[发明专利]用于生物柴油生产的催化剂体系

说明书

技术领域

本发明涉及催化剂体系用于催化酯交换反应的用途，该催化剂体系包含选自碱金属或碱土金属醇盐或者碱金属氢氧化物的酯交换反应催化剂，和不同于该酯交换反应催化剂的至少一种活化剂，该活化剂选自盐类化合物，钛酸酯和密度至少0.9g/ml的非盐类化合物。

背景技术

一段时间以来，一元醇的脂肪酸烷基酯已经在用作生物柴油方面获得了重要的应用，生物柴油是化石柴油的一种基于可再生原料的替代品。

生物柴油通常是依靠碱催化的酯交换反应来生产的(The Biodiesel Handbook，G. Knothe，J. van Gerpen，J. Krahl，Ed. AOCS Press(2005)；Biodiesel– The comprehensive handbook，M. Mittelbach，C. Remschmidt(2004)；Bioresource Technology 2004，92，297；Applied Energy 2010，87，1083；Chimica Oggi/Chemistry today 2008，26)。

最经常使用的催化剂是甲醇钠(NaOMe)，氢氧化钠(NaOH)，甲醇钾(KOMe)和氢氧化钾(KOH)。这些催化剂通常是作为溶解于所用的一元醇例如甲醇中的均相催化剂来使用的。

已经描述了对此的一种替代方案，即碱催化剂可以与相转移催化剂组合使用(WO2007/111604)。与不使用相转移催化剂的碱催化剂相比，相转移催化剂确保了实现反应的加速和更完全的转化。所述方法的缺陷是相转移催化剂是昂贵的，并且常常因为它们包含氯离子、溴离子或者其他离子而是腐蚀性的，在其中生产生物柴油的典型的钢反应器是不耐所述离子腐蚀的。另外，这里还存在着少量相转移催化剂不能通过生物柴油的后处理而从其中除去的风险。

另外一种改性反应混合物的可能性描述于公开文献DE332506，DE3415529，DE102006044467和DE102007056703中，其公开了将一部分量的在该酯交换反应方法中所获得的甘油返回并混入反应混合物，该反应混合物由甘油三酯，一元醇和碱催化剂组成。这种方法允许取消催化剂；但是其的缺点是甘油的加入将该酯交换反应的平衡移动向了原料一侧，并且在某些环境下未实现足够的转化率。

这里另外描述了在酯交换反应后向反应混合物中加入添加剂来改进生物柴油生产方法的可能性，借助所述添加剂加速了除去所释放的甘油的相分离。

Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2008，110，347描述了用于此目的水的添加。这种方法的缺陷是这样的事实，即，水的加入会导致不合意的皂化反应，其在碱催化剂没有事先中和的情况时会降低生物柴油的产率。

CN 101423773描述了在酯交换反应后向反应混合物中加入钙盐或者镁盐，目的同样是加速相分离。使用一些所述的盐时，这里会有因为差的溶解性而导致不合意的固体形成的问题。

在加水的情况中和加入钙盐或者镁盐的情况中，不利的是该添加剂是在反应后才加入的，这意味着额外的设备和时间投入。

另外一种改进使用均相催化剂来生产生物柴油的方法是使用助溶剂，如例如Chemical Engineering Journal 2009，146，302；Energy& Fuels 2008，22，2702，或者Biomass&Bioenergy  1996，11，43中所述。

虽然这些助溶剂加速了反应，但是为此它们使得分离出甘油的相分离变差或者阻止了这种相分离。此外，助溶剂必须麻烦地从生物柴油和甘油中除去。

发明内容

所以本发明的目标是提供一种简化的方法，用于使用一元醇来与甘油酯进行酯交换，其带来了更快和更完全的反应。

已经令人惊讶的发现多组分催化剂(即，不同催化剂的混合物，或者具有合适的添加成分的普通催化剂)加速了该酯交换反应和/或改善了相分离。

因此，本发明的第一主题在于催化剂体系用于催化酯交换反应的用途，该催化剂体系包含选自碱金属或碱土金属醇盐或者碱金属氢氧化物的酯交换反应催化剂，和不同于该酯交换反应催化剂的至少一种活化剂，该活化剂选自盐类化合物，钛酸酯或密度至少0.9g/ml的非盐类化合物。