JP3869385B2 - Method for producing fuel fatty acid ester from oil cake - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、脂肪酸エステルの製造方法に関し、詳しくは、油脂の精製工程の一つである脱酸工程において、遊離脂肪酸をアルカリにより中和して分離した、脂肪酸石けん、油脂、水分、及びその他不純物を含む油滓からの燃料用脂肪酸エステルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、植物性油脂の精製工程の一つである脱酸工程では、原油中に含まれる遊離脂肪酸やリン脂質・微量金属が除去されるが、一般的に遊離脂肪酸はアルカリ水溶液で中和し、油脂に難溶性の脂肪酸石けんとして分離除去する方法が用いられている。
【0003】
この脂肪酸石けんは水分、油脂(主として付着した原料油脂に由来する油脂)、その他不純物とともに分離され、油滓(脱酸油滓)と呼ばれている。なお、この油滓は、アルカリフーツ、ソープストックとも呼ばれるものである。
【0004】
ところで、この油滓は、通常、水分を30〜70重量%、脂肪酸石けん及び油脂を20〜60重量%、その他不純物(ガム成分など)を10〜50重量%の割合で含有している。そして、油滓中の脂肪酸石けんは、酸分解によって再び脂肪酸として、油脂とともにその他の水分などから分離されている。なお、上述のようにして酸分解することにより分離された脂肪酸と油脂の混合物は、ダーク油と称されており、通常、脂肪酸を60〜80重量%、油脂を40〜20重量%の割合で含有している。
そして、このダーク油は、従来、燃料や粗脂肪酸の原料として使用されているが、近年、さらに付加価値の高い用途が模索されているのが実情である。
【0005】
本願発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、油脂の精製工程の一つである脱酸工程において発生する油滓から、付加価値の高い脂肪酸エステルを製造することが可能な燃料用脂肪酸エステルの製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明(請求項1)の燃料用脂肪酸エステルの製造方法は、
油脂の精製工程の一つである脱酸工程において、遊離脂肪酸をアルカリにより中和して分離した、脂肪酸石けん、油脂、水分、及びその他不純物を含む油滓から脂肪酸エステルを製造する方法であって、
(a)油滓に少なくともpHが5以下になるまで硫酸を添加し、50〜120℃で撹拌、混合することにより分解反応を行わせる工程と、
(b)反応液から、前記分解反応により生成した脂肪酸及び油脂を主たる成分とするダーク油を分離する工程と、
(c)分離したダーク油を水洗した後、ダーク油と、該ダーク油の約0.5〜1.0重量倍の、炭素数が1〜5の低級アルコールとを混合し、該混合液を、管型反応器に供給して、液空間速度約0.08〜0.13 1/minの条件で前記管型反応器を通過させつつ、アルコールが超臨界状態となる、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせて、燃料として用いられる脂肪酸エステルを生成させる工程と
を具備することを特徴としている。
【0007】
油滓に酸を添加して、撹拌、混合することにより分解反応を行わせた後、反応液から、分解反応により生成した脂肪酸及び油脂(主として付着した原料油脂に由来する油脂)を主たる成分とするダーク油を分離し、このダーク油と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる条件でエステル化反応を行わせることにより、油滓から効率よく脂肪酸エステルを製造することが可能になる。
【0008】
また、油滓に少なくともpHが5以下になるまで酸を添加し、50〜120℃で、撹拌、混合して分解反応を行わせるようにしているので、油滓を効率よく分解することが可能になり、得られるダーク油をアルコールと混合して、アルコールが超臨界状態となる条件でエステル化反応を行わせるようにしているので、油滓から収率よく脂肪酸エステルを製造することが可能になる。
【0009】
また、油滓に添加する酸として硫酸を用いているので、コストの増大を招くことなく、油滓を確実に分解することが可能になり、本願発明をより実効あらしめることが可能になる。
【0010】
また、分解反応により生成したダーク油を分離した後、水洗し、水洗されたダーク油と、該ダーク油の約0.5〜1.0重量倍の、炭素数が1〜5の低級アルコールとを混合し、該混合液を、管型反応器に供給して、液空間速度約0.08〜0.13 1/minの条件で前記管型反応器を通過させつつ、アルコールが超臨界状態となる、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせるようにしているので、臨界状態のアルコールとダーク油を効率よく反応させることが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
すなわち、本願発明においては、エステル化反応を行わせる際の温度条件及び圧力条件を、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの範囲としているので、アルコールを確実に超臨界状態とすることができる。
なお、反応温度を200〜350℃の範囲としたのは、反応温度が200℃未満の場合、エステル化反応の進行が不十分になり、また、反応温度が350℃を超えると、実装置では熱源の確保が困難になり、設備コストの著しい増大を招くこと、脂肪酸の種類によっては熱分解を起こす場合があることなどの理由による。
また、反応圧力を15〜25MPaの範囲としたのは、反応圧力が15MPa未満になると次の工程でのエステル化反応が不十分になり、25MPaを超えると設備コストの著しい増大を招くことによる。
【0011】
また、アルコールとして、炭素数が1〜5の低級アルコールを用いるようにしているので、実用可能な温度条件、圧力条件でアルコールを超臨界状態にすることが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。炭素数が1〜5の低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールなどが例示される。
【0012】
また、分離したダーク油を水洗した後、エステル化反応工程に供するようにしているので、ダーク油中の水溶性不純物を除去して高純度の脂肪酸エステルを製造することができる。
【0013】
また、本願発明によれば、高純度の脂肪酸エステルを製造することが可能になり、油滓から、効率よく燃料(軽油代替燃料)として用いることが可能な脂肪酸エステルを製造することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態を示してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。
【0015】
図1〜図3は本願発明の一実施形態にかかる、油滓からの脂肪酸エステルの製造方法を実施するために用いた製造装置を示す図であり、図1は油滓に酸を添加して、撹拌、混合することにより分解反応を行わせる分解反応手段Aと、反応液から、分解反応により生成した脂肪酸及び油脂(主として付着した油脂原料に由来する油脂)を主たる成分とするダーク油を分離する分離手段Bと、分離したダーク油を水洗する洗浄手段Cと、ダーク油とアルコールとを、アルコールが超臨界状態となる条件でエステル化反応を行わせる管型反応器やその周辺機器からなる反応機構部Dを示す図である。
【0016】
また、図2は管型反応器でエステル化反応を行わせた後の反応液を蒸留して、アルコール及び水を主たる成分とする低沸点成分と、脂肪酸エステル、グリセリン、及び高沸点不純物を含む高沸点成分を分離する蒸留手段E、蒸留手段Eにより分離した低沸点成分を蒸留してアルコールを回収するアルコール回収手段F、及び高沸点成分中に含まれる少量の脂肪酸を中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段Gを示す図である。
【0017】
また、図3は蒸留手段E(図2)により分離した高沸点成分を蒸留して高沸点不純物を除去する高沸点不純物除去手段H、及び高沸点不純物除去手段により高沸点不純物が除去された脂肪酸エステルとグリセリンを含む液を脂肪酸エステルとグリセリンに分離する分離手段Iを示す図である。
【0018】
図1〜図3に示すように、本願発明の脂肪酸エステルの製造方法を実施するために用いた製造装置は、油滓に酸を添加して、撹拌、混合することにより分解反応を行わせる分解反応手段Aと、反応液から、分解反応により生成した脂肪酸及び油脂を主たる成分とするダーク油を分離する分離手段Bと、分離したダーク油を水洗する洗浄手段Cと、ダーク油とアルコールとの混合流体を、アルコールが超臨界状態となる条件で通過させることにより、連続的にエステル化反応を行わせる管型反応器4及びその周辺機器からなる反応機構部D(図1)と、管型反応器4におけるエステル化反応後の反応液を蒸留して低沸点成分と高沸点成分に分離する蒸留手段Eと、低沸点成分を蒸留してアルコールを回収するアルコール回収手段Fと、高沸点成分中に含まれる少量の脂肪酸を中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段G(図2)と、高沸点成分を蒸留して高沸点不純物を除去する高沸点不純物除去手段Hと、高沸点不純物除去手段Hで高沸点不純物が分離された高沸点成分中の脂肪酸エステルとグリセリンを分離する分離手段I(図3)を備えている。
【0019】
この脂肪酸エステルの製造装置において、分解反応手段Aは、油滓に硫酸を添加して、撹拌、混合することにより、油滓中の脂肪酸石けんを再び脂肪酸にするための分解反応を行わせるための設備であり、油滓に少なくともpHが5以下になるまで酸を添加し、50〜120℃で、撹拌、混合することにより、脂肪酸石けんを脂肪酸に分解するための反応を十分に行わせるように構成されている。
【0020】
また、分離手段Bは、分解反応手段における反応が終了した反応液から、分解反応により生成した脂肪酸及び油脂を主たる成分とするダーク油を分離する機構部であり、この実施形態では、デカンタータイプ(静置分離式)の分離手段が用いられている。
なお、分解反応後の反応液は、上層である遊離脂肪酸及び油脂を主成分とする層と、中間層である非水溶性の不純物を主たる成分とするオリ(澱)と、下層である水層の3層に分離する。
この実施形態では、分離手段として、デカンタータイプ(静置分離式)のものを用いているが、分離手段はこれに限らず、遠心分離式のものなど、種々の方式のものを用いることが可能である。
なお、下層の硫酸、硫酸ナトリウムなどを含む水分は、取り出してpH処理を行った後、廃水処理される。
また、中間層であるオリ(澱)は、取り出して廃棄物として排出される。
【0021】
また、分離したダーク油を水洗する洗浄手段Cは、ダーク油に含まれる水溶性の不純物を除去するための機構であり、ダーク油を水と接触させた後、両者を分離することができるように構成されており、その具体的な構成には特に制約はないが、例えば、遠心分離式のものや、撹拌・静置分離式のものなどを用いることが可能である。なお、この洗浄手段Cは、ダーク油に含まれる水溶性の不純物が少ない場合などにおいては省略することも可能である。
【0022】
また、反応機構部D(図1)は、ダーク油を予熱するダーク油予熱器3a、アルコールを臨界温度以下の温度に予熱するアルコール予熱器3b、ダーク油予熱器3a及びアルコール予熱器3bにおいて予熱されたダーク油とアルコールを液相状態で混合させながらアルコールが超臨界状態となる反応温度にまで昇温する、撹拌機構(この実施形態ではインラインミキサー(図示せず))を備えた混合昇温器3c、ダーク油とアルコールの混合流体を通過させることにより連続的にエステル化反応を行わせる管型反応器4とを備えている。
【0023】
なお、管型反応器4には、所定の長さの管をつづら折り状に曲折させた管型の反応器本体4aと、ダーク油とアルコールの混合流体(原料流体)をアルコールの超臨界領域の所定の温度及び圧力に達するまで加熱昇温し、又はその温度及び圧力に保持するためのヒータ4bが配設されている。ヒータ形式は熱媒や高圧スチームを利用した2重管式加熱形式や電気ヒータ形式など、加熱形式に制限はない。
【0024】
なお、管型反応器4の出口側に、例えば、反応後の液とアルコールとの熱交換を行わせることによりアルコールを予熱して熱を回収する熱回収部5を設けることも可能であり、この熱回収部5の有無及び熱回収部を設ける場合の具体的な構成には特別の制約はない。
【0025】
管型反応器4におけるエステル化反応後の反応液から低沸点成分を留出させて低沸点成分と高沸点成分とを分離する蒸留手段E(図2)は、図2に示すように、管型反応器4の出口側に配設された減圧システム11と、減圧システム11を出た反応液(反応済み液)をフラッシュ蒸発させるフラッシュ缶13aと、減圧した反応液を受け入れるバッファタンク12と、バッファタンク12より供給される反応液からアルコール及び水を主たる成分とする低沸点成分を留出させて、低沸点成分と、脂肪酸エステル、グリセリン、及び高沸点不純物を含む高沸点成分を分離する蒸発部13bと、蒸発部13bで蒸発しなかった高沸点成分を受ける高沸点成分タンク14と、フラッシュ缶13aと蒸発部13bで蒸発したアルコール及び水の蒸気を凝縮させるコンデンサ15と、コンデンサ15で凝縮したアルコールと水からなる低沸点成分を受ける低沸点成分タンク16を備えている。
【0026】
また、低沸点成分を蒸留してアルコールを回収するアルコール回収手段F(図2)は、低沸点成分タンク16から供給されるアルコールと水からなる低沸点成分を蒸留してアルコールと水に分離する蒸留塔21と、留分であるアルコールの蒸気を凝縮させるコンデンサ22を備えている。
【0027】
また、高沸点成分中に含まれる少量の脂肪酸を中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段Gは、蒸留手段Eの高沸点成分を受ける高沸点成分タンク14から送液されるライン中にアルカリをライン添加して、機械的分離器内で中和反応と分離を行う分離器23を備えている。そして、この分離器23では、中和された不純物である脂肪酸石けんが分離される。この分離器23としては、遠心分離型の分離器や、遠心分離型以外の、機械分離式の種々の分離器を用いることが可能である。
【0028】
また、高沸点成分を蒸留して高沸点不純物を除去する高沸点不純物除去手段Hは、脂肪酸エステル及びグリセリンを留出させて、未反応物や重合物(高沸点不純物)を釜残として分離する薄膜式のヒータ及び蒸発缶からなる蒸留器31と、留出した脂肪酸エステル及びグリセリンを凝縮させるコンデンサ32とを備えている。なお、蒸留器31としては、薄膜式のヒータ及び蒸発缶からなるものに限らず、種々の型式のものを用いることが可能である。
なお、コンデンサ32の下流側の真空ライン34には、トラップ35が配設されている。
【0029】
また、高沸点成分から高沸点不純物を除去した後の、脂肪酸エステルとグリセリンを含む高沸点成分を脂肪酸エステルとグリセリンに分離する分離手段I(図3)は、コンデンサ32及びトラップ35から供給される脂肪酸エステルとグリセリンを含有する液を遠心力を利用して、比重差により脂肪酸エステルとグリセリンとに分離する分離器36を備えている。この分離器36としては、遠心分離型の分離器に限らず、他の型式の機械的分離のものを用いることも可能である。
【0030】
また、この実施形態では、真空吸引手段37として、ガスエゼクタ付きの封水真空ポンプが用いられている。ただし、真空吸引手段37の型式に特別の制約はなく、他の型式のものを用いることも可能である。
【0031】
【実施例】
以下に本願発明の実施例を示して本願発明の特徴をさらに具体的に説明する。
上述のように構成された脂肪酸エステルの製造装置を用いて、植物性油脂の精製工程の一つである脱酸工程において、遊離脂肪酸をアルカリにより中和して分離した、脂肪酸石けん、油脂、水分、及びその他不純物を含む油滓を、以下の条件、手順で処理して、脂肪酸エステルを製造した。
【0032】
[1]油滓の分解(ダーク油の生成)
(1)油滓の組成、性状
水分 :30〜70重量%
脂肪酸石けん及び油脂 :20〜60重量%
その他不純物(ガム成分など):10〜50重量%
(2)硫酸の添加
上記組成を有する油滓を60℃に加熱し、低速撹拌しながら、pHが3.0になるまで濃硫酸を添加する。
(3)反応温度
上述の濃硫酸の添加による反応熱により、温度が約80℃に上昇する。
そして、この約80℃の温度で撹拌混合することにより分解反応を行わせる。
【0033】
上記の条件で分解反応を行わせることにより、油滓100重量部から約40重量部の割合でダーク油を分離することができた。
なお、この実施例では、ダーク油を遠心分離機により水で洗浄しながら脱水した。
このようにして得たダーク油の組成は、脂肪酸と油脂を以下の割合で含有するものであった。
脂肪酸:60〜80重量%
油脂 :40〜20重量%
【0034】
[2]ダーク油からの脂肪酸エステルの生成
上記[1]の工程で得たダーク油をアルコール(この実施例ではメタノール)と混合し、以下の条件で反応させることにより脂肪酸エステルを生成させた。
(1)反応温度
300℃
(2)反応圧力
15〜22MPa
(3)液空間速度
約0.08〜0.13 1/min
(4)溶媒(メタノール)添加率
ダーク油の約0.5〜1.0重量倍
【0035】
そして、反応液から溶媒であるメタノールと水分を留去するとともに、高沸点不純物を除去して回収した脂肪酸エステルについて、ガスクロマトグラフィー及びガスクロマトグラフィー・質量分析法による分析を行った。
【0036】
回収した脂肪酸エステルの組成(分析結果)
パルミチン酸エステル : 6.0%
オレイン酸及びステアリン酸エステル: 44.5%
リノール酸エステル : 19.3%
リノレン酸エステル : 5.8%
その他脂肪酸エステル化物 : 15.2%
グリセリン : 0.8%
水 分 : 0.05%
その他 : 残り
【0037】
上記のように、検出された脂肪酸エステルの脂肪酸種は、主にパルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ステアリン酸であり、その他、脂肪酸種を同定することができない脂肪酸エステル化物も一部存在しており、蒸留操作を行うことで最終的に約90%の脂肪酸エステル化物を回収できることが確認された。
【0038】
また、上記の分析結果から、エステル化反応は十分に進行しており、脂肪酸エステル化物以外の物質はグリセリンと、微量水分と、モノグリセリン脂肪酸エステルであることが確認された。
【0039】
上記実施例により、油脂の精製工程の一つである脱酸工程において、遊離脂肪酸をアルカリにより中和して分離した、脂肪酸石けん、油脂、水分、及びその他不純物を含む油滓から、目的とする軽油代替燃料として使用することが可能な品質を有する脂肪酸エステルが得られることが確認された。
また、回収されたメタノールについても分析を行い、リサイクル使用が可能な品質のものであることが確認されている。
【0040】
なお、上記実施例では、アルコールとしてメタノールを用いているが、炭素数が2〜5の他の低級アルコール、例えば、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールなどを用いることも可能である。
【0041】
また、上記実施例では、アルコール(メタノール)を予熱するようにしているが、ダーク油とアルコールを混合した混合流体を予熱するように構成することも可能である。
【0042】
本願発明はさらにその他の点においても上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、管型反応器、予熱器、及び混合昇温器などの温度条件や圧力条件、管型反応器内における液空間速度などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
【0043】
【発明の効果】
上述のように、本願発明(請求項1)の燃料用脂肪酸エステルの製造方法においては、油滓に酸を添加して、撹拌、混合することにより分解反応を行わせた後、反応液から、分解反応により生成した脂肪酸及び油脂を主たる成分とするダーク油を分離し、このダーク油と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる条件でエステル化反応を行わせるようにしているので、油滓から効率よく脂肪酸エステルを製造することが可能になる。
【0044】
また、油滓に少なくともpHが5以下になるまで酸を添加し、50〜120℃で撹拌、混合して分解反応を行わせるようにしているので、油滓を効率よく分解することが可能になり、得られるダーク油をアルコールと混合して、アルコールが超臨界状態となる条件でエステル化反応を行わせることにより、油滓から収率よく脂肪酸エステルを製造することが可能になる。
【0045】
また、油滓に添加する酸として硫酸を用いるようにしているので、コストの増大を招くことなく、油滓を確実に分解することが可能になり、本願発明をより実効あらしめることが可能になる。
【0046】
また、分解反応により生成したダーク油を分離した後、水洗し、水洗されたダーク油と、該ダーク油の約0.5〜1.0重量倍の、炭素数が1〜5の低級アルコールとを混合し、該混合液を、管型反応器に供給して、液空間速度約0.08〜0.13 1/minの条件で前記管型反応器を通過させつつ、アルコールが超臨界状態となる、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせるようにしているので、臨界状態のアルコールとダーク油を効率よく反応させることが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
すなわち、本願発明においては、エステル化反応を行わせる際の温度条件及び圧力条件を、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの範囲とすることにより、アルコールを確実に超臨界状態とすることが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
【0047】
また、アルコールとして、炭素数が1〜5の低級アルコールを用いるようにしているので、実用可能な温度条件、圧力条件でアルコールを超臨界状態にすることが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
【0048】
また、分離したダーク油を水洗した後、エステル化反応工程に供するようにしているので、ダーク油中の水溶性不純物を除去して高純度の脂肪酸エステルを製造することが可能になる。
【0049】
また、本願発明によれば、高純度の脂肪酸エステルを製造することが可能になり、油滓から、効率よく燃料(軽油代替燃料)として用いることが可能な脂肪酸エステルを製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の実施形態にかかる脂肪酸エステルの製造方法を実施するために用いた製造装置を構成する、油滓を分解させるための分解反応手段と、ダーク油を分離する分離手段と、分離したダーク油を水洗する洗浄手段と、ダーク油とアルコールとをエステル化反応させる反応機構部を示す図である。
【図2】 本願発明の実施形態にかかる脂肪酸エステルの製造方法を実施するために用いた製造装置の、反応液を蒸留して低沸点成分と高沸点成分を分離する蒸留手段、低沸点成分を蒸留してアルコールを回収するアルコール回収手段、及び、蒸留分離された高沸点成分に含まれる少量の脂肪酸を中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段を示す図である。
【図3】 本願発明の実施形態にかかる脂肪酸エステルの製造方法を実施するために用いた製造装置を構成する、高沸点成分を蒸留して高沸点不純物を除去する高沸点不純物除去手段、及び、高沸点不純物が除去された脂肪酸エステルとグリセリンを含む液を脂肪酸エステルとグリセリンに分離する分離手段を示す図である。
【符号の説明】
A 分解反応手段
B 分離手段
C 洗浄手段
D 反応機構部
E 蒸留手段
F アルコール回収手段
G 脂肪酸除去手段
H 高沸点不純物除去手段
I 分離手段
3a ダーク油予熱器
3b アルコール予熱器
3c 混合昇温器
4 管型反応器
4a 反応器本体
4b ヒータ
5 熱回収部
11 減圧システム
12 バッファタンク
13a フラッシュ缶
13b 蒸発部
14 高沸点成分タンク
15 コンデンサ
16 低沸点成分タンク
21 蒸留塔
22 コンデンサ
23 分離器
31 蒸留器
32 コンデンサ
34 真空ライン
35 トラップ
36 分離器
37 真空吸引手段(ガスエゼクタ付きの封水真空ポンプ)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the production how the fatty acid ester, particularly, in the deoxidation step which is one of the fat purification step, the free fatty acids were separated and neutralized with an alkali, fatty acid soaps, oils, moisture, and It relates to the production how the fuel fatty acid esters from oil dregs contain other impurities.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
For example, in the deoxidation process, which is one of the refining processes for vegetable oils and fats, free fatty acids, phospholipids and trace metals contained in crude oil are removed. Generally, free fatty acids are neutralized with an alkaline aqueous solution, A method of separating and removing fatty acid soap that is sparingly soluble in fats and oils is used.
[0003]
This fatty acid soap is separated together with moisture, fats and oils (oils and fats mainly derived from attached raw material fats and oils), and other impurities, and is called oil cake (deoxidized oil cake). This oil cake is also called alkaline foots or soap stock.
[0004]
By the way, this oil cake usually contains 30 to 70% by weight of water, 20 to 60% by weight of fatty acid soap and fat and oil, and 10 to 50% by weight of other impurities (such as gum components). Then, the fatty acid soap in the oil cake is separated from other moisture together with fats and oils as fatty acids again by acid decomposition. In addition, the mixture of fatty acids and fats and oils separated by acid decomposition as described above is called dark oil, and usually 60 to 80% by weight of fatty acids and 40 to 20% by weight of fats and oils. Contains.
And this dark oil has been conventionally used as a raw material for fuel and crude fatty acid, and in recent years, it has been sought for applications with higher added value.
[0005]
The present invention has been made in view of such circumstances, and a fatty acid for fuel capable of producing a fatty acid ester having a high added value from an oil cake generated in a deoxidation process which is one of the oil refining processes. and to provide a manufacturing how ester.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method for producing a fatty acid ester for fuel according to the present invention (Claim 1) comprises:
A method for producing a fatty acid ester from an oil cake containing fatty acid soap, fats and oils, moisture, and other impurities, in which a free fatty acid is neutralized and separated by an alkali in a deoxidation step, which is one of the purification steps of fats and oils. ,
(a) adding sulfuric acid to the oil cake until at least pH is 5 or less, stirring and mixing at 50 to 120 ° C. to cause a decomposition reaction;
(b) separating a dark oil mainly comprising fatty acids and fats produced by the decomposition reaction from the reaction solution;
(c) After the separated dark oil is washed with water, the dark oil and about 0.5 to 1.0 times the weight of the dark oil are mixed with a lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms, and the mixture is mixed. The alcohol is in a supercritical state while being supplied to the tubular reactor and passing through the tubular reactor at a liquid space velocity of about 0.08 to 0.13 1 / min. Temperature: 200 to 350 And a step of producing a fatty acid ester used as a fuel by performing an esterification reaction under the conditions of ° C and pressure: 15 to 25 MPa.
[0007]
After adding the acid to the oil cake, stirring and mixing to cause the decomposition reaction, the main components are fatty acids and fats and oils (fats and fats derived mainly from the attached raw material fats and oils) generated by the decomposition reaction from the reaction liquid. It is possible to efficiently produce fatty acid esters from oil cake by separating the dark oil to be mixed, mixing the dark oil and alcohol, and allowing the alcohol to undergo an esterification reaction under conditions that make it supercritical. Become.
[0008]
In addition, acid is added to the oil cake until at least the pH is 5 or less, and the mixture is stirred and mixed at 50 to 120 ° C. to cause the decomposition reaction, so that the oil cake can be efficiently decomposed. The resulting dark oil is mixed with alcohol to allow the esterification reaction to be carried out under conditions where the alcohol is in a supercritical state. Become.
[0009]
Further, since sulfuric acid is used as the acid added to the oil cake, the oil cake can be reliably decomposed without increasing the cost, and the present invention can be more effectively presented.
[0010]
Moreover, after separating the dark oil produced | generated by decomposition | disassembly reaction, it wash | cleans with water, the dark oil washed with water, about 0.5-1.0 weight times of this dark oil, and C1-C5 lower alcohol, The mixture is supplied to a tubular reactor, and the alcohol is in a supercritical state while passing through the tubular reactor at a liquid space velocity of about 0.08 to 0.13 1 / min. Since the esterification reaction is performed under the conditions of temperature: 200 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa, it becomes possible to efficiently react the alcohol in the critical state with the dark oil. Can be effective.
That is, in the present invention, the temperature and pressure conditions for carrying out the esterification reaction are in the range of temperature: 200 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa, so that the alcohol is surely brought into a supercritical state. Can do.
It should be noted that the reaction temperature was set in the range of 200 to 350 ° C. when the reaction temperature was less than 200 ° C., the progress of the esterification reaction was insufficient, and when the reaction temperature exceeded 350 ° C., the actual apparatus This is because it becomes difficult to secure a heat source, resulting in a significant increase in equipment costs, and thermal decomposition may occur depending on the type of fatty acid.
The reason why the reaction pressure is in the range of 15 to 25 MPa is that if the reaction pressure is less than 15 MPa, the esterification reaction in the next step becomes insufficient, and if it exceeds 25 MPa, the equipment cost is significantly increased.
[0011]
Further, since the lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms is used as the alcohol, it becomes possible to make the alcohol into a supercritical state under a practical temperature condition and pressure condition, and the present invention is effectively realized. be able to. Examples of the lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms include methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol and the like.
[0012]
Further, since the separated dark oil is washed with water and then subjected to the esterification reaction step, water-soluble impurities in the dark oil can be removed to produce a high-purity fatty acid ester.
[0013]
Moreover, according to this invention, it becomes possible to manufacture a highly purified fatty acid ester, and the fatty acid ester which can be efficiently used as a fuel (light oil alternative fuel) can be manufactured from an oil tank.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the present invention.
[0015]
1-3 is a figure which shows the manufacturing apparatus used in order to implement the manufacturing method of the fatty acid ester from the oil candy concerning one Embodiment of this invention, FIG. 1 adds an acid to oil candy. , A decomposition reaction means A for performing a decomposition reaction by stirring and mixing, and a dark oil mainly composed of fatty acids and fats and oils (fats and fats derived mainly from attached oil and fat raw materials) generated by the decomposition reaction from the reaction solution Separating means B for washing, washing means C for washing the separated dark oil, and a tubular reactor and its peripheral equipment for allowing the dark oil and alcohol to undergo an esterification reaction under the condition that the alcohol is in a supercritical state. It is a figure which shows the reaction mechanism part D. FIG.
[0016]
Further, FIG. 2 includes distillation of the reaction solution after the esterification reaction is performed in a tubular reactor, and includes a low boiling point component mainly composed of alcohol and water, a fatty acid ester, glycerin, and a high boiling point impurity. Distillation means E for separating high-boiling components, alcohol recovery means F for collecting alcohol by distilling low-boiling components separated by distillation means E, and a small amount of fatty acids contained in the high-boiling components are separated and removed by a neutralization reaction. It is a figure which shows the fatty acid removal means G to do.
[0017]
FIG. 3 shows a high-boiling-point impurity removing means H for removing high-boiling-point impurities by distilling the high-boiling components separated by the distillation means E (FIG. 2), and a fatty acid from which the high-boiling-point impurities have been removed by the high-boiling-point impurity removing means. It is a figure which shows the isolation | separation means I which isolate | separates the liquid containing ester and glycerol into fatty acid ester and glycerol.
[0018]
As shown in FIG. 1 to FIG. 3, the production apparatus used for carrying out the method for producing a fatty acid ester of the present invention is a decomposition in which a decomposition reaction is performed by adding an acid to oil cake, stirring and mixing. Reaction means A, separation means B for separating dark oil mainly composed of fatty acids and fats and oils produced by decomposition reaction from the reaction solution, cleaning means C for washing the separated dark oil with water, and dark oil and alcohol A reaction mechanism D (FIG. 1) composed of a tubular reactor 4 and its peripheral devices for continuously performing an esterification reaction by allowing the mixed fluid to pass under a condition where the alcohol is in a supercritical state; A distillation means E for distilling the reaction liquid after the esterification reaction in the reactor 4 into a low boiling point component and a high boiling point component, an alcohol recovery means F for distilling the low boiling point component and recovering alcohol, and a high boiling point component. Fatty acid removing means G (FIG. 2) for separating and removing a small amount of fatty acid contained therein by neutralization reaction, high boiling point impurity removing means H for distilling high boiling point components to remove high boiling point impurities, and high boiling point impurity removal Separation means I (FIG. 3) for separating fatty acid ester and glycerin in the high-boiling component from which high-boiling impurities have been separated by means H is provided.
[0019]
In this fatty acid ester production apparatus, the decomposition reaction means A is for adding a sulfuric acid to the oil cake, stirring and mixing it, thereby causing the fatty acid soap in the oil cake to undergo a decomposition reaction again to become a fatty acid. It is equipment, so that the reaction to decompose fatty acid soap into fatty acid can be sufficiently performed by adding acid to oil cake until pH is at least 5 and stirring and mixing at 50-120 ° C. It is configured.
[0020]
Separation means B is a mechanism that separates dark oil mainly composed of fatty acids and fats and oils produced by the decomposition reaction from the reaction liquid after the reaction in the decomposition reaction means. In this embodiment, the decanter type ( (Separation separation type) separation means is used.
The reaction solution after the decomposition reaction is composed of an upper layer composed mainly of free fatty acids and fats and oils, an intermediate layer composed mainly of water-insoluble impurities, and a lower layer aqueous layer. Are separated into three layers.
In this embodiment, a decanter type (stationary separation type) is used as the separation means, but the separation means is not limited to this, and various types such as a centrifugal separation type can be used. It is.
In addition, after the water | moisture content containing a lower layer sulfuric acid, sodium sulfate, etc. is taken out and pH-processed, it is waste-water-treated.
In addition, the middle layer of starch is taken out and discharged as waste.
[0021]
Further, the cleaning means C for washing the separated dark oil with water is a mechanism for removing water-soluble impurities contained in the dark oil, so that the dark oil can be separated after contacting the water with water. The specific configuration is not particularly limited, but for example, a centrifugal separation type, a stirring / stationary separation type, or the like can be used. The cleaning means C may be omitted when there are few water-soluble impurities contained in the dark oil.
[0022]
The reaction mechanism D (FIG. 1) is preheated in a dark oil preheater 3a that preheats dark oil, an alcohol preheater 3b that preheats alcohol to a temperature below the critical temperature, a dark oil preheater 3a, and an alcohol preheater 3b. Mixing temperature with a stirring mechanism (in this embodiment , an in-line mixer (not shown)) that raises the temperature to a reaction temperature at which the alcohol becomes supercritical while mixing the dark oil and alcohol in a liquid phase state A vessel 3c, and a tubular reactor 4 for continuously performing an esterification reaction by passing a mixed fluid of dark oil and alcohol.
[0023]
The tubular reactor 4 includes a tubular reactor body 4a in which a pipe having a predetermined length is bent in a folded manner, and a mixed fluid (raw fluid) of dark oil and alcohol in a supercritical region of alcohol. A heater 4b is provided for heating and raising the temperature until a predetermined temperature and pressure are reached, or for maintaining the temperature and pressure. The heater type is not limited to a heating type such as a double-pipe heating type using an heating medium or high-pressure steam or an electric heater type.
[0024]
In addition, on the outlet side of the tubular reactor 4, for example, it is possible to provide a heat recovery unit 5 that preheats alcohol and recovers heat by causing heat exchange between the liquid after reaction and alcohol, There are no particular restrictions on the presence or absence of the heat recovery unit 5 and the specific configuration when the heat recovery unit is provided.
[0025]
The distillation means E (FIG. 2) for distilling the low boiling point component from the reaction solution after the esterification reaction in the tubular reactor 4 to separate the low boiling point component and the high boiling point component is shown in FIG. A decompression system 11 disposed on the outlet side of the reactor 4, a flash can 13 a that flashes and evaporates a reaction liquid (reacted liquid) exiting the decompression system 11, a buffer tank 12 that receives the decompressed reaction liquid, Evaporation is performed by distilling a low-boiling component mainly composed of alcohol and water from the reaction solution supplied from the buffer tank 12 to separate the low-boiling component from the high-boiling component containing fatty acid ester, glycerin, and high-boiling impurities. Part 13b, high boiling point component tank 14 that receives high boiling point components that have not evaporated in evaporation unit 13b, and alcohol and water vapor evaporated in flash can 13a and evaporation unit 13b. A capacitor 15 to be reduced, and a low-boiling component tank 16 which receives the low-boiling components consisting of alcohol and water condensed in the condenser 15.
[0026]
Further, the alcohol recovery means F (FIG. 2) for recovering alcohol by distilling the low boiling point component distills the low boiling point component consisting of alcohol and water supplied from the low boiling point component tank 16 and separates it into alcohol and water. A distillation column 21 and a condenser 22 for condensing alcohol vapor as a fraction are provided.
[0027]
Further, the fatty acid removing means G for separating and removing a small amount of fatty acid contained in the high boiling point component by neutralization reaction is used to remove alkali in the line fed from the high boiling point component tank 14 that receives the high boiling point component of the distillation means E. A separator 23 is provided for performing neutralization reaction and separation in a mechanical separator by adding a line. And in this separator 23, the fatty acid soap which is the neutralized impurity is isolate | separated. As this separator 23, it is possible to use a centrifugal separator or various mechanical separators other than the centrifugal separator.
[0028]
Further, the high boiling point impurity removing means H for distilling the high boiling point components to remove the high boiling point impurities distills the fatty acid ester and glycerin and separates unreacted products and polymerized products (high boiling point impurities) as the residue. A distillation unit 31 composed of a thin film heater and an evaporator, and a condenser 32 for condensing distilled fatty acid ester and glycerin are provided. The distiller 31 is not limited to a thin film heater and an evaporator, and various types can be used.
A trap 35 is disposed in the vacuum line 34 on the downstream side of the capacitor 32.
[0029]
Separation means I (FIG. 3) for separating the high-boiling component containing fatty acid ester and glycerin into fatty acid ester and glycerin after removing high-boiling impurities from the high-boiling component is supplied from a capacitor 32 and a trap 35. A separator 36 is provided for separating a liquid containing a fatty acid ester and glycerin into a fatty acid ester and glycerin by centrifugal force. The separator 36 is not limited to a centrifugal separator, and other types of mechanical separators can be used.
[0030]
In this embodiment, a sealed water vacuum pump with a gas ejector is used as the vacuum suction means 37. However, the type of the vacuum suction means 37 is not particularly limited, and other types can be used.
[0031]
【Example】
The features of the present invention will be described more specifically with reference to examples of the present invention.
Fatty acid soap, fats and oils obtained by neutralizing and separating free fatty acids with alkalis in the deoxidation step, which is one of the vegetable oil refining steps, using the fatty acid ester production apparatus constructed as described above And the oil cake containing other impurities was processed under the following conditions and procedures to produce fatty acid esters.
[0032]
[1] Decomposition of oil cake (production of dark oil)
(1) Composition and properties of oil cake Moisture: 30 to 70% by weight
Fatty acid soap and oil: 20-60% by weight
Other impurities (such as gum components): 10 to 50% by weight
(2) Addition of sulfuric acid An oil cake having the above composition is heated to 60 ° C., and concentrated sulfuric acid is added until the pH becomes 3.0 while stirring at low speed.
(3) Reaction temperature The temperature rises to about 80 ° C. due to the heat of reaction caused by the addition of concentrated sulfuric acid.
Then, the decomposition reaction is performed by stirring and mixing at a temperature of about 80 ° C.
[0033]
By performing the decomposition reaction under the above conditions, it was possible to separate dark oil at a rate of about 40 parts by weight from 100 parts by weight of oil cake.
In this example, the dark oil was dehydrated while being washed with water by a centrifuge.
The composition of the dark oil thus obtained contained fatty acids and fats in the following proportions.
Fatty acid: 60-80% by weight
Fat and oil: 40 to 20% by weight
[0034]
[2] Production of fatty acid ester from dark oil The fatty oil ester was produced by mixing the dark oil obtained in the above step [1] with alcohol (in this example, methanol) and reacting under the following conditions.
(1) Reaction temperature 300 ° C
(2) Reaction pressure 15-22 MPa
(3) Liquid space velocity: about 0.08 to 0.13 1 / min
(4) Solvent (methanol) addition rate About 0.5 to 1.0 times the weight of dark oil
Then, methanol and water as a solvent were distilled off from the reaction solution, and fatty acid esters recovered by removing high boiling impurities were analyzed by gas chromatography and gas chromatography / mass spectrometry.
[0036]
Composition of recovered fatty acid ester (analysis result)
Palmitic acid ester: 6.0%
Oleic acid and stearic acid ester: 44.5%
Linoleic acid ester: 19.3%
Linolenic acid ester: 5.8%
Other fatty acid ester products: 15.2%
Glycerin: 0.8%
Water content: 0.05%
Other: Remaining [0037]
As mentioned above, the fatty acid species of the detected fatty acid esters are mainly palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, stearic acid, and some other fatty acid esterified products that cannot identify the fatty acid species It was confirmed that about 90% of the fatty acid esterified product can be finally recovered by performing the distillation operation.
[0038]
Moreover, from the above analysis results, it was confirmed that the esterification reaction was sufficiently advanced, and substances other than the fatty acid ester were glycerin, a trace amount of water, and a monoglycerin fatty acid ester.
[0039]
According to the above embodiment, in the deoxidation step, which is one of the refining steps of fats and oils, the target is obtained from the oil cake containing fatty acid soap, fats and oils, moisture, and other impurities, which are obtained by neutralizing and separating free fatty acids with alkali. It was confirmed that a fatty acid ester having a quality that can be used as a light oil alternative fuel is obtained.
The recovered methanol is also analyzed and confirmed to be of a quality that can be recycled.
[0040]
In the above embodiment, methanol is used as the alcohol, but other lower alcohols having 2 to 5 carbon atoms, such as ethanol, propanol, butanol, pentanol, etc., can also be used.
[0041]
Moreover, in the said Example, although alcohol (methanol) is preheated, it is also possible to comprise so that the fluid mixture which mixed dark oil and alcohol may be preheated.
[0042]
The invention of the present application is not limited to the above-described embodiments and examples in other respects as well, and temperature conditions and pressure conditions such as a tubular reactor, a preheater, and a mixed temperature raising device, and in the tubular reactor. With respect to the liquid space velocity and the like, various applications and modifications can be made within the scope of the invention.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, in the method for producing a fatty acid ester for fuel according to the present invention (Claim 1), an acid is added to the oil cake, and after stirring and mixing, the decomposition reaction is performed, Since the dark oil mainly composed of fatty acids and fats and oils generated by the decomposition reaction is separated, this dark oil and alcohol are mixed, and the esterification reaction is performed under the condition that the alcohol is in a supercritical state. Thus, it becomes possible to efficiently produce fatty acid esters from oil cake.
[0044]
In addition, an acid is added to the oil cake until at least the pH is 5 or less, and the mixture is stirred and mixed at 50 to 120 ° C. to cause the decomposition reaction, so that the oil cake can be efficiently decomposed. Thus, the fatty acid ester can be produced from the oil cake in a high yield by mixing the obtained dark oil with the alcohol and allowing the esterification reaction to be performed under the condition that the alcohol is in a supercritical state.
[0045]
In addition, since sulfuric acid is used as the acid added to the oil cake, it becomes possible to reliably decompose the oil cake without incurring an increase in cost, and to make the present invention more effective. Become.
[0046]
Moreover, after separating the dark oil produced | generated by decomposition | disassembly reaction, it wash | cleans with water, the dark oil washed with water, about 0.5-1.0 weight times of this dark oil, and C1-C5 lower alcohol, The mixture is supplied to a tubular reactor, and the alcohol is in a supercritical state while passing through the tubular reactor at a liquid space velocity of about 0.08 to 0.13 1 / min. Since the esterification reaction is performed under the conditions of temperature: 200 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa, it becomes possible to efficiently react the alcohol in the critical state with the dark oil. Can be effective.
That is, in the present invention, by setting the temperature condition and the pressure condition when performing the esterification reaction to the temperature: 200 to 350 ° C. and the pressure: 15 to 25 MPa, the alcohol is surely brought into a supercritical state. And the present invention can be effectively realized.
[0047]
Further, since the lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms is used as the alcohol, it becomes possible to make the alcohol into a supercritical state under a practical temperature condition and pressure condition, and the present invention is effectively realized. be able to.
[0048]
Further, since the separated dark oil is washed with water and then subjected to an esterification reaction step, it becomes possible to produce a high purity fatty acid ester by removing water-soluble impurities in the dark oil.
[0049]
Moreover, according to this invention, it becomes possible to manufacture a highly purified fatty acid ester, and it becomes possible to manufacture the fatty acid ester which can be efficiently used as a fuel (light oil alternative fuel) from an oil tank. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a production apparatus used for carrying out a method for producing a fatty acid ester according to an embodiment of the present invention, a decomposition reaction means for decomposing oil cake, a separation means for separating dark oil, It is a figure which shows the reaction mechanism part which esterifies the washing | cleaning means which wash | cleans the isolate | separated dark oil, and dark oil and alcohol.
FIG. 2 is a distillation means for separating a low boiling point component and a high boiling point component by distilling a reaction liquid in a production apparatus used for carrying out the method for producing a fatty acid ester according to an embodiment of the present invention; It is a figure which shows the alcohol collection | recovery means to collect | recover alcohol by distilling, and the fatty-acid removal means which isolate | separates and removes a small amount of fatty acid contained in the high boiling point component separated by distillation by neutralization reaction.
FIG. 3 is a high-boiling-point impurity removing means for removing a high-boiling-point impurity by distilling a high-boiling-point component, which constitutes a production apparatus used for carrying out the method for producing a fatty acid ester according to an embodiment of the present invention; It is a figure which shows the isolation | separation means which isolate | separates the liquid containing fatty acid ester and glycerol from which the high boiling point impurity was removed into fatty acid ester and glycerol.
[Explanation of symbols]
A decomposition reaction means B separation means C washing means D reaction mechanism part E distillation means F alcohol recovery means G fatty acid removal means H high boiling point impurity removal means I separation means 3a dark oil preheater 3b alcohol preheater 3c mixing temperature riser 4 pipe Type reactor 4a Reactor body 4b Heater 5 Heat recovery unit 11 Depressurization system 12 Buffer tank 13a Flash can 13b Evaporation unit 14 High boiling point component tank 15 Capacitor 16 Low boiling point component tank 21 Distillation tower 22 Capacitor 23 Separator 31 Distiller 32 Capacitor 34 Vacuum line 35 Trap 36 Separator 37 Vacuum suction means (sealed water vacuum pump with gas ejector)

Claims (1)

油脂の精製工程の一つである脱酸工程において、遊離脂肪酸をアルカリにより中和して分離した、脂肪酸石けん、油脂、水分、及びその他不純物を含む油滓から脂肪酸エステルを製造する方法であって、
(a)油滓に少なくともpHが5以下になるまで硫酸を添加し、50〜120℃で撹拌、混合することにより分解反応を行わせる工程と、
(b)反応液から、前記分解反応により生成した脂肪酸及び油脂を主たる成分とするダーク油を分離する工程と、
(c)分離したダーク油を水洗した後、ダーク油と、該ダーク油の約0.5〜1.0重量倍の、炭素数が1〜5の低級アルコールとを混合し、該混合液を、管型反応器に供給して、液空間速度約0.08〜0.13 1/minの条件で前記管型反応器を通過させつつ、アルコールが超臨界状態となる、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせて、燃料として用いられる脂肪酸エステルを生成させる工程と
を具備することを特徴とする燃料用脂肪酸エステルの製造方法。
A method for producing a fatty acid ester from an oil cake containing fatty acid soap, fats and oils, moisture, and other impurities, in which a free fatty acid is neutralized and separated by an alkali in a deoxidation step that is one of the steps of oil purification. ,
(a) adding sulfuric acid to the oil cake until at least pH is 5 or less, stirring and mixing at 50 to 120 ° C. to cause a decomposition reaction;
(b) separating a dark oil mainly comprising fatty acids and fats produced by the decomposition reaction from the reaction solution;
(c) After the separated dark oil is washed with water, the dark oil is mixed with a lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms that is about 0.5 to 1.0 times the weight of the dark oil, and the mixture is The alcohol is in a supercritical state while being supplied to the tubular reactor and passing through the tubular reactor at a liquid space velocity of about 0.08 to 0.13 1 / min. Temperature: 200 to 350 And a step of producing a fatty acid ester used as a fuel by performing an esterification reaction under the conditions of ° C. and pressure: 15 to 25 MPa.
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