JP2001226694A - Method of producing fatty acid ester and fuel containing fatty acid ester - Google Patents
Method of producing fatty acid ester and fuel containing fatty acid esterInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は油脂とアルコールを
反応させる脂肪酸エステルとグリセリンの製造方法およ
び該製造方法により得られる脂肪酸エステルを含む燃料
に関する。The present invention relates to a method for producing fatty acid esters and glycerin by reacting fats and oils and alcohols, and a fuel containing the fatty acid esters obtained by the production method.
【0002】[0002]
【従来の技術】油脂は、トリグリセリドと呼ばれる脂肪
酸とグリセリンのエステルが主成分であり、油脂とアル
コールを用いたエステル交換処理により得られる脂肪酸
エステルは、工業原料や医薬品等に広く用いられてい
る。BACKGROUND OF THE INVENTION Fats and oils are mainly composed of esters of fatty acids and glycerin called triglycerides, and fatty acid esters obtained by transesterification using fats and oils and alcohols are widely used in industrial raw materials and pharmaceuticals.
【0003】油脂をアルコールと反応させてエステル交
換することにより、従来の鉱物油にかわる、脂肪酸エス
テルを含むディーゼル燃料や潤滑油基油を製造する方法
が報告されている。例えば、特開平9−235573号
公報および特開平7−197047号公報では、苛性ソ
ーダの存在下で廃食用油とメタノールを反応させてディ
ーゼル燃料を製造している。特開平07−197047
号公報には、エステル交換反応は、通常苛性ソーダなど
のアルカリ触媒を用いて大気圧下、50℃から70℃の
温度で行うことが記載されている。この場合、原料油脂
中に遊離脂肪酸が存在するとアルカリ触媒と反応して石
鹸が生成するため前処理が不可欠である上に、前処理し
てもエステル交換反応過程で少量の石鹸が生成するた
め、後処理で分離する必要がある。 一方、このエステル
交換反応を9〜10MPa、220〜250℃の条件下
で行うと、遊離脂肪酸を含有した低純度の油脂原料を用
いることができることも知られている[ウルマンズ エ
ンサイクロペディア オブ インダストリアル ケミス
トリー 第5完全改訂版(Ullmann's Enc
yclopediaof Industrial Ch
emistry Fifth Completely
Revised Edition)]、第A10巻(1
987年)、第281頁)。[0003] Ester exchange by reacting fats and oils with alcohol
By replacing the mineral oil, fatty acid es
Method for producing diesel fuel and lubricating base oil containing tel
Have been reported. For example, JP-A-9-235573
In the official gazette and Japanese Patent Application Laid-Open No.
Reaction between waste cooking oil and methanol in the presence of
Manufactures diesel fuel. JP-A-07-97047
In the gazette, the transesterification reaction usually involves caustic soda
50 ° C to 70 ° C under atmospheric pressure using an alkaline catalyst of
It is described to be performed at a temperature. In this case,
If free fatty acids are present in the stone,
Pretreatment is indispensable because of the formation of soap.
A small amount of soap is formed during the transesterification reaction
Therefore, it is necessary to separate in post-processing. Meanwhile, this ester
The exchange reaction is performed under the conditions of 9 to 10 MPa and 220 to 250 ° C.
In this case, low-purity oils and fats containing free fatty acids are used.
It is also known that they can be
Cyclopedia of Industrial Chemis
Tree 5 Completely Revised Edition (Ullmann's Enc
Cyclopediaof Industrial Ch
emistry Fifth Completely
Revised Edition)], Volume A10 (1
987), p. 281).
【0004】また、米国特許第5713965号明細書
には、ヘキサン溶媒中、リパーゼの存在下で油脂とアル
コールから脂肪酸エステルを含むディーゼル燃料および
潤滑油を製造する手法が開示されている。加圧下で触媒
を添加して油脂とアルコールから脂肪酸エステルの製造
を行う例も知られている[ウルマン エンザイクロペデ
ィー デア テクニッシェン ヘミー(Ullmann
Enzyklopadie der Technis
chen Chemie)、第4版、第11巻(197
6年)、第432頁)。すなわち、10MPa、240
℃、7〜8倍過剰のメタノールの条件下、アルカリ触媒
もしくは亜鉛触媒を用いて反応を行っている。油脂とア
ルコールとをアルカリ触媒共存下、240℃、9MPa
(90bar)で連続反応させて脂肪酸エステルを製造す
る技術[ジャーナル オブ ザ アメリカン オイル
ケミスツ ソサエティー(Journal of th
e American Oil Chemists‘
Society)、第61巻no.2(1984年)]
も知られているが、アルカリ触媒の詳細は明らかではな
い。 また、不均一固体触媒として炭酸ナトリウムや炭酸
水素ナトリウムを使用して、常圧または常圧に近い条件
下、使用アルコールの沸点またはそれに近い温度で反応
させる方法が提案されている(特開昭61−25425
5号公報)が、反応が緩慢であり生産性が不充分であ
る。油脂とアルコールとをZnO、またはZnとAlの
複合酸化物触媒下、170〜250℃の範囲、10MP
a(100bar)以下で反応させて脂肪酸エステルを製
造する技術(米国特許第5908946号明細書)も知ら
れているが、同様に反応が緩慢である。 さらに、アルカ
リ土類金属酸化物を含む固体触媒などを用いて、25〜
260℃の範囲、0.1MPa(1atm)から10.1
MPa(100atm)の圧力下で、油脂とアルコールを
反応させて選択的にモノグリセリドを製造する方法(ス
ペイン特許第2124166号明細書)が提案されてい
るが、脂肪酸アルキルエステルとグリセリンを製造する
方法は開示されていない。Further, US Pat. No. 5,713,965 is disclosed.
Oil and fat in hexane solvent in the presence of lipase.
Diesel fuel containing fatty acid esters from coal and
A method for producing a lubricating oil is disclosed. Catalyst under pressure
Of fatty acid esters from oils and fats and alcohols
Is also known [Ulman Enzyklopede
I Der Technischen Hemy (Ullmann
Enzyklopadie der Technis
chen Chemie), 4th edition, 11th volume (197
6 years), p. 432). That is, 10 MPa, 240
C., under conditions of 7 to 8 times excess methanol, alkaline catalyst
Alternatively, the reaction is performed using a zinc catalyst. Oils and fats
And alcohol at 240 ° C. and 9 MPa in the presence of an alkali catalyst.
(90 bar) to produce fatty acid ester
Technology [Journal of the American Oil
Chemist's Society (Journal of the
e American Oil Chemists ‘
Society), vol. 61, no. 2 (1984)]
However, details of the alkali catalyst are not clear.
No. In addition, sodium carbonate or carbonate
At normal pressure or near normal pressure using sodium hydrogen
Reaction at the boiling point of the alcohol used or at a temperature close to it
A method has been proposed (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-25425).
No. 5), but the reaction is slow and the productivity is insufficient.
You. Fats and alcohols with ZnO or Zn and Al
Under the composite oxide catalyst, in the range of 170 to 250 ° C, 10MP
a (100 bar) or less to produce fatty acid esters
Technology (US Pat. No. 5,908,946)
But the response is slow as well. In addition, Arca
25 to 25 using a solid catalyst containing an earth metal oxide
260 ° C., 0.1 MPa (1 atm) to 10.1
Under the pressure of MPa (100 atm), fats and oils and alcohol
Method for selectively producing monoglyceride by reacting
(Pain Patent No. 2124166).
Produce fatty acid alkyl esters and glycerin
No method is disclosed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、油脂
とアルコールから、より適切な条件で効率的に高収率で
脂肪酸エステルとグリセリンを製造する方法および該脂
肪酸エステルを含む燃料等を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for producing a fatty acid ester and glycerin efficiently and in a high yield from fats and oils and an alcohol under more appropriate conditions, and a fuel containing the fatty acid ester. Is to do.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明者らは、油脂とア
ルコールを反応させて脂肪酸エステルとグリセリンを製
造する方法および脂肪酸エステルを含む燃料について鋭
意研究を続け、ニッケル化合物含有固体触媒を添加し
て、油脂および/またはアルコールが超臨界状態になる
条件で反応を行えば、高収率で反応が進行することを見
出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明は、下記
[1]〜[5]の発明を提供する。 [1]油脂とアルコールから脂肪酸エステルとグリセリ
ンを製造する方法において、ニッケル含有固体触媒を添
加して、油脂および/またはアルコールが超臨界状態に
なる条件で反応させることを特徴とする脂肪酸エステル
とグリセリンの製造方法。 [2]上記[1]記載の製造方法により製造された脂肪
酸エステルとグリセリンを含む燃料。 [3]上記[1]記載の製造方法により製造された脂肪
酸エステルとグリセリンを含むディーゼル燃料。 [4]上記[1]記載の製造方法により製造された脂肪
酸エステルとグリセリンを含む潤滑油基油。 [5]上記[1]記載の製造方法により製造された脂肪
酸エステルとグリセリンを含む燃料油添加剤。Means for Solving the Problems The present inventors have continued intensive studies on a method for producing fatty acid esters and glycerin by reacting fats and oils with alcohols and a fuel containing fatty acid esters, and added a solid catalyst containing a nickel compound. Then, it was found that if the reaction was carried out under the condition that the fats and / or alcohols were in a supercritical state, the reaction would proceed in high yield, and the present invention was completed. That is, the present invention provides the following inventions [1] to [5]. [1] A method for producing a fatty acid ester and glycerin from an oil and a fat, wherein a fatty acid ester and a glycerin are reacted by adding a nickel-containing solid catalyst under conditions where the oil and the fat and / or the alcohol become supercritical. Manufacturing method. [2] A fuel containing the fatty acid ester and glycerin produced by the production method according to the above [1]. [3] A diesel fuel containing the fatty acid ester and glycerin produced by the production method according to [1]. [4] A lubricating base oil containing a fatty acid ester and glycerin produced by the production method according to [1]. [5] A fuel oil additive containing the fatty acid ester and glycerin produced by the production method according to [1].
【0007】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明の製造方法の主反応は、次の反応式(2)
で示される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. The main reaction of the production method of the present invention is represented by the following reaction formula (2)
Indicated by
【0008】[0008]
【化2】 Embedded image
【0009】(式中、R1、R2、R3は互いに独立に、
脂肪酸の炭素鎖を示す。R1〜R3の炭素数は油脂の種類
によって異なる。R4はヒドロカルビロキシル基で置換
されていてもよいヒドロカルビル基を示す)本発明で用
いる油脂は、脂肪酸とグリセリンのエステルであるトリ
グリセリドを主体とするものである。ここに「トリグリ
セリドを主体とする」とは、トリグリセリドが油脂の5
0重量%以上含有されていることを意味する。(Wherein R 1 , R 2 and R 3 are each independently
Shows the carbon chain of the fatty acid. The carbon number of R 1 to R 3 varies depending on the type of fat. R 4 represents a hydrocarbyl group which may be substituted with a hydrocarboxyl group.) The fat or oil used in the present invention is mainly composed of triglyceride which is an ester of fatty acid and glycerin. Here, “mainly containing triglyceride” means that triglyceride is 5% of fats and oils.
0% by weight or more is meant.
【0010】本発明で使用する油脂は、反応式(2)に
示される脂肪酸のトリグリセリド 1 を主として含む物質であり、天然油脂でも合成油脂
でも良い。油脂には、代表的なものとして、ラード脂、
ニワトリ脂、バター脂、牛脂、ココアバター脂、トウモ
ロコシ油、ラッカセイ油、棉実油、ダイズ油、ヤシ油、
オリーブ油、サフラワー油、アマニ油、ココナッツ油、
カシ油、アーモンド油、アンズの仁油、牛骨脂、クログ
ルミ油、ヒマシ油、大風子油、シナ脂、タラ肝油、綿実
ステアリン、ゴマ油、鹿脂、イルカ脂、イワシ油、サバ
油、馬脂、豚脂、骨油、アマニ油、羊脂、牛脚油、パー
ム油、パーム核油、ネズミイルカ油、サメ油、マッコウ
クジラ油、桐油、鯨油などがあげられるが、これらには
限定されない。また、これらの油脂が複数混合したも
の、ジグリセリドやモノグリセリドを含む油脂、一部、
酸化、還元等の変性を起こした油脂でもよい。また、未
精製の油脂で、遊離脂肪酸や水分などを含有するもので
もよいし、レストラン、食品工場、一般家庭などから廃
棄される廃食油でもよいが、必要に応じて適切な前処理
を行うことが好ましい。 例えば、本発明を廃食油などの
廃油に適用する際に、不溶解性の固体が油脂に混入する
と昇圧ポンプや圧力調節弁の閉塞をおこし、安定運転の
妨げになる場合があるので予熱器に供給する前に金網、
フィルター等で油脂から不溶解性の固体を取り除くこと
が好ましい。The fats and oils used in the present invention are represented by the reaction formula (2)
It is a substance mainly containing triglyceride 1 of the fatty acid shown, and it is possible to use natural fats and oils
But good. For fats and oils, as typical examples, lard fat,
Chicken fat, butterfat, beef tallow, cocoa butterfat, corn
Sorghum oil, peanut oil, cottonseed oil, soybean oil, coconut oil,
Olive oil, safflower oil, linseed oil, coconut oil,
Oak oil, almond oil, apricot kernel oil, beef bone fat, clog
Lumi oil, castor oil, large apricot oil, cinnamon fat, cod liver oil, cottonseed
Stearin, sesame oil, tallow, dolphin butter, sardine oil, mackerel
Oil, horse fat, lard, bone oil, linseed oil, sheep fat, beef leg oil, par
Oil, palm kernel oil, porpoise oil, shark oil, sperm
There are whale oil, tung oil, whale oil, etc.
Not limited. Also, a mixture of a plurality of these fats and oils
Of fats and oils, including diglycerides and monoglycerides, some,
Fats and oils that have undergone modification such as oxidation and reduction may be used. Also, not yet
Refined fats and oils containing free fatty acids and water
Good, or abolished from restaurants, food factories, ordinary households, etc.
Waste cooking oil may be discarded, but appropriate pretreatment if necessary
Is preferably performed. For example, the present invention is applied to waste cooking oil and the like.
Insoluble solids are mixed into fats and oils when applied to waste oil
Of the pump and the pressure control valve,
Wire mesh before feeding to the preheater,
Removing insoluble solids from fats and oils with a filter, etc.
Is preferred.
【0011】油脂中には油脂以外の成分が混入していて
もよい。具体的には、原油、重油、軽油、鉱物油、精
油、石炭、脂肪酸、糖類、金属粉、金属塩、蛋白質、ア
ミノ酸、炭化水素、コレステロール、フレーバー、色素
化合物、酵素、香料、アルコール、繊維、樹脂、ゴム、
塗料、セメント、洗剤、芳香族化合物、脂肪族化合物、
スス、ガラス、土砂、含窒素化合物、含硫黄化合物、含
リン化合物、含ハロゲン化合物などがあげられるが、こ
れには限定されない。The fats and oils may contain components other than fats and oils. Specifically, crude oil, heavy oil, light oil, mineral oil, essential oil, coal, fatty acid, saccharide, metal powder, metal salt, protein, amino acid, hydrocarbon, cholesterol, flavor, coloring compound, enzyme, fragrance, alcohol, fiber, Resin, rubber,
Paints, cements, detergents, aromatics, aliphatics,
Examples include, but are not limited to, soot, glass, earth and sand, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, phosphorus-containing compounds, and halogen-containing compounds.
【0012】油脂中に含まれる上述の物質は、反応に関
与する可能性がある場合、例えば、反応を阻害する可能
性がある場合、固体であり製造プロセスで閉塞の可能性
がある場合等には、反応前にろ過、蒸留等の手法を用い
て取り除いておくのが好ましい。蒸留の方法としては、
減圧蒸留、水蒸気蒸留、分子蒸留、抽出蒸留などがあげ
られるが、これには限定されない。本発明において、油
脂としては、廃油脂、あるいは廃食用油等も使用可能で
ある。The above substances contained in fats and oils may be involved in the reaction, for example, when they may inhibit the reaction, or when they are solid and may be clogged in the production process. Is preferably removed using a technique such as filtration or distillation before the reaction. As a method of distillation,
Examples thereof include, but are not limited to, vacuum distillation, steam distillation, molecular distillation, and extractive distillation. In the present invention, waste fats and oils, waste edible oils, and the like can be used as the fats and oils.
【0013】本発明で使用するアルコール(反応式
(2)の 2 )は特に限定されないが、一般式The alcohol (2 in the reaction formula (2)) used in the present invention is not particularly limited.
【化3】R−OH (1) (Rは炭素数1から10のヒドロカルビル基、または炭
素数2から10の、ヒドロカルビロキシル基で置換され
たヒドロカルビル基を示す。)で示されるアルコールが
好ましい。An alcohol represented by the formula: R-OH (1) wherein R represents a hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms or a hydrocarbyl group having 2 to 10 carbon atoms and substituted by a hydrocarbyloxyl group. preferable.
【0014】Rのうち炭素数1から10のヒドロカルビ
ル基としては、例えば、アルキル基、アラルキル基、ア
ルケニル基、アルキニル基などがあげられる。Examples of the hydrocarbyl group having 1 to 10 carbon atoms in R include, for example, an alkyl group, an aralkyl group, an alkenyl group and an alkynyl group.
【0015】Rがアルキル基であるアルコールとして
は、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソ
プロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−
ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキ
サノール、ヘプタノールなどが例示される。Examples of the alcohol in which R is an alkyl group include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol and t-
Butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, heptanol and the like are exemplified.
【0016】Rがアラルキル基であるアルコールとして
はベンジルアルコール、α−フェネチルアルコール、β
−フェネチルアルコールが例示され、ベンジルアルコー
ルが好ましい。Examples of the alcohol in which R is an aralkyl group include benzyl alcohol, α-phenethyl alcohol, β
-Phenethyl alcohol, with benzyl alcohol being preferred.
【0017】Rがアルケニル基であるアルコールとして
は、アリルアルコール、1−メチルアリルアルコール、
2−メチルアリルアルコール、3−ブテン−1−オ−
ル、3−ブテン−2−オ−ルなどが例示され、アリルア
ルコールが好ましい。Examples of the alcohol wherein R is an alkenyl group include allyl alcohol, 1-methylallyl alcohol,
2-methylallyl alcohol, 3-butene-1-o-
And allyl alcohol is preferred.
【0018】Rがアルキニル基であるアルコールとして
は、2−プロピン−1−オール、2−ブチン−1−オ−
ル、3−ブチン−1−オ−ル、3−ブチン−2−オ−ル
などが例示される。Examples of the alcohol in which R is an alkynyl group include 2-propyn-1-ol, 2-butyn-1-o-
And 3-butyn-1-ol, 3-butyn-2-ol and the like.
【0019】Rが炭素数2から10の、ヒドロカルビロ
キシル基で置換されたヒドロカルビル基であるアルコー
ルとしては、2−メトキシエタノール、2−メトキシプ
ロパノール、3−メトキシブタノールなどが例示され
る。Examples of the alcohol in which R is a hydrocarbyl group substituted with a hydrocarboxyl group having 2 to 10 carbon atoms include 2-methoxyethanol, 2-methoxypropanol and 3-methoxybutanol.
【0020】この中で、アルコールとしては、Rが炭素
数1から4のアルキル基であることが好ましい。具体的
には、Rがメチル基であるメタノール、Rがエチル基で
あるエタノール、Rがプロピル基であるプロパノール、
Rがイソプロピル基であるイソプロパノール、Rがn−
ブチル基であるn−ブタノール、Rがイソブチル基であ
るイソブタノール、Rがt−ブチル基であるt−ブタノ
ールが好ましく、より好ましくはメタノール、エタノー
ルであり、さらに好ましくはメタノールである。アルコ
ールの純度としては特に限定されないが、好ましくは9
5%以上、より好ましくは98%以上である。アルコー
ルは1種類を用いてもよいし、2種以上を混合して用い
てもよい。また、アルコールは、光学異性体が存在する
場合には、光学異性体も含む。Among them, as the alcohol, R is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. Specifically, methanol in which R is a methyl group, ethanol in which R is an ethyl group, propanol in which R is a propyl group,
Isopropanol wherein R is an isopropyl group, R is n-
Preferred are n-butanol which is a butyl group, isobutanol where R is an isobutyl group, and t-butanol where R is a t-butyl group, more preferably methanol and ethanol, and even more preferably methanol. The purity of the alcohol is not particularly limited, but is preferably 9
It is at least 5%, more preferably at least 98%. One type of alcohol may be used, or two or more types may be mixed and used. In addition, the alcohol also includes an optical isomer when an optical isomer is present.
【0021】アルコールの供給重量は、下式に従って算
出したアルコールの理論供給重量の1〜100倍である
ことが好ましい。The supply weight of alcohol is preferably 1 to 100 times the theoretical supply weight of alcohol calculated according to the following equation.
【0022】[0022]
【数1】アルコールの理論供給重量=(油脂の供給重量
×油脂のケン化価×アルコールの分子量)÷56100## EQU1 ## Theoretical supply weight of alcohol = (supply weight of fat / oil × saponification value of fat / oil × molecular weight of alcohol) ÷ 56100
【0023】(ここで、油脂のケン化価とは、油脂1g
を完全にケン化するために必要な水酸化カリウムの量を
mg数で表した値である)該比が1よりも小さい場合に
は、反応収率が低下するため好ましくなく、また該比が
100よりも大きい場合には、装置が大型化し過ぎる場
合があり好ましくない。(Here, the saponification value of fats and oils means 1 g of fats and oils.
(The amount of potassium hydroxide required to completely saponify is expressed in mg.) When the ratio is smaller than 1, the reaction yield decreases, which is not preferable. If it is larger than 100, the apparatus may be too large, which is not preferable.
【0024】式(2)の反応で製造される脂肪酸エステ
ル 3 には、代表的なものとして、吉草酸、カプロン
酸、エナトン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン
酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリス
チン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプテデシル
酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ぺペン
酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モ
ンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸、クロトン酸、イソ
クロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン
酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、ソルビン
酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、プロピオ
ール酸、ステアロール酸、ネルボン酸、リシノール酸、
(+)−ヒドノカルビン酸、(+)−チャウルム−グリ
ン酸などのエステルがあげられるが、これには限定され
ない。エステルのアルコール残基は、使用したアルコー
ルにより決まる。例えば、アルコールとしてメチルアル
コールを使用した場合にはメチルエステル、エチルアル
コールを使用した場合には、エチルエステルが得られ
る。また、脂肪酸残基に光学異性体が存在する場合に
は、光学異性体も含む。また、本製造方法においては、
脂肪酸エステルの他に主生成物として、グリセリン 4
が生成する。Representative examples of the fatty acid ester 3 produced by the reaction of the formula (2) include valeric acid, caproic acid, enantonic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecylic acid, lauric acid and tridecyl. Acid, myristic acid, pentadecylic acid, palmitic acid, heptedesylic acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachiic acid, penic acid, lignoceric acid, serotinic acid, heptacosanoic acid, montanic acid, melisic acid, lacceric acid, crotonic acid, isocrotonic acid , Undecylenic acid, oleic acid, elaidic acid, setleic acid, erucic acid, brassic acid, sorbic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, propiolic acid, stearolic acid, nervonic acid, ricinoleic acid,
Examples include, but are not limited to, esters such as (+)-hydronocarbic acid and (+)-chaurum-grulinic acid. The alcohol residue of the ester is determined by the alcohol used. For example, when methyl alcohol is used as the alcohol, a methyl ester is obtained, and when ethyl alcohol is used, an ethyl ester is obtained. When the fatty acid residue has an optical isomer, the fatty acid residue also includes the optical isomer. Further, in the present manufacturing method,
In addition to fatty acid esters, the main product is glycerin 4
Is generated.
【0025】次に、本発明で用いる触媒について説明す
る。 本発明に用いる触媒は、ニッケル化合物を含有する
固体触媒である。例えば、ニッケル酸化物(NiO、N
i2O3、NiOとNi2O3の複合酸化物)、炭酸ニッケ
ル、水酸化ニッケル、塩基性炭酸ニッケルなどを含有す
る固体触媒、さらにシリカ、ゼオライトなどの担体にニ
ッケル化合物を含浸処理した固体触媒などがあげられ
る。好ましくは、ニッケル酸化物を含有する固体触媒で
ある。 また、触媒の使用量は、油脂100重量部に対し
て0.01重量部から6重量部が好ましく、さらに0.
1重量部から3重量部がより好ましい。Next, the catalyst used in the present invention will be described.
You. The catalyst used in the present invention contains a nickel compound
It is a solid catalyst. For example, nickel oxide (NiO, N
iTwoOThree, NiO and NiTwoOThreeComposite oxide), nickel carbonate
Metal, nickel hydroxide, basic nickel carbonate, etc.
Solid catalysts and carriers such as silica and zeolite.
Solid catalysts impregnated with a nickel compound
You. Preferably, a solid catalyst containing nickel oxide
is there. The amount of the catalyst used is based on 100 parts by weight of fats and oils.
From 0.01 to 6 parts by weight, more preferably from 0.1 to 6 parts by weight.
1 to 3 parts by weight is more preferred.
【0026】本発明でいう超臨界状態とは次の状態をい
う。物質には、固有の気体、液体、固体の三態があり、
さらに、臨界温度以上になると、圧力をかけても凝縮し
ない流体相がある。この状態を超臨界状態という。超臨
界状態にある流体は液体や気体の通常の性質と異なる性
質を示す。超臨界状態の流体の密度は液体に近く、粘度
は気体に近く、熱伝導率と拡散係数は気体と液体の中間
的性質を示す、“液体ではない溶媒”であり、低粘性、
高拡散性のために物質移動が有利となり、また高伝熱性
のために高い熱移動性を得ることができる。このような
特殊な状態であるため、超臨界状態では、通常の気相液
相状態よりも反応性が高くなり、エステル交換反応がよ
り促進される。The supercritical state in the present invention means the following state. Substances have three distinct states: gas, liquid, and solid.
Furthermore, above the critical temperature, there is a fluid phase that does not condense even when pressure is applied. This state is called a supercritical state. Fluids in the supercritical state exhibit properties that are different from the normal properties of liquids and gases. A supercritical fluid has a density close to that of a liquid, a viscosity close to that of a gas, and a thermal conductivity and diffusion coefficient that are intermediate properties between a gas and a liquid.
Mass transfer is advantageous due to high diffusivity, and high heat transfer can be obtained due to high heat transfer. Because of such a special state, in the supercritical state, the reactivity becomes higher than in a normal gas-liquid state, and the transesterification reaction is further promoted.
【0027】「油脂および/またはアルコールが超臨界
状態になる条件」とは、以下に示す、(a)−(c)の
条件を含む。 (a)油脂とアルコールの混合物が超臨界状態になる温
度条件。 (b)アルコールが超臨界状態になる温度条件。 (c)油脂が超臨界状態になる温度条件。 上記のうち(a)または(b)の条件で反応を行うこと
が好ましい。The "conditions under which the fats and / or alcohols become supercritical" include the following conditions (a) to (c). (A) Temperature conditions under which the mixture of fats and oils and alcohol becomes a supercritical state. (B) Temperature conditions under which the alcohol becomes a supercritical state. (C) Temperature conditions under which the fat or oil becomes a supercritical state. It is preferable to carry out the reaction under the conditions (a) or (b).
【0028】(b)の条件としては具体的には、アルコ
ールとしてメタノールを使用する場合には、メタノール
の臨界温度は240℃なので、温度240℃以上で反応
を行う。また、エタノールを使用する場合にはエタノー
ルの臨界温度は243℃なので、温度243℃以上で反
応を行う。プロパノールの場合には、臨界温度は264
℃なので、温度264℃以上で反応を行う。ブタノール
を使用する場合には、臨界温度は287℃なので温度2
87℃以上で反応を行う。イソプロパノールを使用する
場合には、臨界温度は236℃なので温度236℃以上
で反応を行う。イソブタノールを使用する場合には、臨
界温度は275℃なので温度275℃以上で反応を行
う。t−ブタノールを使用する場合には、臨界温度は2
33℃なので温度233℃以上で反応を行う。反応温度
の上限は限定的ではないが、分解反応などが起こる場合
があり、好ましくは400℃以下である。As the condition (b), specifically, when methanol is used as the alcohol, the reaction is carried out at a temperature of 240 ° C. or higher because the critical temperature of methanol is 240 ° C. When ethanol is used, the reaction is performed at a temperature of 243 ° C. or higher because the critical temperature of ethanol is 243 ° C. For propanol, the critical temperature is 264
The reaction is performed at a temperature of 264 ° C. or higher. When butanol is used, the critical temperature is 287 ° C.
The reaction is carried out at a temperature of at least 87 ° C. When isopropanol is used, the reaction is performed at a temperature of 236 ° C. or higher because the critical temperature is 236 ° C. When isobutanol is used, the reaction is performed at a temperature of 275 ° C. or higher because the critical temperature is 275 ° C. If t-butanol is used, the critical temperature is 2
The reaction is performed at a temperature of 233 ° C. or higher because the temperature is 33 ° C. Although the upper limit of the reaction temperature is not limited, a decomposition reaction or the like may occur, and is preferably 400 ° C. or lower.
【0029】本発明の油脂とアルコールを反応させる反
応容器内のアルコール密度条件は、限定的ではないが、
0.01g/cm3から0.4g/cm3の範囲が好まし
く、圧力条件としては、0.5MPaから25MPaの
範囲であることが好ましい。The alcohol density conditions in the reaction vessel for reacting the fat and oil of the present invention with alcohol are not limited.
The pressure is preferably in the range of 0.01 g / cm 3 to 0.4 g / cm 3 , and the pressure condition is preferably in the range of 0.5 MPa to 25 MPa.
【0030】 また本発明の油脂とアルコールを反応させ
る時間は、0.1分から180分の範囲であることが好
ましく、0.5分から120分の範囲がより好ましい。
さらに好ましくは、1分から60分の範囲である。 [0030] In addition, the fats and oils of the present invention react with alcohol
The duration is preferably in the range of 0.1 to 180 minutes.
More preferably, the range is 0.5 to 120 minutes.
More preferably, the range is from 1 minute to 60 minutes.
【0031】本反応は種々の反応態様で実施できる。た
とえば、バッチ方式で行っても良いし、流通方式で行っ
ても良い。また、本発明において、油脂とアルコール
は、反応中、均一に混合していても良いし、反応できる
状態にある限り、二層に分離していてもよい。二層に分
離している場合には、例えば、攪拌下反応を行うことに
より二層の接触面積を大きくすることにより、反応をさ
らに効率よく進めることができる。This reaction can be carried out in various reaction modes. For example, it may be performed by a batch method or a distribution method. In the present invention, the fats and oils and the alcohol may be uniformly mixed during the reaction, or may be separated into two layers as long as they can react. In the case of separation into two layers, for example, the reaction can be further efficiently performed by increasing the contact area between the two layers by performing the reaction under stirring.
【0032】反応終了後の反応混合物は、脂肪酸エステ
ル、グリセリン、過剰の未反応アルコールを含み、さら
に未反応の原料、その他の不純物を含むこともある。こ
の反応混合物から、それぞれの用途に必要な純度まで、
脂肪酸エステルを精製する。精製の方法は、特に限定さ
れず、製造される脂肪酸エステルの性質に応じて、蒸
留、抽出等一般的な方法が適用できる。例えばアルコー
ルとしてメタノールを用いた場合で説明すると、過剰
(または未反応)メタノール成分を気化させて分離回収
した後、静置して軽液と重液に分離する。本発明に使用
する触媒は、苛性ソーダ触媒などと比較して反応液との
分離が比較的容易であり、反応液の後処理が簡便であ
る。軽液は脂肪酸のメチルエステルが主成分であり、デ
ィーゼル燃料用の原料や天然高級アルコール用の原料と
して利用することができる。また、グリセリン主成分の
重液は、工業用グリセリンの原料として利用することが
できる。未反応のアルコールの分離には、減圧蒸留等の
蒸留の他にも代表的なものとしてミキサーセトラー式抽
出、液液抽出、パルスコラムを用いた抽出、ジェット式
抽出、ボドビエルニアク回転抽出などがあげられるが、
これには限定されない。また、アルコールを完全に分離
して、脂肪酸エステルのみを取り出してもよいし、アル
コールが残留している状態で回収してもよい。After completion of the reaction, the reaction mixture contains fatty acid esters, glycerin, excess unreacted alcohol, and may further contain unreacted raw materials and other impurities. From this reaction mixture to the purity required for each application,
Purify the fatty acid ester. The method for purification is not particularly limited, and general methods such as distillation and extraction can be applied according to the properties of the fatty acid ester to be produced. For example, in the case where methanol is used as the alcohol, an excess (or unreacted) methanol component is vaporized, separated and collected, and then allowed to stand still to be separated into a light liquid and a heavy liquid. The catalyst used in the present invention is relatively easy to separate from the reaction solution as compared with caustic soda catalyst and the like, and post-treatment of the reaction solution is simple. The light liquid is mainly composed of a fatty acid methyl ester and can be used as a raw material for diesel fuel or a raw material for natural higher alcohols. Further, the heavy liquid of glycerin main component can be used as a raw material of industrial glycerin. Separation of unreacted alcohol, other than distillation such as vacuum distillation, may be exemplified by mixer-settler extraction, liquid-liquid extraction, extraction using a pulse column, jet extraction, Bodovierniak rotary extraction, etc. But,
It is not limited to this. Further, the alcohol may be completely separated, and only the fatty acid ester may be taken out, or the alcohol may be recovered in a state where the alcohol remains.
【0033】本発明の方法で製造される脂肪酸エステル
は、原料の油脂の構造によるが、天然油脂を使用する場
合は、一般に数種の脂肪酸エステルの混合物になる。こ
の場合には、用途に応じ、混合物のままで使用すること
もできるし、必要に応じて特定の脂肪酸エステルのみを
蒸留、抽出等の一般的な方法で分離して使用することが
できる。The fatty acid ester produced by the method of the present invention depends on the structure of the raw material fat, but when a natural fat or oil is used, it is generally a mixture of several fatty acid esters. In this case, the mixture can be used as it is depending on the application, or if necessary, only a specific fatty acid ester can be separated and used by a general method such as distillation or extraction.
【0034】上記のようにして製造した脂肪酸エステル
は、ディーゼル燃料などの燃料、潤滑油基油、燃料油添
加剤等にその用途の要求に応じて、単独で、あるいは、
他の成分と混合して使用することができる。The fatty acid ester produced as described above may be used alone or in a fuel such as a diesel fuel, a lubricating base oil, a fuel oil additive or the like, depending on the use requirements.
It can be used by mixing with other components.
【0035】新編自動車工学ハンドブック(社団法人
自動車技術会編)によると、ディーゼル燃料として用い
る場合には、着火性、粘度が重要になる。比較的低粘度
の脂肪酸エステルを用いると摩耗や焼き付けの原因とな
るため、ディーゼル機関に適合した粘度の脂肪酸エステ
ルを用いる必要がある。また、分子量が高すぎると臭気
や排煙の原因となるので、そのような脂肪酸エステルは
好ましくない。例えば、脂肪酸メチルエステル、脂肪酸
エチルエステル、脂肪酸イソプロピルエステル、脂肪酸
イソブチルエステル等がディーゼル燃料として好ましく
用いられる。このなかで脂肪酸イソプロピルエステル、
脂肪酸イソブチルエステルは低温時において特性の高い
ディーゼル燃料となる。潤滑油基油として用いる場合に
も、粘度が重要になる。夏季用としては高い潤滑性を出
すために比較的高粘度であることが望まれるが、冬期や
低温の場所で使用する場合には比較的低粘度、高流動性
の脂肪酸エステルが望まれる。そのため、幅広い範囲の
脂肪酸エステルが潤滑油基油として使用できる。燃料油
添加剤としては、主として摩擦を少なくする目的で脂肪
酸エステルを燃料に添加する。潤滑油とほぼ同じ役割を
しており、潤滑油基油と同様の性質が望まれる。[0035] New Automobile Engineering Handbook (Corporation
According to the Society of Automotive Engineers of Japan), when used as diesel fuel, ignitability and viscosity are important. If a fatty acid ester having a relatively low viscosity is used, it causes abrasion or burning, so that it is necessary to use a fatty acid ester having a viscosity suitable for a diesel engine. On the other hand, if the molecular weight is too high, it causes odor and smoke emission, so such fatty acid esters are not preferred. For example, fatty acid methyl ester, fatty acid ethyl ester, fatty acid isopropyl ester, fatty acid isobutyl ester and the like are preferably used as diesel fuel. Among them, fatty acid isopropyl ester,
Fatty acid isobutyl ester becomes a diesel fuel with high properties at low temperatures. Even when used as a lubricating base oil, viscosity is important. For summer use, a relatively high viscosity is desired in order to provide high lubricity, but when used in winter or at a low temperature, a relatively low viscosity, high fluidity fatty acid ester is desired. Therefore, a wide range of fatty acid esters can be used as the lubricating base oil. As a fuel oil additive, a fatty acid ester is added to fuel mainly for the purpose of reducing friction. It plays almost the same role as the lubricating oil, and the same properties as the lubricating base oil are desired.
【0036】製造した脂肪酸エステルは、用途により、
使用上問題なければ、その範囲において、反応終了後の
反応混合物に含まれるグリセリン、過剰の未反応アルコ
ール、さらに未反応の油脂、その他の不純物を含んでい
ても良い。また、用途の必要に応じ、本発明の各条件下
において、反応を繰り返す等により、さらに収率を向上
させることが出来る。[0036] The produced fatty acid ester is
As long as there is no problem in use, glycerin, excess unreacted alcohol, unreacted fats and oils, and other impurities contained in the reaction mixture after the reaction may be contained within the range. Further, if necessary for the application, the yield can be further improved by repeating the reaction under the conditions of the present invention.
【0037】[0037]
【実施例】以下、実施例によって本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.
【0038】実施例1 トリグリセリドを主体とする油脂として大豆油0.86
1g、アルコールとしてメタノール1.242g、触媒
としてニッケル酸化物(NiOとNi2O3の複合酸化
物)粉末10.9mgを秤量して、ステンレス製反応管
(約4.5cm3)に充填し密閉した。この反応管を、
300℃に温度制御した流動層サンドバス中に投入して
昇温・反応させた後、10分後に取り出して直ちに水中
投入して冷却した。この反応に使用したメタノール量
は、大豆油を完全にメチルエステル化するのに必要な理
論量の約13倍であった。また反応管壁に熱電対を設置
して温度測定したところ、2分後で約260℃となりメ
タノールの臨界温度を超えていた。また、反応容積から
計算した反応初期のメタノール密度は約0.28g/c
m3であった。次に、反応管中の反応液を一次回収後、
メタノール洗浄を3回繰り返して回収したところ、使用
した触媒は回収液中で沈降分離していた。この回収液中
のメチルエステル成分とグリセリン成分をガスクロマト
グラフィーにより定量分析し反応性を評価したところ、
メチルエステル収率は約98%、グリセリン収率は約9
1%であった。ここで収率とは、大豆油1モルに対して
メチルエステルが3モル、グリセリンが1モル生成する
反応を基準として計算した値である。 Embodiment 1 Soybean oil 0.86 as a fat mainly composed of triglycerides
1 g, methanol 1.242 g as alcohol, catalyst
Nickel oxide (NiO and NiTwoOThreeComplex oxidation of
Product) 10.9 mg of powder was weighed and placed in a stainless steel reaction tube.
(About 4.5cmThree) And sealed. This reaction tube,
Put into a fluidized bed sand bath temperature-controlled to 300 ° C
After heating and reacting, take it out after 10 minutes and immediately
Charged and cooled. Amount of methanol used for this reaction
Is the process required to completely methylate soybean oil.
It was about 13 times the stoichiometric amount. A thermocouple is installed on the reaction tube wall.
The temperature was measured at approximately 260 ° C after 2 minutes.
It was above the critical temperature of tanol. Also, from the reaction volume
The calculated initial methanol density is about 0.28 g / c.
mThreeMet. Next, after the primary recovery of the reaction solution in the reaction tube,
Methanol washing was repeated three times and recovered.
The catalyst thus obtained had settled out in the recovered liquid. In this recovered liquid
Chromatographic separation of the methyl ester and glycerin components of
When the reactivity was evaluated by quantitative analysis by chromatography,
The methyl ester yield is about 98%, and the glycerin yield is about 9
1%. Here, the yield refers to 1 mol of soybean oil.
3 mol of methyl ester and 1 mol of glycerin
It is a value calculated based on the reaction.
【0039】実施例2 大豆油0.867g、メタノール1.241g、ニッケ
ル酸化物粉末29.1mgとした以外は、実施例1と同
様にして試験した。この回収液の分析の結果、メチルエ
ステル収率は約98%、グリセリン収率は約91%であ
った。Example 2 A test was conducted in the same manner as in Example 1 except that 0.867 g of soybean oil, 1.241 g of methanol, and 29.1 mg of nickel oxide powder were used. As a result of analysis of the recovered solution, the yield of methyl ester was about 98%, and the yield of glycerin was about 91%.
【0040】比較例1 大豆油0.858g、メタノール1.239g、酸化亜
鉛(ZnO)粉末10.2mgとした以外は、実施例1
と同様にして試験した。この回収液の分析の結果、メチ
ルエステルの収率は約58%、グリセリン収率は約30
%であった。 Comparative Example 1 Example 1 was repeated except that 0.858 g of soybean oil, 1.239 g of methanol, and 10.2 mg of zinc oxide (ZnO) powder were used.
The test was performed in the same manner as described above. As a result of analyzing the recovered solution, the yield of methyl ester was about 58%, and the yield of glycerin was about 30%.
%Met.
【0041】 [0041]
【発明の効果】本発明によれば、油脂とアルコールか
ら、簡便な方法で、高収率で脂肪酸エステルを製造する
方法および該脂肪酸エステルを含む燃料等を提供するこ
とができ、その工業的価値は大きい。また資源の再利
用、公害防止の観点から有用である。According to the present invention, it is possible to provide a method for producing a fatty acid ester from fats and oils and alcohols in a simple and high yield, and a fuel containing the fatty acid ester and the like. Is big. It is also useful from the viewpoint of resource reuse and pollution prevention.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07C 69/58 C10L 1/02 C10L 1/02 1/08 1/08 1/18 Z 1/18 C10M 105/34 C10M 105/34 C11B 13/00 C11B 13/00 C10N 40:25 // C10N 40:25 B01J 23/74 321X Fターム(参考) 4H006 AA02 AA03 AB44 AC13 AC41 AC48 BA21 BA29 BA30 BA32 4H013 BA00 BA02 CE03 4H039 CA60 CA66 CD10 CD40 4H059 BA12 BA13 BA30 BC03 BC13 CA36 CA72 CA73 CA94 EA17 4H104 BB32A JA01 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) C07C 69/58 C10L 1/02 C10L 1/02 1/08 1/08 1/18 Z 1/18 C10M 105 / 34 C10M 105/34 C11B 13/00 C11B 13/00 C10N 40:25 // C10N 40:25 B01J 23/74 321X F-term (reference) 4H006 AA02 AA03 AB44 AC13 AC41 AC48 BA21 BA29 BA30 BA32 4H013 BA00 BA02 CE03 4H039 CA60 CA66 CD10 CD40 4H059 BA12 BA13 BA30 BC03 BC13 CA36 CA72 CA73 CA94 EA17 4H104 BB32A JA01
Claims (13)
造する方法において、ニッケル含有固体触媒を添加し
て、油脂および/またはアルコールが超臨界状態になる
条件で反応させることを特徴とする脂肪酸エステルとグ
リセリンの製造方法。1. A method for producing a fatty acid ester from fats and oils and alcohols, wherein a fatty acid ester and glycerin are reacted by adding a nickel-containing solid catalyst under conditions in which the fats and oils and / or alcohol become supercritical. Manufacturing method.
を含む触媒である請求項1記載の脂肪酸エステルとグリ
セリンの製造方法。2. The method for producing fatty acid esters and glycerin according to claim 1, wherein the nickel-containing solid catalyst is a catalyst containing nickel oxide.
させることを特徴とする請求項1記載の脂肪酸エステル
とグリセリンの製造方法。3. The method for producing fatty acid ester and glycerin according to claim 1, wherein the reaction is carried out under a condition in which the alcohol is brought into a supercritical state.
るものである請求項3記載の脂肪酸エステルとグリセリ
ンの製造方法。 【化1】R−OH (1)(Rは炭素数1から1
0のヒドロカルビル基、または炭素数2から10の、ヒ
ドロカルビロキシル基で置換されたヒドロカルビル基を
示す。)4. The method for producing a fatty acid ester and glycerin according to claim 3, wherein the alcohol is represented by the following general formula (1). ## STR1 ## R-OH (1) (R is a group having 1 to 1 carbon atoms.)
0 represents a hydrocarbyl group or a hydrocarbyl group having 2 to 10 carbon atoms and substituted with a hydrocarboxyl group. )
ル基である請求項4記載の脂肪酸エステルとグリセリン
の製造方法。5. The method for producing a fatty acid ester and glycerin according to claim 4, wherein R in the general formula (1) is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
基である請求項5記載の脂肪酸エステルとグリセリンの
製造方法。6. The method according to claim 5, wherein R in the general formula (1) is a methyl group or an ethyl group.
6記載の脂肪酸エステルとグリセリンの製造方法。7. The method for producing a fatty acid ester and glycerin according to claim 6, wherein R in the general formula (1) is a methyl group.
かに記載の脂肪酸エステルとグリセリンの製造方法。8. The method for producing a fatty acid ester and glycerin according to claim 1, wherein the fat or oil is a waste fat or oil.
れかに記載の脂肪酸エステルとグリセリンの製造方法。9. The method for producing a fatty acid ester and glycerin according to claim 1, wherein the fat or oil is a waste cooking oil.
法により製造された脂肪酸エステルを含む燃料。10. A fuel containing a fatty acid ester produced by the production method according to claim 1.
法により製造された脂肪酸エステルを含むディーゼル燃
料。11. A diesel fuel containing a fatty acid ester produced by the production method according to claim 1.
法により製造された脂肪酸エステルを含む潤滑油基油。12. A lubricating base oil containing a fatty acid ester produced by the production method according to any one of claims 1 to 9.
法により製造された脂肪酸エステルを含む燃料油添加
剤。13. A fuel oil additive containing a fatty acid ester produced by the production method according to any one of claims 1 to 9.
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