JP4963011B2 - Method for producing fatty acid lower alkyl ester - Google Patents
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Description
本発明は、脂肪酸低級アルキルエステルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a fatty acid lower alkyl ester.
脂肪酸低級アルキルエステルを製造する方法としては、アルカリ性触媒の存在下、油脂(脂肪酸トリグリセライド)と低級アルコール(特にメタノール)とをエステル交換する方法が挙げられる。 Examples of the method for producing a fatty acid lower alkyl ester include a method of transesterifying an oil (fatty acid triglyceride) and a lower alcohol (particularly methanol) in the presence of an alkaline catalyst.
脂肪酸トリグリセライドと低級アルコールとをアルカリ触媒存在下でエステル交換させて得られる脂肪酸低級アルキルエステル中には、グリセリン、遊離アルカリ、石鹸等の水溶性不純物以外に、中間体であるモノグリセライド、ジグリセライドや、未反応のトリグリセライドが含まれている。水溶性不純物は、脂肪酸低級アルキルエステルを水洗することで除去可能であるが、未反応グリセライド類は油溶性であるため、その分離には工夫が必要である。 In fatty acid lower alkyl esters obtained by transesterification of fatty acid triglyceride and lower alcohol in the presence of an alkali catalyst, in addition to water-soluble impurities such as glycerin, free alkali and soap, intermediate monoglyceride, diglyceride and Reactive triglycerides are included. Water-soluble impurities can be removed by washing the fatty acid lower alkyl ester with water. However, since unreacted glycerides are oil-soluble, it is necessary to devise their separation.
未反応グリセライド類を分離する方法としては、例えば蒸留により蒸留残渣へ濃縮除去する方法が知られている(特許文献1)。また、未反応グリセライドを低減する方法として、特許文献2には、エステル交換工程の後、グリセリンを主成分とする相を分離し、モノグリセライドを含有するエステル相にアルカリ触媒を加え、減圧下、メタノールを蒸留しながら反応を行うことによって、モノグリセライドをトリグリセライドに変換し、蒸留によって低モノグリセライド含量のエステルを得る方法が開示されている。
特許文献1に記載されているような蒸留法では、トリグリセライドや脂肪酸ジグリセライドなどは、脂肪酸低級アルキルエステルと沸点が大きく異なるため残渣へ除去できるが、モノグリセライドはその沸点が脂肪酸低級アルキルエステルと類似しているため、その一部が留分へ混入し、完全に除去することはできない。 In the distillation method described in Patent Document 1, triglyceride, fatty acid diglyceride and the like can be removed to the residue because the boiling point of fatty acid lower alkyl ester is significantly different from that of monoglyceride, but monoglyceride has a boiling point similar to that of fatty acid lower alkyl ester. Therefore, some of them are mixed into the fraction and cannot be completely removed.
また、特許文献2に記載のアルカリ触媒を用いた反応では、蒸留工程の前に、触媒や副生した石鹸を水洗や吸着剤と混合した後、ろ過するなどの工程が必要となり、脂肪酸低級アルキルエステルの収率が低下してしまう。また、モノグリセライドからトリグリセライドへの転化率が不十分であり、蒸留後のエステル相中に依然モノグリセライドが残存してしまう。 In addition, in the reaction using the alkali catalyst described in Patent Document 2, a step such as filtration after washing the catalyst and by-product soap with water or adsorbent is required before the distillation step. The yield of the ester is reduced. Further, the conversion rate from monoglyceride to triglyceride is insufficient, and monoglyceride still remains in the ester phase after distillation.
従って、本発明の課題は、高純度の脂肪酸低級アルキルエステルを、高収率で得ることができる脂肪酸低級アルキルエステルの製造法を提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the manufacturing method of the fatty-acid lower alkyl ester which can obtain a highly purified fatty-acid lower alkyl ester in a high yield.
本発明は、下記工程(I)、(II)、(III)及び(IV)を含む脂肪酸低級アルキルエステルの製造方法を提供する。
工程(I):トリグリセライドと炭素数1〜4の低級アルコールを固体触媒を用いてエステル交換し、脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物を生成させる工程
工程(II):工程(I)で得られた混合物を、脂肪酸低級アルキルエステルに富み、モノグリセライド、ジグリセライド及びトリグリセライドを含有するエステル相と、グリセリンに富むグリセリン相に分離する工程
工程(III):工程(II)で分離されたエステル相を固体触媒を用いてエステル交換することにより、含有するモノグリセライドをジグリセライド又はトリグリセライドに転化させる工程
工程(IV):工程(III)で得られたエステル混合物から、蒸留により脂肪酸低級アルキルエステルを得る工程
また、本発明は、工程(II)の前に脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物から低級アルコールを蒸留分離する工程(以下工程(V)という)を有する、上記脂肪酸低級アルキルエステルの製造方法を提供する。
The present invention provides a method for producing a fatty acid lower alkyl ester comprising the following steps (I), (II), (III) and (IV).
Step (I): Triglyceride and lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms are transesterified using a solid catalyst to produce a fatty acid lower alkyl ester-containing mixture Step (II): The mixture obtained in Step (I) Separating into an ester phase rich in fatty acid lower alkyl ester and containing monoglyceride, diglyceride and triglyceride, and a glycerin-rich glycerin phase Step (III): Using the solid phase of the ester phase separated in Step (II) Step (IV) of converting monoglyceride contained into diglyceride or triglyceride by transesterification: Step of obtaining fatty acid lower alkyl ester by distillation from ester mixture obtained in step (III) Low from fatty acid lower alkyl ester containing mixture before (II) A step (hereinafter referred to as step (V)) distillation using an alcohol, to provide a method for producing the fatty acid lower alkyl esters.
本発明により、不純物が少なく、高純度の脂肪酸低級アルキルエステルを高収率で製造することができる。 According to the present invention, a high-purity fatty acid lower alkyl ester with few impurities can be produced in a high yield.
[原料トリグリセライド及び低級アルコール]
本発明に用いられる原料トリグリセライドとしては、天然の植物性油脂及び動物性油脂が挙げられる。植物性油脂としてはパーム油、パーム核油、ヤシ油、大豆油、ナタネ油、オリーブ油、ゴマ油等、動物性油脂としては、魚油、牛脂、豚脂、鯨油等が挙げられる。
[Raw material triglyceride and lower alcohol]
Examples of the raw material triglyceride used in the present invention include natural vegetable oils and animal fats. Examples of vegetable oils include palm oil, palm kernel oil, palm oil, soybean oil, rapeseed oil, olive oil, and sesame oil. Examples of animal oils include fish oil, beef fat, pork fat, and whale oil.
本発明に用いられる低級アルコールとしては、炭素数1〜4のアルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等が挙げられる。特に、回収の容易さから、メタノールが好ましい。 Examples of the lower alcohol used in the present invention include alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as methanol, ethanol, propanol, butanol and the like. In particular, methanol is preferable because of its easy recovery.
[固体触媒]
本発明において、工程(I)及び(III)に用いられる固体触媒としては、原料油脂中に含まれる遊離脂肪酸及び水に溶解しない固体酸触媒が好ましく、工程(I)と工程(III)において、同一の触媒を用いても、異なる触媒を用いても良い。不溶性触媒を使用することで、工程(IV)の前に、触媒や副生した石鹸を水洗や吸着剤と混合し、ろ過するなどの工程が不要となり、脂肪酸低級アルキルエステルの収率を向上させることができる。また、従来使用されている均一系の触媒は、脂肪酸塩を形成し、それが界面活性を有するため、分離工程における相分離を阻害し、分離効率を低下させる。本発明では固体触媒を用いることで、相分離効率を上げることができ、脂肪酸低級アルキルエステルの収率を向上させることができる。
[Solid catalyst]
In the present invention, the solid catalyst used in the steps (I) and (III) is preferably a free fatty acid contained in the raw oil and fat and a solid acid catalyst that does not dissolve in water. In the steps (I) and (III), The same catalyst or different catalysts may be used. Use of an insoluble catalyst eliminates the need for a step of mixing the catalyst or by-product soap with water or an adsorbent before the step (IV) and filtering, thereby improving the yield of fatty acid lower alkyl ester. be able to. In addition, conventionally used homogeneous catalysts form fatty acid salts, which have surface activity, thus inhibiting phase separation in the separation step and reducing separation efficiency. In the present invention, by using a solid catalyst, the phase separation efficiency can be increased, and the yield of the fatty acid lower alkyl ester can be improved.
かかる固体触媒の例としては、単一又は複合金属酸化物、金属リン酸塩、金属硫酸塩、担体上に担持又は固定化した固定化酸、天然鉱物及び層状化合物、固体のヘテロポリ酸、超強酸、合成ゼオライト、イオン交換樹脂等が挙げられる。 Examples of such solid catalysts include single or mixed metal oxides, metal phosphates, metal sulfates, immobilized acids supported or immobilized on supports, natural minerals and layered compounds, solid heteropolyacids, super strong acids , Synthetic zeolite, ion exchange resin and the like.
単一又は複合金属酸化物としては、例えば炭酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウム、含水酸化ジルコニウム、ニオブ酸、シリカアルミナ、シリカチタニア、シリカジルコニア、チタニアジルコニアなどが挙げられる。 Examples of the single or composite metal oxide include calcium carbonate, barium titanate, calcium titanate, hydrous zirconium oxide, niobic acid, silica alumina, silica titania, silica zirconia, and titania zirconia.
金属リン酸塩としてはリン酸アルミニウム、リン酸鉄などが挙げられ、金属硫酸塩としては硫酸アルミニウムなどが挙げられ、担体上に担持又は固定化した固定化酸としては、硫酸イオン担持ジルコニア、硫酸イオン担持チタニア、五フッ化アンチモン担持シリカアルミナなどが挙げられる。 Examples of the metal phosphate include aluminum phosphate and iron phosphate. Examples of the metal sulfate include aluminum sulfate. Examples of the immobilized acid supported or immobilized on the carrier include sulfate ion-supported zirconia and sulfuric acid. Examples thereof include ion-supported titania and antimony pentafluoride-supported silica alumina.
天然鉱物及び層状化合物としては、酸性白土、カオリン、モンモリロナイトなどが挙げられ、固体のヘテロポリ酸としては、MxH(3-x)PMo12O40(MはH、Cs、NH4、Kなどを示し、xは1〜3の数を示す)が挙げられる。超強酸としては、フッ化スルホン樹脂(例えば、デュポン社製のナフィオン)などが挙げられる。合成ゼオライトとしては、触媒化成工業(株)製のZCP−50などが挙げられる。イオン交換樹脂としては、例えば、三菱化学(株)製のハイポーラスカチオン樹脂RCP−160Hなどのカチオン交換樹脂が挙げられる。 Examples of natural minerals and layered compounds include acid clay, kaolin, montmorillonite, etc., and solid heteropolyacids include M x H (3-x) PMo 12 O 40 (M is H, Cs, NH 4 , K, etc.) And x represents a number of 1 to 3). Examples of the super strong acid include a fluorinated sulfone resin (for example, Nafion manufactured by DuPont). Examples of the synthetic zeolite include ZCP-50 manufactured by Catalyst Kasei Kogyo Co., Ltd. Examples of the ion exchange resin include cation exchange resins such as high porous cation resin RCP-160H manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
これらの中で、原料油脂中に含まれる遊離脂肪酸に溶解しない、固体酸触媒が好ましい。このような固体酸触媒としては例えば、ニオブ酸、シリカアルミナ、シリカチタニア、シリカジルコニア、チタニアジルコニア、リン酸アルミニウム、リン酸鉄、硫酸アルミニウム、硫酸イオン担持ジルコニア、硫酸イオン担持チタニア、五フッ化アンチモン担持シリカアルミナ、酸性白土、カオリン、モンモリロナイト、MxH(3-x)PMo12O40(M及びxは上記の意味を示す)、フッ化スルホン樹脂、合成ゼオライト、カチオン交換樹脂が挙げられる。 Among these, a solid acid catalyst that does not dissolve in the free fatty acid contained in the raw material fat is preferable. Examples of such a solid acid catalyst include niobic acid, silica alumina, silica titania, silica zirconia, titania zirconia, aluminum phosphate, iron phosphate, aluminum sulfate, sulfate ion supported zirconia, sulfate ion supported titania, and antimony pentafluoride. Examples include supported silica alumina, acid clay, kaolin, montmorillonite, M x H (3-x) PMo 12 O 40 (M and x have the above meanings), fluorosulfone resin, synthetic zeolite, and cation exchange resin.
さらに、エステル化の反応活性が高く、2分子の低級アルコール又はグリセリンの脱水反応によるエーテル化合物及び1分子の低級アルコール又はグリセリンの分子内脱水反応によるオレフィンの生成量が少ない、金属リン酸塩がより好ましい。 Furthermore, the esterification reaction activity is high, the ether compound by dehydration reaction of two molecules of lower alcohol or glycerin, and the production amount of olefin by the intramolecular dehydration reaction of one molecule of lower alcohol or glycerin is small, metal phosphate is more preferable.
[工程(I)]
工程(I)は、トリグリセライドと炭素数1〜4の低級アルコールを固体触媒を用いてエステル交換し、脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物を生成させる工程である。
[Step (I)]
Step (I) is a step of transesterifying triglyceride and a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms using a solid catalyst to produce a fatty acid lower alkyl ester-containing mixture.
トリグリセライドに対する低級アルコールのモル比は、化学量論的必要量の1.5〜50倍で行うのが良く、好ましくは1.5〜30倍、より好ましくは1.5〜20倍で行うのが良い。1.5倍以上では、反応速度が大きく、50倍以下では、アルコール回収量が少なくてすみ、経済的である。 The molar ratio of lower alcohol to triglyceride is preferably 1.5 to 50 times the stoichiometrically required amount, preferably 1.5 to 30 times, more preferably 1.5 to 20 times. good. If it is 1.5 times or more, the reaction rate is high, and if it is 50 times or less, the amount of alcohol recovered is small, which is economical.
反応温度は触媒の活性及び選択性により適宜選択されるが、通常50〜260℃、好ましくは130〜260℃、さらに好ましくは150〜200℃で行う。より高い温度において反応させることで触媒の活性が高くなり、効率的である。一方、副生成物、分解生成物を抑制する観点より、260℃以下が好ましく、200℃以下がより好ましい。反応圧力は常圧、減圧下、加圧下のいずれで行ってもよい。 The reaction temperature is appropriately selected depending on the activity and selectivity of the catalyst, but is usually 50 to 260 ° C, preferably 130 to 260 ° C, and more preferably 150 to 200 ° C. By reacting at a higher temperature, the activity of the catalyst is increased, which is efficient. On the other hand, from the viewpoint of suppressing by-products and decomposition products, 260 ° C. or lower is preferable, and 200 ° C. or lower is more preferable. The reaction pressure may be any of normal pressure, reduced pressure, and increased pressure.
工程(I)の反応形式は、バッチ式、連続式のいずれでもよく、また、攪拌機を有する槽型反応器及び触媒を充填した固定床反応器のいずれでも良いが、触媒分離を必要としない固定床反応器が好ましい。 The reaction mode of step (I) may be either a batch type or a continuous type, and may be either a tank type reactor having a stirrer or a fixed bed reactor filled with a catalyst, but does not require catalyst separation. A bed reactor is preferred.
槽型反応器にて反応を行う場合、触媒量は原料トリグリセライドに対し0.01〜10重量%が通常用いられる。固定床反応器にて連続的に反応を行う場合のトリグリセライド基準の液空間速度(LHSV)は、触媒活性や求める転化率により適宜決定されるが、通常0.01〜5.0/hであり、0.1〜3.0/hで行うのが経済上好ましい。 When the reaction is carried out in a tank reactor, the catalyst amount is usually 0.01 to 10% by weight based on the raw material triglyceride. The liquid space velocity (LHSV) based on triglyceride when the reaction is continuously performed in a fixed bed reactor is appropriately determined depending on the catalyst activity and the desired conversion rate, but is usually 0.01 to 5.0 / h. It is economically preferable to carry out at 0.1 to 3.0 / h.
工程(I)の反応方式としては、メタノールなどのアルコールをガス化させて気(アルコール)−液(トリグリセライド)−固(触媒)からなる3相の反応でも、アルコールを液状のまま接触させる液(アルコール)−液(トリグリセライド)−固(触媒)反応方式でも良い。反応液の接触のさせ方は、気−液−固系の反応では、気−液並流方式、気−液向流方式のいずれの方式で接触させても良い。また、液−液−固系反応では、両者の混合溶液を上向き、又は下向きに流して接触させる。 As a reaction method of the step (I), a liquid (in which alcohol is brought into contact with liquid in a three-phase reaction comprising gas (alcohol) -liquid (triglyceride) -solid (catalyst) by gasifying an alcohol such as methanol ( Alcohol) -liquid (triglyceride) -solid (catalyst) reaction method may be used. The reaction solution may be contacted by either a gas-liquid co-current method or a gas-liquid countercurrent method in a gas-liquid-solid reaction. In the liquid-liquid-solid reaction, the mixed solution of both is flowed upward or downward and brought into contact.
[工程(II)]
工程(II)は、工程(I)で得られた脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物を、脂肪酸低級アルキルエステルに富み、モノグリセライド、ジグリセライド及びトリグリセライドを含有するエステル相と、グリセリンに富むグリセリン相に分離する工程である。
[Step (II)]
Step (II) is a step of separating the fatty acid lower alkyl ester-containing mixture obtained in Step (I) into a fatty acid lower alkyl ester-rich ester phase containing monoglyceride, diglyceride and triglyceride, and a glycerin-rich glycerin phase. It is.
分離方法には特に制限はないが、工程(II)の第1態様として、反応の進行に伴い発生したグリセリン相を分離除去する方法が挙げられる。 Although there is no restriction | limiting in particular in the separation method, As the 1st aspect of process (II), the method of isolate | separating and removing the glycerol phase which generate | occur | produced with progress of reaction is mentioned.
工程(II)の第2態様として、工程(I)で得られた脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物に水、又は温水を加え、グリセリンを含有する相を分離することもできる。水、又は温水を加えることによって、エステル相中のグリセリン及び低級アルコール濃度を効果的に低下させることができる。 As a 2nd aspect of process (II), water or warm water can be added to the fatty-acid lower alkyl ester containing mixture obtained by process (I), and the phase containing glycerol can also be isolate | separated. By adding water or warm water, the glycerin and lower alcohol concentrations in the ester phase can be effectively reduced.
工程(II)における分離温度は、通常30〜100℃が好ましく、40〜70℃が更に好ましい。30℃以上では、分離速度が速く、また、未反応グリセライドが析出する恐れはない。また、100℃以下では、エステル相中のグリセリン溶解量が少なく、次の工程(III)での低級アルキルエステルの収率が低下しない。
相分離の方法には特に限定はないが、静置分離、遠心分離が好適である。
The separation temperature in step (II) is usually preferably 30 to 100 ° C, more preferably 40 to 70 ° C. Above 30 ° C., the separation rate is high and there is no fear that unreacted glyceride will precipitate. Further, at 100 ° C. or lower, the amount of glycerol dissolved in the ester phase is small, and the yield of the lower alkyl ester in the next step (III) does not decrease.
There are no particular limitations on the method of phase separation, but stationary separation and centrifugation are preferred.
さらに、工程(II)で得られたエステル相を原料として、工程(I)、工程(II)を繰り返し、エステル中のモノグリセライド含量を低下させても良い。工程(III)に供するエステル相中のモノグリセライド含量を低減することで、工程(III)での低級アルキルエステルの収率が低下するのを抑制することができ、好ましい。 Furthermore, the monoglyceride content in the ester may be reduced by repeating the steps (I) and (II) using the ester phase obtained in the step (II) as a raw material. By reducing the monoglyceride content in the ester phase subjected to step (III), it is possible to suppress a decrease in the yield of the lower alkyl ester in step (III), which is preferable.
[工程(III)]
工程(III)は、工程(II)で得られたエステル相を固体触媒を用いてエステル交換することにより、含有するモノグリセライドをジグリセライド又はトリグリセライドに転化させる工程である。そのため、低級アルコールを低減させた条件で行うことが好ましい。
[Step (III)]
Step (III) is a step of converting the monoglyceride contained therein to diglyceride or triglyceride by transesterifying the ester phase obtained in step (II) using a solid catalyst. Therefore, it is preferable to carry out under the condition where the lower alcohol is reduced.
工程(III)における反応温度は、好ましくは130〜260℃、さらに好ましくは150〜200℃である。130℃以上では、触媒の活性が高く、260℃以下では、副生成物、分解生成物が少ない。反応圧力は常圧、減圧下、加圧下のいずれで行ってもよいが、生成する低級アルコールを効率よく系外に排出できる常圧、減圧下が好ましい。 The reaction temperature in step (III) is preferably 130 to 260 ° C, more preferably 150 to 200 ° C. Above 130 ° C, the activity of the catalyst is high, and below 260 ° C, there are few by-products and decomposition products. The reaction pressure may be any of normal pressure, reduced pressure, and increased pressure, but preferably normal pressure and reduced pressure at which the produced lower alcohol can be efficiently discharged out of the system.
工程(III)の反応形式はバッチ式、連続式のいずれでもよく、また、攪拌機を有する槽型反応器及び触媒を充填した固定床反応器のいずれでも良いが、触媒分離を必要としない固定床反応器が好ましい。固定床反応器にて連続的に行う場合のエステル基準の液空間速度(LHSV)は、通常0.01〜10.0/hであり、好ましくは0.1〜5.0/hで行うのが良い。 The reaction mode of step (III) may be either a batch type or a continuous type, and either a tank type reactor having a stirrer or a fixed bed reactor filled with a catalyst may be used, but a fixed bed that does not require catalyst separation. A reactor is preferred. The ester-based liquid space velocity (LHSV) when continuously carried out in a fixed bed reactor is usually 0.01 to 10.0 / h, preferably 0.1 to 5.0 / h. Is good.
工程(III)の反応方式としては、不活性ガス、例えば窒素などを用いて、気(窒素)−液(エステル)−固(触媒)からなる3相の反応でも、不活性ガスを用いない液(エステル)−固(触媒)反応方式でも良い。反応液の接触のさせ方は気−液−固系の反応では、気−液並流方式、気−液向流方式のいずれの方式で接触させても良い。また、液−固系反応では、反応液を上向き、又は下向きに流して接触させる。 As a reaction method of the step (III), a liquid that does not use an inert gas even in a three-phase reaction consisting of gas (nitrogen) -liquid (ester) -solid (catalyst) using an inert gas such as nitrogen. An (ester) -solid (catalyst) reaction method may be used. The reaction solution may be contacted by either a gas-liquid co-current method or a gas-liquid countercurrent method in a gas-liquid-solid reaction. In the liquid-solid reaction, the reaction solution is caused to contact by flowing upward or downward.
さらに、工程(III)は多段に分け、途中で低級アルコールを系外に除去することもできる。この場合、モノグリセライドからジグリセライドもしくはトリグリセライドへの転化が促進され、効率的である。具体的には、系を減圧にする方法、系に不活性ガスをパージガスとして流通する方法が例示される。 Further, the step (III) can be divided into multiple stages, and the lower alcohol can be removed out of the system. In this case, conversion from monoglyceride to diglyceride or triglyceride is promoted, which is efficient. Specifically, a method of reducing the pressure in the system and a method of circulating an inert gas as a purge gas in the system are exemplified.
反応生成物は、固体触媒による反応であるので、石鹸や触媒成分をほとんど含まず、水洗、吸着剤での処理など、後処理工程を行わずして、次の工程(IV)にそのまま使用することができる。 Since the reaction product is a reaction with a solid catalyst, it contains almost no soap or catalyst components, and is used as it is in the next step (IV) without performing post-treatment steps such as washing with water and treatment with an adsorbent. be able to.
[工程(IV)]
工程(IV)は、工程(III)により得られたエステル混合物から、蒸留により脂肪酸低級アルキルエステルを得る工程である。
[Step (IV)]
Step (IV) is a step of obtaining a fatty acid lower alkyl ester by distillation from the ester mixture obtained in step (III).
本発明では、工程(III)を行うことによって、モノグリセライド含量が減少しており、かつ、石鹸成分や触媒成分を含まないため、工程(IV)における分離効率が向上する。これにより、蒸留残渣が10重量%未満、好ましくは8重量%未満、さらに好ましくは6重量%未満となるまで分離を行い、脂肪酸低級アルキルエステルを得ることができる。 In the present invention, by performing the step (III), the monoglyceride content is reduced and the soap component and the catalyst component are not included, so that the separation efficiency in the step (IV) is improved. Thus, separation is performed until the distillation residue is less than 10% by weight, preferably less than 8% by weight, and more preferably less than 6% by weight, to obtain a fatty acid lower alkyl ester.
蒸留は一般に減圧下に行う。圧力としては、0.01〜10kPaが好ましい。0.01kPa以上では、設備への負担が小さく、10kPa以下では、蒸留ボトムの温度が高くなり過ぎることはなく、脂肪酸低級アルキルエステルの分解等を抑制することができる。 Distillation is generally carried out under reduced pressure. The pressure is preferably 0.01 to 10 kPa. If it is 0.01 kPa or more, the burden on the equipment is small, and if it is 10 kPa or less, the temperature of the distillation bottom does not become too high, and decomposition of the fatty acid lower alkyl ester can be suppressed.
蒸留工程に用いる蒸留塔は、塔内に気液接触のための金属板型、金網型の規則充填物や、ラシヒリング、ポールリング等の不規則充填物を充填した塔、あるいは多孔板トレイ、泡鐘式トレイ等の棚段を設置した精留塔、塔内に気液接触部を設けないフラッシュ塔のいずれでも良い。また本発明の蒸留操作は、連続、回分、半回分のいずれでも実施可能である。 The distillation column used in the distillation process is a column packed with a regular packed plate of metal plate or wire mesh for contact with gas and liquid, or an irregular packing such as Raschig ring or pole ring, or perforated plate tray, foam Either a rectifying column provided with a shelf such as a bell-type tray or a flash column not provided with a gas-liquid contact portion in the column may be used. The distillation operation of the present invention can be carried out continuously, batchwise, or semi-batch.
蒸留残渣は主にジグリセライド、トリグリセライドからなり、石鹸や触媒成分を含まないため、なんら処理、精製することなく、工程(I)に回収することができる。 The distillation residue is mainly composed of diglyceride and triglyceride, and does not contain soap or catalyst components. Therefore, it can be recovered in step (I) without any treatment or purification.
[工程(V)]
本発明においては、工程(I)で得られた脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物を、そのまま工程(II)により分離しても良いが、工程(II)の前に、脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物から低級アルコールを分離する工程、即ち工程(V)を行い、残存する低級アルコールを除去した後に、工程(II)により分離を行うことが好ましい。
[Step (V)]
In the present invention, the fatty acid lower alkyl ester-containing mixture obtained in the step (I) may be separated as it is by the step (II), but before the step (II), It is preferable to perform the step of separating the alcohol, that is, the step (V), and after removing the remaining lower alcohol, the separation is performed according to the step (II).
工程(V)における分離の具体的態様としては、蒸留分離法及び不活性ガス流通によるストリッピング分離法が例示される。蒸留分離法の条件に特に制約はないが、1〜101kPa、30〜150℃の条件を適宜用いることができる。ストリッピング分離法においては、条件に特に制約はないが、例えば30〜150℃の条件において不活性ガスを流通させることで低級アルコールを系から除去することができる。不活性ガスとして、窒素及び水素が例示される。 Specific examples of the separation in the step (V) include a distillation separation method and a stripping separation method using an inert gas flow. Although there is no restriction | limiting in particular in the conditions of the distillation separation method, The conditions of 1-101 kPa and 30-150 degreeC can be used suitably. In the stripping separation method, the conditions are not particularly limited. For example, the lower alcohol can be removed from the system by flowing an inert gas under conditions of 30 to 150 ° C. Nitrogen and hydrogen are exemplified as the inert gas.
低級アルコールを除去してから、工程(II)で分離を行うことにより、エステル相へのグリセリン溶解量が少なくなり、次の工程(III)で低級アルキルエステルとグリセリンとのエステル化による低級アルキルエステルの収率が低下するのを抑制することができる。また、工程(III)において低級アルコール存在量が少ないため、熱力学的平衡の観点から、効率よくモノグリセライドを減少させることができる。 By removing the lower alcohol and then performing the separation in step (II), the amount of glycerin dissolved in the ester phase is reduced. In the next step (III), the lower alkyl ester is esterified with a lower alkyl ester and glycerin. It is possible to suppress a decrease in yield. Further, since the lower alcohol is present in the step (III), monoglyceride can be efficiently reduced from the viewpoint of thermodynamic equilibrium.
例中の「%」は、特記しない限り「重量%」である。 “%” In the examples is “% by weight” unless otherwise specified.
実施例1
工程(I−1):押し出し成形したリン酸アルミニウム1000mlを充填した反応塔に、精製ヤシ油を400ml/h、メタノールを235ml/hの供給速度で塔頂から供給し、3.0MPaの圧力で170℃で反応を行った。
Example 1
Step (I-1): Purified coconut oil was supplied from the top of the tower to a reaction tower filled with 1000 ml of extruded aluminum phosphate at a feed rate of 400 ml / h and methanol at 235 ml / h, and a pressure of 3.0 MPa. The reaction was performed at 170 ° C.
工程(V−1):工程(I−1)で得られた反応液を13kPaの減圧下、100℃まで加熱し、メタノールを除去した。 Step (V-1): The reaction solution obtained in Step (I-1) was heated to 100 ° C. under a reduced pressure of 13 kPa to remove methanol.
工程(II−1):工程(V−1)でメタノールを除去した反応液を50℃で1時間静置し、エステル相とグリセリンを主成分とする相を分離した。 Step (II-1): The reaction liquid from which methanol was removed in Step (V-1) was allowed to stand at 50 ° C. for 1 hour to separate an ester phase and a phase mainly composed of glycerin.
工程(I−2):反応塔に、工程(II−1)で得られたエステル相を800ml/h、メタノールを470ml/hの供給速度で塔頂から供給し、3.0MPaの圧力で170℃で反応を行った。 Step (I-2): The ester phase obtained in Step (II-1) is fed to the reaction tower from the top of the tower at a feed rate of 800 ml / h and methanol at 470 ml / h, and 170 MPa at a pressure of 3.0 MPa. The reaction was performed at 0 ° C.
工程(V−2):工程(I−2)で得られた反応液を13kPaの減圧下、100℃まで加熱し、メタノールを除去した。 Step (V-2): The reaction solution obtained in Step (I-2) was heated to 100 ° C. under a reduced pressure of 13 kPa to remove methanol.
工程(II−2):工程(V−2)でメタノールを除去した反応液を50℃で1時間静置し、エステル相とグリセリンを主成分とする相を分離した。このエステル相(粗エステル)中のメチルエステル含量は96.6%、モノグリセライド含量は1.06%であった。 Step (II-2): The reaction liquid from which methanol was removed in Step (V-2) was allowed to stand at 50 ° C. for 1 hour to separate an ester phase and a phase mainly composed of glycerin. The methyl ester content in this ester phase (crude ester) was 96.6%, and the monoglyceride content was 1.06%.
工程(III):押し出し成形したリン酸アルミニウムを250ml充填した反応塔に、500ml/hの上記工程(II−2)で得られた粗エステルを常圧下、塔頂より供給し、170℃で反応を行った。このとき、メタノールは供給しなかった。得られた反応液中のモノグリセライド含量は0.17%であった。 Step (III): 500 ml / h of the crude ester obtained in the above step (II-2) was supplied from the top of the column under normal pressure to a reaction column filled with 250 ml of extruded aluminum phosphate and reacted at 170 ° C. Went. At this time, methanol was not supplied. The monoglyceride content in the obtained reaction liquid was 0.17%.
工程(IV):工程(III)で得られた反応液232.9gを0.7kPaの減圧下、240℃まで加熱し、単蒸留を行い、モノグリセライド含量が0.06%の脂肪酸メチルエステルを219.8g得た。 Step (IV): 232.9 g of the reaction solution obtained in Step (III) was heated to 240 ° C. under a reduced pressure of 0.7 kPa and subjected to simple distillation to obtain 219 fatty acid methyl esters having a monoglyceride content of 0.06%. .8 g was obtained.
比較例1
工程(III’):実施例1の工程(II−2)で得られたモノグリセライド含量1.06%の粗エステル407.2gに、30%ナトリウムメトキシド−メタノール溶液を2.0g添加して13kPaの減圧下、80℃で3時間反応した。この混合物を50℃の温水で洗浄し、1時間静置後、下層の水−石鹸エマルジョン相を分離し、398.4gのエステル相を得た。次にそのエステル相に活性白土(水澤化学工業株式会社製 Galleon Earth V2)を1%加え、5分間室温で撹拌した後、濾過した。濾過の後、モノグリセライド含量が0.41%のエステルを388.2g得た。
工程(IV):工程(III’)で得られたエステル229.5gを0.7kPaの減圧下、240℃まで加熱し、蒸留を行い、モノグリセライド含量が0.24%の脂肪酸メチルエステルを217.7g得た。
Comparative Example 1
Step (III ′): To 407.2 g of the crude ester having a monoglyceride content of 1.06% obtained in Step (II-2) of Example 1, 2.0 g of a 30% sodium methoxide-methanol solution was added and 13 kPa. For 3 hours at 80 ° C. under reduced pressure. This mixture was washed with hot water at 50 ° C. and allowed to stand for 1 hour, and then the lower water-soap emulsion phase was separated to obtain 398.4 g of an ester phase. Next, 1% of activated clay (Galleon Earth V2 manufactured by Mizusawa Chemical Co., Ltd.) was added to the ester phase, and the mixture was stirred for 5 minutes at room temperature and then filtered. After filtration, 388.2 g of ester having a monoglyceride content of 0.41% was obtained.
Step (IV): 229.5 g of the ester obtained in Step (III ′) was heated to 240 ° C. under a reduced pressure of 0.7 kPa and distilled to give 217. Fatty acid methyl ester having a monoglyceride content of 0.24%. 7 g was obtained.
比較例2
工程(IV):実施例1の工程(II−2)で得られたモノグリセライド含量1.06%の粗エステル231.4gをそのまま、0.7kPaの減圧下、240℃まで加熱し、蒸留を行い、モノグリセライド含量が0.54%の脂肪酸メチルエステルを222.0g得た。
Comparative Example 2
Step (IV): 231.4 g of the crude ester having a monoglyceride content of 1.06% obtained in Step (II-2) of Example 1 was heated to 240 ° C. under a reduced pressure of 0.7 kPa and distilled. 222.0 g of a fatty acid methyl ester having a monoglyceride content of 0.54% was obtained.
実施例1、比較例1〜2で得られた結果を表1にまとめて示した。 The results obtained in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1.
Claims (2)
工程(II)の前に脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物から低級アルコールを蒸留分離する工程を有する、脂肪酸低級アルキルエステルの製造方法。
工程(I):トリグリセライドと炭素数1〜4の低級アルコールを、固体酸触媒を用いてエステル交換し、脂肪酸低級アルキルエステル含有混合物を生成させる工程
工程(II):工程(I)で得られた混合物を、脂肪酸低級アルキルエステルに富み、モノグリセライド、ジグリセライド及びトリグリセライドを含有するエステル相と、グリセリンに富むグリセリン相に分離する工程
工程(III):工程(II)で分離されたエステル相を、固体酸触媒を用いてエステル交換することにより、含有するモノグリセライドをジグリセライド又はトリグリセライドに転化させる工程
工程(IV):工程(III)で得られたエステル混合物から、蒸留により脂肪酸低級アルキルエステルを得る工程 A method for producing a fatty acid lower alkyl ester comprising the following steps (I), (II), (III) and (IV) :
The manufacturing method of a fatty-acid lower alkyl ester which has the process of distilling and separating a lower alcohol from a fatty-acid lower alkyl ester containing mixture before process (II) .
Step (I): A step of transesterifying triglyceride and a lower alcohol having 1 to 4 carbon atoms using a solid acid catalyst to produce a fatty acid lower alkyl ester-containing mixture Step (II): obtained in Step (I) the mixture rich in fatty acid lower alkyl esters, monoglyceride, an ester phase containing diglyceride and triglyceride, step separating the glycerine phase rich in glycerol (III): the separated ester phase in step (II), a solid acid Step of converting monoglyceride contained into diglyceride or triglyceride by transesterification using a catalyst Step (IV): Step of obtaining fatty acid lower alkyl ester by distillation from ester mixture obtained in step (III)
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