）を含有する溶液を入れた。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３９．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。予想外にも、上記で得た生成物は、９７．４４重量％のアルキルエステルと、１．４４重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．１１重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７７】
別の実験では、出発物質としてヘキサノール（Ｃ６アルコール）を用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（５３．７重量％）を無水ヘキサノール（２６．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（１９．７重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４６．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９５．０６重量％のアルキルエステルと、４．１１重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．８８重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７８】
さらに別の実験では、出発物質としてラウリルアルコール（Ｃ１２アルコール）を用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（３７．２重量％）を無水ラウリルアルコール（３３．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（２９．２重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は６６．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９５．０３重量％のアルキルエステルと、４．０７重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．９０重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７９】
１．２．５ 実施例５
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための出発物質として第２級アルコールを用いた。使用したアルコールは、イソプロパノール（Ｃ３アルコール）、２−ブタノール（Ｃ４アルコール）および第２級ｎ−オクチルアルコール（Ｃ８アルコール）などであった。１つの実験では、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３６を入れた反応器に、菜種油（５２．９重量％）、イソプロパノール（１４．１重量％）および無水ｔ−アミルアルコール（３３．０重量％）を含有する溶液を入れた。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３９．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。予想外にも、上記で得た生成物は、９３．９２重量％のアルキルエステルと、４．８６重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．２２重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８０】
別の実験では、出発物質として２−ブタノールを用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（５２．５重量％）を無水２−ブタノール（１８．９重量％）および無水ｔ−アミルアルコール（２８．６重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４６．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９２．８４重量％のアルキルエステルと、５．０８重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、２．０９重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８１】
さらに別の実験では、出発物質として第２級ｎ−オクチルアルコールを用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（４６．４重量％）を無水第２級ｎ−オクチルアルコール（２９．３重量％）および無水ｔ−ブタノールアルコール（２４．３重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４２．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９４．６９重量％のアルキルエステルと、２．４５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、２．８６重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８２】
１．２．６ 実施例６
出発物質としてラウリン酸およびメタノールを用い、実施例１に記載のものと類似の方法で、エステル化反応を介して、アルキルエステルを調製した。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を入れた反応器に、無水ラウリン酸（７７．７重量％）、無水メタノール（１７．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（４．７重量％）を含有する溶液を入れた。ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３７．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＧＣ（ガスクロマトグラフィ）〔８６１０Ｃ、エス・アール・アイ（ＳＲＩ）社、米国；カラム：ＭＸＴ−６５ＴＧ、長さ：３０ｍ、Ｉ．Ｄ．：０．２５μｍ；キャリヤーガス：Ｈｅ、流速：１ｍｌ／分；インジェクタ：分割比：２０：１、温度：３００℃；検出器：ＦＩＤ、温度：３７０℃〕で同定した。
予想外にも、上記で得た生成物は、９６．０重量％のラウリン酸メチルと４．０重量％のラウリン酸とを含んでいた。
【００８３】
１．２．７ 実施例７
出発物質として大豆油およびメタノールを用い、実施例１に記載のものと類似の方法で、但し、大豆油を使用前に一定時間加熱して、アルキルエステルを調製した。具体的には、大豆油は、先ず２００℃で５分または２１０℃で１時間加熱し、次いで反応温度に冷却した。その後、混合器で、大豆油（４９．１重量％）を無水メタノール（７．６重量％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５重量％）およびアルキルエステル（２２．８重量％）と混合して、一相溶液を形成した。次いで、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を充填し
た反応器に送った。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、前以て担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応器からの各生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。
【００８４】
予想外にも、それぞれ、２００℃で５分加熱した大豆油と、２１０℃で１時間加熱した大豆油を用いた場合には、５０．３分および４７．４分で、１．５重量％未満のトリグリセリドを含有する生成物を得た。それに比べ、類似反応条件下に事前加熱処理をしない大豆油を用いた場合には、上記生成物を得るのに５３．８分を要した。
【００８５】
１．２．８ 実施例８
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための触媒として、ＬＩＰＯＺＹＭＥ ＴＬ ＩＭ〔テルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼ、ノボザイムズＡ／Ｓ社、デンマーク、バグスバード所在〕を用いた。具体的には、触媒は、粒状シリカ担体上に固定してから反応器に入れた。次いで、反応器に、大豆油（４９．１重量％）、無水メタノール（７．６重量％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５重量％）およびアルキルエステル（２２．８重量％）を含有する溶液を入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は５１．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。
【００８６】
予想外にも、上記で得た生成物は、９４．０４重量％のアルキルエステルと、３．６５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、２．３１重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８７】
２． シングルステージによるバイオディーゼル燃料生成法
図３を参照すると、図２Ａに示されている構成の処理プラント１００Ａの１つの実施例は、分離器２２０，２３０を実現するために使用されるいくつかの構成部品、並びに、図２Ａには示されてはいない回収された生成物および分離器で生成された廃棄物の処理に使用される付加的な部品を有する。この実施例において、反応物質１３０はアルコールを含む。
【００８８】
反応器１４０は、例えば、酵素触媒１４２を入れた栓流反応器であってよい。油源１１０と反応アルコール１３０との反応の説明は、１．２項および米国特許出願第１０／９４５，３３９号に示されている。反応器１４０を通過する流体の流速は、反応を完了させるのに十分な時間を考慮して反応器１４０について規定された滞留時間に合致するように制御される。滞留時間は、例えば、３時間〜２０分未満の範囲であり得る。反応器１４０の温度は設定値に維持され、設定値は、一部、油源、反応物質および触媒のタイプに応じて、例えば、２０〜９５℃の範囲であり得る。
【００８９】
反応器１４０は、粗生成物１０３を送出し、この粗生成物１０３は、アルキルエステル、グリセロール、および不純物、例えば、油源１１０と反応物質１３０との反応から生成される、完全に反応していない油（不完全反応油）などを含んでいる。不完全反応油の例として、モノグリセリドやジグリセリドなどがある。
【００９０】
処理プラント１００Ａは、粗生成物１０３中の成分を、例えば、粗グリセリール１６８と、未反応油１１０、不活性溶媒１２０および未反応の反応物質１３０を含有する粗バイオディーゼル１５０とに分離する分離モジュール２２０を有する。分離モジュール２２０は、真空蒸発器、例えば、ドイツ、デッゲンドルフ（Ｄｅｇｇｅｎｄｏｒｆ）所在のフェアファーレン・テクニッシェ・アウラーゲン社（Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ａｕｌａｇｅｎ ＧＭＢＨ）製のＤモデルタイプの薄膜蒸発器（ｗｉｐｅｄ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）３２４、または充填床蒸発器と一体化された
簡単なフラッシュドラムを有する。薄膜蒸発器３２４は、薄膜蒸発を用いて、粗生成物１０３中のさまざまな成分を分離する。薄膜蒸発器３２４は、不活性溶媒１２０、未反応アルコール１３０および水分を高速で蒸発させ得るように大きな表面積を有する薄膜を備えている。低沸点成分、例えば、未反応アルコール１３０、水蒸気、不活性溶媒および他の不純物は、勢いよく流され、凝縮され、溶媒回収ユニット３２８に回収され、溶媒回収装置３２８は、不活性溶媒１２０、未反応アルコール１３０、水蒸気および他の不純物を分離する。不活性溶媒１２０と未反応アルコール１３０は、再循環し、反応器１４０への投入物の一部として、新規溶媒１２０、新規油源１１０、および新規反応アルコール１３０と混合し得る。水蒸気と他の不純物は、触媒変換器３６２に送られ、触媒変換器３６２は、不純物を、例えば炭酸ガスに変換する。水蒸気と炭酸ガスは通気口（図示せず）から排出される。
【００９１】
薄膜蒸発器３２４からの残渣は、グリセロール、アルキルエステル、未反応油、および不完全反応油を含んでおり、それらは第１コアレッサ・分離器（ｃｏａｌｅｓｃｅｒ ＆
ｓｅｐａｒａｔｏｒ）３３６に送られる。コアレッサはグリセリール液滴を融合して液状にする。溶液を分離器中で一定時間静置すると、バイオディーゼルとグリセロールが分離し、上層のバイオディーゼルと下層のグリセロールを形成するであろう。
【００９２】
下層グリセロールは、粗グリセロール１６８と称され、不純物、例えば、水分、不活性溶媒、および未反応アルコールを含有する。粗グリセロール１６８は、粗グリセロール蒸発器３３８に送られる。蒸発器３３８の一例は、ショートパスエバポレータ、例えば、ファオ・テー・アー社（ＶＴＡ ＧＭＢＨ）製のＶＫモデルタイプ、または充填床蒸発器が一体化された単純なフラッシュドラムである。蒸発器３３８は、不純物からグリセロールを蒸発させて分離し、「純」グリセロール１１４を産出する働きをする。一例として、純グリセロール１１４は少なくとも純度９９重量％であり得る。
【００９３】
上層のバイオディーゼルは、不純物、例えば、不完全反応油、未反応油、および微量のグリセロールを含有するため、粗バイオディーゼル２２５と称される。粗バイオディーゼル２２５の一部は再生利用され、反応器１４０に送り返される。上述のように、粗バイオディーゼル２２５を再利用すると、反応の完全性を促進するという利点に加えて、油源および反応アルコールの溶解に必要とされる不活性溶媒の量を減らすことができる。
【００９４】
粗バイオディーゼル２２５のうち再生利用されない部分は、不純物からバイオディーゼルを分離して純バイオディーゼル１５０を生成するショートパスエバポレータ３４４を含む最終分離器２３０に送られる。
【００９５】
ショートパスエバポレータ３４４は、不完全反応油、未反応油、およびグリセロールを、他の成分からグリセロールを分離または除去する第２コアレッサ・分離器３５４または再生イオン交換樹脂床（栓流層）に向けて送出する。コアレッサ・分離器３５４は、粗グリセロール１５６を粗グリセロール蒸発器３３８に向けて送出し、蒸発器３３８は、粗グリセロール１５６を処理して純グリセロール１１４を生成する。コアレッサ・分離器３５４は、不完全反応油および未反応油を産出し、それらは、場合により、再利用するために反応器１４０に送り返されることがある。
【００９６】
３． シングルステージシステムの詳細設計
図４（図４Ａ〜図４Ｃ）を参照して、図２Ａに示されている構成を有するプラント１１０Ａの別の実施例を以下に詳細に説明する。
【００９７】
図４を参照すると、プラント１１０Ａは、油源１１０を貯蔵する油ドラム（Ｄ−１）を有する。不活性溶媒１２０は溶媒ドラムに貯蔵され、溶媒ドラムは、新規不活性溶媒、プ
ラント内の溶媒回収ユニットからの再生不活性溶媒、および窒素ガスを受容する。窒素ガスは溶媒からの湿分および酸素をブロックする。反応アルコール１３０は反応アルコールドラムに貯蔵され、反応アルコールドラムは、新規反応アルコール、再生反応アルコール、および窒素ガスを受容する。
【００９８】
油源１１０、不活性溶媒１２０、および反応アルコール１３０の混合は、いくつかの部品を用いて実施される。ツインヘッド計量ポンプ（Ｐ−１）４３０は、油源１１０を、経路４３２に沿って一定速度で、例えば、油源から微量の水分を直接除去する高吸水性樹脂で充填された充填床であり得る除水床（ＲＢ−１）４３６に送り込む。水分が除去されたら、油源は、パイプ４４０を通って、スタティックミキサー（ＳＭ−１）４３８を含む混合器２１０に送られる。同時に、ツインヘッド計量ポンプ（Ｐ−２）４２４は、反応物質および不活性溶媒を、油源と反応アルコールおよび不活性溶媒との比率が所定値に維持されるような速度で、スタティックミキサー４３８に送り込む。ポンプ４３０は、さらに再生粗バイオディーゼル２２５を、パイプ４７６を介して、所定の再生粗バイオディーゼル：油源の比率で、スタティックミキサー４３８に送り込む。
【００９９】
スタティックミキサー４３８は、例えば、米国特許第３，２８６，９９２号に記載されているようなマルチエレメントスタティックミキサー、または、スイス、ズルツァー・ケムテック社（Ｚｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｔｅｃｈ）製のズルツァー・コンパクト・スタティックミキサー（Ｓｕｌｚｅｒ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｔａｔｉｃ Ｍｉｘｅｒ）などのコンパクトミキサーであってよい。スタティックミキサーは、可動部を有さず、外部動力を使用することなく、溶液を混合する。スタティックミキサー４３８は、反応物質、不活性溶媒、油源および再生粗バイオディーゼルを完全に混合して均質溶液を生成する。
【０１００】
熱交換器（ＨＥ−１）４４８とカートリッジ型反応器（Ｒ−１）４０４を有する反応器１４０は、混合器２１０の流出物を受容する。具体的には、スタティックミキサー４３８からの流出物は熱交換器（ＨＥ−１）４４８に送られ、熱交換器４４８は、例えば、冷却水、熱油、蒸気、または電気加熱器もしくは冷却器を用いて混合溶液の温度を調整する。熱交換器４４８は、例えば、二重管形であってよい。次いで、溶液は、酵素触媒１４２、この場合にはリパーゼが充填されている反応器の細長いカートリッジ４０４に入る。反応温度は０〜９５℃であってよいが、好ましくは室温（例えば、２５℃）である。
【０１０１】
多くの代替型カートリッジ４０４を用い得る。例えば、カートリッジ４０４は、底にグリッド支持体を有するカラムであってよい。カートリッジの底には、カートリッジ内に酵素触媒１４２を保持するためにスクリーンが設けられており、カートリッジの上部にはカートリッジ内の溶液の流量を均一にするために別のスクリーンが設けられている。カートリッジの２つのスクリーンの間には触媒が充填されている。温度制御混合溶液は、カートリッジ４０４の上部開口を介してカートリッジ４０４に入り、酵素触媒１４２を通って流れ落ちる。酵素触媒は、反応アルコールとトリグリセリドを含む油源との反応を促進して、アルキルエステル、グリセロール、および水分（および／または他の不純物）を生成させる。
【０１０２】
反応器１４０は、アルキルエステル、グリセロール、未反応油（トリグリセリド）、不完全反応油（モノグリセリドおよびジグリセリド）、未反応アルコール、不活性溶媒、および他の不純物を含有する粗生成物を産出する。図３に関連して上述したように、反応器１４０の粗生成物は、蒸発器３２４と、コアレッサ・分離器３３６とを含む分離器２２０に送られる。図４には特定設計のコアレッサ・分離器３３６が参照番号３３６Ａで示されており、このコアレッサ・分離器３３６Ａには、グリセロール液滴を融合させるために１〜５μｍの細孔径を有するメンブランフィルターが用いられている。
【０１０３】
図４に示されているプラント１１０Ａにおいて、蒸発器３２４は、圧力調整器（ＰＲ）４５２と、予熱器（ＨＥ−２）４４８と、充填床設計が一体化された単純なフラッシュドラム蒸発器（Ｅ−１）４５１とを含む。予熱器４４８は、例えば、熱油または蒸気を用いて粗生成物を予熱し得る。蒸発器４５１は、被覆領域における熱媒体として熱油または熱蒸気を用い得る。蒸発器４５１内において、不活性溶媒、水分、および未反応アルコールは蒸発して、蒸発器４５１の上部開口から退出する。不活性溶媒、水分、および未反応アルコールは凝縮され、溶媒回収ユニット３２８（図４では示さず）に回収され、再利用することができる。
【０１０４】
溶媒回収ユニット内の凝縮液の組成は、未反応アルコール、不活性溶媒、水分および微量のバイオディーゼルを含み得る。２つの単純カラムを用いて、未反応アルコール、不活性溶媒、および水分を分離することができる。１つの実施例において、第１カラムは未反応アルコールおよび水から不活性溶媒を分離する。含まれているとしても、ごく微量のバイオディーゼルを含有している不活性溶媒は、第１カラムの底から退出して、不活性溶媒ドラムに再循環される。
【０１０５】
溶媒回収ユニットでは、未反応アルコールと水分は第１カラムの底から出て、第２カラムに送られ、第２カラムで、未反応アルコールは上部のリフラックスドラムに回収され、反応アルコールドラムに再循環される。第２カラムの底の残渣は、主に、水分と少量の未反応アルコールと不活性溶媒とからなる。少量の未反応アルコールと不活性溶媒は触媒変換器で気化され、完全に使い果たされる。単純カラムはいずれも周囲圧力下に自動稼動可能である。一般に、溶媒回収の設計は使用されるアルコールや不活性溶媒に依存し、種々の回収スキームを用い得る。
【０１０６】
続いて図４を参照すると、高沸点を有する蒸発器４５１内の成分はギアポンプによりコアレッサ（ＣＬ−１）４５４に送り込まれ、グリセロール液滴は融合して大きな液滴になり、粗バイオディーゼルから容易に分離され得る。液−液相分離器（Ｓ−２）４５６では２種の液体が形成される。粗バイオディーゼルは、冷却器（ＨＥ−３）４５８、次いで再生イオン交換樹脂が充填された微量グリセロール除去床（ＲＢ−３）４６１に送られる。微量グリセロール除去床４６１の流出物は２つの流れ４７６と流れ４７８とに分れる。一方の流れ４７６はスタティックミキサー４３８に再循環され、もう一方の流れ４７８はショートパスエバポレータ（Ｅ−２）４２４に送られる。
【０１０７】
少なくとも９５重量％のアルキルエステルを含有し得る粗バイオディーゼルは、分離器４５６から流れ出て、冷却器（ＨＥ−３）４５８で冷却される。冷却器内での粗バイオディーゼルの冷却には冷却水が用いられる。
【０１０８】
粗バイオディーゼルの一部はフィードバックパイプ４７６を通って再循環される。再生粗バイオディーゼルは、粗バイオディーゼルと純バイオディーゼルとに切り替え得る三方電磁弁を通過する。上述のように、ポンプ４３０は、再生バイオディーゼルをスタティックミキサー４３８に送り込む。
【０１０９】
粗バイオディーゼルのうち再生利用されない部分は、ショートパスエバポレータ３４４（図３に示されているような最終分離器２３０の一部）に送られる。ショートパスエバポレータ３４４は、熱交換器（ＨＥ−４）４８６と、圧力調整器４５２と、ショートパスエバポレータ（Ｅ−２）４２４とを含む。ショートパスエバポレータ４２４は、グリセロール、未反応油、および他の不純物からバイオディーゼルを分離する。高純度バイオディーゼルはエバポレータ４２４から経路４２６に流れ出る。
【０１１０】
エバポレータ４２４は、微量のグリセロールで汚染された未反応油をドラム（Ｓ−４）
４７２に向けて経路４３３に送出する。未反応油は、ギアポンプ（Ｐ−８）４７３により冷却器（ＨＥ−６）４７５に送り込まれる。未反応油の質および／または油中の不純物量に応じて、未反応油は、廃油処理ドラムに送られるか、残留グリセロールを除去するグリセロール除去床（ＲＢ−２）４４４を通って油ドラムＤ−１に再循環される。グリセロール除去床４４４は、例えば、溶液から微量のグリセロールを除去し得る樹脂で充填された充填床であってよい。
【０１１１】
グリセロールを自動的に送出するために、液−液相分離器（Ｓ−２）４５６とドラム４７４の間に二軸重力式ドレントラップ（ＤＮ−１）４５７が配置されている。このトラップ４５７の１つの例は、米国ミシガン州所在のアームストロング社（Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ）から入手し得る。あるいは、グリセロールの量が少な過ぎるためにドレントラップを使えない場合には、高レベルスイッチと低レベルスイッチとを有する小型ドラムを用いることも可能である。上記スイッチはどちらもドラムの底にあるグリセロール送出用電磁弁に連結される。
【０１１２】
ドラム４７４内の粗グリセロールは、（図４には示されていない）真空蒸発器を介して精製して、水分、未反応アルコール、および不活性溶媒を除去することができる。蒸発蒸気は凝縮され、上記蒸発器Ｅ−１（およびＥ−２）の凝縮液ドラムに集められる。粗グリセロール蒸発器から出て行く残留物は商用利用に適した純グリセロール生成物である。
【０１１３】
ショートパスエバポレータ４２４からの高純度バイオディーゼルは熱交換器（ＨＥ−５）４０８に送り込まれ、そこで、冷却水が高純度バイオディーゼルを冷却する。最終純バイオディーゼル生成物は、少なくとも９９重量％のアルキルエステルを含み得る。純バイオディーゼル生成物は純バイオディーゼル生成物ドラム（Ｄ−５）に貯蔵される。処理プラント起動時、粗バイオディーゼルが手に入らない場合には、純バイオディーゼルを反応器１４０に供給するために、フィードバック経路を介して混合器２１０に再循環し得る。このフィードバック経路は、粗バイオディーゼルを用いるときには再循環純バイオディーゼルをオフに切り替えられるように電磁弁４７８に接続されている。
【０１１４】
４． シングルステージシステムの代替設計
図５（図５Ａ〜図５Ｄ）は、生成物底部排出設計を用いるシングルステージ反応器の１つの代替設計を示している。真空と空気とに切り替えられる２つの液体ドラム（Ｓ−１）５５６および（Ｓ−２）５６６を用いて、蒸発器に連結されたドラム４５５から液体を排出させる。ドラム５５６および５６６では、液体排出切り替え操作を自動制御するための液体検出器（図示せず）を用いる。二方電磁弁５５８，５６０および三方電磁弁５６８は、ドラム４５４からドラム５５６，５６６への溶液の流量を制御する。弁５６０は、ドラム５５６の底から流出する液体の流量を制御する。初期には、弁５６０は閉鎖されており、弁５５８は開放されている。三方電磁弁５６８は、ドラム５５６の上部開口を真空ポンプ（図示せず）に連結するように構成されている。溶液は重力によりドラム４５４からドラム５５６に流れ込む。
【０１１５】
ドラム５５６に設定量の溶液が入ると、弁５５８を閉じる。弁５６０を開き、室内空気がシリカゲル（または樹脂）を通過して、ドラム５５６の上部開口に入るように三方電磁弁５６８を選択する。シリカゲルまたは樹脂５７０は、ドラム５５６に入ってくる空気から水分を除去する。
【０１１６】
ドラム５５６内の溶液は重力によりドラム５６６に流れ込む。溶液がドラム５５６から設定レベルまで流出したら、弁５６０を閉鎖し、弁５６８を切り替えて、弁５５８を再び開放する。
【０１１７】
ポンプ５６２は溶液を連続的にコアレッサ（ＣＬ−１）に送り込む。コアレッサ４５４では、グリセロール液滴が融合されて大きな液滴となり、粗バイオディーゼルから分離される。ポンプ５６２は、図４のギアポンプ４６７の役割に類似した機能を果たす。違いは、ポンプ５６２の場合には、吸気圧力は、ギアポンプ５６７の場合のような高真空状態ではなく、周囲圧力に由来することである。これはポンプの選択に一層の柔軟性を与え、適切なポンプを見つけ易くする。
下流の稼動は図４に示されているものと同様である。ショートパスエバポレータ（Ｅ−２）４２４の底部流には類似設計を用い得る。
【０１１８】
５． ２ステージプラント
図６（図６Ａ〜図６Ｃ）を参照して、図２Ｂに示されている構成を有する２ステージ処理プラント１１０Ｂの１つの実施例を以下に詳細に説明する。図２Ｂの最終分離器２３０は図６では省略されている。
【０１１９】
図６の処理プラント１１０Ｂの第１部分は、第１反応器１４０と、第１蒸発器３２４と、図５の対応要素と同じように作動する第１コアレッサ・分離器３３６Ｂとを備える。図６の処理プラント１１０Ｂは、図５にあるようなショートパスエバポレータ３４４を用いる代わりに、第２反応器、第２蒸発器３２４、および第２コアレッサ・分離器３３６Ｂを用いる。第１反応器１４０と類似のものであってよい第２反応器１４０には、酵素触媒、例えばリパーゼが入っている。第１および第２反応器１４０は、同一または異なる酵素触媒を使用し得る。
【０１２０】
粗バイオディーゼルからグリセロールを除去するグリセロール除去床ＲＢ−２から退出する粗バイオディーゼルは、パイプ２８８に沿って、第１反応器１４０の第１スタティックミキサー２１０に類似した第２スタティックミキサー（ＳＭ−２）に向かって移動する。同時に、ツインヘッドポンプ（Ｐ−４）２９２は、反応アルコール１３０および不活性溶媒１２０を、設定比率の反応アルコール１３０および不活性溶媒１２０がスタティックミキサー（ＳＭ−２）２１０に進入する前の位置２９０で粗バイオディーゼルと混合するような速度で、第２スタティックミキサー（ＳＭ−２）に送り込む。スタティックミキサー（ＳＭ−２）２１０の流出物は第２反応器１４０に送られる。
【０１２１】
第２反応器１４０では、反応アルコール、未反応油、および不完全反応油が反応してさらにアルキルエステルを生成し、その結果、第２反応器の流出物中では、未反応油や不完全反応油の量が減少する。
【０１２２】
第２コアレッサ・分離器３３６Ｂからの流出物は、高率の（例えば、９９重量％を超える）アルキルエステルを含有する高純度バイオディーゼルを含む。微量のグリセロールを含有し得る高純度バイオディーゼルは、先ず冷却器（ＨＥ−５）４８８で冷却され、次いで、樹脂床（ＲＢ−３）４８９に通される。樹脂床（ＲＢ−３）には微量グリセロールを除去するための樹脂が充填されている。
【０１２３】
例えば、９９重量％のアルキルエステルを含有し得る最終生成物−高純度バイオディーゼル１５０は、高純度生成物ドラム（Ｄ−５）に送られる。ドラムＤ−５内の高純度バイオディーゼルは、始動時に再利用されるか、あまたユーザーに供給され得る。
【０１２４】
ある種の実施例において、処理プラント１００Ａ（図４および５）と１００Ｂ（図６）の稼動条件は以下のようであり得る。第１反応器４０４は０〜９５℃の温度で稼動し、滞留時間は１〜１８０分である。第１蒸発器４５１は１２０℃未満の温度および約１３３３０Ｐａ（１００ｍｍＨｇ）未満の圧力で稼動する。除去床４３６，４４４，４６１は、２０〜８０℃の温度、好ましくはほぼ室温（例えば、２５℃）で稼動し得る。コアレッサ４
５４および４５６は、２０〜８０℃の温度で稼動し得る。
【０１２５】
６． 典型的な稼動条件
６．１ 実施例１
以下に述べるのは、粗バイオディーゼルを第１反応器の入口に再循環する上述の２ステージ処理プラントの稼動条件の一例である。薄膜蒸発器を用い、ショートパスエバポレータは用いなかった。処理プラントへの原料油として、地元のスーパーマーケットから購入した精製大豆油を用いた。精製大豆油中の水分量は、約２００〜３００ｐｐｍであった。純無水メタノールを反応アルコールとして用いた。純無水ｔ−アミルアルコールを不活性溶媒として用いた。第１反応器（Ｒ−１）は、リパーゼを充填した充填床を有し、リパーゼはノボザイムズ社製のＴＬ ＩＭであった。第１反応器内の溶液の滞留時間は５０分、反応温度は２５℃であった。第２反応器（Ｒ−２）は、リパーゼを充填した充填床であり、リパーゼはノボザイムズ社製のＮｏｖｏ ４３５であった。第２反応器内の溶液の滞留時間は１１５分、反応温度は２５℃であった。蒸発器は、温度１１０℃、絶対圧力約１３３．３Ｐａ（１．０ｍｍＨｇ）、毎分２５０回転の回転速度で作動する薄膜蒸発器である。最終生成物は、９９．１０重量％のバイオディーゼル、０．２重量％のモノグリセリド、０．２２重量％のジグリセリド、０．０６６重量％のトリグリセリドを含んでおり、酸価は０．６３０ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
【０１２６】
６．２ 実施例２
以下に述べるのは、粗バイオディーゼルを反応器の入口に再循環させる上述のシングルステージ処理プラントの稼動条件の一例である。２種の代替蒸発器設計例：（１）充填床蒸発器と一体化された単純フラッシュドラム；および（２）薄膜蒸発器を用いた。最終生成物は、ショートパスエバポレータで処理した。装入原料は、水湿分２００〜３００ｐｐｍを含む新規精製大豆油であった。反応器（Ｒ−１）はリパーゼを充填した充填床であった。リパーゼは、ＴＬ ＩＭ（ノボザイムズ社製）、滞留時間は５３分、反応温度は２５℃であった。蒸発器（Ｅ−１）が充填床と一体化された単純フラッシュドラムを用いた場合、稼動温度は１２０℃、絶対圧力は約６６６．６１１５６Ｐａ（５ ｔｏｒｒ）であった。蒸発器が前にフラッシュドラムを有さない薄膜蒸発器を用いた場合、稼動温度は１２０℃、絶対圧力は約１３３．３２Ｐａ（１ ｔｏｒｒ）、回転速度は毎分２５０回転であった。最終分離器は、稼動温度が１２０℃、絶対圧力が約６．６６６１１５６Ｐａ（０．０５ ｔｏｒｒ）、回転速度が４００ＲＰＭのショートパスエバポレータを用いた。得られた最終生成物は、９９．８１重量％のバイオディーゼル、０．１３重量％のモノグリセリド、０．６６重量％のジグリセリド、検出不能量のトリグリセリドを含んでおり、酸価は０．７７０ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
【０１２７】
６．３ 実施例３
以下に述べるのは、粗バイオディーゼルを再生利用しなかった上述のシングルステージ処理プラントの稼動条件の一例である。装入原料は水湿分２００〜３００ｐｐｍを含む新規精製大豆油であった。反応器（Ｒ−１）はリパーゼを充填した充填床であった。リパーゼは、ＴＬ ＩＭ（ノボザイムズ社製）、滞留時間は６６．６分、反応温度は２５℃であった。蒸発器（Ｅ−１）は、温度１２０℃、絶対圧力約６６６．６１１５６Ｐａ（５ ｔｏｒｒ）で作動する、充填床と一体化された単純フラッシュドラムであった。得られた最終生成物は、８６．５５重量％のバイオディーゼル、６．５２重量％のモノグリセリド、５．２４重量％のジグリセリド、および１．６９重量％のトリグリセリドを含んでいた。
【０１２８】
６．４ 実施例４
典型的なメンブランタイプのコアレッサ（細孔径１〜５μｍ）からの流出物である粗バイオディーゼル生成物は、液−液分離後に、１，０００〜１，５００ｐｐｍ量のグリセロールを有し得る。粗バイオディーゼルは９０ｃｍの深さを有する樹脂床に通してもよく、
樹脂床での流体の滞留時間は約２５分である。流出物中の最終グリセロール濃度は１５ｐｐｍ未満であり得る。使用樹脂は、イオン交換樹脂の１種である、ドイツ、バイエル社（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ）製のＭｏｎｏＰｌｕｓ ＳＰ１１２であってよい。この飽和床は、メタノール、エタノールまたは同等物質で再生され得る。
【０１２９】
７． 触媒カートリッジ
第１および第２反応器１４０は、酵素触媒を充填した取り外し可能なカートリッジを使用し得る。これにより、長期稼動後、触媒の効力が無くなったときには、古いカートリッジを新しいものと取り替えることができる。第１および第２反応器１４０は、種々のメーカー由来、または種々のタイプの触媒を有する種々の取り外し可能カートリッジを受容するように構成されている。処理プラント１００Ａ〜１００Ｄは、カートリッジを容易に着脱し得るように、カートリッジを連結する連結機構を有するように設計され得る。様々な種類の酵素触媒を用いることができ、各触媒が異なる稼動条件セット、例えば、流速および稼動温度に関連づけられる。このバイオディーゼル燃料生成システムは、使用される特定タイプの酵素触媒に基づいて稼動条件を調整し得る。
【０１３０】
図７を参照すると、バイオディーゼル燃料生成システム７０２は複数の反応器７０４を有し、反応器７０４はそれぞれ、酵素触媒を充填したカートリッジ７０６を備えている。カートリッジ７０６は、内部の酵素触媒を識別するバーコードまたは無線周波認識（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏ：ＲＦＩＤ）タグなどの識別子７０８を有する。読取装置７１０（例えば、バーコードまたはＲＦＩＤ読取装置）は、識別子７０８を読み取り、識別情報をデータプロセッサ７１２に送信する。この識別情報に基づいて、データプロセッサ７１２は、データベース７１４から事前記憶稼動情報を読み出し、その稼動情報を用いて、流量制御サブシステム７１６および温度制御サブシステム７１８を制御する。
【０１３１】
流量制御サブシステム７１６は、例えば、反応器を通って流れる油源および反応アルコールの流速を決定するポンプを有する。ある種の実施例では、識別子７０８は短い滞留時間を要求する酵素触媒に関連付けられるので、データプロセッサ７１２は、反応器７０４に溶液をより速やかに溶液を送り込むように流量制御サブシステムを制御する。ある種の実施例では、識別子７０８は長い滞留時間を要求する酵素触媒に関連付けられるので、データプロセッサ７１２は、反応器７０４に溶液をゆっくりと送り込むように流量制御サブシステムを制御する。ある種の実施例においては、識別子７０８は高反応温度を要求する酵素触媒に関連づけられるので、データプロセッサ７１２は、反応器または熱交換器の温度を高い値に設定するように温度制御サブシステム７１８を制御する。ある種の実施例では、識別子７０８は、低い反応温度を要求する酵素触媒に関連づけられるので、データプロセッサ７１２は、反応器または熱交換器の温度を低値に設定するように温度制御サブシステム７１８を制御する。
【０１３２】
ある種の実施例において、識別子７０８は、カートリッジ７０６の交換時期を推定する予め記憶された情報に関連づけられ得る。予め記憶された情報は、一定量の溶液がカートリッジ７０６を通過した後でカートリッジ７０６の交換が必要であることを指示し得る。データプロセッサ７１２は、このシステムの流量計（図示せず）に基づいて、カートリッジ７０６を通過した溶液量を測定する。溶液量が一定限度を超えると、データプロセッサ７１２は、カートリッジ交換が必要なことを指示するメッセージをユーザーに表示する。
【０１３３】
８． 用途
図８を参照すると、発電装置８００は、油源８０４および反応アルコール８０５を受容してバイオディーゼル８０６を生成する処理プラント８０２を有する。バイオディーゼル８０６はバイオディーゼル発電器８０８に送られ、発電器８０８はバイオディーゼルから
電気８１０を発電する。電気の一部は、経路８１２を介して処理プラント８０２に送られ、処理プラントの種々の電機部品への動力供給に用いられる。
【０１３４】
システム８０２は、上述の処理プラントのいずれであってもよい。
発電装置８００の利点は、このシステムが石油系ディーゼル燃料を用いる発電装置よりも公害を発生せずに、電気を発電し得ることである。油源がトリグリセリドを含有していると、発電装置８００は、副生成物として、グリセロール、水、および炭酸ガスを生成する。
【０１３５】
図９を参照すると、輸送手段８２０は、油源８０４と反応アルコール８０５を受容してバイオディーゼル８０６を生成する処理プラント８０２を有する。バイオディーゼル８０６はディーゼルエンジン８１４に送られ、ディーゼルエンジン８１４はバイオディーゼルを動力８２０に変換し、動力８２０は、輸送手段８２０に動力を供給するために車輪やプロペラに運動エネルギーを伝送する伝動装置８１６に送られる。輸送手段８２０は、ディーゼルエンジンからの運動エネルギーを電気に変換する発電器（図示せず）を有し得る。電気は、輸送手段８２０の種々の電機部品への動力供給に用いられ得る。
【０１３６】
処理プラント８０２は、上述の処理プラントのいずれであってもよい。輸送手段８２０は、例えば、自動車、トラック、列車、船舶、または飛行機であり得る。
図１０を参照すると、例えばレストランなどの建物８３０は、食品加工用の食用油８３２を受容する食品加工ユニット８３４（例えばキッチン）を有する。食品加工ユニット８３４で生成された再生油８３６は処理プラント８０２に送られ、処理プラント８０２は、さらに反応アルコール８０５を受容して、バイオディーゼル８０６を生成する。ディーゼル発電器８０８はバイオディーゼルを受容して、電気を発電し、電気は、食品加工ユニット８３４や処理プラント８０２の種々の電気部品への動力供給に用いられる。
【０１３７】
９． 代替態様
当然のことながら、上記説明は本発明を例示するものであって、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は添付特許請求の範囲に従って定められる。他の実施形態は以下の特許請求の範囲内である。例えば、ツインヘッドポンプは、２つの独立したポンプで代替し得る。スタティックミキサーは、攪拌混合ドラムまたは計量式スタティックミキサー（ｄｏｓｉｎｇ−ｔｙｐｅ ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ）で代替してもよい。バイオディーゼルを小規模生成する場合、各混合ポイントで、計量式コンパクトスタティックミキサーを用い得る。油源が、高率、例えば２，０００ｐｐｍを超える水分を含んでいる場合、除水床は熱気ストリッピング装置に置き換えられ得る。水分は、ストリッピングにより除去可能であり、油は、反応器に送られる前に冷却される。ある種の実施例では、装入原料として動物性脂肪または高融点植物油を用いる場合には、先ず、それらの脂肪または油は不活性溶媒に溶解される。
【０１３８】
油源がカルボン酸を含む場合、カルボン酸と反応アルコールとの反応により、アルキルエステルと共に副生成物として水が生成する。この場合、グリセロールは生成しない。グリセロールが存在しないので、アルキルエステルの精製は、溶媒、未反応アルコールおよび水分を蒸発させることによって行われ得る。油源がカルボン酸を含む場合、グリセロールからバイオディーゼルを分離するために分離器を使用したり、グリセロールを除去するために除去床を使用したりする必要はない。
【０１３９】
ある種の実施例において、バイオディーゼルは、内燃ディーゼルエンジンまたはガスタービンディーゼルエンジン用燃料として用いられ得る。
ある種の実施例において、小型ユニット処理プラントの反応器に酵素触媒を充填したカートリッジが用いられる。より大型の商用ユニットの場合、リパーゼのオンラインローデ
ィングおよびダウンローディングをシステム設計に組み込んでもよい。
【０１４０】
ある種の実施例において、蒸発器Ｅ−１（図４〜図６）は、充填床設計が一体化されているか、または一体化されていない単純フラッシュドラムであってよい。他の実施例では、高級アルコール（反応アルコールまたは不活性溶媒）を使う場合、薄膜蒸発器を用い得る。
【０１４１】
ある種の実施例において、同一処理プラント中の冷却器（ＨＥ−１、ＨＥ−３、ＨＥ−５、およびＨＥ−Ｔ）は、小規模システム用にひとまとめにして１ユニットにし得る。ある種の実施例では、冷却器は、ばらばらに、但しボックス内に平行に配置し、冷却水などの冷媒用の共通入口と共通出口を有する。ある種の実施例では、冷却器は、１つのファンを用いてすべての流れを同時に冷却する空気冷却器として設計される。
【０１４２】
ある種の実施例においては、ショートパスエバポレータは、入口に蒸発器Ｅ−１のものと類似のフラッシュドラムを用い得る。このように設計することにより、短工程ユニット内のコンデンサ負荷を低減させることができ、これは、高入口速度が得られることを意味する。フラッシュドラムを出て行く蒸発蒸気を凝縮させるために外部コンデンサを用い得る。凝縮液は短工程ユニットの蒸留物と一緒になる。
【０１４３】
グリセロール除去床の再生は、（例えば、大型システム用に平行設計を用いる場合などの）オンライン処理か、（例えば、小型ユニット用にカートリッジタイプ設計を用いる場合などの）オフライン処理であり得る。
【０１４４】
稼動停止時には、燃料生成システム全体を窒素で被覆して、湿気や空気を遮断する（バイオディーゼルまたは油源の酸性化を低下させる）ことができる。
ある種の実施例では、グリセロール除去樹脂は、イオン交換樹脂、例えば、ドイツ、レバークーゼン（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ）所在のバイエル・ケミカル社（Ｂａｙｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）から入手し得るＬｅｗａｔｉｔ ＭｏｎｏＰｌｕｓ ＳＰ１１２であってよい。
【０１４５】
スタティックミキサーは、生成速度がレベル制御により調節される攪拌混合器（ドラム）で代替し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】燃料生成システムのブロック図。
【図２Ａ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントを示す図。
【図２Ｂ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、第１ステージからの粗バイオディーゼルのフィードバックを伴う２ステージプラントを示す図。
【図２Ｃ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、シングルステージプラントを示す図。
【図２Ｄ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、２ステージプラントを示す図。
【図３】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントのブロック図。
【図４】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントの概略図。
【図４Ａ】図４の部分拡大図。
【図４Ｂ】図４の部分拡大図。
【図４Ｃ】図４の部分拡大図。
【図５】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントの概略図。
【図５Ａ】図５の部分拡大図。
【図５Ｂ】図５の部分拡大図。
【図５Ｃ】図５の部分拡大図。
【図５Ｄ】図５の部分拡大図。
【図６】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴う２ステージプラントの概略図。
【図６Ａ】図６の部分拡大図。
【図６Ｂ】図６の部分拡大図。
【図６Ｃ】図６の部分拡大図。
【図７】燃料生成システムのブロック図。
【図８】発電器に連結された燃料生成システムのブロック図。
【図９】燃料生成システムを有する輸送手段のブロック図。
【図１０】燃料処理ユニットに連結された燃料生成システムのブロック図。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２００４年９月２０日に出願されたチー・チュン・チョー（Ｃｈｉｈ−Ｃｈｕｎｇ Ｃｈｏｕ）の「Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ａｌｋｙｌ Ｅｓｔｅｒｓ」と題する米国特許出願第１０／９４５，３３９号の一部継続出願であり、上記出願の内容は本明細書に文献援用される。
【０００２】
本発明は、植物油および動物性脂肪からのバイオディーゼル燃料の生成を含む燃料生成に関する。
【背景技術】
【０００３】
植物油や動物性脂肪のアルコール分解によるオイルの供給源（以下、「油源」と称する）を用いて、脂肪酸アルキルエステルを生成することができる。この脂肪酸アルキルエステルは、本明細書では概して「バイオディーゼル」燃料と称するディーゼル燃料として使用され得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つの生成法においては、例えば、アルカリ性水酸化物やアルコラートなどの非酵素触媒を用いてアルコール分解を促進する。アルコール分解の副生成物はグリセロールである。非酵素触媒はグリセロールと共に除去されるので再生利用できない。グリセロールは大量の触媒を含有しているために精製が難しい。別の生成法では、例えばリパーゼなどの酵素触媒を用いてアルコール分解反応における天然油からのアルキルエステルの生成を促進する。トリグリセリドを有する油源とアルコールを有機溶媒に溶解させる。リパーゼを触媒として用いて、トリグリセリドとアルコールを反応させると、アルキルエステルと共に副生成物としてグリセロールが生成する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般態様において、バイオディーゼル燃料を生成するための酵素的エステル交換法は、廃棄物や副生成物を少なくして費用効率的にアルキルエーテル（および、ある種の実施例では、副生成物のグリセロール）などの高純度燃料を生成する。酵素的エステル交換用処理プラントは、設備投資をあまり必要としない簡単な構成を用いて作成することができる。
【０００６】
一般に、一態様において、本発明は、第１反応物質、第２反応物質、反応生成物、および第１反応物質と第２反応物質の少なくとも一部を溶解する不活性溶媒を含有する混合物を受容する入口と、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口とを有する第１反応器を備える装置を特徴とする。この装置は、出口からの反応生成物の少なくとも一部を入口に送り返す帰還機構を有する。
【０００７】
本発明の実施は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含む。帰還機構は、アルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返す。混合物は、第１反応物質、第２反応物質、および反応生成物の少なくとも一部を溶解する溶媒を含有する。出口は、少なくとも、アルキルエステル、溶媒、および未反応の第１反応物質を送出する。
【０００８】
この装置はさらに、溶媒を蒸発させて、アルキルエステルおよび未反応の第１反応物質を含む混合物を生成する蒸発器を備えている。出口はさらにグリセロールを送出する。さらにこの装置は、液−液相分離に基づいてグリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器を含む。
【０００９】
第１反応物質はトリグリセリドを含む。第１反応物質はカルボン酸を含む。第２反応物質は第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方を含む。第１反応物質は植物油と動物性脂肪の少なくとも一方を含む。反応生成物は、燃料としての使用に適した組成を有する。反応生成物は、ディーゼルエンジン燃料としての使用に適した組成を有する。反応生成物は、内燃ディーゼルエンジンとガスタービンディーゼルエンジンの少なくとも一方のための燃料としての使用に適した組成を有する。
【００１０】
この装置はさらに、第１反応物質を受容する第１入口と、第２反応物質を受容する第２入口と、反応器出口からの反応生成物の一部を受容する第３入口と、不活性溶媒を受容する第４入口と、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および反応生成物を含有する混合物を送出する出口とを有する混合器を備えている。前記出口はさらに他の成分を送出し、帰還機構はさらに他の成分の少なくとも一部を入口に送り返す。酵素は、他の成分と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる。他の成分は、モノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、およびカルボン酸の少なくとも１種を含む。
【００１１】
この装置はさらに第２反応器を備えており、第２反応器は、付加的な第２反応物質および第１反応器出口からの反応生成物を含む混合物を受容する入口と、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、第２反応器の入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口とを有する。
【００１２】
さらにこの装置は、不活性溶媒と、未反応の第１反応物質と未反応の第２反応物質の少なくとも一方とを蒸発させる蒸発器を備えている。この装置はさらに、残りの未反応反応物質から反応生成物を分離するショートパスエバポレータを備えている。反応生成物はアルキルエステルを含む。反応生成物は、少なくとも９９％のアルキルエステルを含む。この装置はさらに、第２反応器出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１反応器の入口に送り返す帰還機構を有する。第１反応物質はトリグリセリドまたはカルボン酸を含み、第２反応物質は第１級アルコールまたは第２級アルコールを含む。
【００１３】
一般に、別の態様において、本発明は、反応物質を含有する混合物を受容する入口および反応物質間の反応を促進する酵素を有する反応器と、反応生成物の少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを備えた装置を特徴とする。
【００１４】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含み、フィードバック機構は、アルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返す。反応物質は、（１）トリグリセリドとカルボン酸の少なくとも一方と、（２）第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方とを含む。酵素はリパーゼを含む。
【００１５】
一般に、別の態様において、本発明は、第１サブシステムと第２サブシステムとを有するアルキルエステル生成システムを特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質、第２反応物質、および第１反応物質と第２反応物質を溶解する不活性溶媒を含有する第１混合物を受容する入口と、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生
成させる第１酵素と、反応生成物、不活性溶媒、および他の成分を送出する第１出口とを有する第１反応器を有する。第２サブシステムは、付加的な第２反応物質、不活性溶媒、反応生成物の少なくとも一部、および第１入口からの他の成分を含有する第２混合物を受容する第２入口と、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる第２酵素と、第２入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する第２出口とを有する第２反応器を有する。
【００１６】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含む。本発明のシステムはさらに、第１出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返す帰還機構を含む。さらにこのシステムは、第２出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返す帰還機構を含む。第２反応器から送出される際の反応生成物中のアルキルエステルの割合は、第１反応器から送出される際の反応生成物中のアルキルエステルの割合より高い。
【００１７】
第２サブシステムは、少なくとも９０重量％のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために、第２出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を有する。分離器は蒸発器を含む。蒸発器は液−液分離器を含む。
【００１８】
第１サブシステムは、第１溶液より高い濃度のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために、第１出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を有する。分離器は蒸発器を含む。分離器は液−液分離器を含む。
【００１９】
ある種の実施例において、第１反応物質はトリグリセリドを含む。他の実施例において、第１反応物質はカルボン酸を含む。第２反応物質は第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方を含む。第１サブシステムは、第１反応物質を受容する第１入口と、第２反応物質を受容する第２入口と、不活性溶媒を受容する第３入口と、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒を混合する構造と、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒を含有する第１混合物を排出する出口とを有する混合器を備えている。ある種の実施例において、第１酵素は第２酵素と同じである。他の実施例においては、第１酵素は第２酵素と異なる。第１酵素と第２酵素の少なくとも一方はリパーゼを含む。
【００２０】
一般に、別の態様において、本発明は、反応器、分離ユニット、および帰還機構を備えた装置を特徴とする。反応器は、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態の反応生成物を含有する混合物を運ぶパイプラインと、パイプラインから混合物を受容する入口、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素、および前記入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を排出する出口を有するカートリッジを受容する連結器とを有する。分離ユニットは、より高率の反応生成物を有する溶液を生成するように出口流出物を処理する。帰還機構は溶液の少なくとも一部をパイプラインに送り返す。
【００２１】
一般に、別の態様において、本発明は、第１サブシステムと第２サブシステムとを有するアルキルエステル生成システムを特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態のアルキルエステルを含有する第１混合物を運ぶ第１パイプラインと、第１パイプラインからの混合物を受容する入口、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる第１酵素、ならびにアルキルエステル、溶媒、および他の成分を排出する第１出口を有する第１カートリッジを受容する第１連結器とを有する第１反応器を備えている。第２サブシステムは、付加的な第２反応物質、不活性溶媒、ならびに第１出口からのアルキルエステルおよび他
の成分の少なくとも一部を含有する第２混合物を運ぶ第２パイプラインと、第２パイプラインからの混合物を受容する第２入口、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる第２酵素、およびアルキルエステルを排出する第２出口を有する第２カートリッジを受容する第２連結器とを有する第２反応器を備えている。
【００２２】
一般に、別の態様において、本発明はアルキルエステル生成システムを特徴とし、このシステムは、第１反応物質および第２反応物質を含有する混合物を受容し、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生成させる酵素を有し、識別子を有するカートリッジと、カートジッリ上の識別子に基づいてシステムの稼動状況を制御する制御器とを備えている。
【００２３】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応生成物はアルキルエステルを含む。酵素はリパーゼを含む。制御器は、識別子に基づいて、溶液のカートリッジ通過速度を変化させるポンプ速度を制御する。制御器は、識別子に基づいて、溶液の温度を変化させる加熱器を制御する。制御器は、識別子に基づいて、カートリッジ交換が必要であることを示す信号を送る時期を決定する。
【００２４】
一般に、別の態様において、本発明は、油源と反応物質を受容する入口、および油源と反応物質との反応を促進して所望の生成物および他の成分を生成させる酵素を有する第１反応器と、粗製所望生成物を生成するために他の成分から所望生成物を分離する分離器と、粗製所望生成物の少なくとも一部を第１反応器の入口に送り返す帰還機構とを備えた装置を特徴とする。
【００２５】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
所望生成物は燃料を含む。所望生成物はアルキルエステルを含む。
本発明の装置はさらに、付加的な反応物質および粗製所望生成物の少なくとも一部を含有する混合物を受容する入口、および追加反応物質と粗製所望生成物中の成分との反応を促進して付加的な所望生成物を生成させる酵素を有する第２反応器と、高純度の所望生成物を生成するために他の成分から所望生成物を分離する第２分離器とを備えている。
【００２６】
油源はトリグリセリドとカルボン酸の少なくとも一方を含む。粗燃料はアルキルエステルを含む。反応物質は、第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方を含む。酵素はリパーゼを含む。
【００２７】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素を有し、アルキルエステル生成装置に連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、およびアルキルエステルを混合してカートリッジに通す溶液を生成する混合器であって、カートリッジ中の酵素は第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる混合器と、第１反応物質と第２反応物質との反応由来のアルキルエステルの少なくとも一部を混合器に送り返す帰還機構とを備えている。
【００２８】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
酵素はリパーゼを含む。カートリッジは、カートリッジ上に、アルキルエステル生成装置の稼動に関する情報を有する。
【００２９】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素を有し、アルキルエステルを生成する２ステージシステムの第１サブシステムに連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒
を受容し、第１反応物質、第２反応物質、および不活性溶媒を含有する混合物をカートリッジに通し、酵素は、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して第１生成物を生成させ、第１生成物は第１分離器で処理されて、第１比率のアルキルエステルを有する粗生成物を生成する。第２サブシステムは、粗生成物と付加的な第２反応物質を受容して第２生成物を生成し、第２生成物は第２分離器で処理されて、第１比率より高い第２比率のアルキルエステルを有する精製生成物を生成する。
【００３０】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素を有し、アルキルエステルを生成する２ステージシステムの第２サブシステムに連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。第１サブシステムは、第１反応物質と第２反応物質を受容して、第１比率のアルキルエステルを有する粗生成物を生成する。第２サブシステムは、粗生成物と付加的な第２反応物質を受容して、粗生成物と付加的な第２反応物質を含有する混合物をカートリッジに通し、酵素は粗生成物および追加第２反応物質中の成分の反応を促進して生成物を生成させ、生成物は分離ユニットで処理されて、第１比率より高い第２比率のアルキルエステルを有する精製生成物を生成する。
【００３１】
一般に、別の態様において、本発明は、リパーゼを有し、アルキルエステル生成装置に連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合してカートリッジに通す溶液を形成する混合器を有し、油源はトリグリセリドを含み、リパーゼは、トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、溶液は反応中相分離せず、副生成物としてグリセロールを生成する。アルキルエステル生成装置はさらに、有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器と、未反応油源からアルキルエステルを分離する第２分離器とを有する。
【００３２】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。第２分離器はショートパスエバポレータを含む。
一般に、別の態様において、本発明は、リパーゼを有し、アルキルエステル生成装置に連結するように構成されたカートリッジを備えた装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合して、カートリッジに通す溶液を形成する混合器を備えており、油源はカルボン酸を含み、リパーゼは、カルボン酸と第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、溶液は反応中相分離せず、副生成物として水を生成する。アルキルエステル生成装置はさらに、有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、未反応油源からアルキルエステルを分離する分離器とを有する。
【００３３】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。分離器はショートパスエバポレータを含む。
一般に、別の態様において、本発明は、アルキルエステル、アルコール、不活性溶媒およびグリセロールを含有する混合物を受容する入口を有し、不活性溶媒およびアルコールを蒸発させてアルキルエステルおよびグリセロールを含有する溶液を生成する蒸発器と、溶液を受容する入口を有し、液−液相分離に基づいてグリセロールからアルキルエステルを分離する分離器とを備えた装置を特徴とする。
【００３４】
一般に、別の態様において、本発明は、酵素利用アルキルエステル生成装置と、発電器とを備えた動力生成装置を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、反応物質を含有する混合物を受容する入口、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素、および出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバッ
ク機構とを備えている。発電器は、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを電気に変換する変換器と、変換器で生成された電気を出力する出口とを有する。
【００３５】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
アルキルエステル生成装置の少なくとも一部は、発電器で生成された電気により動力供給される。反応物質はトリグリセリドおよびアルコールを含む。
【００３６】
一般に、別の態様において、本発明は、反応物質を貯蔵する貯蔵庫と、酵素利用アルキルエステル生成装置と、エンジンとを備えた輸送手段を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、反応物質を含有する混合物を入れる入口と、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素と、出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを有する。エンジンは、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを運動エネルギーに変換する変換器とを有する。
【００３７】
本発明の実施は以下の特徴を１つ以上含み得る。
アルキルエステル生成装置の少なくとも一部は、エンジンで生成された運動エネルギーにより動力供給される。ある種の実施例において、輸送手段はさらに、運動エネルギーを車輪に伝達する伝達機構を備えている。ある種の実施例では、輸送手段はさらに、運動エネルギーをプロペラに伝達する伝達機構を備えている。
【００３８】
一般に、別の態様において、本発明は、反応物質を貯蔵する貯蔵庫と、酵素利用アルキルエステル生成装置と、発電器とを備えた輸送手段を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、反応物質を含有する混合物を受容する入口と、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素と、出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを有する。発電器は、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを電気に変換する変換器と、変換器で生成された電気を出力する出力口とを有する。
【００３９】
輸送手段はさらに、電子部品と、発電器で生成された電気の少なくとも一部を電子部品に伝送する電気系統とを備えている。
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。ある種の実施例において、輸送手段は飛行機を含む。ある種の実施例では、輸送手段は自動車を含む。ある種の実施例において、輸送手段は船舶を含む。
【００４０】
一般に、別の態様において、本発明は、食品を加工する調理場と、食品加工に用いられる再生油を貯蔵する貯蔵庫と、酵素利用アルキルエステル生成装置とを備えた建物を特徴とする。アルキルエステル生成装置は、再生油および反応物質を含有する混合物を受容する入口と、再生油と反応物質との反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素と、出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返すフィードバック機構とを有する。
【００４１】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
建物はさらに、アルキルエステル生成装置で生成されたアルキルエステルを受容する入口と、アルキルエステルのエネルギーを電気に変換する変換器と、電気の少なくとも一部を建物に伝送する電気系統とを有する。
【００４２】
一般に、別の態様において、本発明はアルキルエステル生成装置を特徴とし、この装置は、有機溶媒中でトリグリセリドを含む油源と第１級アルコールまたは第２級アルコール
とを混合して溶液を形成する混合器と、溶液を受容し、トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させるリパーゼを有し、反応副生成物としてグリセロールを生成する反応器と、有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器とを備えている。
【００４３】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。
反応容器が受容した溶液は反応中相分離しない。有機溶媒の各分子は、複数の炭素原子と１個のヘテロ原子を含み、炭素原子の数は４〜８個である。有機溶媒は、Ｃ４〜Ｃ８第３級アルコールを含む。有機溶媒は、ｔ−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、２，２，３−トリメチル−３−ペンタノール、２−メチル−２−ヘキサノール、および３−メチル−３−ヘキサノールのうちの少なくとも１種を含む。有機溶媒はピリジンを含む。第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方は１〜１８個の炭素原子からなる。油源は、植物油、動物油、および廃油脂のうちの少なくとも１種を含む。
【００４４】
この装置はさらに担体を含み、担体上にはリパーゼが固定されている。リパーゼは、カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ（ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ ｌｉｐａｓｅ）、テルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼ（ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓａ ｌｉｐａｓｅ）、シュードモナス・フルオレセンス・リパーゼ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ ｌｉｐａｓｅ）、シュードモナス・セパシア・リパーゼ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｃｅｐａｃｉａ ｌｉｐａｓｅ）、およびクロモバクテリウム・ビスコスム・リパーゼ（ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｖｉｓｃｏｓｕｍ ｌｉｐａｓｅ）のうちの少なくとも１種を含む。トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進するために、反応器の一部は０〜９５℃の反応温度に維持される。この装置はさらに、反応器に溶液を１〜１８０分で流すように構成されたポンプを備えている。
【００４５】
この装置はさらに、油源を１５０〜２１５℃に加熱する加熱器を備えている。加熱された油源は、混合器に送られる前に反応温度に冷却される。この装置はさらに、溶液が反応器に送られる前に溶液にアルキルエステルを添加する入口を有する。さらにこの装置は、相分離器で分離されたアルキルエステルの少なくとも一部を入口に入れて溶液に添加する帰還機構を有する。
【００４６】
一般に、別の態様において、本発明は、入口および出口を有し、入口と出口の間に酵素が配置されているカートリッジをアルキルエステル生成装置に挿入する工程と、カートリッジ上のコード化情報を読み出す工程と、この情報に基づいてアルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程とを含む方法を特徴とする。
【００４７】
本発明の実装は以下の特徴を１つ以上含み得る。アルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程は、カートリッジの入口に流入する溶液の温度と流速の少なくとも一方を制御する工程を含む。
【００４８】
一般に、別の態様において、本発明は食品加工法を特徴とし、この方法は、油を用いて食品を加工する工程と、使用済み油を再生利用して食品を加工する工程と、再生油、反応物質、および不活性溶媒を含有する混合物を受容する工程と、酵素を用いて再生油と反応物質との反応を促進してアルキルエステルを生成させる工程と、再生油および反応物質の溶解を支援するアルキルエステルの少なくとも一部と混合物とを混合してアルキルエステ
ルの少なくとも一部を再利用する工程と、アルキルエステルから電気または運動エネルギーを生成する工程と、電気または運動エネルギーを用いて食品加工に用いられる装置に動力を供給する工程とを含む。
【００４９】
一般に、別の態様において、本発明は輸送手段稼動法を特徴とし、この方法は、反応物質および不活性溶媒を含有する混合物を受容する工程と、反応物質間の反応を促進してアルキルエステルを生成させる酵素を有するカートリッジに混合物を通す工程と、反応物質の溶解を支援するアルキルエステルの少なくとも一部を混合物と混合してアルキルエステルの少なくとも一部を再利用する工程と、アルキルエステルから電気または運動エネルギーを生成する工程と、電気または運動エネルギーを用いて輸送手段の稼動に用いられる装置に動力を供給する工程とを含む。
【００５０】
本発明の他の特徴および利点は以下の説明および特許請求の範囲から明らかである。
記載されている刊行物、特許出願、特許または他の参考文献はすべて本明細書に文献援用される。文献援用された参考文献と抵触する場合には、定義を含む本明細書の通りとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
１．概要
図１を参照すると、燃料生成システムは、例えば大豆油などの油源１１０を受容して、アルキルエステルなどのバイオディーゼル燃料、または潤滑油もしくは中間体などの関連生成物を生成する処理プラント１００を有する。処理プラント１００は、それぞれ酵素触媒を用いる１つ以上の反応器１４０を用いる。処理プラントは、無水第３級アルコールまたは無水ピリジンなどの不活性溶媒１２０と共に、第１級または第２級アルコール、例えば無水メタノールなどの反応物質１３０を用いる。処理プラント１００は、処理中に不活性溶媒１２０および反応物質１３０の一部を回収してそれらの供給を補充する。処理プラントはさらに、廃水またはグリセロールなどの副生成物１６０を生成する。
【００５２】
以下にいくつかの異なる形態の処理プラントを説明する。これらの形態は、例えば、反応器の処理ステージ数（たとえば、１つの反応器を用いたシングルステージ、２つの反応器を用いた２ステージ）、前ステージの反応器への中間体粗バイオディーゼルのフィードバック配置などの機構、および、使用される特定の油源、不活性溶媒、バイオ触媒や、関連稼動条件において異なる。例えば、処理プラントは、連続フロー方式、あるいはバッチ方式で稼動し得る。
【００５３】
種々の形態の処理プラントは種々の物理的サイズを有し得る。１つの実施例において、プラントは、比較的小型であり、例えば冷蔵庫の大きさであり、バイオディーゼル燃料が消費される個所、例えば発電に用いられるディーゼルモーターの位置に配置され得る。他の形態では、サイズが有意に大きくなるにつれ、生成能力も増大し得る。ある種の実施例において、プラントは家庭用として設計可能であり、大型冷蔵庫並の大きさを有し、１日に２００リットル以下の生成能力を有し得る。他の実施例では、プラントは、農場、商店街または戦場用として設計可能であり、約６．０９６〜１２．１９メートル（２０〜４０フィート）の長さを有するコンテナ並のサイズを有する。他の実施例において、プラント１００は、工業プラント用として設計可能であり、年間４０，０００〜２５，０００トン以上の能力を有し得る。
【００５４】
１．１ プラント構成
図２Ａ〜図２Ｄを参照すると、４種の典型的なプラント構成は、異なるステージ数および異なるタイプのフィードバックを用いる。図２Ａを参照すると、シングルステージプラントは１つの反応器１４０を使用する。反応器（Ｒ−１）１４０の流出物は分離器（Ｓ−
１）２２０に供給され、分離器２２０は、例えば、蒸発器と液−液分離器との組み合わせを用いて、反応器流出物から不活性溶媒１２０、未反応反応物質１３０および副生成物１６０を分離して、粗バイオディーゼル生成物２２５を生成する構成部品を備えている。反応器（Ｒ−１）１４０の装入物は、油源１１０、不活性溶媒１２０および反応物質１３０を受容する混合器２１０からの流出物から供給される。この形態のプラントにおいて、混合器２１０はさらに、分離器Ｓ−１の流出物から得られる粗バイオディーゼル２２５の一部も受容する。この粗バイオディーゼルのフィードバックは、（１）反応物質間の反応の完了度を高め、（２）混合器２１０内で混ぜ合わせる必要がある不活性溶媒の量を減少させるという２つの利点を有する。分離器２２０の流出物は、バイオディーゼルをさらに精製して「純」バイオディーゼル生成物１５０を生成する最終分離器２３０、例えば、ショートパスエバポレータまたは短工程蒸留（ｓｈｏｒｔ−ｐａｓｓ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ）に供給される。一例として、粗バイオディーゼル２２５は、純度９０〜９９重量％（％ ｐｕｒｅ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）であり、純バイオディーゼル１５０は純度９９重量％を超え得る。この形態のプラントは比較的部品が少ないので、小型の携帯型にも大型形態にも適している。
【００５５】
図２Ｂを参照すると、２ステージプラント１００Ｂは、それぞれが反応器１４０を有する２ステージ１０１，１０５を用いる。第１反応器（Ｒ−１）１４０および第１分離器（Ｓ−１）２２０の配置は図２Ａのものと同様であり、第１反応器１４０に供給するために第１分離器２２０の流出物から由来する粗バイオディーゼル２２５の混合器２１０へのフィードバックを用いることを含む。この形態のプラントでは、第１分離器２２０の流出物は、粗バイオディーゼル２２５を付加的な不活性溶媒１２０および反応物質１３０と混ぜ合わせる第２混合器２１０に供給される。第２混合器２１０の流出物は第２反応器（Ｒ−２）１４０に供給される。第２反応器１４０の流出物は第２分離器（Ｓ−２）２２０に通される。第２分離器２２０の流出物は、そのままバイオディーゼル燃料１５０として用いてもよいが、流出させる前に最終分離器２３０に通すことが好ましい。一例として、そのような２ステージプラントにおいて、第１分離器２２０からの粗バイオディーゼル２２５流出物は少なくとも純度９０重量％であるが、第２分離器の流出物は少なくとも純度９５％である。
【００５６】
図２Ｃ〜２Ｄを参照すると、粗バイオディーゼルのフィードバックを利用しないプラントは、その他の点では、それぞれ図２Ａ〜２Ｂに示されているプラントに類似した構成を有する。一例として、これらの形態のプラントにおける第１分離器２２０の流出物は少なくとも純度８０重量％であり、図２Ｄに示されている２ステージ形態では、第２分離器の流出物は少なくとも純度９５％である。
【００５７】
シングルステージプラント１００Ｃは、例えば、触媒（例えば、特定のタイプのリパーゼ）が高価であり、かつ最終生成物が医療用または薬用などに高付加価値を有するときに有用である。シングルステージプラント１００Ｃに必要なリパーゼの量は、ダブルステージプラント１００Ｂ，１００Ｄに必要なリパーゼの量より少ないであろうことから、最終生成物をよりコスト効率よく生成することができる。
【００５８】
プラント１００Ａ〜１００Ｄは種々の構成を有し得る。プラントは、溶液温度を増減させる熱交換器、溶液流量を制御するポンプなどの追加部品を備え得る。生成物から、不要な水分、グリセロール、または他の不要な不純物を除去するために除去床（ｒｅｍｏｖａｌ ｂｅｄ）を備え得る。例えば、シングルステージプラント１００Ｃにおいて、分離器２２０は、完全に反応しなかった原料（例えば、反応物質および油源）を生成物から分離して、完全に反応しなかった原料を再利用することができる。この場合、イオン交換樹脂を充填したグリセロール除去床を用いて、再利用される原料から微量のグリセロールを除去できる。
【００５９】
ある種の実施例において、特定タイプの酵素触媒、例えばテルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼを用いる場合、反応器１４０に流入する溶液中の水分量を制限することが有用である。そのような場合、小規模プラント用には、原料油入口流に水分吸着（または吸収）樹脂を充填したカートリッジ型除水床（ｗａｔｅｒ ｒｅｍｏｖａｌ ｂｅｄ）を用い得る。大型プラントの場合、水湿分は、他の除去法、例えば、蒸発または乾燥熱気ストリッピング装置（ｈｏｔ ｄｒｙ ａｉｒ ｓｔｒｉｐｐｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ）によって制御し得る。
【００６０】
ある種の２ステージプラント（例えば、１００Ｂおよび１００Ｄ）実施例では、燃料分離器２３０を省略してもよい。
プラント１００Ａ〜１００Ｄにおいて、反応器１４０内の反応平衡は、熱力学によって測定することができる。そのような反応平衡は使用される酵素触媒のタイプとは無関係である。したがって、バイオディーゼルの平衡濃度は、温度、不活性溶媒濃度、反応物質濃度、および生成物濃度の関数である。他の条件が同じであるとき、種々の温度下に種々の平衡濃度が得られる。
【００６１】
１．２ 化学的構成
２００４年９月２０日に出願されたチー・チュン・チョー（Ｃｈｉ−Ｃｈｕｎｇ Ｃｈｏｕ）の「アルキルエステルの製造方法（Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
Ａｌｋｙｌ Ｅｓｔｅｒｓ）」と題された米国特許出願第１０／９４５，３３９号には、種々の燃料生成プラントに適した、油源、不活性溶媒、反応物質、および触媒、ならびに温度および反応時間を含めむ関連する稼動条件のさまざまな組合わせが記載されている。この特許出願は本明細書に文献援用される。
【００６２】
上記処理法は、高純度アルキルエステルが、リパーゼの不活化が最小限になるリパーゼ触媒反応により原料油（例えば、植物油または動物性脂肪）から容易に生成され得るという知見に基づいている。特に、アルキルエステルは、例えば、エステル交換反応またはエステル化反応を介して生成され得る。この方法は、（１）各分子が４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む第１有機溶媒中で、トリグリセリドまたはカルボン酸を含有する油源と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを混合して第１溶液を形成する工程と、（２）第１リパーゼの存在下、トリグリセリドまたはカルボン酸と、第１の第１級アルコールまたは第１の第２級アルコールとを反応させて、第１アルキルエステルを生成する工程であって、第１溶液は反応中に相分離しない工程と、（３）第１溶液から第１アルキルエステルを分離する工程とを含む。
【００６３】
適当な油源の例としては、植物油（例えば、微小藻類油）、動物油（例えば、魚油、ラード、精製脂肪、もしくは獣脂）、廃油脂（例えば、レストラン廃油脂）、またはその加水分解画分（例えば、カルボン酸）が挙げられる。油源は、混合工程の前に、１５０〜２１５℃に加熱し、反応温度に冷却され得る。
【００６４】
油源は、反応させる前に、第１有機溶媒中で第１の第１級アルコールまたは第１第２級アルコールと混合して一相溶液を形成することができる。第１の第１級アルコールおよび第２級アルコールの例には、１〜１８個の炭素原子を含むもの、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、イソブタノール、３−メチル−１−ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、デカノール、またはラウリルアルコールなどがある。第１有機溶媒の例としては、ピリジンまたはＣ４〜Ｃ８第３級アルコール（例えば、１−ブタノール、ｔ−ブタノール、２−メチル−２−ブタノール、２，３−ジメチル−２−ブタノール、２−メチル−２−ペンタノール、３−メチル−３−ペンタノール、３−エチル−３−ペンタノール、２，３−ジメチル−２−ペンタノール、２，３−ジメチル−３−ペンタノール、
２，２，３−トリメチル−３−ペンタノール、２−メチル−２−ヘキサノール、および３−メチル−３−ヘキサノール）が挙げられる。第１有機溶媒は他の適当な溶媒と混合してもよい。第１有機溶媒は、本発明の方法から得られるアルキルエステルまたは他の供給源（例えば、市販品）から得られるアルキルエステルであってよいアルキルエステルと混合され得る。第１有機溶媒を別の溶媒と共に用いる場合には、別の溶媒は、反応中の第１溶液の均質性を維持するのに十分な量で添加され、それによって、第１リパーゼの不活化を最小にする。用語「リパーゼ」とは、エステル交換反応またはエステル化反応を触媒し得る任意の酵素を指す。その例としては、カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ、テルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼ、シュードモナス・フルオレセンス・リパーゼ、シュードモナス・セパシア・リパーゼ、およびクロモバクテリウム・ビスコスム・リパーゼなどがある。第１リパーゼは、単一種リパーゼ、または２種以上のリパーゼの組み合わせを含み得る。第１リパーゼは第１反応器中の担体上に固定されていることが好ましい。エステル交換反応またはエステル化反応を０〜９５℃（例えば、２０〜９５℃）で１〜１８０分（例えば、１０〜９０分または２０〜６０分）にわたって実施すると、第１アルキルエステルが得られる。
【００６５】
トリグリセリドを含有する油源と第１の第１級アルコールまたは第２級アルコールとのエステル交換反応中、副生成物としてグリセロールが生成する。予想外なことに、第１アルキルエステルは、第１有機溶媒と未反応の第１の第１級または第２級アルコールを蒸発除去した後、第１アルキルエステルとグリセロールとを相分離させることにより容易に得ることができる。上記油源は、モノグリセリド、ジグリセリド、またはカルボン酸を含有し得る。モノグリセリドおよびジグリセリドは、トリグリセリドと同じように第１の第１級または第２級アルコールと反応する。カルボン酸はエステル化反応を介して第１の第１級または第２級アルコールと反応し、副生成物として水を生成するが、これは蒸発過程で容易に除去し得る。
【００６６】
カルボン酸を含有する油源と第１の第１級または第２級アルコールとのエステル化反応中に、副生成物として水（但し、グリセロールは含まない）が生成する。予想外にも、第１有機溶媒、未反応の第１の第１級または第２級アルコール、および水分を蒸発除去することにより、第１アルキルエステルが容易に得られる。上記油源が有意な量のトリグリセリド、ジグリセリド、またはモノグリセリドを含有している場合、第１アルキルエステルは前項に記載の方法で得ることができる。
【００６７】
上述のようにして得られた第１アルキルエステルがモノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、またはカルボン酸で汚染されている場合、汚染物質を、別のエステル交換反応またはエステル化反応を介してさらにアルコールと反応させて除去し得る。具体的には、第１アルキルエステルを第２有機溶媒中で第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールと混合して、第２溶液を形成することができる。第２有機溶媒の各分子は４〜８個の炭素原子と１個のヘテロ原子を含む。第２有機溶媒は第１有機溶媒と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第２の第１級または第２級アルコールは第１の第１級または第２級アルコールと同じであることが好ましい。次いで、第２溶液中のモノグリセリド、ジグリセリド、トリグリセリド、またはカルボン酸を、第２リパーゼの存在下、第２の第１級アルコールまたは第２の第２級アルコールと反応させて第２アルキルエステルを生成し得る。この反応中、第２溶液は相分離しない。第２リパーゼは第１リパーゼと同じでてあってもよいし、異なっていてもよい。次いで、このようにして得られた第１および第２アルキルエステルを第２溶液から分離し得る。第２アルキルエステルは第１アルキルエステルと同一であることが好ましい。
【００６８】
前記処理法の実施例について以下に説明する。
１．２．１ 実施例１
アルキルエステルを調製するための油源として大豆油を用いた。具体的には、第１混合器において、精製大豆油（５５．４重量％）を、無水メタノール（８．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（３６．０重量％）と混合して、一相の溶液を形成した。次いで、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５〔カンジダ・アンタークチカ・リパーゼ；ノボザイムズ（Ｎｏｖｏｚｙｍｅｓ）Ａ／Ｓ社、デンマーク、バグスバード（Ｂａｇｓｖａｅｒｄ）所在〕を充填した第１反応器に送出した。詳細には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を担体（マクロ多孔性樹脂）上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は６２分であった。反応完了後、溶液を真空蒸発器、次いで液−液分離器に送り、生成物を得た。生成物の組成をＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィ）〔カラム：Ｌｕｎａ Ｓｕ Ｃ１８（２）２５０×４．６ｍｍ、フェノメネックス社（Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ）；移動相：メタノール、ヘキサンおよびイソプロパノール；ＵＶ検出器：ＵＶ−２０７５、ジャスコ（ＪＡＳＣＯ）社、日本〕により同定した。予想外にも、得られた生成物は、９６．１９重量％のアルキルエステルと、３．５９重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．２２重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００６９】
別の実験では、共溶媒としてアルキルエステルを用いた。具体的には、第１混合器において、精製大豆油（４９．１重量％）を無水メタノール（７．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（２０．５重量％）と混合して、一相の溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は５８．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９６．１０重量％のアルキルエステルと、３．２３重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．６７重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７０】
さらに別の実験では、溶媒としてｔ−アミルアルコールおよびアルキルエステルを用いた。具体的には、第１混合器において、精製大豆油（４０．８重量％）を無水メタノール（６．３重量％）、無水ｔ−アミルアルコール（３７．３重量％）およびアルキルエステル（１５．６重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は５３．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９６．９６重量％のアルキルエステルと、２．６４重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．４０重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７１】
１．２．２ 実施例２
別の混合器で、実施例１から得られたアルキルエステルを無水メタノールおよび無水ｔ−ブタノールと混合して、一相溶液を形成した。このようにして形成された溶液は、７０．００重量％のアルキルエステルと、２．８重量％の汚染物質（すなわち、２．４７重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．３１重量％のトリグリセリド）、７．２８重量％のメタノールと、１９．９４重量％のｔ−ブタノールとを含んでいた。次いで、溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を充填した別の反応器に送った。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。第２反応器の温度は４５℃であった。反応時間は１７．５分であった。反応完了後、溶液を別の真空蒸発器、次いで別の液−液分離器に送り、生成物を得た。生成物の組成をＨＰＬＣで同定した。
【００７２】
予想外にも、上記で得た生成物は、９９．２４重量％のアルキルエステルと、０．６５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．１１重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７３】
１．２．３ 実施例３
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための出発物質として大豆油以外の油源を用いた。使用した油源は、高遊離脂肪酸を含有するレストラン廃油脂、低遊離脂肪酸を含有するレストラン廃油脂、獣脂、ラード、魚油、ヤシ油、およびヒマシ油などであった。１つの実験では、高遊離脂肪酸を含有するレストラン廃油脂を用い
た。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を入れた反応器に、上記レストラン廃油脂（４９．１重量％）、無水メタノール（７．６重量％）、ｔ−ブタノール（２０．５重量％）およびアルキルエステル（２２．８重量％）を含有する溶液を入れた。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は２４．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。予想外にも、上記で得た生成物は、９６．６３重量％のアルキルエステルと、３．１７重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．２０重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７４】
別の実験では、油源として魚油（動物油）を用いた。具体的には、第１混合器において、魚油（５２．４重量％）を無水メタノール（７．８重量％）、無水ピリジン（３９．８重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は２５．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９５．６３重量％のアルキルエステルと、３．０３重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．３４重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７５】
さらに別の実験では、油源としてヤシ油（植物油）を用いた。具体的には、第１混合器において、植物油（４６．５重量％）を無水メタノール（７．５重量％）および無水ｔ−アミルアルコール（４６．０重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４１．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９６．９７重量％のアルキルエステルと、１．９５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．０８重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７６】
１．２．４． 実施例４
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための出発物質として第１級アルコールを用いた。使用アルコールは、メタノール、エタノール、イソブタノール、３−メチル−１−ブタノール、ヘキサノール、オクタノール、デカノールおよびラウリルアルコールなどであった。１つの実験では、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３６を入れた反応器に、魚油（５２．０重量％）、エタノール（１１．２重量％）および無水ｔ−ブタノール（３６．８重量％）を含有する溶液を入れた。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３９．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。予想外にも、上記で得た生成物は、９７．４４重量％のアルキルエステルと、１．４４重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．１１重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７７】
別の実験では、出発物質としてヘキサノール（Ｃ６アルコール）を用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（５３．７重量％）を無水ヘキサノール（２６．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（１９．７重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４６．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９５．０６重量％のアルキルエステルと、４．１１重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．８８重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７８】
さらに別の実験では、出発物質としてラウリルアルコール（Ｃ１２アルコール）を用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（３７．２重量％）を無水ラウリルアルコール（３３．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（２９．２重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は６６．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９５．０３重量％のアルキルエステルと、４．０７重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、０．９０重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００７９】
１．２．５ 実施例５
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための出発物質として第２級アルコールを用いた。使用したアルコールは、イソプロパノール（Ｃ３アルコール）、２−ブタノール（Ｃ４アルコール）および第２級ｎ−オクチルアルコール（Ｃ８アルコール）などであった。１つの実験では、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３６を入れた反応器に、菜種油（５２．９重量％）、イソプロパノール（１４．１重量％）および無水ｔ−アミルアルコール（３３．０重量％）を含有する溶液を入れた。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３９．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。予想外にも、上記で得た生成物は、９３．９２重量％のアルキルエステルと、４．８６重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、１．２２重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８０】
別の実験では、出発物質として２−ブタノールを用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（５２．５重量％）を無水２−ブタノール（１８．９重量％）および無水ｔ−アミルアルコール（２８．６重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４６．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９２．８４重量％のアルキルエステルと、５．０８重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、２．０９重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８１】
さらに別の実験では、出発物質として第２級ｎ−オクチルアルコールを用いた。具体的には、第１混合器において、大豆油（４６．４重量％）を無水第２級ｎ−オクチルアルコール（２９．３重量％）および無水ｔ−ブタノールアルコール（２４．３重量％）と混合して、一相溶液を形成した。反応条件は上記のものと同じであったが、但し、反応は４２．０分で完了した。予想外にも、得られた生成物は、９４．６９重量％のアルキルエステルと、２．４５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、２．８６重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８２】
１．２．６ 実施例６
出発物質としてラウリン酸およびメタノールを用い、実施例１に記載のものと類似の方法で、エステル化反応を介して、アルキルエステルを調製した。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を入れた反応器に、無水ラウリン酸（７７．７重量％）、無水メタノール（１７．６重量％）および無水ｔ−ブタノール（４．７重量％）を含有する溶液を入れた。ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は３７．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＧＣ（ガスクロマトグラフィ）〔８６１０Ｃ、エス・アール・アイ（ＳＲＩ）社、米国；カラム：ＭＸＴ−６５ＴＧ、長さ：３０ｍ、Ｉ．Ｄ．：０．２５μｍ；キャリヤーガス：Ｈｅ、流速：１ｍｌ／分；インジェクタ：分割比：２０：１、温度：３００℃；検出器：ＦＩＤ、温度：３７０℃〕で同定した。
予想外にも、上記で得た生成物は、９６．０重量％のラウリン酸メチルと４．０重量％のラウリン酸とを含んでいた。
【００８３】
１．２．７ 実施例７
出発物質として大豆油およびメタノールを用い、実施例１に記載のものと類似の方法で、但し、大豆油を使用前に一定時間加熱して、アルキルエステルを調製した。具体的には、大豆油は、先ず２００℃で５分または２１０℃で１時間加熱し、次いで反応温度に冷却した。その後、混合器で、大豆油（４９．１重量％）を無水メタノール（７．６重量％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５重量％）およびアルキルエステル（２２．８重量％）と混合して、一相溶液を形成した。次いで、この溶液を、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５を充填し
た反応器に送った。具体的には、ＮＯＶＯＺＹＭ ４３５は、前以て担体上に固定してから反応器に入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応器からの各生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。
【００８４】
予想外にも、それぞれ、２００℃で５分加熱した大豆油と、２１０℃で１時間加熱した大豆油を用いた場合には、５０．３分および４７．４分で、１．５重量％未満のトリグリセリドを含有する生成物を得た。それに比べ、類似反応条件下に事前加熱処理をしない大豆油を用いた場合には、上記生成物を得るのに５３．８分を要した。
【００８５】
１．２．８ 実施例８
実施例１に記載のものと類似の方法でアルキルエステルを調製するための触媒として、ＬＩＰＯＺＹＭＥ ＴＬ ＩＭ〔テルモマイセス・ラヌジノーサ・リパーゼ、ノボザイムズＡ／Ｓ社、デンマーク、バグスバード所在〕を用いた。具体的には、触媒は、粒状シリカ担体上に固定してから反応器に入れた。次いで、反応器に、大豆油（４９．１重量％）、無水メタノール（７．６重量％）、無水ｔ−ブタノール（２０．５重量％）およびアルキルエステル（２２．８重量％）を含有する溶液を入れた。反応器の温度は４５℃であった。反応時間は５１．０分であった。反応器からの生成物を単離し、その組成をＨＰＬＣで同定した。
【００８６】
予想外にも、上記で得た生成物は、９４．０４重量％のアルキルエステルと、３．６５重量％のモノグリセリドおよびジグリセリドと、２．３１重量％のトリグリセリドとを含んでいた。
【００８７】
２． シングルステージによるバイオディーゼル燃料生成法
図３を参照すると、図２Ａに示されている構成の処理プラント１００Ａの１つの実施例は、分離器２２０，２３０を実現するために使用されるいくつかの構成部品、並びに、図２Ａには示されてはいない回収された生成物および分離器で生成された廃棄物の処理に使用される付加的な部品を有する。この実施例において、反応物質１３０はアルコールを含む。
【００８８】
反応器１４０は、例えば、酵素触媒１４２を入れた栓流反応器であってよい。油源１１０と反応アルコール１３０との反応の説明は、１．２項および米国特許出願第１０／９４５，３３９号に示されている。反応器１４０を通過する流体の流速は、反応を完了させるのに十分な時間を考慮して反応器１４０について規定された滞留時間に合致するように制御される。滞留時間は、例えば、３時間〜２０分未満の範囲であり得る。反応器１４０の温度は設定値に維持され、設定値は、一部、油源、反応物質および触媒のタイプに応じて、例えば、２０〜９５℃の範囲であり得る。
【００８９】
反応器１４０は、粗生成物１０３を送出し、この粗生成物１０３は、アルキルエステル、グリセロール、および不純物、例えば、油源１１０と反応物質１３０との反応から生成される、完全に反応していない油（不完全反応油）などを含んでいる。不完全反応油の例として、モノグリセリドやジグリセリドなどがある。
【００９０】
処理プラント１００Ａは、粗生成物１０３中の成分を、例えば、粗グリセリール１６８と、未反応油１１０、不活性溶媒１２０および未反応の反応物質１３０を含有する粗バイオディーゼル１５０とに分離する分離モジュール２２０を有する。分離モジュール２２０は、真空蒸発器、例えば、ドイツ、デッゲンドルフ（Ｄｅｇｇｅｎｄｏｒｆ）所在のフェアファーレン・テクニッシェ・アウラーゲン社（Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓ Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ａｕｌａｇｅｎ ＧＭＢＨ）製のＤモデルタイプの薄膜蒸発器（ｗｉｐｅｄ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ）３２４、または充填床蒸発器と一体化された
簡単なフラッシュドラムを有する。薄膜蒸発器３２４は、薄膜蒸発を用いて、粗生成物１０３中のさまざまな成分を分離する。薄膜蒸発器３２４は、不活性溶媒１２０、未反応アルコール１３０および水分を高速で蒸発させ得るように大きな表面積を有する薄膜を備えている。低沸点成分、例えば、未反応アルコール１３０、水蒸気、不活性溶媒および他の不純物は、勢いよく流され、凝縮され、溶媒回収ユニット３２８に回収され、溶媒回収装置３２８は、不活性溶媒１２０、未反応アルコール１３０、水蒸気および他の不純物を分離する。不活性溶媒１２０と未反応アルコール１３０は、再循環し、反応器１４０への投入物の一部として、新規溶媒１２０、新規油源１１０、および新規反応アルコール１３０と混合し得る。水蒸気と他の不純物は、触媒変換器３６２に送られ、触媒変換器３６２は、不純物を、例えば炭酸ガスに変換する。水蒸気と炭酸ガスは通気口（図示せず）から排出される。
【００９１】
薄膜蒸発器３２４からの残渣は、グリセロール、アルキルエステル、未反応油、および不完全反応油を含んでおり、それらは第１コアレッサ・分離器（ｃｏａｌｅｓｃｅｒ ＆
ｓｅｐａｒａｔｏｒ）３３６に送られる。コアレッサはグリセリール液滴を融合して液状にする。溶液を分離器中で一定時間静置すると、バイオディーゼルとグリセロールが分離し、上層のバイオディーゼルと下層のグリセロールを形成するであろう。
【００９２】
下層グリセロールは、粗グリセロール１６８と称され、不純物、例えば、水分、不活性溶媒、および未反応アルコールを含有する。粗グリセロール１６８は、粗グリセロール蒸発器３３８に送られる。蒸発器３３８の一例は、ショートパスエバポレータ、例えば、ファオ・テー・アー社（ＶＴＡ ＧＭＢＨ）製のＶＫモデルタイプ、または充填床蒸発器が一体化された単純なフラッシュドラムである。蒸発器３３８は、不純物からグリセロールを蒸発させて分離し、「純」グリセロール１１４を産出する働きをする。一例として、純グリセロール１１４は少なくとも純度９９重量％であり得る。
【００９３】
上層のバイオディーゼルは、不純物、例えば、不完全反応油、未反応油、および微量のグリセロールを含有するため、粗バイオディーゼル２２５と称される。粗バイオディーゼル２２５の一部は再生利用され、反応器１４０に送り返される。上述のように、粗バイオディーゼル２２５を再利用すると、反応の完全性を促進するという利点に加えて、油源および反応アルコールの溶解に必要とされる不活性溶媒の量を減らすことができる。
【００９４】
粗バイオディーゼル２２５のうち再生利用されない部分は、不純物からバイオディーゼルを分離して純バイオディーゼル１５０を生成するショートパスエバポレータ３４４を含む最終分離器２３０に送られる。
【００９５】
ショートパスエバポレータ３４４は、不完全反応油、未反応油、およびグリセロールを、他の成分からグリセロールを分離または除去する第２コアレッサ・分離器３５４または再生イオン交換樹脂床（栓流層）に向けて送出する。コアレッサ・分離器３５４は、粗グリセロール１５６を粗グリセロール蒸発器３３８に向けて送出し、蒸発器３３８は、粗グリセロール１５６を処理して純グリセロール１１４を生成する。コアレッサ・分離器３５４は、不完全反応油および未反応油を産出し、それらは、場合により、再利用するために反応器１４０に送り返されることがある。
【００９６】
３． シングルステージシステムの詳細設計
図４（図４Ａ〜図４Ｃ）を参照して、図２Ａに示されている構成を有するプラント１１０Ａの別の実施例を以下に詳細に説明する。
【００９７】
図４を参照すると、プラント１１０Ａは、油源１１０を貯蔵する油ドラム（Ｄ−１）を有する。不活性溶媒１２０は溶媒ドラムに貯蔵され、溶媒ドラムは、新規不活性溶媒、プ
ラント内の溶媒回収ユニットからの再生不活性溶媒、および窒素ガスを受容する。窒素ガスは溶媒からの湿分および酸素をブロックする。反応アルコール１３０は反応アルコールドラムに貯蔵され、反応アルコールドラムは、新規反応アルコール、再生反応アルコール、および窒素ガスを受容する。
【００９８】
油源１１０、不活性溶媒１２０、および反応アルコール１３０の混合は、いくつかの部品を用いて実施される。ツインヘッド計量ポンプ（Ｐ−１）４３０は、油源１１０を、経路４３２に沿って一定速度で、例えば、油源から微量の水分を直接除去する高吸水性樹脂で充填された充填床であり得る除水床（ＲＢ−１）４３６に送り込む。水分が除去されたら、油源は、パイプ４４０を通って、スタティックミキサー（ＳＭ−１）４３８を含む混合器２１０に送られる。同時に、ツインヘッド計量ポンプ（Ｐ−２）４２４は、反応物質および不活性溶媒を、油源と反応アルコールおよび不活性溶媒との比率が所定値に維持されるような速度で、スタティックミキサー４３８に送り込む。ポンプ４３０は、さらに再生粗バイオディーゼル２２５を、パイプ４７６を介して、所定の再生粗バイオディーゼル：油源の比率で、スタティックミキサー４３８に送り込む。
【００９９】
スタティックミキサー４３８は、例えば、米国特許第３，２８６，９９２号に記載されているようなマルチエレメントスタティックミキサー、または、スイス、ズルツァー・ケムテック社（Ｚｕｌｚｅｒ Ｃｈｅｍｔｅｃｈ）製のズルツァー・コンパクト・スタティックミキサー（Ｓｕｌｚｅｒ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｓｔａｔｉｃ Ｍｉｘｅｒ）などのコンパクトミキサーであってよい。スタティックミキサーは、可動部を有さず、外部動力を使用することなく、溶液を混合する。スタティックミキサー４３８は、反応物質、不活性溶媒、油源および再生粗バイオディーゼルを完全に混合して均質溶液を生成する。
【０１００】
熱交換器（ＨＥ−１）４４８とカートリッジ型反応器（Ｒ−１）４０４を有する反応器１４０は、混合器２１０の流出物を受容する。具体的には、スタティックミキサー４３８からの流出物は熱交換器（ＨＥ−１）４４８に送られ、熱交換器４４８は、例えば、冷却水、熱油、蒸気、または電気加熱器もしくは冷却器を用いて混合溶液の温度を調整する。熱交換器４４８は、例えば、二重管形であってよい。次いで、溶液は、酵素触媒１４２、この場合にはリパーゼが充填されている反応器の細長いカートリッジ４０４に入る。反応温度は０〜９５℃であってよいが、好ましくは室温（例えば、２５℃）である。
【０１０１】
多くの代替型カートリッジ４０４を用い得る。例えば、カートリッジ４０４は、底にグリッド支持体を有するカラムであってよい。カートリッジの底には、カートリッジ内に酵素触媒１４２を保持するためにスクリーンが設けられており、カートリッジの上部にはカートリッジ内の溶液の流量を均一にするために別のスクリーンが設けられている。カートリッジの２つのスクリーンの間には触媒が充填されている。温度制御混合溶液は、カートリッジ４０４の上部開口を介してカートリッジ４０４に入り、酵素触媒１４２を通って流れ落ちる。酵素触媒は、反応アルコールとトリグリセリドを含む油源との反応を促進して、アルキルエステル、グリセロール、および水分（および／または他の不純物）を生成させる。
【０１０２】
反応器１４０は、アルキルエステル、グリセロール、未反応油（トリグリセリド）、不完全反応油（モノグリセリドおよびジグリセリド）、未反応アルコール、不活性溶媒、および他の不純物を含有する粗生成物を産出する。図３に関連して上述したように、反応器１４０の粗生成物は、蒸発器３２４と、コアレッサ・分離器３３６とを含む分離器２２０に送られる。図４には特定設計のコアレッサ・分離器３３６が参照番号３３６Ａで示されており、このコアレッサ・分離器３３６Ａには、グリセロール液滴を融合させるために１〜５μｍの細孔径を有するメンブランフィルターが用いられている。
【０１０３】
図４に示されているプラント１１０Ａにおいて、蒸発器３２４は、圧力調整器（ＰＲ）４５２と、予熱器（ＨＥ−２）４４８と、充填床設計が一体化された単純なフラッシュドラム蒸発器（Ｅ−１）４５１とを含む。予熱器４４８は、例えば、熱油または蒸気を用いて粗生成物を予熱し得る。蒸発器４５１は、被覆領域における熱媒体として熱油または熱蒸気を用い得る。蒸発器４５１内において、不活性溶媒、水分、および未反応アルコールは蒸発して、蒸発器４５１の上部開口から退出する。不活性溶媒、水分、および未反応アルコールは凝縮され、溶媒回収ユニット３２８（図４では示さず）に回収され、再利用することができる。
【０１０４】
溶媒回収ユニット内の凝縮液の組成は、未反応アルコール、不活性溶媒、水分および微量のバイオディーゼルを含み得る。２つの単純カラムを用いて、未反応アルコール、不活性溶媒、および水分を分離することができる。１つの実施例において、第１カラムは未反応アルコールおよび水から不活性溶媒を分離する。含まれているとしても、ごく微量のバイオディーゼルを含有している不活性溶媒は、第１カラムの底から退出して、不活性溶媒ドラムに再循環される。
【０１０５】
溶媒回収ユニットでは、未反応アルコールと水分は第１カラムの底から出て、第２カラムに送られ、第２カラムで、未反応アルコールは上部のリフラックスドラムに回収され、反応アルコールドラムに再循環される。第２カラムの底の残渣は、主に、水分と少量の未反応アルコールと不活性溶媒とからなる。少量の未反応アルコールと不活性溶媒は触媒変換器で気化され、完全に使い果たされる。単純カラムはいずれも周囲圧力下に自動稼動可能である。一般に、溶媒回収の設計は使用されるアルコールや不活性溶媒に依存し、種々の回収スキームを用い得る。
【０１０６】
続いて図４を参照すると、高沸点を有する蒸発器４５１内の成分はギアポンプによりコアレッサ（ＣＬ−１）４５４に送り込まれ、グリセロール液滴は融合して大きな液滴になり、粗バイオディーゼルから容易に分離され得る。液−液相分離器（Ｓ−２）４５６では２種の液体が形成される。粗バイオディーゼルは、冷却器（ＨＥ−３）４５８、次いで再生イオン交換樹脂が充填された微量グリセロール除去床（ＲＢ−３）４６１に送られる。微量グリセロール除去床４６１の流出物は２つの流れ４７６と流れ４７８とに分れる。一方の流れ４７６はスタティックミキサー４３８に再循環され、もう一方の流れ４７８はショートパスエバポレータ（Ｅ−２）４２４に送られる。
【０１０７】
少なくとも９５重量％のアルキルエステルを含有し得る粗バイオディーゼルは、分離器４５６から流れ出て、冷却器（ＨＥ−３）４５８で冷却される。冷却器内での粗バイオディーゼルの冷却には冷却水が用いられる。
【０１０８】
粗バイオディーゼルの一部はフィードバックパイプ４７６を通って再循環される。再生粗バイオディーゼルは、粗バイオディーゼルと純バイオディーゼルとに切り替え得る三方電磁弁を通過する。上述のように、ポンプ４３０は、再生バイオディーゼルをスタティックミキサー４３８に送り込む。
【０１０９】
粗バイオディーゼルのうち再生利用されない部分は、ショートパスエバポレータ３４４（図３に示されているような最終分離器２３０の一部）に送られる。ショートパスエバポレータ３４４は、熱交換器（ＨＥ−４）４８６と、圧力調整器４５２と、ショートパスエバポレータ（Ｅ−２）４２４とを含む。ショートパスエバポレータ４２４は、グリセロール、未反応油、および他の不純物からバイオディーゼルを分離する。高純度バイオディーゼルはエバポレータ４２４から経路４２６に流れ出る。
【０１１０】
エバポレータ４２４は、微量のグリセロールで汚染された未反応油をドラム（Ｓ−４）
４７２に向けて経路４３３に送出する。未反応油は、ギアポンプ（Ｐ−８）４７３により冷却器（ＨＥ−６）４７５に送り込まれる。未反応油の質および／または油中の不純物量に応じて、未反応油は、廃油処理ドラムに送られるか、残留グリセロールを除去するグリセロール除去床（ＲＢ−２）４４４を通って油ドラムＤ−１に再循環される。グリセロール除去床４４４は、例えば、溶液から微量のグリセロールを除去し得る樹脂で充填された充填床であってよい。
【０１１１】
グリセロールを自動的に送出するために、液−液相分離器（Ｓ−２）４５６とドラム４７４の間に二軸重力式ドレントラップ（ＤＮ−１）４５７が配置されている。このトラップ４５７の１つの例は、米国ミシガン州所在のアームストロング社（Ａｒｍｓｔｒｏｎｇ）から入手し得る。あるいは、グリセロールの量が少な過ぎるためにドレントラップを使えない場合には、高レベルスイッチと低レベルスイッチとを有する小型ドラムを用いることも可能である。上記スイッチはどちらもドラムの底にあるグリセロール送出用電磁弁に連結される。
【０１１２】
ドラム４７４内の粗グリセロールは、（図４には示されていない）真空蒸発器を介して精製して、水分、未反応アルコール、および不活性溶媒を除去することができる。蒸発蒸気は凝縮され、上記蒸発器Ｅ−１（およびＥ−２）の凝縮液ドラムに集められる。粗グリセロール蒸発器から出て行く残留物は商用利用に適した純グリセロール生成物である。
【０１１３】
ショートパスエバポレータ４２４からの高純度バイオディーゼルは熱交換器（ＨＥ−５）４０８に送り込まれ、そこで、冷却水が高純度バイオディーゼルを冷却する。最終純バイオディーゼル生成物は、少なくとも９９重量％のアルキルエステルを含み得る。純バイオディーゼル生成物は純バイオディーゼル生成物ドラム（Ｄ−５）に貯蔵される。処理プラント起動時、粗バイオディーゼルが手に入らない場合には、純バイオディーゼルを反応器１４０に供給するために、フィードバック経路を介して混合器２１０に再循環し得る。このフィードバック経路は、粗バイオディーゼルを用いるときには再循環純バイオディーゼルをオフに切り替えられるように電磁弁４７８に接続されている。
【０１１４】
４． シングルステージシステムの代替設計
図５（図５Ａ〜図５Ｄ）は、生成物底部排出設計を用いるシングルステージ反応器の１つの代替設計を示している。真空と空気とに切り替えられる２つの液体ドラム（Ｓ−１）５５６および（Ｓ−２）５６６を用いて、蒸発器に連結されたドラム４５５から液体を排出させる。ドラム５５６および５６６では、液体排出切り替え操作を自動制御するための液体検出器（図示せず）を用いる。二方電磁弁５５８，５６０および三方電磁弁５６８は、ドラム４５４からドラム５５６，５６６への溶液の流量を制御する。弁５６０は、ドラム５５６の底から流出する液体の流量を制御する。初期には、弁５６０は閉鎖されており、弁５５８は開放されている。三方電磁弁５６８は、ドラム５５６の上部開口を真空ポンプ（図示せず）に連結するように構成されている。溶液は重力によりドラム４５４からドラム５５６に流れ込む。
【０１１５】
ドラム５５６に設定量の溶液が入ると、弁５５８を閉じる。弁５６０を開き、室内空気がシリカゲル（または樹脂）を通過して、ドラム５５６の上部開口に入るように三方電磁弁５６８を選択する。シリカゲルまたは樹脂５７０は、ドラム５５６に入ってくる空気から水分を除去する。
【０１１６】
ドラム５５６内の溶液は重力によりドラム５６６に流れ込む。溶液がドラム５５６から設定レベルまで流出したら、弁５６０を閉鎖し、弁５６８を切り替えて、弁５５８を再び開放する。
【０１１７】
ポンプ５６２は溶液を連続的にコアレッサ（ＣＬ−１）に送り込む。コアレッサ４５４では、グリセロール液滴が融合されて大きな液滴となり、粗バイオディーゼルから分離される。ポンプ５６２は、図４のギアポンプ４６７の役割に類似した機能を果たす。違いは、ポンプ５６２の場合には、吸気圧力は、ギアポンプ５６７の場合のような高真空状態ではなく、周囲圧力に由来することである。これはポンプの選択に一層の柔軟性を与え、適切なポンプを見つけ易くする。
下流の稼動は図４に示されているものと同様である。ショートパスエバポレータ（Ｅ−２）４２４の底部流には類似設計を用い得る。
【０１１８】
５． ２ステージプラント
図６（図６Ａ〜図６Ｃ）を参照して、図２Ｂに示されている構成を有する２ステージ処理プラント１１０Ｂの１つの実施例を以下に詳細に説明する。図２Ｂの最終分離器２３０は図６では省略されている。
【０１１９】
図６の処理プラント１１０Ｂの第１部分は、第１反応器１４０と、第１蒸発器３２４と、図５の対応要素と同じように作動する第１コアレッサ・分離器３３６Ｂとを備える。図６の処理プラント１１０Ｂは、図５にあるようなショートパスエバポレータ３４４を用いる代わりに、第２反応器、第２蒸発器３２４、および第２コアレッサ・分離器３３６Ｂを用いる。第１反応器１４０と類似のものであってよい第２反応器１４０には、酵素触媒、例えばリパーゼが入っている。第１および第２反応器１４０は、同一または異なる酵素触媒を使用し得る。
【０１２０】
粗バイオディーゼルからグリセロールを除去するグリセロール除去床ＲＢ−２から退出する粗バイオディーゼルは、パイプ２８８に沿って、第１反応器１４０の第１スタティックミキサー２１０に類似した第２スタティックミキサー（ＳＭ−２）に向かって移動する。同時に、ツインヘッドポンプ（Ｐ−４）２９２は、反応アルコール１３０および不活性溶媒１２０を、設定比率の反応アルコール１３０および不活性溶媒１２０がスタティックミキサー（ＳＭ−２）２１０に進入する前の位置２９０で粗バイオディーゼルと混合するような速度で、第２スタティックミキサー（ＳＭ−２）に送り込む。スタティックミキサー（ＳＭ−２）２１０の流出物は第２反応器１４０に送られる。
【０１２１】
第２反応器１４０では、反応アルコール、未反応油、および不完全反応油が反応してさらにアルキルエステルを生成し、その結果、第２反応器の流出物中では、未反応油や不完全反応油の量が減少する。
【０１２２】
第２コアレッサ・分離器３３６Ｂからの流出物は、高率の（例えば、９９重量％を超える）アルキルエステルを含有する高純度バイオディーゼルを含む。微量のグリセロールを含有し得る高純度バイオディーゼルは、先ず冷却器（ＨＥ−５）４８８で冷却され、次いで、樹脂床（ＲＢ−３）４８９に通される。樹脂床（ＲＢ−３）には微量グリセロールを除去するための樹脂が充填されている。
【０１２３】
例えば、９９重量％のアルキルエステルを含有し得る最終生成物−高純度バイオディーゼル１５０は、高純度生成物ドラム（Ｄ−５）に送られる。ドラムＤ−５内の高純度バイオディーゼルは、始動時に再利用されるか、あまたユーザーに供給され得る。
【０１２４】
ある種の実施例において、処理プラント１００Ａ（図４および５）と１００Ｂ（図６）の稼動条件は以下のようであり得る。第１反応器４０４は０〜９５℃の温度で稼動し、滞留時間は１〜１８０分である。第１蒸発器４５１は１２０℃未満の温度および約１３３３０Ｐａ（１００ｍｍＨｇ）未満の圧力で稼動する。除去床４３６，４４４，４６１は、２０〜８０℃の温度、好ましくはほぼ室温（例えば、２５℃）で稼動し得る。コアレッサ４
５４および４５６は、２０〜８０℃の温度で稼動し得る。
【０１２５】
６． 典型的な稼動条件
６．１ 実施例１
以下に述べるのは、粗バイオディーゼルを第１反応器の入口に再循環する上述の２ステージ処理プラントの稼動条件の一例である。薄膜蒸発器を用い、ショートパスエバポレータは用いなかった。処理プラントへの原料油として、地元のスーパーマーケットから購入した精製大豆油を用いた。精製大豆油中の水分量は、約２００〜３００ｐｐｍであった。純無水メタノールを反応アルコールとして用いた。純無水ｔ−アミルアルコールを不活性溶媒として用いた。第１反応器（Ｒ−１）は、リパーゼを充填した充填床を有し、リパーゼはノボザイムズ社製のＴＬ ＩＭであった。第１反応器内の溶液の滞留時間は５０分、反応温度は２５℃であった。第２反応器（Ｒ−２）は、リパーゼを充填した充填床であり、リパーゼはノボザイムズ社製のＮｏｖｏ ４３５であった。第２反応器内の溶液の滞留時間は１１５分、反応温度は２５℃であった。蒸発器は、温度１１０℃、絶対圧力約１３３．３Ｐａ（１．０ｍｍＨｇ）、毎分２５０回転の回転速度で作動する薄膜蒸発器である。最終生成物は、９９．１０重量％のバイオディーゼル、０．２重量％のモノグリセリド、０．２２重量％のジグリセリド、０．０６６重量％のトリグリセリドを含んでおり、酸価は０．６３０ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
【０１２６】
６．２ 実施例２
以下に述べるのは、粗バイオディーゼルを反応器の入口に再循環させる上述のシングルステージ処理プラントの稼動条件の一例である。２種の代替蒸発器設計例：（１）充填床蒸発器と一体化された単純フラッシュドラム；および（２）薄膜蒸発器を用いた。最終生成物は、ショートパスエバポレータで処理した。装入原料は、水湿分２００〜３００ｐｐｍを含む新規精製大豆油であった。反応器（Ｒ−１）はリパーゼを充填した充填床であった。リパーゼは、ＴＬ ＩＭ（ノボザイムズ社製）、滞留時間は５３分、反応温度は２５℃であった。蒸発器（Ｅ−１）が充填床と一体化された単純フラッシュドラムを用いた場合、稼動温度は１２０℃、絶対圧力は約６６６．６１１５６Ｐａ（５ ｔｏｒｒ）であった。蒸発器が前にフラッシュドラムを有さない薄膜蒸発器を用いた場合、稼動温度は１２０℃、絶対圧力は約１３３．３２Ｐａ（１ ｔｏｒｒ）、回転速度は毎分２５０回転であった。最終分離器は、稼動温度が１２０℃、絶対圧力が約６．６６６１１５６Ｐａ（０．０５ ｔｏｒｒ）、回転速度が４００ＲＰＭのショートパスエバポレータを用いた。得られた最終生成物は、９９．８１重量％のバイオディーゼル、０．１３重量％のモノグリセリド、０．６６重量％のジグリセリド、検出不能量のトリグリセリドを含んでおり、酸価は０．７７０ｍｇＫＯＨ／ｇであった。
【０１２７】
６．３ 実施例３
以下に述べるのは、粗バイオディーゼルを再生利用しなかった上述のシングルステージ処理プラントの稼動条件の一例である。装入原料は水湿分２００〜３００ｐｐｍを含む新規精製大豆油であった。反応器（Ｒ−１）はリパーゼを充填した充填床であった。リパーゼは、ＴＬ ＩＭ（ノボザイムズ社製）、滞留時間は６６．６分、反応温度は２５℃であった。蒸発器（Ｅ−１）は、温度１２０℃、絶対圧力約６６６．６１１５６Ｐａ（５ ｔｏｒｒ）で作動する、充填床と一体化された単純フラッシュドラムであった。得られた最終生成物は、８６．５５重量％のバイオディーゼル、６．５２重量％のモノグリセリド、５．２４重量％のジグリセリド、および１．６９重量％のトリグリセリドを含んでいた。
【０１２８】
６．４ 実施例４
典型的なメンブランタイプのコアレッサ（細孔径１〜５μｍ）からの流出物である粗バイオディーゼル生成物は、液−液分離後に、１，０００〜１，５００ｐｐｍ量のグリセロールを有し得る。粗バイオディーゼルは９０ｃｍの深さを有する樹脂床に通してもよく、
樹脂床での流体の滞留時間は約２５分である。流出物中の最終グリセロール濃度は１５ｐｐｍ未満であり得る。使用樹脂は、イオン交換樹脂の１種である、ドイツ、バイエル社（Ｂａｙｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ）製のＭｏｎｏＰｌｕｓ ＳＰ１１２であってよい。この飽和床は、メタノール、エタノールまたは同等物質で再生され得る。
【０１２９】
７． 触媒カートリッジ
第１および第２反応器１４０は、酵素触媒を充填した取り外し可能なカートリッジを使用し得る。これにより、長期稼動後、触媒の効力が無くなったときには、古いカートリッジを新しいものと取り替えることができる。第１および第２反応器１４０は、種々のメーカー由来、または種々のタイプの触媒を有する種々の取り外し可能カートリッジを受容するように構成されている。処理プラント１００Ａ〜１００Ｄは、カートリッジを容易に着脱し得るように、カートリッジを連結する連結機構を有するように設計され得る。様々な種類の酵素触媒を用いることができ、各触媒が異なる稼動条件セット、例えば、流速および稼動温度に関連づけられる。このバイオディーゼル燃料生成システムは、使用される特定タイプの酵素触媒に基づいて稼動条件を調整し得る。
【０１３０】
図７を参照すると、バイオディーゼル燃料生成システム７０２は複数の反応器７０４を有し、反応器７０４はそれぞれ、酵素触媒を充填したカートリッジ７０６を備えている。カートリッジ７０６は、内部の酵素触媒を識別するバーコードまたは無線周波認識（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏ：ＲＦＩＤ）タグなどの識別子７０８を有する。読取装置７１０（例えば、バーコードまたはＲＦＩＤ読取装置）は、識別子７０８を読み取り、識別情報をデータプロセッサ７１２に送信する。この識別情報に基づいて、データプロセッサ７１２は、データベース７１４から事前記憶稼動情報を読み出し、その稼動情報を用いて、流量制御サブシステム７１６および温度制御サブシステム７１８を制御する。
【０１３１】
流量制御サブシステム７１６は、例えば、反応器を通って流れる油源および反応アルコールの流速を決定するポンプを有する。ある種の実施例では、識別子７０８は短い滞留時間を要求する酵素触媒に関連付けられるので、データプロセッサ７１２は、反応器７０４に溶液をより速やかに溶液を送り込むように流量制御サブシステムを制御する。ある種の実施例では、識別子７０８は長い滞留時間を要求する酵素触媒に関連付けられるので、データプロセッサ７１２は、反応器７０４に溶液をゆっくりと送り込むように流量制御サブシステムを制御する。ある種の実施例においては、識別子７０８は高反応温度を要求する酵素触媒に関連づけられるので、データプロセッサ７１２は、反応器または熱交換器の温度を高い値に設定するように温度制御サブシステム７１８を制御する。ある種の実施例では、識別子７０８は、低い反応温度を要求する酵素触媒に関連づけられるので、データプロセッサ７１２は、反応器または熱交換器の温度を低値に設定するように温度制御サブシステム７１８を制御する。
【０１３２】
ある種の実施例において、識別子７０８は、カートリッジ７０６の交換時期を推定する予め記憶された情報に関連づけられ得る。予め記憶された情報は、一定量の溶液がカートリッジ７０６を通過した後でカートリッジ７０６の交換が必要であることを指示し得る。データプロセッサ７１２は、このシステムの流量計（図示せず）に基づいて、カートリッジ７０６を通過した溶液量を測定する。溶液量が一定限度を超えると、データプロセッサ７１２は、カートリッジ交換が必要なことを指示するメッセージをユーザーに表示する。
【０１３３】
８． 用途
図８を参照すると、発電装置８００は、油源８０４および反応アルコール８０５を受容してバイオディーゼル８０６を生成する処理プラント８０２を有する。バイオディーゼル８０６はバイオディーゼル発電器８０８に送られ、発電器８０８はバイオディーゼルから
電気８１０を発電する。電気の一部は、経路８１２を介して処理プラント８０２に送られ、処理プラントの種々の電機部品への動力供給に用いられる。
【０１３４】
システム８０２は、上述の処理プラントのいずれであってもよい。
発電装置８００の利点は、このシステムが石油系ディーゼル燃料を用いる発電装置よりも公害を発生せずに、電気を発電し得ることである。油源がトリグリセリドを含有していると、発電装置８００は、副生成物として、グリセロール、水、および炭酸ガスを生成する。
【０１３５】
図９を参照すると、輸送手段８２０は、油源８０４と反応アルコール８０５を受容してバイオディーゼル８０６を生成する処理プラント８０２を有する。バイオディーゼル８０６はディーゼルエンジン８１４に送られ、ディーゼルエンジン８１４はバイオディーゼルを動力８２０に変換し、動力８２０は、輸送手段８２０に動力を供給するために車輪やプロペラに運動エネルギーを伝送する伝動装置８１６に送られる。輸送手段８２０は、ディーゼルエンジンからの運動エネルギーを電気に変換する発電器（図示せず）を有し得る。電気は、輸送手段８２０の種々の電機部品への動力供給に用いられ得る。
【０１３６】
処理プラント８０２は、上述の処理プラントのいずれであってもよい。輸送手段８２０は、例えば、自動車、トラック、列車、船舶、または飛行機であり得る。
図１０を参照すると、例えばレストランなどの建物８３０は、食品加工用の食用油８３２を受容する食品加工ユニット８３４（例えばキッチン）を有する。食品加工ユニット８３４で生成された再生油８３６は処理プラント８０２に送られ、処理プラント８０２は、さらに反応アルコール８０５を受容して、バイオディーゼル８０６を生成する。ディーゼル発電器８０８はバイオディーゼルを受容して、電気を発電し、電気は、食品加工ユニット８３４や処理プラント８０２の種々の電気部品への動力供給に用いられる。
【０１３７】
９． 代替態様
当然のことながら、上記説明は本発明を例示するものであって、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の範囲は添付特許請求の範囲に従って定められる。他の実施形態は以下の特許請求の範囲内である。例えば、ツインヘッドポンプは、２つの独立したポンプで代替し得る。スタティックミキサーは、攪拌混合ドラムまたは計量式スタティックミキサー（ｄｏｓｉｎｇ−ｔｙｐｅ ｓｔａｔｉｃ ｍｉｘｅｒ）で代替してもよい。バイオディーゼルを小規模生成する場合、各混合ポイントで、計量式コンパクトスタティックミキサーを用い得る。油源が、高率、例えば２，０００ｐｐｍを超える水分を含んでいる場合、除水床は熱気ストリッピング装置に置き換えられ得る。水分は、ストリッピングにより除去可能であり、油は、反応器に送られる前に冷却される。ある種の実施例では、装入原料として動物性脂肪または高融点植物油を用いる場合には、先ず、それらの脂肪または油は不活性溶媒に溶解される。
【０１３８】
油源がカルボン酸を含む場合、カルボン酸と反応アルコールとの反応により、アルキルエステルと共に副生成物として水が生成する。この場合、グリセロールは生成しない。グリセロールが存在しないので、アルキルエステルの精製は、溶媒、未反応アルコールおよび水分を蒸発させることによって行われ得る。油源がカルボン酸を含む場合、グリセロールからバイオディーゼルを分離するために分離器を使用したり、グリセロールを除去するために除去床を使用したりする必要はない。
【０１３９】
ある種の実施例において、バイオディーゼルは、内燃ディーゼルエンジンまたはガスタービンディーゼルエンジン用燃料として用いられ得る。
ある種の実施例において、小型ユニット処理プラントの反応器に酵素触媒を充填したカートリッジが用いられる。より大型の商用ユニットの場合、リパーゼのオンラインローデ
ィングおよびダウンローディングをシステム設計に組み込んでもよい。
【０１４０】
ある種の実施例において、蒸発器Ｅ−１（図４〜図６）は、充填床設計が一体化されているか、または一体化されていない単純フラッシュドラムであってよい。他の実施例では、高級アルコール（反応アルコールまたは不活性溶媒）を使う場合、薄膜蒸発器を用い得る。
【０１４１】
ある種の実施例において、同一処理プラント中の冷却器（ＨＥ−１、ＨＥ−３、ＨＥ−５、およびＨＥ−Ｔ）は、小規模システム用にひとまとめにして１ユニットにし得る。ある種の実施例では、冷却器は、ばらばらに、但しボックス内に平行に配置し、冷却水などの冷媒用の共通入口と共通出口を有する。ある種の実施例では、冷却器は、１つのファンを用いてすべての流れを同時に冷却する空気冷却器として設計される。
【０１４２】
ある種の実施例においては、ショートパスエバポレータは、入口に蒸発器Ｅ−１のものと類似のフラッシュドラムを用い得る。このように設計することにより、短工程ユニット内のコンデンサ負荷を低減させることができ、これは、高入口速度が得られることを意味する。フラッシュドラムを出て行く蒸発蒸気を凝縮させるために外部コンデンサを用い得る。凝縮液は短工程ユニットの蒸留物と一緒になる。
【０１４３】
グリセロール除去床の再生は、（例えば、大型システム用に平行設計を用いる場合などの）オンライン処理か、（例えば、小型ユニット用にカートリッジタイプ設計を用いる場合などの）オフライン処理であり得る。
【０１４４】
稼動停止時には、燃料生成システム全体を窒素で被覆して、湿気や空気を遮断する（バイオディーゼルまたは油源の酸性化を低下させる）ことができる。
ある種の実施例では、グリセロール除去樹脂は、イオン交換樹脂、例えば、ドイツ、レバークーゼン（Ｌｅｖｅｒｋｕｓｅｎ）所在のバイエル・ケミカル社（Ｂａｙｅｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）から入手し得るＬｅｗａｔｉｔ ＭｏｎｏＰｌｕｓ ＳＰ１１２であってよい。
【０１４５】
スタティックミキサーは、生成速度がレベル制御により調節される攪拌混合器（ドラム）で代替し得る。
【図面の簡単な説明】
【０１４６】
【図１】燃料生成システムのブロック図。
【図２Ａ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントを示す図。
【図２Ｂ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、第１ステージからの粗バイオディーゼルのフィードバックを伴う２ステージプラントを示す図。
【図２Ｃ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、シングルステージプラントを示す図。
【図２Ｄ】燃料生成プラントの種々の構成のブロック図であって、２ステージプラントを示す図。
【図３】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントのブロック図。
【図４】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントの概略図。
【図４Ａ】図４の部分拡大図。
【図４Ｂ】図４の部分拡大図。
【図４Ｃ】図４の部分拡大図。
【図５】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴うシングルステージプラントの概略図。
【図５Ａ】図５の部分拡大図。
【図５Ｂ】図５の部分拡大図。
【図５Ｃ】図５の部分拡大図。
【図５Ｄ】図５の部分拡大図。
【図６】粗バイオディーゼルのフィードバックを伴う２ステージプラントの概略図。
【図６Ａ】図６の部分拡大図。
【図６Ｂ】図６の部分拡大図。
【図６Ｃ】図６の部分拡大図。
【図７】燃料生成システムのブロック図。
【図８】発電器に連結された燃料生成システムのブロック図。
【図９】燃料生成システムを有する輸送手段のブロック図。
【図１０】燃料処理ユニットに連結された燃料生成システムのブロック図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１反応器であって、
第１反応物質と、第２反応物質と、反応生成物と、第１反応物質および第２反応物質の少なくとも一部を溶解する不活性溶媒とを含有する混合物を受容する入口、
第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素、および
前記入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含有する反応生成物を送出する出口を有する、第１反応器と、
前記出口からの反応生成物の少なくとも一部を前記入口に送り返す帰還機構と
を備えた装置。
【請求項２】
反応生成物がアルキルエステルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
帰還機構がアルキルエステルの少なくとも一部を前記入口に送り返す、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記混合物は、第１反応物質、第２反応物質および反応生成物の少なくとも一部を溶解する溶媒を含有する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記出口は、少なくとも、アルキルエステル、溶媒、および未反応の第１反応物質を送出する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
溶媒を蒸発させて、アルキルエステルおよび未反応の第１反応物質を含有する混合物を生成する蒸発器をさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記出口がさらにグリセロールをも送出する、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
溶媒を蒸発させて、アルキルエステル、グリセロールおよび未反応の第１反応物質を含有する混合物を生成する蒸発器をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
液−液相分離に基づいて、グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器をさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１反応物質がトリグリセリドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１反応物質がカルボン酸を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
第２反応物質が第１級アルコールおよび第２級アルコールの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
第１反応物質が植物油と動物性脂肪の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記反応生成物は燃料としての使用に適した組成を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
付加的な第２反応物質および第１反応器の出口からの反応生成物を含有する混合物を受容する入口と、
第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、
第２反応器の入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により
生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口と
を有する第２反応器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
不活性溶媒と、未反応の第１反応物質と未反応の第２反応物質の少なくとも一方とを蒸発させる蒸発器をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
残りの未反応反応物質から反応生成物を分離するショートパスエバポレータをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
反応生成物がアルキルエステルを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
第２反応器出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１反応器の入口に送り返す帰還機構をさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
反応物質を含有する混合物を受容する入口および反応物質間の反応を促進する酵素を有する反応器と、反応生成物の少なくとも一部を前記入口に送り返すフィードバック機構とを備える装置。
【請求項２１】
反応生成物はアルキルエステルを含み、フィードバック機構は、アルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返す、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記反応物質は、（１）トリグリセリドとカルボン酸の少なくとも一方と、（２）第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方とを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記酵素がリパーゼを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
第１反応器を備える第１サブシステムであって、第１反応器は、
第１反応物質、第２反応物質、および第１反応物質と第２反応物質を溶解する不活性溶媒を含有する第１混合物を受容する第１入口、
第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生成させる第１酵素、および
反応生成物、不活性溶媒、および他の成分を送出する第１出口を有する、第１サブシステムと、
第２反応器を備える第２サブシステムであって、第２反応器は、
付加的な第２反応物質、不活性溶媒、反応生成物の少なくとも一部、および第１入口からの他の成分を含有する第２混合物を受容する第２入口、
第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる第２酵素、および
第２入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により生成された反応生成物を含む反応物質を送出する第２出口を有する、第２サブシステムとを有する、アルキルエステル生成用システム。
【請求項２５】
前記反応生成物はアルキルエステルを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
第１出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返すフィードバック機構をさらに有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
第２出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返すフィードバック機構をさらに有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
第２サブシステムは、少なくとも９０重量％のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために第２出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記分離器は蒸発器を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記分離器は液−液分離器を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
第１サブシステムは、第１溶液より高濃度のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために、第１出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を備える、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記分離器は蒸発器を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記分離器は液−液分離器を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態の反応生成物を含有する混合物を運ぶパイプラインと、
カートリッジを受容するための連結器であって、前記カートリッジは、
パイプラインから混合物を受容する入口、
第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素、および
前記入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口を有する、連結器と、
より高い比率の反応生成物を有する溶液を生成するように前記出口からの流出物を処理する分離ユニットと、
溶液の少なくとも一部をパイプラインに送り返す帰還機構と
を有する反応器を備える装置。
【請求項３５】
第１反応器を備える第１サブシステムであって、第１反応器は、
第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態のアルキルエステルを含有する第１混合物を運ぶ第１パイプラインと、
第１パイプラインから混合物を受容する第１入口、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してアルキルエステルを生成させる第１酵素、およびアルキルエステル、溶媒、および他の成分を送出する第１出口を有する第１カートリッジを受容する第１連結器とを有する、第１サブシステムと、
第２反応器を備える第２サブシステムであって、第２反応器は、
付加的な第２反応物質、不活性溶媒、および第１出口からのアルキルエステルの少なくとも一部と他の成分とを含有する第２混合物を運ぶ第２パイプラインと、
第２パイプラインから混合物を受容する第２入口、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる第２酵素、およびアルキルエステルを送出する第２出口を有する第２カートリッジを受容する第２連結器とを有する、第２サブシステムと
を有する、アルキルエステル生成用システム。
【請求項３６】
アルキルエステル生成システムであって、
第１反応物質および第２反応物質を含有する混合物を受容し、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生成させる酵素を含み、識別子を有するカートリッジと、
カートジッリ上の識別子に基づいてシステムの稼動状況を制御する制御器と
を有するシステム。
【請求項３７】
前記反応生成物は、アルキルエステルを含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記酵素は、リパーゼを含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記制御器は、識別子に基づいて、溶液のカートリッジ通過速度を変化させるポンプ速度を制御する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４０】
前記制御器は、識別子に基づいて、溶液の温度を変化させる加熱器を制御する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４１】
前記制御器は、識別子に基づいて、カートリッジを交換する必要があることを示す信号を送る時期を決定する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４２】
リパーゼを有するカートリッジを備える装置であって、前記カートリッジはアルキルエステル生成装置に連結されるように構成されており、前記アルキルエステル生成装置は、
有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合してカートリッジに通す溶液を形成する混合器であって、前記油源はトリグリセリドを含み、リパーゼはトリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、前記溶液は反応中に相分離せず、副生成物としてグリセロールを生成する、混合器と、
有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、
グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器と、
未反応油源からアルキルエステルを分離する第２分離器と
を備える、装置。
【請求項４３】
リパーゼを有するカートリッジを備える装置であって、前記カートリッジはアルキルエステル生成装置に連結するように構成されており、前記アルキルエステル生成装置は、
有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合してカートリッジに通す溶液を形成する混合器であって、前記油源はカルボン酸を含み、リパーゼはカルボン酸と第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、溶液は反応中相分離せず、副生成物として水を生成する、混合器と、
有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、
未反応の油源からアルキルエステルを分離する分離器と
を備える、装置。
【請求項４４】
分離器がショートパスエバポレータを含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
アルキルエステル、アルコール、不活性溶媒およびグリセロールを含有する混合物を受容する入口を有し、不活性溶媒とアルコールを蒸発させてアルキルエステルとグリセロールを含有する溶液を生成する蒸発器と、
溶液を受容する入口を有し、液−液相分離に基づいてグリセロールからアルキルエステルを分離する分離器と
を備える装置。
【請求項４６】
アルキルエステル生成装置であって、
有機溶媒中でトリグリセリドを含む油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールと
を反応させて溶液を形成する混合器と、
前記溶液を受容する反応器であって、トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進するリパーゼを有し、かつ副生成物としてグリセロールを生成する反応器と、
有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、
グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器と
を備える装置。
【請求項４７】
さらに担体を有し、担体上にはリパーゼが固定されている、請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
相分離器によって分離されたアルキルエステルの少なくとも一部を前記入口に入れて前記溶液に添加する帰還機構をさらに有する、請求項４６に記載の装置。
【請求項４９】
入口および出口と、それらの入口と出口との間に配置された酵素を有するカートリッジを挿入する工程と、
カートリッジ上にコード化された情報を読み取る工程と、
前記情報に基づいてアルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程とを含む方法。
【請求項５０】
アルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程が、カートリッジの入口に流入する溶液の温度および流速の少なくとも一方を制御する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項１】
第１反応器であって、
第１反応物質と、第２反応物質と、反応生成物と、第１反応物質および第２反応物質の少なくとも一部を溶解する不活性溶媒とを含有する混合物を受容する入口、
第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素、および
前記入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含有する反応生成物を送出する出口を有する、第１反応器と、
前記出口からの反応生成物の少なくとも一部を前記入口に送り返す帰還機構と
を備えた装置。
【請求項２】
反応生成物がアルキルエステルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
帰還機構がアルキルエステルの少なくとも一部を前記入口に送り返す、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記混合物は、第１反応物質、第２反応物質および反応生成物の少なくとも一部を溶解する溶媒を含有する、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記出口は、少なくとも、アルキルエステル、溶媒、および未反応の第１反応物質を送出する、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
溶媒を蒸発させて、アルキルエステルおよび未反応の第１反応物質を含有する混合物を生成する蒸発器をさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記出口がさらにグリセロールをも送出する、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
溶媒を蒸発させて、アルキルエステル、グリセロールおよび未反応の第１反応物質を含有する混合物を生成する蒸発器をさらに備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
液−液相分離に基づいて、グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器をさらに備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
第１反応物質がトリグリセリドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１反応物質がカルボン酸を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
第２反応物質が第１級アルコールおよび第２級アルコールの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
第１反応物質が植物油と動物性脂肪の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記反応生成物は燃料としての使用に適した組成を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
付加的な第２反応物質および第１反応器の出口からの反応生成物を含有する混合物を受容する入口と、
第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素と、
第２反応器の入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により
生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口と
を有する第２反応器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
不活性溶媒と、未反応の第１反応物質と未反応の第２反応物質の少なくとも一方とを蒸発させる蒸発器をさらに備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
残りの未反応反応物質から反応生成物を分離するショートパスエバポレータをさらに備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
反応生成物がアルキルエステルを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
第２反応器出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１反応器の入口に送り返す帰還機構をさらに備える、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
反応物質を含有する混合物を受容する入口および反応物質間の反応を促進する酵素を有する反応器と、反応生成物の少なくとも一部を前記入口に送り返すフィードバック機構とを備える装置。
【請求項２１】
反応生成物はアルキルエステルを含み、フィードバック機構は、アルキルエステルの少なくとも一部を入口に送り返す、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記反応物質は、（１）トリグリセリドとカルボン酸の少なくとも一方と、（２）第１級アルコールと第２級アルコールの少なくとも一方とを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２３】
前記酵素がリパーゼを含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２４】
第１反応器を備える第１サブシステムであって、第１反応器は、
第１反応物質、第２反応物質、および第１反応物質と第２反応物質を溶解する不活性溶媒を含有する第１混合物を受容する第１入口、
第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生成させる第１酵素、および
反応生成物、不活性溶媒、および他の成分を送出する第１出口を有する、第１サブシステムと、
第２反応器を備える第２サブシステムであって、第２反応器は、
付加的な第２反応物質、不活性溶媒、反応生成物の少なくとも一部、および第１入口からの他の成分を含有する第２混合物を受容する第２入口、
第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる第２酵素、および
第２入口で受容した反応生成物および第２反応物質と他の成分との反応により生成された反応生成物を含む反応物質を送出する第２出口を有する、第２サブシステムとを有する、アルキルエステル生成用システム。
【請求項２５】
前記反応生成物はアルキルエステルを含む、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
第１出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返すフィードバック機構をさらに有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
第２出口からのアルキルエステルの少なくとも一部を第１入口に送り返すフィードバック機構をさらに有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２８】
第２サブシステムは、少なくとも９０重量％のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために第２出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を有する、請求項２５に記載のシステム。
【請求項２９】
前記分離器は蒸発器を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記分離器は液−液分離器を含む、請求項２８に記載のシステム。
【請求項３１】
第１サブシステムは、第１溶液より高濃度のアルキルエステルを有する第２溶液を得るために、第１出口からの第１溶液流出物からアルキルエステル以外の成分の少なくとも一部を除去する分離器を備える、請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
前記分離器は蒸発器を含む、請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記分離器は液−液分離器を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態の反応生成物を含有する混合物を運ぶパイプラインと、
カートリッジを受容するための連結器であって、前記カートリッジは、
パイプラインから混合物を受容する入口、
第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してより多くの反応生成物を生成させる酵素、および
前記入口で受容した反応生成物および第１反応物質と第２反応物質との反応により生成された反応生成物を含む反応生成物を送出する出口を有する、連結器と、
より高い比率の反応生成物を有する溶液を生成するように前記出口からの流出物を処理する分離ユニットと、
溶液の少なくとも一部をパイプラインに送り返す帰還機構と
を有する反応器を備える装置。
【請求項３５】
第１反応器を備える第１サブシステムであって、第１反応器は、
第１反応物質、第２反応物質、不活性溶媒、および均質状態のアルキルエステルを含有する第１混合物を運ぶ第１パイプラインと、
第１パイプラインから混合物を受容する第１入口、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進してアルキルエステルを生成させる第１酵素、およびアルキルエステル、溶媒、および他の成分を送出する第１出口を有する第１カートリッジを受容する第１連結器とを有する、第１サブシステムと、
第２反応器を備える第２サブシステムであって、第２反応器は、
付加的な第２反応物質、不活性溶媒、および第１出口からのアルキルエステルの少なくとも一部と他の成分とを含有する第２混合物を運ぶ第２パイプラインと、
第２パイプラインから混合物を受容する第２入口、第２反応物質と他の成分との反応を促進してより多くのアルキルエステルを生成させる第２酵素、およびアルキルエステルを送出する第２出口を有する第２カートリッジを受容する第２連結器とを有する、第２サブシステムと
を有する、アルキルエステル生成用システム。
【請求項３６】
アルキルエステル生成システムであって、
第１反応物質および第２反応物質を含有する混合物を受容し、第１反応物質と第２反応物質との反応を促進して反応生成物を生成させる酵素を含み、識別子を有するカートリッジと、
カートジッリ上の識別子に基づいてシステムの稼動状況を制御する制御器と
を有するシステム。
【請求項３７】
前記反応生成物は、アルキルエステルを含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３８】
前記酵素は、リパーゼを含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項３９】
前記制御器は、識別子に基づいて、溶液のカートリッジ通過速度を変化させるポンプ速度を制御する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４０】
前記制御器は、識別子に基づいて、溶液の温度を変化させる加熱器を制御する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４１】
前記制御器は、識別子に基づいて、カートリッジを交換する必要があることを示す信号を送る時期を決定する、請求項３６に記載のシステム。
【請求項４２】
リパーゼを有するカートリッジを備える装置であって、前記カートリッジはアルキルエステル生成装置に連結されるように構成されており、前記アルキルエステル生成装置は、
有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合してカートリッジに通す溶液を形成する混合器であって、前記油源はトリグリセリドを含み、リパーゼはトリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、前記溶液は反応中に相分離せず、副生成物としてグリセロールを生成する、混合器と、
有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、
グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器と、
未反応油源からアルキルエステルを分離する第２分離器と
を備える、装置。
【請求項４３】
リパーゼを有するカートリッジを備える装置であって、前記カートリッジはアルキルエステル生成装置に連結するように構成されており、前記アルキルエステル生成装置は、
有機溶媒中で油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールとを混合してカートリッジに通す溶液を形成する混合器であって、前記油源はカルボン酸を含み、リパーゼはカルボン酸と第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進してアルキルエステルを生成させ、溶液は反応中相分離せず、副生成物として水を生成する、混合器と、
有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、
未反応の油源からアルキルエステルを分離する分離器と
を備える、装置。
【請求項４４】
分離器がショートパスエバポレータを含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
アルキルエステル、アルコール、不活性溶媒およびグリセロールを含有する混合物を受容する入口を有し、不活性溶媒とアルコールを蒸発させてアルキルエステルとグリセロールを含有する溶液を生成する蒸発器と、
溶液を受容する入口を有し、液−液相分離に基づいてグリセロールからアルキルエステルを分離する分離器と
を備える装置。
【請求項４６】
アルキルエステル生成装置であって、
有機溶媒中でトリグリセリドを含む油源と第１級アルコールまたは第２級アルコールと
を反応させて溶液を形成する混合器と、
前記溶液を受容する反応器であって、トリグリセリドと第１級アルコールまたは第２級アルコールとの反応を促進するリパーゼを有し、かつ副生成物としてグリセロールを生成する反応器と、
有機溶媒および未反応第１級アルコールまたは第２級アルコールを除去する蒸発器と、
グリセロールからアルキルエステルを分離する相分離器と
を備える装置。
【請求項４７】
さらに担体を有し、担体上にはリパーゼが固定されている、請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
相分離器によって分離されたアルキルエステルの少なくとも一部を前記入口に入れて前記溶液に添加する帰還機構をさらに有する、請求項４６に記載の装置。
【請求項４９】
入口および出口と、それらの入口と出口との間に配置された酵素を有するカートリッジを挿入する工程と、
カートリッジ上にコード化された情報を読み取る工程と、
前記情報に基づいてアルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程とを含む方法。
【請求項５０】
アルキルエステル生成装置の稼動を制御する工程が、カートリッジの入口に流入する溶液の温度および流速の少なくとも一方を制御する工程を含む、請求項４９に記載の方法。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図５Ｄ】
【図６】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１１５８３６（Ｐ２００６−１１５８３６Ａ）
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−２７２１１７（Ｐ２００５−２７２１１７）
【出願日】平成１７年９月２０日（２００５．９．２０）
【出願人】（５０５０６８１５８）サンホー バイオディーゼル コーポレイション (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｕｎｈｏ Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７２１１７（Ｐ２００５−２７２１１７）
【出願日】平成１７年９月２０日（２００５．９．２０）
【出願人】（５０５０６８１５８）サンホー バイオディーゼル コーポレイション (2)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｕｎｈｏ Ｂｉｏｄｉｅｓｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【Ｆターム（参考）】
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