[发明专利]脂肪酸烷基酯的制造方法以及制造系统

说明书

技术领域

本发明涉及高速、有效、低成本制造用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的新的制造方法以及制造系统。

背景技术

近年来，从防止地球变暖和资源循环等的观点出发，有导入以棕榈油等来自植物的油作为原料的生物柴油燃料(BDF)的动向。另外，从环境对策的方面出发，尝试了将在烹调中使用后的废弃食物油、地沟油(trap grease)(在废水表面浮起的泥状的油脂类)为原料作为柴油发动机的燃料使用。

生物柴油燃料，通过将作为油脂类主要成分的单甘油酯、双甘油酯、三甘油酯，与甲醇、乙醇这样的低级烷基醇进行酯交换反应而制造。例如，提出了将油脂类在NaOH、KOH这样的碱催化剂的存在下，使用甲醇这样的低级烷基醇进行酯交换的碱催化法(例如，参照专利文献1)。此时，副产了原料油脂的10～20％左右的甘油。

但是，在该方法中，在加热下边搅拌边进行约1天的酯交换反应。因此，有制造成本升高的问题。另外，由于使用碱催化剂，所以甘油和碱催化剂之间进行反应而可以生成肥皂。如果生成肥皂，则生物柴油燃料和甘油的分离就需要约一天，很耗费时间。而且，一旦生成肥皂，就需要废弃原本具有商品价值的甘油和肥皂。因此，存在产生新的环境问题的问题。

为了解决这样的问题，本发明的发明者提出了在用超声波搅拌的同时进行酯交换反应，用超声波分离生物柴油燃料和甘油的方法(例如，参照专利文献2)。该方法具有以下特征，即，反应时间为5小时，比以往的方法短，即使添加的催化剂量少，反应也可进行，酯交换反应不需要加热，难以生成肥皂等。

但是，在该方法中，需要用于超声波搅拌-分离的装置。另外，为了进行超声波搅拌-分离，就存在耗费制造成本的问题。而且，如果分离时间为1小时，则比以往的方法短。但是，在1小时的期间仍残留有肥皂生成的问题。因此存在得不到高品质的甘油的问题。

为了解决这样的问题，尝试了在反应体系中加入溶剂，在均相体系中进行反应(例如，参照专利文献3)。在该文献中记载的方法中，在反应体系中加入二甲醚。由此，使酯交换反应的反应速度飞跃性提高，有效地进行酯交换。

但是，如果使用二甲醚，则易于溶解在反应物低级烷基醇生成的甘油中。因此，存在反应进行受到抑制，即脂肪酸烷基酯的收率低的问题。另外，由于低级烷基醇溶解在脂肪酸烷基酯相和甘油相中的任意一个中，所以存在含有脂肪酸烷基酯、低级烷基醇和有机溶剂的脂肪酸烷基酯相与甘油相的分离耗费时间的问题。如果在脂肪酸烷基酯相和甘油相的分离上耗费时间，则会生成肥皂，从而产生制造成本的问题。另外，由于未反应的低级烷基醇溶入甘油相中，所以就需要从回收的甘油中提取未反应的低级烷基醇的操作。二甲醚是不溶于水的有机溶剂，因此，如果反应体系中含有水，则会有反应不进行的问题。而且，二甲醚的沸点极低，为-23.6℃，因此，为了使其停留在反应体系中，需要使用耐压容器等特别的装置。

现有技术文献

专利文献1：日本特开平7-197047号公报

专利文献2：日本特开2004-156022号公报

专利文献3：日本特开2009-40979号公报

发明内容

发明所要解决的课题

即，本发明就是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使没有特殊的设备，脂肪酸烷基酯的收率也很高，且能够在极短时间进行脂肪酸烷基酯相和甘油相的分离的脂肪酸烷基酯的制造方法和制造系统。

用于解决课题的方法

本发明的发明者研究了在均相体系的酯交换反应中使用的溶剂，发现了抑制甲醇向甘油的溶解，并且脂肪酸烷基酯的收率高，且能够在极短时间进行脂肪酸烷基酯相与甘油相的分离的脂肪酸烷基酯的制造方法和制造系统，从而完成了本发明。即，本发明的内容如下。

本发明的脂肪酸烷基酯的制造方法，是在催化剂存在下，将原料油与低级烷基醇进行酯交换反应，生成脂肪酸烷基酯的脂肪酸烷基酯的制造方法，其中，在反应体系中添加选自丙酮、异丙醇和它们的混合物中的有机溶剂，在均相体系中进行上述酯交换反应工序。这些有机溶剂是沸点比常温高，即在常温下为液体的有机溶剂。因此，即使在通常的温度下进行酯交换反应，也停留在反应体系中。其结果，能够不使用特别的装置进行酯交换反应。