[发明专利]生产生物燃料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种同时获得多种不同的可用作生物燃料的组合物的方法，其中合成步骤的特征在于原子经济性为100％。

背景技术

世界已认识到迫切需要使经济增长脱离资源影响。具体地，欧洲旨在提高产业竞争力，同时大幅度减少资源和能源的低效率。基本原则为沿着价值链条发展有条件实现的技术和解决方案以达到“事半功倍”。

已提出了以下目标：

1.通过使例如热电联产、过程集约化、引进新的节能工艺以及逐步将可再生能源引进循环工艺相结合，到2030年，使矿物燃料的能量强度从目前水平降低最高达30％。

2.通过提高化学和物理转化率和/或使用具有已被证实的可持续性优点的二次和可再生原材料，到2030年，使不可再生的、初级原材料的强度与目前水平比较降低最高达20％。

生物柴油的常规生产是这些原则最密切相关的领域，因为生物柴油连同生物乙醇一起是目前市场上主要的生物燃料，此外因为并不是所有的油给料都被转化成生物燃料，所以其生产过程是资源低效的。

目前生产生物柴油的工业方法包括在催化剂的存在下使甘油三酯与过量甲醇发生酯交换反应，得到脂肪酸甲酯(所需燃料产物)及甘油(无燃料特性的副产物)。

合成过程中的资源低效率由原子经济性量化，原子经济性是测量在化学反应的所需最终产物(在此情况下为脂肪酸甲酯)中所纳入的起始原料的原子质量的百分比的一种公知因子。生物柴油生产的原子经济性是90％，这对于大量的商品而言是一个无法接受的数值。

另一方面，由于对于源自生物柴油制造中的大量的粗品甘油存在着巨大的二级市场的不确定性，因此所得的甘油是一个问题。

低原子经济性结合甘油市场的不确定性明显使生物柴油生产工厂的盈利能力降低。

Delfort等在US 6,890,364B2和US 2004/0025417 A1中公开了一种用于制备在柴油燃料中使用的甘油缩醛的方法。其要求保护的缩醛含氧添加剂减少了柴油发动机的颗粒排放物。

Bruchmann在US 5,917,059以及Miller等在US 6,713,640和6,548,681中记载了制备缩醛的方法。

EP2476740(A1)涉及具有燃料特性的含有脂肪酸烷基酯和缩醛的混合物的制备方法。该反应在封闭的容器中进行，并包括在固体酸催化剂的存在下使混合物(由甘油三酯与低级醇的部分酯交换反应得到，包括甘油、甘油单酯、甘油二酯、甘油三酯、脂肪酸烷基酯和过量的烷醇)与作为甘油缩醛的形成剂的醛、酮或二醚反应以制备脂肪酸烷基酯和甘油缩醛的混合物从而提供组合物。

然而，这些文献中没有提供同时获得含有脂肪酸烷基酯(生物柴油)、甘油缩甲醛和脂肪酸甘油缩甲醛酯生物酯的多种组合物的方法，所述生物酯来自天然油脂(甘油三酯)。获得甘油缩甲醛的重要性在于两个事实：第一，甘油缩甲醛是可由甘油制备的最低的可能分子量的缩醛；第二，甘油缩甲醛是制备脂肪酸甘油缩甲醛酯的起始材料，所述脂肪酸甘油缩甲醛酯是一种类似于生物柴油的具有燃料特性的含有甘油的生物酯。获得最低的可能分子量的甘油缩醛(甘油缩甲醛)的可能性与可由EP 2049623已经公开的这些组分所制备的燃料组合物的燃料特性极其相关。

因此，本发明的目的是提供一种可有效地将甘油三酯和甘油转换成多种燃料的灵活的合成方法，所述燃料的实际的组分取决于原料和反应条件的具体选择。

本发明另一目的是提供范围可在汽车和工业应用中(例如，在工业锅炉中)用作生物燃料的组合物。

附图说明

图1示出了用于获得组合物I、II和IV的本发明方法中所包含的反应(步骤A-B1/B2-C)。

图2示出了获得组合物II和III的额外的反应(步骤D)。

图3示出了本发明中公开的整个过程以指明不同的步骤和所获得的组合物。

发明内容

本发明涉及一种同时获得包含脂肪酸烷基酯(生物柴油)、甘油缩甲醛和脂肪酸甘油缩甲醛酯生物酯的多种组合物的方法。图3示出了整个过程以指明不同的步骤和所获得的组合物。

所述方法包括以下步骤：

(A)在酸催化剂的存在下，使甘油三酯、甘油(优选含水甘油)与二烷氧基甲烷(优选二甲氧基甲烷)反应，优选其中甘油三酯和二烷氧基甲烷的摩尔比为1:6至1:30，其中甘油三酯和甘油的摩尔比为1:3至1:7并且其中二烷氧基甲烷含有3至9个碳原子，因此当反应结束时形成两个层。