JP3941876B2 - Process for producing fatty acid alkyl ester and / or glycerin - Google Patents

Process for producing fatty acid alkyl ester and / or glycerin Download PDF

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Description

本発明は、脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法に関する。より詳しくは、燃料、食品、化粧品、医薬品等の用途に有用な脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法、並びに、それに用いる触媒に関する。 The present invention relates to a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin. More specifically, the present invention relates to a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin useful for uses such as fuel, food, cosmetics and pharmaceuticals, and a catalyst used therefor.

脂肪酸アルキルエステルは、植物油脂から得られるものが食用油として用いられ、その他にも、化粧品、医薬品等の分野に用いられている。また、近年では、軽油等に添加される燃料用としても注目されており、例えば、COの排出削減の目的から、植物由来のバイオディーゼル燃料として軽油に数%添加されることになる。また、グリセリンは、主にニトログリセリンの製造原料として用いられており、その他にも、アルキド樹脂等の原料、医薬品、食料品、印刷インキ、化粧品等の様々な分野に用いられている。このような脂肪酸アルキルエステルやグリセリンの製造方法としては、油脂の主成分であるトリグリセリドをアルコールとエステル交換して製造する方法が知られている。
このような製造方法においては、一般に、均一系アルカリ触媒を用いる方法が工業的に用いられているが、煩雑な触媒の分離除去工程が必要となる。また、油脂に含まれる遊離の脂肪酸がアルカリ触媒によってけん化されるため石鹸が副生することになり、多量の水で洗浄する工程が必要であるばかりでなく、石鹸の乳化作用により脂肪酸アルキルエステルの収率が低下し、また、その後のグリセリンの精製プロセスも煩雑となる場合がある。
As fatty acid alkyl esters, those obtained from vegetable oils and fats are used as edible oils, and are also used in the fields of cosmetics, pharmaceuticals and the like. In recent years, it has been attracting attention as a fuel added to light oil and the like. For example, for the purpose of reducing CO 2 emission, several percent of light oil is added to light oil as a plant-derived biodiesel fuel. Glycerin is mainly used as a raw material for producing nitroglycerin, and is also used in various fields such as raw materials such as alkyd resins, pharmaceuticals, foodstuffs, printing inks and cosmetics. As a method for producing such fatty acid alkyl ester or glycerin, a method is known in which triglyceride, which is the main component of fats and oils, is transesterified with alcohol.
In such a production method, a method using a homogeneous alkali catalyst is generally used industrially, but a complicated catalyst separation and removal step is required. Moreover, since free fatty acids contained in fats and oils are saponified by the alkali catalyst, soap is produced as a by-product, and not only a washing process with a large amount of water is required, but also the fatty acid alkyl ester is not allowed to be washed by the emulsifying action of the soap. The yield may decrease, and the subsequent purification process of glycerin may be complicated.

均一系触媒以外の触媒として固体触媒を用いてエステル交換反応を行う方法が知られている。固体触媒のうち、固体塩基触媒に関して、塩基性イオン交換樹脂が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。このような塩基性イオン交換樹脂を用いる場合、油脂中に不純物として混入する脂肪酸や一方の生成物であるグリセリン、更には油脂中に含まれるリン脂質やタンパク質を取り除くために前処理で用いる鉱酸等が触媒毒として作用するため、触媒活性を維持するために大過剰量のアルコールの使用が必要になる。このため、アルコールの回収に多大なコストがかかることになる。また、油脂に含まれる遊離脂肪酸のエステル化活性を持たないので、エステル交換工程の前に遊離脂肪酸の除去工程、又は、酸触媒による遊離脂肪酸のエステル化工程が必要となり、反応プロセスが煩雑となる。したがって、塩基性イオン交換樹脂を工業的な触媒として利用するためには、これらの点において工夫の余地があった。 A method of performing a transesterification reaction using a solid catalyst as a catalyst other than a homogeneous catalyst is known. Among solid catalysts, basic ion exchange resins have been proposed for solid base catalysts (see, for example, Patent Document 1). When such a basic ion exchange resin is used, the mineral acid used in the pretreatment to remove fatty acids mixed as impurities in the fat and oil, glycerin as one product, and phospholipids and proteins contained in the fat and oil And the like act as catalyst poisons, it is necessary to use a large excess of alcohol in order to maintain the catalytic activity. For this reason, a great cost is required for alcohol recovery. In addition, since it does not have esterification activity of free fatty acids contained in fats and oils, a step of removing free fatty acids or a step of esterifying free fatty acids with an acid catalyst is required before the transesterification step, and the reaction process becomes complicated. . Therefore, in order to use the basic ion exchange resin as an industrial catalyst, there is room for improvement in these respects.

また無機固体塩基触媒に関して、例えば、炭酸ナトリウム及び/又は炭酸水素ナトリウムからなる不均一固形触媒(例えば、特許文献2参照。)、水酸化カルシウム及び酸化カルシウムの少なくとも1種を含む固体触媒(例えば、特許文献3参照。)、ハイドロタルサイト触媒(例えば、特許文献4参照。)、カリウム化合物と酸化鉄、またはカリウム化合物と酸化ジルコニウムからなる固体塩基性触媒(例えば、特許文献5参照。)等が提案されている。しかしながら、これらの無機固体塩基触媒は、アルカリ金属やアルカリ土類金属等の触媒活性成分がリーチングして反応液中に溶出するため、触媒寿命の点や、溶出成分の煩雑な除去工程が必要になる点で、工業的に使用するためには工夫の余地があった。 As for the inorganic solid base catalyst, for example, a heterogeneous solid catalyst composed of sodium carbonate and / or sodium hydrogen carbonate (see, for example, Patent Document 2), a solid catalyst containing at least one of calcium hydroxide and calcium oxide (for example, Patent Document 3), hydrotalcite catalyst (for example, see Patent Document 4), solid basic catalyst (for example, see Patent Document 5) composed of potassium compound and iron oxide, or potassium compound and zirconium oxide. Proposed. However, these inorganic solid base catalysts require catalytic active components such as alkali metals and alkaline earth metals to reach and elute into the reaction solution, so that a catalyst life point and a complicated removal process of the eluted components are required. Therefore, there was room for contrivance for industrial use.

更にその他の固体酸触媒に関して、カチオン交換樹脂やモンモリロナイト等を用いる方法(例えば、特許文献6参照。)、金属酸化物及び/又は金属水酸化物にリン酸イオンを含有する溶液を接触させた後、焼成して得られたエステル交換触媒を用いる方法(例えば、特許文献7参照。)等が提案されている。しかしながら、このような一般的な固体酸を触媒として用いた場合、油脂中に含まれる微量の金属成分によって、活性点である酸点が被毒される場合がある。また、一般的に、酸触媒は塩基触媒よりもエステル交換反応の活性が低いので、反応温度を高温にすることが必要になるが、アルコール存在下に高温度でこれらの固体酸触媒を用いると、エーテル化物やグリセリンの縮合物等の副生物が発生したり、アルコールが分解してコーキングが起こるために触媒寿命が短くなる等の点から、工業的に満足に使用するためには工夫の余地があった。 Furthermore, with respect to other solid acid catalysts, a method using a cation exchange resin, montmorillonite, or the like (see, for example, Patent Document 6), after contacting a metal oxide and / or metal hydroxide with a solution containing phosphate ions A method using a transesterification catalyst obtained by calcination (for example, see Patent Document 7) has been proposed. However, when such a general solid acid is used as a catalyst, an acid site that is an active site may be poisoned by a trace amount of metal components contained in the oil or fat. In general, an acid catalyst has a lower transesterification activity than a base catalyst. Therefore, it is necessary to increase the reaction temperature. However, when these solid acid catalysts are used at a high temperature in the presence of alcohol, In order to use industrially satisfactorily, byproducts such as etherified products and glycerin condensates are generated, and alcohol is decomposed to cause coking, resulting in a shortened catalyst life. was there.

更に油脂類と低級アルコールとの間で触媒の存在下にエステル交換反応を行って低級アルキルエステルを製造するに際し、ペロブスカイト型構造を有する複合金属酸化物を含んでなる触媒を使用する方法が開示されている(例えば、特許文献8参照。)。このペロブスカイト型構造を有する複合金属酸化物は、強い塩基性を有するものであり、また、セシウム(Cs)化合物を含有するものが好ましいとされている。セシウム(Cs)化合物を含有するものとしては、Ca、Sr、Baを有するものが挙げられている。しかしながら、このようなペロブスカイト型構造を有する複合金属酸化物を用いる場合には、純粋なペロブスカイトは活性が低いため高い反応温度が必要であり、反応温度が高温になると、触媒活性成分が溶出することになり、また、ペロブスカイト結晶格子外に酸化カルシウムやセシウム成分が存在する場合には、活性が高くなり常圧でも反応することができるが、CaやCs等の多量の活性金属成分が反応液中に溶出してしまう問題を有している。
特開昭62−218495号公報(第1頁) 特開昭61−254255号公報(第1頁) 特開2001−271090号公報(第1−2頁) 国際公開第98/56747号パンフレット(要約) 特開2000−44984号公報(第2頁) 特開平6−313188号公報(第2−3頁) 特開2001−17862号公報(第1−3頁) 特開2002−294277号公報(第2頁)
Further disclosed is a method of using a catalyst comprising a composite metal oxide having a perovskite structure when a lower alkyl ester is produced by performing a transesterification reaction between an oil and fat and a lower alcohol in the presence of a catalyst. (For example, refer to Patent Document 8). The composite metal oxide having a perovskite structure has strong basicity, and preferably contains a cesium (Cs) compound. As what contains a cesium (Cs) compound, what has Ca, Sr, and Ba is mentioned. However, when using a composite metal oxide having such a perovskite structure, pure perovskite has a low activity and requires a high reaction temperature. When the reaction temperature becomes high, the catalytically active component is eluted. In addition, when calcium oxide or cesium components are present outside the perovskite crystal lattice, the activity becomes high and the reaction can be performed even at normal pressure, but a large amount of active metal components such as Ca and Cs are present in the reaction solution. Elution.
JP 62-218495 A (first page) JP 61-254255 A (first page) JP 2001-271090 A (page 1-2) International Publication No. 98/56747 Pamphlet (Summary) JP 2000-44984 A (page 2) JP-A-6-313188 (page 2-3) JP 2001-17862 A (page 1-3) JP 2002-294277 A (2nd page)

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、油脂類とアルコールとを反応させて脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを製造する際に、活性金属成分の溶出がほとんどなく、油脂中に含まれるグリセリド類のエステル交換と遊離脂肪酸のエステル化の両反応に高活性を発揮できる触媒を用いることにより、触媒の回収工程等の煩雑な工程を簡略化又は不要とすることができるとともに、高効率に食用や燃料等の用途に好適な脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを製造する方法、及び、それに用いる触媒を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above situation, and when producing fatty acid alkyl esters and / or glycerin by reacting fats and alcohols with alcohol, there is almost no elution of active metal components and it is contained in fats and oils. By using a catalyst that can exhibit high activity in both the transesterification of glycerides and the esterification of free fatty acids, it is possible to simplify or eliminate complicated processes such as the catalyst recovery process and to achieve high efficiency. Another object of the present invention is to provide a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin suitable for edible and fuel applications, and a catalyst used therefor.

本発明者らは、脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを製造する方法について種々検討したところ、油脂類とアルコールとを固体触媒の存在下に接触させて脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを製造する方法が工業的に有用であることに着目し、このような工程において、4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする触媒がエステル化とエステル交換とを同時に行うことができる性能を持ち、油脂中に含まれる鉱酸や金属成分の影響を受けず、かつアルコールが分解しない等の作用効果を発揮する触媒であることを見いだした。また、活性金属成分の溶出がほとんどなく触媒寿命が長いことから、従来の方法で使用されている均一系触媒と比較して触媒の回収工程を著しく簡略化または不要とすることができるうえに、反応に繰り返し利用することが可能であることを見い出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到した。そして、このような触媒において、更に、3族、6族、8族、9族、10族、11族、12族、14族、15族、16族及びランタノイドの元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む形態のものを用いると、反応活性及び/又は触媒寿命が更に向上し、また、活性金属成分の溶出が充分に抑制され、本発明の作用効果をより充分に発揮することができることを見いだした。 The present inventors have made various studies on methods for producing fatty acid alkyl esters and / or glycerin. As a result, there is a method for producing fatty acid alkyl esters and / or glycerin by contacting oils and fats with alcohol in the presence of a solid catalyst. Focusing on the fact that it is industrially useful, in such a process, a catalyst having at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 metal elements as an essential component is esterified and transesterified. It has been found that the catalyst has a performance capable of simultaneously carrying out the above, is not affected by mineral acids and metal components contained in fats and oils, and exhibits a working effect such as alcohol does not decompose. In addition, since there is almost no elution of the active metal component and the catalyst life is long, the catalyst recovery process can be remarkably simplified or unnecessary as compared with the homogeneous catalyst used in the conventional method. It was found that it can be used repeatedly for the reaction, and it was conceived that the above problems could be solved brilliantly. And in such a catalyst, it is further selected from the group consisting of the elements of Group 3, Group 6, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12, Group 14, Group 15, Group 16 and Lanthanoid Use of an element containing at least one element further improves the reaction activity and / or catalyst life, sufficiently suppresses the elution of the active metal component, and exhibits the effects of the present invention more fully. I found that I could do it.

すなわち本発明は、油脂類とアルコールとを触媒の存在下に接触させる工程を含んでなる脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法であって、上記触媒は、4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とするものである脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法である。本発明はまた、前記触媒が、更に、3族、6族、8族、9族、10族、11族、12族、14族、15族、16族及びランタノイドの元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むものである脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法でもある。
以下に本発明を詳述する。
That is, the present invention is a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin comprising a step of bringing an oil and fat into contact with an alcohol in the presence of a catalyst, wherein the catalyst is composed of a Group 4 and Group 5 metal element. This is a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin which contains at least one metal element selected from the group consisting of essential components. In the present invention, the catalyst is further selected from the group consisting of elements of Group 3, Group 6, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12, Group 14, Group 15, Group 16 and Lanthanoid It is also a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin containing at least one element.
The present invention is described in detail below.

本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法においては、油脂類とアルコールとを、4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする触媒の存在下に接触させることとなる。
本発明における触媒としては、上記金属元素を必須成分とすることにより、活性金属成分の溶出が充分に抑制され、また、高い触媒活性を有することから、より効率的に反応を実施することが可能となる。
In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, a catalyst comprising oils and fats and alcohol as essential components at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 metal elements. Will be contacted in the presence of.
As a catalyst in the present invention, by using the above metal element as an essential component, elution of the active metal component is sufficiently suppressed, and since it has a high catalytic activity, it is possible to carry out the reaction more efficiently. It becomes.

上記4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする触媒としては、上記必須成分を有する限り特に限定されないが、例えば、単一又は複合酸化物、硫酸塩、リン酸塩、錯体等の形態であることが好適であり、中でも、単一又は複合酸化物であることが好ましい。より好ましくは、Ti、Zr、V、Nb及びTaからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とすることが好ましく、特に好ましくは、Ti、V、Nb及びTaからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とすることが好ましい。例えば、チタン酸化物、酸化ジルコニウム、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、チタンバナジウム複合酸化物、チタンニオブ複合酸化物、チタンバナジウムジルコニウム三元系複合酸化物、他の族の金属との複合酸化物等が挙げられる。なお、これらの形態のものを担体上に坦持又は固定化した形態であってもよく、担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ・アルミナ、各種ゼオライト、活性炭、珪藻土、酸化ジルコニウム、ルチル型酸化チタン、酸化すず、酸化鉛等が挙げられる。 The catalyst having at least one metal element selected from the group consisting of the group 4 and group 5 metal elements as an essential component is not particularly limited as long as it has the above essential component. For example, a single or composite oxide , Sulfates, phosphates, complexes and the like are preferable, and among these, single or composite oxides are preferable. More preferably, at least one metal element selected from the group consisting of Ti, Zr, V, Nb and Ta is preferably an essential component, and particularly preferably from the group consisting of Ti, V, Nb and Ta. It is preferable that at least one selected metal element is an essential component. For example, titanium oxide, zirconium oxide, vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, titanium vanadium composite oxide, titanium niobium composite oxide, titanium vanadium zirconium ternary composite oxide, composite with other group metals An oxide etc. are mentioned. In addition, these forms may be supported or fixed on a support, and examples of the support include silica, alumina, silica / alumina, various zeolites, activated carbon, diatomaceous earth, zirconium oxide, and rutile type. Examples include titanium oxide, tin oxide, lead oxide and the like.

上記触媒としては、更に、3族、6族、8族、9族、10族、11族、12族、14族、15族、16族及びランタノイドの元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むものであることが好ましく、具体的には、Si、Fe、Co、Ce、Zn、Mo、W、Ni、Cu、Sc、Y、La、Sn、Pb、Sb、Bi、Se及びTeからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むものであり、中でも、8族、9族、14族及びランタノイドの元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むものであることがより好ましい。具体的には、Si、Fe、Co、Ceが触媒性能が向上される点で特に好ましい。このような元素は、必須成分を有する触媒の第2成分として用いることが好適である。この場合の「第2成分」とは、上記必須成分に対する付加成分という意味であり、必須成分、第2成分は、それぞれ複数の場合も含むものである。なお、4族及び5族の金属元素からなる群より選択される金属元素を「必須成分原子」ともいい、3族、6族、8族、9族、10族、11族、12族、14族、15族、16族及びランタノイドの元素からなる群より選択される元素を「第2成分原子」ともいう。
上記第2成分の含有量は、特に限定されるものではないが、通常、必須成分原子に対する第2成分原子の存在比は、0.05以上であり、10以下である。0.05以下であると、触媒活性の向上効果が充分には発現されないおそれがあり、10以上であると、触媒の活性金属成分(必須成分及び/又は第2成分)の反応液への溶出を充分には抑制できないおそれがある。下限値として、より好ましくは、0.1であり、さらに好ましくは、0.2である。また上限値としては、より好ましくは、5であり、さらに好ましくは3である。好ましい範囲としては、0.1〜5であり、より好ましくは、0.2〜3である。
The catalyst is further at least one selected from the group consisting of elements of Group 3, Group 6, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12, Group 14, Group 15, Group 16 and Lanthanoid It is preferable that the element contains, specifically, Si, Fe, Co, Ce, Zn, Mo, W, Ni, Cu, Sc, Y, La, Sn, Pb, Sb, Bi, Se, and Te. It is preferable that it contains at least one element selected from the group consisting of elements of Group 8, 9, 14, and lanthanoids. . Specifically, Si, Fe, Co, and Ce are particularly preferable because the catalyst performance is improved. Such an element is preferably used as the second component of the catalyst having essential components. The “second component” in this case means an additional component for the essential component, and the essential component and the second component include a plurality of cases. Note that a metal element selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 metal elements is also referred to as “essential component atom”, which is Group 3, Group 6, Group 8, Group 9, Group 11, Group 12, Group 14, An element selected from the group consisting of elements of group 15, group 15, group 16 and lanthanoid is also referred to as “second component atom”.
Although content of the said 2nd component is not specifically limited, Usually, the abundance ratio of the 2nd component atom with respect to an essential component atom is 0.05 or more, and is 10 or less. If it is 0.05 or less, the effect of improving the catalyst activity may not be sufficiently exhibited. If it is 10 or more, the active metal component (essential component and / or second component) of the catalyst is eluted into the reaction solution. May not be sufficiently suppressed. As a lower limit, More preferably, it is 0.1, More preferably, it is 0.2. Moreover, as an upper limit, More preferably, it is 5, More preferably, it is 3. As a preferable range, it is 0.1-5, More preferably, it is 0.2-3.

上記4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする触媒において、上記必須成分原子と上記第2成分原子とを有する形態としては、例えば、複合酸化物、単一の酸化物の混合体等が好適であり、中でも、上記必須成分原子と上記第2成分原子とを含む複合酸化物であることが好ましい。このような複合酸化物としては、結晶化されたものであっても、非晶質のものであってもよいが、結晶化された形態のものを用いることが好ましく、結晶格子内に必須成分原子と第2成分原子とを有する構造のものが好適である。結晶化されていることにより、触媒活性が更に向上し、また、活性金属成分である必須成分元素及び第2成分元素の溶出を充分に抑制することができることになる。
上記複合酸化物を形成する形態としては特に限定されないが、例えば、酸素原子を介して必須成分原子と第2成分原子とが共有結合した形態;必須成分原子と第2成分原子とが結合したものと、酸素原子とが共有結合した形態;必須成分原子の酸化物と第2成分原子の酸化物との複合物及びそれらの固溶体等が挙げられる。また、複合酸化物や錯体等を担体上に坦持又は固定化した形態であってもよい。
In the catalyst having at least one metal element selected from the group consisting of the group 4 and group 5 metal elements as the essential component, the form having the essential component atom and the second component atom may be, for example, a composite An oxide, a mixture of single oxides, and the like are preferable, and among them, a composite oxide including the essential component atom and the second component atom is preferable. Such a complex oxide may be crystallized or amorphous, but it is preferable to use a crystallized form, which is an essential component in the crystal lattice. A structure having an atom and a second component atom is preferred. By being crystallized, the catalytic activity is further improved, and the elution of the essential component element and the second component element which are active metal components can be sufficiently suppressed.
The form for forming the composite oxide is not particularly limited. For example, the form in which the essential component atom and the second component atom are covalently bonded through an oxygen atom; the form in which the essential component atom and the second component atom are bonded. And a form in which an oxygen atom is covalently bonded; a composite of an oxide of an essential component atom and an oxide of a second component atom, a solid solution thereof, and the like. Moreover, the form which carry | supported or fix | immobilized complex oxide, the complex, etc. on the support | carrier may be sufficient.

上記複合酸化物としては、例えば、チタンケイ素複合酸化物、チタンバナジウム複合酸化物、チタンニオブ複合酸化物、チタンタンタル複合酸化物、鉄バナジウム複合酸化物、コバルトバナジウム複合酸化物、セリウムバナジウム複合酸化物、モリブデンニオブ複合酸化物、モリブデンタンタル複合酸化物、タングステンニオブ複合酸化物、タングステンタンタル複合酸化物、亜鉛バナジウム複合酸化物、ニッケルバナジウム複合酸化物、銅バナジウム複合酸化物、スカンジウムバナジウム複合酸化物、イットリウムバナジウム複合酸化物、ランタンバナジウム複合酸化物、スズバナジウム複合酸化物、鉛バナジウム複合酸化物、アンチモンバナジウム複合酸化物、ビスマスバナジウム複合酸化物、セレンバナジウム複合酸化物、テルルバナジウム複合酸化物;ケイ素ニオブ複合酸化物、鉄ニオブ複合酸化物、コバルトニオブ複合酸化物、セリウムニオブ複合酸化物、亜鉛ニオブ複合酸化物、ニッケルニオブ複合酸化物、銅ニオブ複合酸化物、スカンジウムニオブ複合酸化物、イットリウムニオブ複合酸化物、ランタンニオブ複合酸化物、スズニオブ複合酸化物、鉛ニオブ複合酸化物、アンチモンニオブ複合酸化物、ビスマスニオブ複合酸化物、セレンニオブ複合酸化物、テルルニオブ複合酸化物;ケイ素タンタル複合酸化物、鉄タンタル複合酸化物、コバルトタンタル複合酸化物、セリウムタンタル複合酸化物、亜鉛タンタル複合酸化物、ニッケルタンタル複合酸化物、銅タンタル複合酸化物、スカンジウムタンタル複合酸化物、イットリウムタンタル複合酸化物、ランタンタンタル複合酸化物、スズタンタル複合酸化物、鉛タンタル複合酸化物、アンチモンタンタル複合酸化物、ビスマスタンタル複合酸化物、セレンタンタル複合酸化物、テルルタンタル複合酸化物等を含む形態の他、これらの化合物を上述した担体に坦持又は固定化させた形態のものを含むことが好適である。
中でも、チタンケイ素複合酸化物、TiVO等のチタンバナジウム複合酸化物、FeVO等の鉄バナジウム複合酸化物、Co等のコバルトバナジウム複合酸化物、CeVO等のセリウムバナジウム複合酸化物、モリブデンニオブ複合酸化物、モリブデンタンタル複合酸化物、タングステンニオブ複合酸化物、タングステンタンタル複合酸化物を含むことが好ましい。なお、これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Examples of the composite oxide include titanium silicon composite oxide, titanium vanadium composite oxide, titanium niobium composite oxide, titanium tantalum composite oxide, iron vanadium composite oxide, cobalt vanadium composite oxide, cerium vanadium composite oxide, Molybdenum niobium composite oxide, molybdenum tantalum composite oxide, tungsten niobium composite oxide, tungsten tantalum composite oxide, zinc vanadium composite oxide, nickel vanadium composite oxide, copper vanadium composite oxide, scandium vanadium composite oxide, yttrium vanadium Composite oxide, lanthanum vanadium composite oxide, tin vanadium composite oxide, lead vanadium composite oxide, antimony vanadium composite oxide, bismuth vanadium composite oxide, selenium vanadium composite oxide, tellurbana Complex oxide: silicon niobium complex oxide, iron niobium complex oxide, cobalt niobium complex oxide, cerium niobium complex oxide, zinc niobium complex oxide, nickel niobium complex oxide, copper niobium complex oxide, scandium niobium complex oxide Oxide, yttrium niobium composite oxide, lanthanum niobium composite oxide, tin niobium composite oxide, lead niobium composite oxide, antimony niobium composite oxide, bismuth niobium composite oxide, selenium niobium composite oxide, tellurium niobium composite oxide; silicon tantalum Composite oxide, Iron tantalum composite oxide, Cobalt tantalum composite oxide, Cerium tantalum composite oxide, Zinc tantalum composite oxide, Nickel tantalum composite oxide, Copper tantalum composite oxide, Scandium tantalum composite oxide, Yttrium tantalum composite oxide Lantern In addition to the forms including tin complex oxide, tin tantalum complex oxide, lead tantalum complex oxide, antimony tantalum complex oxide, bismuth tantalum complex oxide, selenium tantalum complex oxide, tellurium tantalum complex oxide, etc. It is preferable to include a form supported or immobilized on the carrier described above.
Among them, titanium silicon composite oxide, titanium vanadium composite oxide such as TiVO 4, iron vanadium composite oxide such FeVO 4, cobalt vanadium composite oxide such as Co 2 V 2 O 7, cerium vanadium composite oxide such as CEVO 4 It is preferable that the material contains molybdenum niobium composite oxide, molybdenum tantalum composite oxide, tungsten niobium composite oxide, and tungsten tantalum composite oxide. In addition, these may be used independently and may use 2 or more types together.

上記触媒としては、(1)ハメットの酸度関数が−3.0≦H≦+12.2のチタン含有酸化物触媒である形態、(2)結晶性チタン複合酸化物触媒であって、結晶格子内にチタンを含有する結晶性マイクロポーラスマテリアル触媒、及び/又は、結晶格子内にチタンを含有する結晶性メソポーラスマテリアル触媒である形態、(3)結晶構造が三斜晶系である酸化物である形態の1つ又は2つ以上を組み合わせた形態であることがより好ましい。 Examples of the catalyst include (1) a form of a titanium-containing oxide catalyst having a Hammett acidity function of −3.0 ≦ H 0 ≦ + 12.2, and (2) a crystalline titanium composite oxide catalyst having a crystal lattice A crystalline microporous material catalyst containing titanium in the interior and / or a crystalline mesoporous material catalyst containing titanium in the crystal lattice, (3) an oxide having a triclinic crystal structure More preferably, it is a form in which one or more of the forms are combined.

上記(1)の形態においては、ハメットの酸度関数が−3.0≦H≦+12.2であるチタン含有酸化物触媒を用いることになる。−3.0未満では、反応温度が高温になるとグリセリンの縮合やアルコールの分解が進行したり、更にはコーキングによって触媒寿命が短くなるおそれがある。+12.2を超えると、反応温度が高温になると触媒活性成分が溶出するおそれがあり、触媒の分離や除去工程が必要となったり、また、触媒としての活性を充分に維持することができなくなったりするおそれがある。下限値として、好ましくは、−1であり、より好ましくは、+1.5であり、更に好ましくは、+3.3である。また上限値として、好ましくは、+10であり、より好ましくは、+9であり、更に好ましくは、+7である。このようなチタン含有酸化物触媒は、チタン含有複合酸化物触媒、及び、上記結晶性チタン複合酸化物触媒であってもよく、結晶性チタン複合酸化物触媒である場合は、ハメットの酸性度関数が−3.0以上、+12.2以下が好ましい。より好ましくは、+1.5以上、+10以下であり、更に好ましくは、+3.3以上、+7以下である。
上記チタン含有酸化物触媒としては、例えば、アナターゼ型TiO、ルチル型TiO、チタニアシリカ、チタニアジルコニア、チタニアマグネシア、チタニアカルシア、チタニアイットリア、チタニアボリア、チタニア−酸化スズ等の複合金属酸化物等が挙げられ、中でも、アナターゼ型TiO、ルチル型TiO、チタニアシリカが好ましい。
In the form (1), a titanium-containing oxide catalyst having a Hammett acidity function of −3.0 ≦ H 0 ≦ + 12.2 is used. If the reaction temperature is less than −3.0, condensation of glycerin or decomposition of alcohol may proceed when the reaction temperature becomes high, or the catalyst life may be shortened by coking. If it exceeds +12.2, the active component of the catalyst may be eluted when the reaction temperature becomes high, and a separation or removal step of the catalyst becomes necessary, and the activity as a catalyst cannot be sufficiently maintained. There is a risk of As a lower limit, Preferably, it is -1, More preferably, it is +1.5, More preferably, it is +3.3. Moreover, as an upper limit, Preferably, it is +10, More preferably, it is +9, More preferably, it is +7. Such a titanium-containing oxide catalyst may be a titanium-containing composite oxide catalyst and the above-described crystalline titanium composite oxide catalyst, and if it is a crystalline titanium composite oxide catalyst, Hammett's acidity function Is preferably -3.0 or more and +12.2 or less. More preferably, they are +1.5 or more and +10 or less, More preferably, they are +3.3 or more and +7 or less.
Examples of the titanium-containing oxide catalyst include anatase TiO 2 , rutile TiO 2 , titania silica, titania zirconia, titania magnesia, titania calcia, titania yttria, titania boria, titania-tin oxide, and the like. Among them, anatase type TiO 2 , rutile type TiO 2 , and titania silica are preferable.

上記(2)の形態においては、結晶格子内にチタンを含有する結晶性マイクロポーラスマテリアル、及び/又は、結晶格子内にチタンを含有する結晶性メソポーラスマテリアルである結晶性チタン複合酸化物触媒を用いることになる。
上記結晶性チタン複合酸化物とは、結晶化された複合酸化物であり、チタン原子を必須とする触媒活性を発現するものであることを意味する。このように結晶化され、表面積が大きいことから、触媒としての活性が向上することになる。このような結晶性チタン複合酸化物としては、酸素原子を介してチタン原子とその他の金属原子とが共有結合したものを含むものであることが好ましい。また、結晶格子内にチタン原子を有する構造であるものが好適である。これにより活性金属成分の溶出を充分に抑制することができることから、活性金属成分を分離する工程を省略して製造工程を簡略化することができるうえに、触媒を長期にわたって使用することが可能となる。
また、結晶性チタン複合酸化物としては、結晶性チタノシリケートであることが特に好ましい。結晶性チタノシリケートとは、ケイ素骨格の中に酸素原子を介してチタン原子を取り込んだ構造を有するものであり、チタン原子が溶出しにくく、リーチングが少ないので、触媒の分離や除去工程を簡略化又は不要とすることができ、また、触媒として長期にわたって活性を維持することができる。
In the form of (2), a crystalline microporous material containing titanium in the crystal lattice and / or a crystalline titanium composite oxide catalyst which is a crystalline mesoporous material containing titanium in the crystal lattice is used. It will be.
The crystalline titanium composite oxide is a crystallized composite oxide and means that it exhibits catalytic activity that requires titanium atoms. Since it is crystallized in this way and has a large surface area, the activity as a catalyst is improved. Such crystalline titanium composite oxides preferably include those in which titanium atoms and other metal atoms are covalently bonded via oxygen atoms. Further, a structure having a titanium atom in the crystal lattice is preferable. As a result, the elution of the active metal component can be sufficiently suppressed, so that the process of separating the active metal component can be omitted and the manufacturing process can be simplified, and the catalyst can be used for a long time. Become.
The crystalline titanium composite oxide is particularly preferably crystalline titanosilicate. Crystalline titanosilicate has a structure in which a titanium atom is incorporated into a silicon skeleton through an oxygen atom. Titanium atoms are difficult to elute and less leaching, thus simplifying the separation and removal process of the catalyst. Or can be kept active as a catalyst over a long period of time.

上記結晶格子内チタン含有結晶性マイクロポーラスマテリアルとは、結晶化している触媒を構成する結晶格子内にチタン原子を必須として有するものであり、結晶の細孔の大きさで分類された結晶性複合酸化物の中で最も小さい分類に属するものである。好ましい形態としては、直径が2nm未満の細孔を有するものである。
上記結晶格子内チタン含有結晶性マイクロポーラスマテリアルとしては、例えば、MFI型ゼオライト構造を有するチタノシリケート(TS−1)、MFI型チタノアルミノシリケート、MEL型チタノシリケート(TS−2)、MEL型チタノアルミノシリケート、BEA型チタノシリケート、BEA型チタノアルミノシリケート、RUT型チタノシリケート、RUT型チタノアルミノシリケート、MWW型チタノシリケート、MWW型チタノアルミノシリケート、ETS−4型チタノシリケート、ETS−10型チタノシリケート等のゼオライト構造の結晶性マイクロポーラスマテリアル;TAPO−5、TAPO−11、TAPO−34等のチタノアルミノホスフェート類の結晶性マイクロポーラスマテリアル等が挙げられ、中でもTS−1型チタノシリケートが好ましい。
The above-mentioned crystalline microporous material containing titanium in the crystal lattice has a titanium atom as an essential component in the crystal lattice constituting the crystallizing catalyst, and is a crystalline composite classified by the size of the crystal pores. It belongs to the smallest classification among oxides. A preferred form is one having pores with a diameter of less than 2 nm.
Examples of the titanium-containing crystalline microporous material in the crystal lattice include titanosilicate (TS-1), MFI type titanoaluminosilicate having an MFI type zeolite structure, MEL type titanosilicate (TS-2), and MEL. Type titanoaluminosilicate, BEA type titanosilicate, BEA type titanoaluminosilicate, RUT type titanosilicate, RUT type titanoaluminosilicate, MWW type titanosilicate, MWW type titanoaluminosilicate, ETS-4 type tita Crystalline microporous materials with zeolite structure such as nosilicate, ETS-10 type titanosilicate; crystalline microporous materials with titanoaluminophosphates such as TAPO-5, TAPO-11, TAPO-34, etc. T -1 type titanosilicate is preferred.

上記結晶格子内チタン含有結晶性メソポーラスマテリアルとは、結晶化している触媒を構成する結晶格子内にチタン原子を必須として有するものであり、結晶の細孔の大きさで分類された結晶性複合酸化物の中で上記結晶格子内チタン含有結晶性マイクロポーラスマテリアルの次に大きい分類に属するものである。好ましい形態としては、直径が2nm以上、20nm以下の細孔を規則的に有するものである。このような結晶格子内チタン含有結晶性メソポーラスマテリアルとしては、例えば、Ti含有MCM−41、Ti含有SBA−1、Ti含有SBA−15等が挙げられる。 The titanium-containing crystalline mesoporous material in the crystal lattice has a titanium atom as an essential component in the crystal lattice constituting the crystallizing catalyst, and is a crystalline composite oxidation classified by the size of the crystal pores. Among the materials, it belongs to the next largest category after the above-mentioned titanium-containing crystalline microporous material in the crystal lattice. A preferred form is one having regular pores having a diameter of 2 nm or more and 20 nm or less. Examples of such a titanium-containing crystalline mesoporous material in the crystal lattice include Ti-containing MCM-41, Ti-containing SBA-1, Ti-containing SBA-15, and the like.

上記(3)の形態において、三斜晶系とは、3つの結晶軸がすべて斜交し、各結晶軸の長さが互いに異なる結晶系であり、三斜格子を有するものである。中でも三斜晶系のFeVOを含むものが好ましい。 In the form of (3), the triclinic system is a crystal system in which all three crystal axes are obliquely crossed and the lengths of the crystal axes are different from each other, and have a triclinic lattice. Among them, those containing triclinic FeVO 4 are preferable.

上記触媒においてはまた、(4)必須金属成分が6配位で酸素原子と結合して形成される八面体骨格により結晶が構成される酸化物である形態が好ましい。中でも、(5)結晶構造がルチル構造である形態、(6)八面体骨格により結晶が構成されるものであり、該八面体の少なくとも1組が辺共有で結合している層状酸化物である形態がより好ましく、これらの1つ又は2つ以上を組み合わせた形態であることも好ましい。 In the above catalyst, it is also preferable that (4) an oxide in which crystals are constituted by an octahedral skeleton formed by binding an essential metal component to an oxygen atom in a hexacoordinate configuration. Among them, (5) a form in which the crystal structure is a rutile structure, (6) a layered oxide in which a crystal is constituted by an octahedral skeleton, and at least one pair of the octahedrons is bonded side by side. A form is more preferable and it is also preferable that it is a form which combined these 1 or 2 or more.

上記(4)の形態では、必須金属成分において、配位子として酸素原子が6つ配位し、該酸素原子を頂点とする八面体骨格を形成しているものである。好ましくは、必須金属成分が八面体骨格中に位置する形態である。金属成分が6配位されていることから、該金属成分が溶出しにくいこととなる。このような触媒の結晶構造としては、ルチル構造やコランダム構造、イルメナイト構造等を挙げることができ、ルチル構造であることが好ましい。このような触媒としては、例えば、ルチル型のTiVO複合酸化物(又は固溶体)等が挙げられる。
上記(5)の形態においては、ルチル構造とは、正方晶系に属し、ABで表される化合物(A:陽性原子、B:陰性原子)により形成される結晶構造である。このような結晶構造においては、A原子がB原子によって八面体的に配位され、各八面体は隣接八面体と頂点又は稜を共有して骨格構造を形成することになる。なお、ルチル構造の化合物は、アナターゼ構造の化合物を焼成することにより得ることが可能である。
In the form (4), in the essential metal component, six oxygen atoms are coordinated as a ligand, and an octahedral skeleton having the oxygen atom as a vertex is formed. Preferably, it is a form in which the essential metal component is located in the octahedral skeleton. Since the metal component is six-coordinated, it is difficult for the metal component to elute. Examples of the crystal structure of such a catalyst include a rutile structure, a corundum structure, and an ilmenite structure, and a rutile structure is preferable. Examples of such a catalyst include a rutile type TiVO 4 composite oxide (or solid solution).
In the form of (5) above, the rutile structure is a crystal structure that belongs to a tetragonal system and is formed by a compound represented by AB 2 (A: positive atom, B: negative atom). In such a crystal structure, A atoms are octahedrally coordinated by B atoms, and each octahedron shares a vertex or a ridge with an adjacent octahedron to form a skeleton structure. Note that a compound having a rutile structure can be obtained by baking a compound having an anatase structure.

上記(6)の形態における辺共有八面体層状酸化物は、八面体中に必須金属成分が閉じ込められている状態であることから、金属の溶出が起こりにくく、辺共有していることにより、安定な酸化物とすることができることとなる。
上記層状酸化物とは、シート状の酸化物が複数積層されて層状構造を形成したものである。好ましくは、4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含有する複合酸化物が複数積層されて層状構造を形成したものである。
また例えば、シート状のチタン含有層状複合酸化物を4級アンモニウム塩を用いて剥離させることによって得られる、いわゆるナノシート構造を有する複合酸化物も好適に使用することができる。
The side-shared octahedral layered oxide in the form (6) is in a state where essential metal components are confined in the octahedron. Therefore, it is possible to obtain an oxide.
The layered oxide is a layered structure formed by laminating a plurality of sheet-like oxides. Preferably, a plurality of complex oxides containing at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 metal elements are stacked to form a layered structure.
Moreover, for example, a composite oxide having a so-called nanosheet structure obtained by peeling off a sheet-like titanium-containing layered composite oxide using a quaternary ammonium salt can also be suitably used.

上記触媒としてはまた、下記一般式(1);
ATiMO(2X+3) (1)
(Aは、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。Mは、ニオブ原子又はタンタル原子を表す。Xは、7以下の自然数である。)で表される層状化合物であることも好ましい。
上記Aは、水素原子又はアルカリ金属原子であり、中でも、水素原子、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、セシウム原子が好ましく、より好ましくは、水素原子である。このような層状酸化物としては、チタン含有層状複合酸化物であることが好ましく、中でも、チタン含有層状複合酸化物触媒を好適に用いることができる。
上記層状酸化物としては、例えば、HTiNbO、KTiNbO、CsTiNbO、HTiNbO、CsTiNbO、HTiNbO、KTiNbO、CsTiNbO、HNb、KNb、CsNb、HTiTaO、KTiTaO、CsTiTaO、HNbMoO、KNbMoO、CsNbMoO、HNbWO、KNbWO、CsNbWO、HTaMoO、KTaMoO、CsTaMoO、HTaWO、KTaWO、CsTaWO、リン酸チタン等が好適である。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。中でも、HTiNbO、HTiNbO、HNb、HNbMoO、HNbWOが好ましい。
The catalyst also includes the following general formula (1);
ATi X MO (2X + 3) (1)
(A represents a hydrogen atom or an alkali metal atom. M represents a niobium atom or a tantalum atom. X is a natural number of 7 or less.)
A is a hydrogen atom or an alkali metal atom, and among them, a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, and a cesium atom are preferable, and a hydrogen atom is more preferable. Such a layered oxide is preferably a titanium-containing layered complex oxide, and among them, a titanium-containing layered complex oxide catalyst can be suitably used.
As the layered oxide, for example, HTiNbO 5, KTiNbO 5, CsTiNbO 5, HTi 2 NbO 7, CsTi 2 NbO 7, HTi 3 NbO 9, KTi 3 NbO 9, CsTi 3 NbO 9, HNb 3 O 8, KNb 3 O 8, CsNb 3 O 8, HTiTaO 5, KTiTaO 5, CsTiTaO 5, HNbMoO 6, KNbMoO 6, CsNbMoO 6, HNbWO 6, KNbWO 6, CsNbWO 6, HTaMoO 6, KTaMoO 6, CsTaMoO 6, HTaWO 6, KTaWO 6, CsTaWO 6 , titanium phosphate and the like are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, HTiNbO 5 , HTi 2 NbO 7 , HNb 3 O 8 , HNbMoO 6 , and HNbWO 6 are preferable.

本発明における触媒としてはまた、焼成したものを用いてもよく、これにより、活性金属成分の溶出を更に抑制することができる。焼成の温度としては、触媒表面積を考慮して設定することが好適であり、例えば、280℃以上、1300℃以下とすることが好ましい。280℃未満であると、溶出を充分に抑制することができないおそれがあり、1300℃を超えると、充分な触媒表面積を得られず脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを高効率で製造できないおそれがある。より好ましくは、400℃以上、1200℃以下である。また、焼成の時間は、30分以上、24時間以内が好適である。より好ましくは、1時間以上、12時間以内である。焼成中の気相雰囲気は、空気、窒素、アルゴン、酸素等が好ましい。より好ましくは、空気中で焼成することである。 As the catalyst in the present invention, a baked product may be used, whereby the elution of the active metal component can be further suppressed. The firing temperature is preferably set in consideration of the surface area of the catalyst. For example, the firing temperature is preferably 280 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. If it is lower than 280 ° C., elution may not be sufficiently suppressed, and if it exceeds 1300 ° C., a sufficient catalyst surface area cannot be obtained and fatty acid alkyl ester and / or glycerin may not be produced with high efficiency. . More preferably, it is 400 degreeC or more and 1200 degrees C or less. The firing time is preferably 30 minutes or longer and within 24 hours. More preferably, it is 1 hour or more and 12 hours or less. The gas phase atmosphere during firing is preferably air, nitrogen, argon, oxygen or the like. More preferably, the firing is performed in air.

本発明はまた、触媒を用いて油脂類とアルコールとを反応させることにより得られる組成物であって、上記組成物は、脂肪酸アルキルエステルを98.00質量%以上、99.92質量%以下含有し、遊離脂肪酸を800ppm以上、4500ppm以下含有する組成物でもある。上記の組成を有することにより、バイオディーゼル燃料用途や、界面活性剤中間原料用途に使用するのに好適なものとなり、中でも、バイオディーゼル燃料に用いることが好ましい。
上記遊離脂肪酸の含有量が800ppm未満であると、精製や洗浄等の工程を簡略化できないことから、エネルギー的に充分に有利になものとできないこととなり、4500ppmを超えると、ディーゼルエンジンの腐食を充分には抑制できなかったり、セタン価が低下するため好ましくない。下限値として、好ましくは、900ppmであり、より好ましくは、1000ppmである。また上限値として、好ましくは、3000ppmであり、より好ましくは、2500ppmである。
上記脂肪酸アルキルエステルの含有量が98.00質量%未満であると、各種用途に充分に好適に用いることができなくなり、99.92質量%を越えると、エネルギー的に充分に有利になものとできないこととなる。下限値として、好ましくは、98.50質量%であり、上限値として、好ましくは、99.90質量%である。
The present invention is also a composition obtained by reacting fats and oils with alcohol using a catalyst, and the composition contains 98.00% by mass or more and 99.92% by mass or less of a fatty acid alkyl ester. In addition, it is a composition containing 800 ppm or more and 4500 ppm or less of free fatty acid. By having said composition, it becomes a thing suitable for using for a biodiesel fuel use or surfactant intermediate raw material use, and using for a biodiesel fuel among these is preferable.
If the content of the free fatty acid is less than 800 ppm, the steps such as purification and washing cannot be simplified, so that it cannot be sufficiently advantageous in terms of energy, and if it exceeds 4500 ppm, corrosion of the diesel engine is prevented. This is not preferable because it cannot be sufficiently suppressed or the cetane number decreases. The lower limit is preferably 900 ppm, and more preferably 1000 ppm. Moreover, as an upper limit, Preferably it is 3000 ppm, More preferably, it is 2500 ppm.
When the content of the fatty acid alkyl ester is less than 98.00% by mass, the fatty acid alkyl ester cannot be sufficiently suitably used for various applications, and when it exceeds 99.92% by mass, the energy is sufficiently advantageous. It will not be possible. The lower limit is preferably 98.50% by mass, and the upper limit is preferably 99.90% by mass.

本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法においては、油脂類とアルコールとを触媒の存在下に接触させる工程を含んでなり、上記触媒は、反応条件下において、油脂類及びアルコールと、生成物(脂肪酸アルキルエステルやグリセリン等)のいずれにも不溶性のものであり、反応生成液であるエステル相とグリセリン相を相分離するより先に、触媒の非存在下にアルコールを留去する形態もまた、好ましい形態の一つである。 In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin of the present invention, the method comprises a step of bringing oils and alcohols into contact with each other in the presence of a catalyst. The product is insoluble in any of the products (fatty acid alkyl ester, glycerin, etc.), and the alcohol is distilled off in the absence of a catalyst prior to phase separation of the ester phase and the glycerin phase, which are reaction products. Is also one of the preferred forms.

上記脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法においては、触媒としては、油脂類及びアルコールと脂肪酸アルキルエステルやグリセリン等の生成物に不溶性のもの(以下、不溶性触媒ともいう)であることが好ましい。油脂類とアルコールとを接触させる反応において、反応が進行すると、脂肪酸アルキルエステルを主に含む相(エステル相)と、副産物であるグリセリンを主に含む相(グリセリン相)とに相分離することになる。この場合、両方の相にアルコールが含まれることになり、その結果、脂肪酸アルキルエステルとグリセリンが相互に分配する。このとき、触媒の非存在下にアルコールを留去すると、脂肪酸アルキルエステルを主に含む上層とグリセリンを主に含む下層との相互溶解度が低下して、脂肪酸アルキルエステルとグリセリンの分離を向上できることになり、回収率が向上できる。触媒の活性金属成分が溶出していると、エステル交換反応が可逆反応であることに起因して、上記の工程において逆反応が進行して脂肪酸アルキルエステルの収率が低下することになる。このように、触媒の非存在下に反応液からアルコールを留去した後に相分離を行うことにより、脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法において精製が容易になり、収率を向上することができる。なお、微量の水を添加することにより、脂肪酸アルキルエステルとグリセリンとの分離や精製を更に向上することが可能となる。 In the method for producing the fatty acid alkyl ester and / or glycerin, the catalyst is preferably insoluble in oils and fats and alcohol and products such as the fatty acid alkyl ester and glycerin (hereinafter also referred to as insoluble catalyst). In the reaction in which fats and oils are brought into contact with each other, when the reaction proceeds, the phase is mainly separated into a phase mainly containing a fatty acid alkyl ester (ester phase) and a phase mainly containing glycerin as a byproduct (glycerin phase). Become. In this case, alcohol will be contained in both phases, and as a result, fatty acid alkyl ester and glycerol will mutually partition. At this time, when the alcohol is distilled off in the absence of a catalyst, the mutual solubility between the upper layer mainly containing the fatty acid alkyl ester and the lower layer mainly containing glycerin is reduced, and separation of the fatty acid alkyl ester and glycerin can be improved. Thus, the recovery rate can be improved. If the active metal component of the catalyst is eluted, the reverse reaction proceeds in the above steps due to the fact that the transesterification reaction is a reversible reaction, and the yield of the fatty acid alkyl ester decreases. Thus, by performing phase separation after distilling off alcohol from the reaction solution in the absence of a catalyst, purification in the method for producing fatty acid alkyl ester and / or glycerin is facilitated, and the yield can be improved. it can. In addition, it becomes possible to further improve the separation and purification of fatty acid alkyl ester and glycerin by adding a small amount of water.

上記触媒の非存在下とは、不溶性固体触媒をほとんど含まず、かつ、反応後液中に該触媒から溶出した活性金属成分の合計の濃度が、1000ppm以下であることである。また、溶出した活性金属成分とは、操作条件下において、エステル交換反応及び/又はエステル化反応に活性を有する均一系触媒として作用し得る、反応液中に溶解した不溶性固体触媒由来の金属成分を意味する。溶出した活性金属成分の濃度が1000ppmを超えると、前記アルコールの留去工程において逆反応を充分には抑制できないことになり、製造におけるユーティリティの負荷を充分には低減できないことになる。好ましくは、800ppm以下であり、より好ましくは、600ppm以下であり、さらに好ましくは、300ppm以下である。特に好ましくは、実質的に活性金属成分が含有されないことである。
上記反応液中の触媒の活性金属成分の溶出量は、反応後の反応液を、溶液状態のまま蛍光X線分析法(XRF)により測定する。また、より微小量の溶出量を測定する場合には、高周波誘導プラズマ(ICP)発光分析法により測定する。
The absence of the catalyst means that it contains almost no insoluble solid catalyst, and the total concentration of active metal components eluted from the catalyst in the solution after the reaction is 1000 ppm or less. The eluted active metal component refers to a metal component derived from an insoluble solid catalyst dissolved in a reaction solution that can act as a homogeneous catalyst having activity in the transesterification reaction and / or esterification reaction under operating conditions. means. If the concentration of the eluted active metal component exceeds 1000 ppm, the reverse reaction cannot be sufficiently suppressed in the alcohol distillation step, and the utility load in the production cannot be reduced sufficiently. Preferably, it is 800 ppm or less, More preferably, it is 600 ppm or less, More preferably, it is 300 ppm or less. Particularly preferably, the active metal component is not substantially contained.
The elution amount of the active metal component of the catalyst in the reaction solution is measured by fluorescent X-ray analysis (XRF) while the reaction solution after the reaction is in a solution state. Moreover, when measuring a more minute elution amount, it measures by a high frequency induction plasma (ICP) emission analysis method.

本発明はまた、上述するような本発明の製造方法に用いる触媒でもある。本発明の触媒は、エステル化とエステル交換とを同時に行うことができる性能を持ち、油脂中に含まれる鉱酸や金属成分の影響を受けず、かつアルコールが分解しない等の作用効果を発揮するものであり、本発明の製造方法において脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを高効率に製造することを可能とするものである。 The present invention is also a catalyst used in the production method of the present invention as described above. The catalyst of the present invention has a performance capable of simultaneously performing esterification and transesterification, and exhibits effects such as that it is not affected by mineral acids and metal components contained in fats and oils and alcohol is not decomposed. In the production method of the present invention, the fatty acid alkyl ester and / or glycerin can be produced with high efficiency.

本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法は、油脂類とアルコールとを触媒の存在下に接触させる工程を含んでなるものである。
上記工程においては、例えば、下記式に示すように、トリグリセリドとメタノールとのエステル交換反応により、脂肪酸メチルエステルとグリセリンとが生成することになる。
The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin of the present invention comprises a step of bringing oils and alcohols into contact with each other in the presence of a catalyst.
In the above step, for example, as shown in the following formula, fatty acid methyl ester and glycerin are generated by transesterification of triglyceride and methanol.

Figure 0003941876
Figure 0003941876

式中、Rは、同一又は異なって、炭素数6〜22のアルキル基又は1つ以上の不飽和結合を有する炭素数6〜22のアルケニル基を表す。
上記製造方法において、上記触媒を用いることによりエステル交換反応とエステル化反応とを行うことができるので、原料である油脂類が遊離脂肪酸を含むものであっても、エステル交換反応工程で同時に遊離脂肪酸のエステル化反応が進行するため、エステル交換反応工程と別にエステル化反応工程を設けなくても脂肪酸アルキルエステルの収率を向上することができる。
上記製造方法においては、上記式に示すように、エステル交換反応により脂肪酸アルキルエステルと共にグリセリンが得られることになる。本発明においては、精製されたグリセリンを工業的に簡便に得ることができる。このようなグリセリンは、化学原料として各種の用途に有用なものである。
In the formula, R is the same or different and represents an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms or an alkenyl group having 6 to 22 carbon atoms having one or more unsaturated bonds.
In the above production method, since the transesterification reaction and the esterification reaction can be performed by using the catalyst, the free fatty acid can be simultaneously used in the transesterification reaction step even if the raw oil / fat contains a free fatty acid. Since the esterification reaction proceeds, the yield of the fatty acid alkyl ester can be improved without providing an esterification reaction step separately from the ester exchange reaction step.
In the said manufacturing method, as shown to the said formula, glycerol is obtained with a fatty-acid alkylester by transesterification. In the present invention, purified glycerin can be easily obtained industrially. Such glycerin is useful for various applications as a chemical raw material.

上記油脂類としては、グリセリンの脂肪酸エステルを含有するものであり、アルコールと共に脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの原料となるものであればよく、一般的に「油脂」と呼ばれるものを使用することができる。通常では、トリグリセリド(グリセリンと高級脂肪酸とのトリエステル)を主成分として、ジグリセリド、モノグリセリドやその他の副成分を少量含有する油脂を用いることが好ましいが、トリオレイン等のグリセリンの脂肪酸エステルを用いてもよい。
上記油脂としては、ナタネ油、ゴマ油、ダイズ油、トウモロコシ油、ヒマワリ油、パーム油、パーム核油、ヤシ油、ベニバナ油、アマニ油、綿実油、キリ油、ヒマシ油等の植物油脂;牛脂、豚油、魚油、鯨脂等の動物油脂;各種の食用油の使用済み油(廃食油)が好適であり、これらは、1種のものを用いてもよく、2種以上のものを併用してもよい。
As said fats and oils, what contains fatty acid ester of glycerin and should just become a raw material of fatty acid alkyl ester and / or glycerin with alcohol, and what is generally called "fat" is used. it can. Usually, it is preferable to use oils and fats containing triglyceride (triester of glycerin and higher fatty acid) as a main component and a small amount of diglyceride, monoglyceride and other subcomponents, but using fatty acid ester of glycerin such as triolein Also good.
Examples of the oils and fats include vegetable oils such as rapeseed oil, sesame oil, soybean oil, corn oil, sunflower oil, palm oil, palm kernel oil, palm oil, safflower oil, linseed oil, cottonseed oil, gill oil, castor oil; beef fat, pig Animal oils and fats such as oil, fish oil and whale fat; used oils (waste cooking oils) of various edible oils are suitable, and these may be used alone or in combination of two or more. Also good.

上記油脂類が不純物としてリン脂質やタンパク質等を含む場合、硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸等の鉱酸を添加して、不純物を除去する脱ガム工程を行ったものを用いることが好ましい。本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法は、触媒が鉱酸によって反応阻害を受けにくいものであるので、脱ガム工程を行った後、油脂類に鉱酸が含まれていても、脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを効率よく製造することができる。 When the fats and oils contain phospholipids, proteins, and the like as impurities, it is preferable to use a product obtained by adding a mineral acid such as sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, boric acid, etc. and performing a degumming step for removing the impurities. Since the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin of the present invention is such that the catalyst is less susceptible to reaction inhibition by mineral acid, after performing the degumming step, the fats and oils contain mineral acid, A fatty acid alkyl ester and / or glycerin can be produced efficiently.

上記アルコールとしては、バイオディーゼル燃料の製造を目的にする場合には、炭素数1〜6のアルコールであることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜3のアルコールである。炭素数1〜6のアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、3−ペンタノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール等が挙げられる。特に、メタノールが好ましい。これらは、1種又は2種以上を混合して用いてもよい。
上記アルコールはまた、食用油、化粧品、医薬等の製造を目的とする場合には、ポリオールであることが好ましい。上記ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、ソルビトール等が好適である。中でも、グリセリンが好ましい。これらは、1種又は2種以上を混合して用いてもよい。本発明の脂肪酸アルキルエステルの製造方法は、上記アルコールとしてポリオールを用いる場合、後述のように、ジグリセリドを得る方法において好適に用いることができる。
上記脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法においては、油脂類、アルコール及び触媒以外のその他の成分が存在してもよい。
上記アルコールの使用量としては、油脂類とアルコールとの反応における理論必要量の1〜5倍であることが好ましい。1倍未満であると、油脂類とアルコールとが充分には反応しないおそれがあり、転化率を充分には向上できないおそれがある。5倍を超えると、余剰アルコールの回収やリサイクル量が大きくなるためコストがかかるおそれがある。下限値として、より好ましくは、1.1倍であり、さらに好ましくは1.3倍であり、特に好ましくは、1.5倍である。上限値として、より好ましくは4.8倍であり、さらに好ましくは、4.5倍であり、特に好ましくは、4.0倍である。また、より好ましい範囲としては、1.1〜4.8倍であり、さらに好ましくは、1.3〜4.5倍であり、特に好ましくは、1.5〜4.0倍である。
本発明でいうアルコールの理論必要量は、油脂類のけん化価に対応するアルコールのモル数を意味しており、下記式で算出することができる。
アルコールの理論必要量(kg)=アルコールの分子量×[油脂の使用量(kg)×けん化価(g−KOH/kg−油脂)/56100]
The alcohol is preferably an alcohol having 1 to 6 carbon atoms, more preferably an alcohol having 1 to 3 carbon atoms, for the purpose of producing biodiesel fuel. Examples of the alcohol having 1 to 6 carbon atoms include methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, t-butyl alcohol, 1-pentanol, 3-pentanol, 1-hexanol, 2- Examples include hexanol. In particular, methanol is preferable. You may use these 1 type or in mixture of 2 or more types.
The alcohol is also preferably a polyol for the purpose of producing edible oils, cosmetics, medicines and the like. As the polyol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, pentaerythritol, sorbitol and the like are suitable. Among these, glycerin is preferable. You may use these 1 type or in mixture of 2 or more types. The method for producing a fatty acid alkyl ester of the present invention can be suitably used in a method for obtaining diglycerides as described later when a polyol is used as the alcohol.
In the manufacturing method of the said fatty-acid alkylester and / or glycerol, other components other than fats and oils, alcohol, and a catalyst may exist.
As the usage-amount of the said alcohol, it is preferable that it is 1 to 5 times the theoretical required amount in reaction of fats and oils and alcohol. If it is less than 1 time, the fats and alcohols may not react sufficiently, and the conversion rate may not be sufficiently improved. If it exceeds five times, the amount of excess alcohol recovered and recycled increases, which may increase costs. The lower limit is more preferably 1.1 times, still more preferably 1.3 times, and particularly preferably 1.5 times. The upper limit is more preferably 4.8 times, still more preferably 4.5 times, and particularly preferably 4.0 times. Moreover, as a more preferable range, it is 1.1 to 4.8 times, More preferably, it is 1.3 to 4.5 times, Especially preferably, it is 1.5 to 4.0 times.
The theoretical required amount of alcohol in the present invention means the number of moles of alcohol corresponding to the saponification value of fats and oils, and can be calculated by the following formula.
Theoretical required amount of alcohol (kg) = molecular weight of alcohol × [amount of used fat (kg) × saponification value (g-KOH / kg-fat) / 56100]

上記アルコールがポリオールである場合には、本発明の脂肪酸アルキルエステルの製造方法により、ジグリセリド類を得ることができる。このような形態は、本発明の好ましい実施形態の1つである。ジグリセリド類は、油脂の可塑性改良用添加剤等として食品分野等で好適に用いることができる。また、ジグリセリド類を食用の油脂とし、各種の食品に配合すると、肥満防止、体重増加抑制作用等を発揮することから、本発明により得られるジグリセリド類を食用の油脂として使用する形態もまた、本発明の好ましい実施形態の1つである。
上記ジグリセリド類を得る形態において、例えば、ポリオールとしてグリセリンを用いる場合、下記式に示すような反応が進行することとなる。
When the alcohol is a polyol, diglycerides can be obtained by the method for producing a fatty acid alkyl ester of the present invention. Such a form is one of the preferred embodiments of the present invention. Diglycerides can be suitably used in the food field and the like as additives for improving the plasticity of fats and oils. In addition, when diglycerides are used as edible oils and blended in various foods, they exhibit obesity prevention, weight gain inhibitory action, etc., so the form using the diglycerides obtained by the present invention as edible oils is also present. It is one of the preferred embodiments of the invention.
In the form of obtaining the above diglycerides, for example, when glycerin is used as a polyol, a reaction as shown in the following formula proceeds.

Figure 0003941876
Figure 0003941876

式中、Rは、同一又は異なって、炭素数6〜22のアルキル基又は1つ以上の不飽和結合を有する炭素数6〜22のアルケニル基を表す。
本発明の方法により、モノグリセリドとジグリセリドを主成分に持つ混合物を得て、これに遊離脂肪酸又はそのアルキルエステルを添加して、リパーゼの存在下で反応させることが好ましく、これにより、高選択率でジグリセリド類を得ることができる。
In the formula, R is the same or different and represents an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms or an alkenyl group having 6 to 22 carbon atoms having one or more unsaturated bonds.
According to the method of the present invention, it is preferable to obtain a mixture having monoglyceride and diglyceride as main components, add a free fatty acid or an alkyl ester thereof, and react in the presence of lipase, thereby achieving high selectivity. Diglycerides can be obtained.

上記リパーゼとしては、固定化リパーゼ又は菌体内リパーゼであることが好ましい。より好ましくは、1,3位に選択的に作用する固定化リパーゼ又は菌体内リパーゼである。固定化リパーゼとしては、1,3位選択的リパーゼをイオン交換樹脂に固定化して得られたものが好ましい。1,3位選択的リパーゼとしては、リゾプス(Rhizopus)属、アスペルギウス(Aspergillus)属、ムコール(Mucor)属、リゾムコール(Rhizomucor)属、カンジダ(Candida)属、サーモマイセス(Thermomyces)属、シュードモナス(Pseudomonas)属等の微生物に由来するリパーゼが好適である。
上記リパーゼを作用させる条件としては、良好なリパーゼ活性が得られる条件を適宜選択することができるが、反応温度としては、10〜100℃が好ましく、より好ましくは、20℃以上、80℃以下である。
The lipase is preferably an immobilized lipase or a bacterial lipase. More preferred is an immobilized lipase or intracellular lipase that selectively acts at positions 1 and 3. As the immobilized lipase, those obtained by immobilizing a 1,3-position selective lipase on an ion exchange resin are preferable. Examples of the 1,3-position selective lipase include the genus Rhizopus, the genus Aspergillus, the genus Mucor, the genus Rhizomucor, the genus Candida, and the genus Thermomyces. Lipases derived from microorganisms such as genera are preferred.
The conditions for causing the lipase to act can be appropriately selected as long as the conditions for obtaining good lipase activity are obtained, but the reaction temperature is preferably 10 to 100 ° C, more preferably 20 ° C or higher and 80 ° C or lower. is there.

ジグリセリド類を得る方法としては、触媒を用いて油脂類とポリオールとを反応させる第1反応、及び、得られた混合物にリパーゼを作用させる第2反応とを行う方法が挙げられる。このような方法では、第1反応において触媒としてアルカリを用いた場合、第2反応におけるpHをリパーゼの活性に最適な範囲とするため、第1反応終了後にpHを調整することが必要となる。しかしながら、本発明の脂肪酸アルキルエステルの製造方法を第1反応として用いることにより、第2反応でpHを調整する必要が低下し、反応プロセスを簡略化することができる。このように、本発明の脂肪酸アルキルエステルの製造方法を、ジグリセリド類を得る方法において用いることは、好ましい実施形態の一つである。 Examples of the method for obtaining diglycerides include a method in which a first reaction in which fats and oils are reacted with a polyol using a catalyst, and a second reaction in which lipase is allowed to act on the obtained mixture. In such a method, when alkali is used as a catalyst in the first reaction, it is necessary to adjust the pH after the completion of the first reaction in order to bring the pH in the second reaction to an optimum range for the activity of the lipase. However, by using the method for producing a fatty acid alkyl ester of the present invention as the first reaction, the necessity for adjusting the pH in the second reaction is reduced, and the reaction process can be simplified. Thus, it is one of preferred embodiments to use the method for producing a fatty acid alkyl ester of the present invention in a method for obtaining diglycerides.

本発明の脂肪駿アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法における反応温度としては、50〜300℃であることが好ましい。50℃未満であると、反応速度を充分には向上できないおそれがあり、300℃を超えると、アルコールが分解する等の副反応を充分には抑制できないおそれがある。より好ましくは、70℃以上、290℃以下であり、さらに好ましくは、100℃以上、280℃以下である。
上記脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法に用いる触媒は、上記範囲内の反応温度で用いる場合に、活性金属成分が溶出しないものであることが好ましい。このような触媒を用いることにより、反応温度が高温であっても触媒の活性を充分に維持することができ、反応を良好に行うことができる。
As reaction temperature in the manufacturing method of the fatty-acid alkylester of this invention and / or glycerol, it is preferable that it is 50-300 degreeC. If it is less than 50 ° C, the reaction rate may not be sufficiently improved, and if it exceeds 300 ° C, side reactions such as alcohol decomposition may not be sufficiently suppressed. More preferably, it is 70 degreeC or more and 290 degrees C or less, More preferably, it is 100 degreeC or more and 280 degrees C or less.
It is preferable that the catalyst used for the manufacturing method of the said fatty-acid alkylester and / or glycerol does not elute an active metal component, when using it at the reaction temperature within the said range. By using such a catalyst, the activity of the catalyst can be sufficiently maintained even when the reaction temperature is high, and the reaction can be carried out satisfactorily.

本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法における反応圧力としては、0.1〜10MPaであることが好ましい。0.1MPa未満であると、反応速度を充分に向上できないおそれがあり、10MPaを超えると、副反応が進行しやすくなるおそれがある。また、高圧に耐えうる特殊な装置が必要になり、ユーティリティコストや設備費を充分には低減できなくなる場合がある。より好ましくは、0.2MPa以上、9MPa以下であり、さらに好ましくは、0.3MPa以上、6MPa以下である。 The reaction pressure in the method for producing the fatty acid alkyl ester and / or glycerin of the present invention is preferably 0.1 to 10 MPa. If the pressure is less than 0.1 MPa, the reaction rate may not be sufficiently improved, and if it exceeds 10 MPa, the side reaction may easily proceed. In addition, a special device that can withstand high pressure is required, and utility costs and facility costs may not be sufficiently reduced. More preferably, it is 0.2 MPa or more and 9 MPa or less, More preferably, it is 0.3 MPa or more and 6 MPa or less.

このように反応温度や圧力を充分に低下させた場合においても、本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法においては、上述したように高活性の触媒を用いるため、反応を良好に実施することが可能となる。
なお、前記4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする触媒は、使用するアルコールの超臨界状態で用いることもできる。超臨界状態とは、物質固有の臨界温度及び臨界圧力を超えた領域をいい、アルコールとしてメタノールを使用する場合、温度が239℃以上であり、圧力が8.0MPa以上の条件を指す。該触媒を用いることにより、超臨界条件下においても効率的に脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンを製造することができる。
Even when the reaction temperature and pressure are sufficiently reduced in this way, the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention uses a highly active catalyst as described above, so that the reaction is carried out satisfactorily. It becomes possible to do.
The catalyst having at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 metal elements as an essential component can also be used in the supercritical state of the alcohol used. The supercritical state refers to a region exceeding the critical temperature and critical pressure inherent to the substance. When methanol is used as the alcohol, the temperature is 239 ° C. or higher and the pressure is 8.0 MPa or higher. By using the catalyst, fatty acid alkyl ester and / or glycerin can be efficiently produced even under supercritical conditions.

上記接触工程の好ましい形態としては、バッチ式(回分式)又は連続流通式であり、中でも、触媒分離の工程が不要となることから、固定床流通式であることが好適である。すなわち、上記接触工程は、固定床流通反応装置を使用して行われることが好ましい。
またバッチ式の好ましい形態としては、触媒を油脂類とアルコールとの混合系に投入する形態である。
A preferable form of the contact step is a batch type (batch type) or a continuous flow type, and among them, a fixed bed flow type is preferable because a catalyst separation step is unnecessary. That is, the contact step is preferably performed using a fixed bed flow reactor.
Moreover, as a preferable form of the batch type, the catalyst is put into a mixed system of fats and oils and alcohol.

本発明の製造方法においてはまた、上記触媒を用いることにより反応を繰り返し実施することができるため、反応終了後に未反応原料や中間体グリセリド等を含んでいてもよい。この場合には、例えば、反応終了後の混合液から触媒の非存在下、アルコール及び水等の軽沸分を留去した後、この流出液から未反応のグリセリド類及び遊離脂肪酸を分離及び回収し、原料油脂類とともに再使用することが好ましい。これにより、高純度の脂肪酸アルキルエステルやグリセリンをより高収率で得ることが可能となり、精製コストを更に充分に削減することができる。 In the production method of the present invention, since the reaction can be repeatedly carried out by using the catalyst, unreacted raw materials, intermediate glycerides and the like may be contained after the reaction is completed. In this case, for example, after distilling off light boiling components such as alcohol and water from the mixture after the reaction in the absence of a catalyst, unreacted glycerides and free fatty acids are separated and recovered from the effluent. In addition, it is preferably reused together with raw material fats and oils. Thereby, it becomes possible to obtain a high-purity fatty acid alkyl ester and glycerin with higher yield, and the purification cost can be further reduced.

本発明の製造方法により得られる脂肪酸アルキルエステルは、工業原料や医薬品等の原料、燃料等として様々な用途に好適に用いられることとなる。中でも、上記製造方法により、植物性油脂や廃食油を原料として得られる脂肪酸アルキルエステルを用いたディーゼル燃料は、その製造工程においてユーティリティーコストや設備費を充分に低減できるとともに、触媒回収工程が不要で触媒を繰り返し利用できるため、製造段階から環境保全効果を充分に発揮することが可能となり、各種の燃料として好適に利用することができる。このような上記製造方法により得られる脂肪酸アルキルエステルを含有するディーゼル燃料もまた、本発明の1つである。 The fatty acid alkyl ester obtained by the production method of the present invention is suitably used for various uses as a raw material for industrial raw materials and pharmaceuticals, a fuel and the like. Among these, diesel fuel using fatty acid alkyl esters obtained from vegetable oils and waste cooking oils by the above production method can sufficiently reduce utility costs and equipment costs in the production process, and does not require a catalyst recovery process. Since the catalyst can be repeatedly used, the environmental conservation effect can be sufficiently exerted from the manufacturing stage, and can be suitably used as various fuels. The diesel fuel containing the fatty acid alkyl ester obtained by the above production method is also one aspect of the present invention.

本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法における製造工程の好ましい形態を図1及び2に示す。
なお、本発明は、これらの形態に限られるものではない。
図1においては、バッチ式により、油脂類としてパーム油を用い、アルコールとしてメタノールを用いて、これらを触媒の存在下に接触させる工程が示されている。このような形態では、パーム油とメタノールとを触媒とともに混合して、反応を行うことになる。この反応液を静置して脂肪酸メチルエステルとグリセリド類とを主に含むエステル相と、グリセリンとメタノールとを主に含むグリセリン相とに分離する。グリセリン相を分離して得られたエステル相にメタノールと触媒とを添加して更に反応を行い、エステル相とグリセリン相とに分離して、脂肪酸メチルエステルとグリセリンとを得ることになる。このような形態においては、反応液を相分離する前であって、ろ過等の工程により固体触媒を液相から分離除去した後に、アルコールを留去することが、脂肪酸メチルエステル類とグリセリンとの分離が向上できる点で好ましい。
このようにして得られた脂肪酸メチルエステル及び/又はグリセリンは、目的に応じて、蒸留塔の操作により、さらに精製することが好ましい。
The preferable form of the manufacturing process in the manufacturing method of the fatty-acid alkylester and / or glycerol of this invention is shown to FIG.
Note that the present invention is not limited to these forms.
In FIG. 1, the process of contacting these in presence of a catalyst is shown by batch type using palm oil as fats and oils and using methanol as alcohol. In such a form, palm oil and methanol are mixed together with a catalyst to carry out the reaction. The reaction solution is allowed to stand to separate into an ester phase mainly containing fatty acid methyl esters and glycerides and a glycerin phase mainly containing glycerol and methanol. Methanol and a catalyst are added to the ester phase obtained by separating the glycerin phase, and the reaction is further performed to separate the ester phase and the glycerin phase to obtain fatty acid methyl ester and glycerin. In such a form, before phase separation of the reaction solution, after separating and removing the solid catalyst from the liquid phase by a process such as filtration, the alcohol is distilled off to obtain the fatty acid methyl esters and glycerin. It is preferable in that the separation can be improved.
The fatty acid methyl ester and / or glycerin thus obtained is preferably further purified by operation of a distillation column depending on the purpose.

図2においては、固定床連続流通式反応装置により、油脂類としてパーム油を用いてアルコールとしてメタノールを用いて、これらを固体触媒を固定相とした充填反応塔内で触媒と接触させる工程が示されている。触媒充填反応塔内で反応した反応後液をセトラー内で静置して、エステル相とグリセリン相とに分離する。グリセリン相を分離して得られたエステル相を、さらに触媒充填反応塔内でメタノールと反応させて得られた反応後液からメタノールを留去した後に、セトラー内で静置してエステル相とグリセリン相とに分離して、脂肪酸メチルエステルとグリセリンを得る。このようにして得られた脂肪酸メチルエステル及び/又はグリセリンは、目的に応じて、蒸留塔の操作により、さらに精製することが好ましい。 FIG. 2 shows a process of contacting a catalyst in a packed reaction tower using a solid catalyst as a stationary phase, using palm oil as fats and methanol as alcohol, using a fixed bed continuous flow reactor. Has been. The post-reaction liquid reacted in the catalyst-packed reaction tower is allowed to stand in a settler and separated into an ester phase and a glycerin phase. The ester phase obtained by separating the glycerin phase was further reacted with methanol in a catalyst-packed reaction tower to distill off methanol from the post-reaction solution, and then left in a settler to leave the ester phase and glycerin. Separated into phases to obtain fatty acid methyl ester and glycerin. The fatty acid methyl ester and / or glycerin thus obtained is preferably further purified by operation of a distillation column depending on the purpose.

本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法は、上述のような構成よりなるため、以下のような点で作用効果を発揮することができる。
反応プロセスを簡略化する点に関して、
(1)触媒の分離除去工程を簡略化又は不要とすることができる。
(2)遊離脂肪酸の中和除去工程、又は、酸触媒によるエステル化工程を不要とすることができる。
(3)遊離脂肪酸のけん化が起こらない。
(4)油脂類中の遊離脂肪酸のエステル化が同時に進行する。
精製プロセスを簡略化する、すなわち精製グリセリンを容易に得ることができる点に関して、
(1)触媒分離後にアルコールを留去することができ、逆反応が起こらないので、液−液二相の分配平衡が向上(相互溶解度が低下)して生成物の分離を良好に行うことができる。
(2)更に、4族及び5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする結晶性酸化物触媒が、結晶骨格内の必須金属成分を活性種として使用するため、リーチングがなく、触媒を長寿命とすることができる点や、触媒表面に強い酸点又は塩基点を持たないのでアルコールの分解(脱水やコーキング等)が少なく、高選択的に脂肪酸アルキルエステルを得ることができる点、また、油脂中に含まれる微量金属成分や、前処理に用いる鉱酸の影響を受けにくい点が挙げられる。
Since the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention has the above-described configuration, the following effects can be achieved.
In terms of simplifying the reaction process,
(1) The catalyst separation and removal step can be simplified or made unnecessary.
(2) The neutralization removal process of a free fatty acid or the esterification process by an acid catalyst can be made unnecessary.
(3) Saponification of free fatty acids does not occur.
(4) Esterification of free fatty acids in fats and oils proceeds simultaneously.
In terms of simplifying the purification process, i.e. easily obtaining purified glycerin,
(1) Since the alcohol can be distilled off after the catalyst separation and no reverse reaction occurs, the liquid-liquid two-phase distribution equilibrium is improved (the mutual solubility is lowered) and the product can be separated well. it can.
(2) Further, a crystalline oxide catalyst having at least one metal element selected from the group consisting of Group 4 and Group 5 metal elements as an essential component uses the essential metal component in the crystal skeleton as an active species. Therefore, there is no leaching, the catalyst can have a long life, and since there is no strong acid or base point on the catalyst surface, there is little alcohol decomposition (dehydration, coking, etc.), and fatty acid alkyl is highly selective. The point which can obtain ester and the point which is hard to be influenced by the trace metal component contained in fats and oils and the mineral acid used for pre-processing are mentioned.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。
実施例中の転化率、収率は、下記式により算出した。
転化率(%)=(反応終了時の油脂類の消費モル数)/(油脂類の仕込みモル数)×100(%)
メチルエステル収率(モル%)=(反応終了時のメチルエステル生成モル数)/(仕込み時の有効脂肪酸類のモル数)×100(%)
ジグリセリド収率(モル%)=(反応終了時のジグリセリド生成モル数×2)/(仕込み時の有効脂肪酸類のモル数)×100(%)
モノグリセリド収率(モル%)=(反応終了時のモノグリセリド生成モル数)/(仕込み時の有効脂肪酸類のモル数)×100(%)
グリセリンの収率(モル%)=(反応終了時の遊離グリセリンの生成モル数)/(仕込み時の有効グリセリン成分のモル数)×100(%)
なお、有効脂肪酸類とは、油脂類に含まれる脂肪酸のトリグリセリド類、ジグリセリド類、モノグリセリド類、遊離脂肪酸類のことをいう。すなわち、仕込み時の有効脂肪酸類のモル数は、下記式で算出される。
仕込み時の有効脂肪酸類のモル数(モル)=[油脂類の仕込み量(g)×油脂類のけん化価(mg−KOH/g−油脂)/56100]
また、有効グリセリン成分とは、本発明の方法によってグリセリンを生成することができる成分をいい、具体的には、油脂類中に含まれる脂肪酸のトリグリセリド類、ジグリセリド類、モノグリセリド類をいう。有効グリセリン成分の含有量は、油脂類(反応原料)をけん化することによって遊離するグリセリンの存在量をガスクロマトグラフィーによって定量することによって算出される。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by weight” and “%” means “% by mass”.
The conversion and yield in the examples were calculated by the following formula.
Conversion rate (%) = (moles consumed of fats and oils at the end of reaction) / (number of moles of fats and oils charged) × 100 (%)
Methyl ester yield (mol%) = (number of moles of methyl ester formed at the end of reaction) / (number of moles of effective fatty acids at the time of charging) × 100 (%)
Yield of diglyceride (mol%) = (number of moles of diglyceride generated at the end of reaction × 2) / (number of moles of effective fatty acids at the time of charging) × 100 (%)
Monoglyceride yield (mol%) = (mol number of monoglyceride produced at the end of reaction) / (mol number of effective fatty acids at the time of charging) × 100 (%)
Yield of glycerin (mol%) = (number of moles of free glycerin produced at the end of reaction) / (number of moles of effective glycerin component at the time of preparation) × 100 (%)
Effective fatty acids refer to triglycerides, diglycerides, monoglycerides and free fatty acids of fatty acids contained in oils and fats. That is, the number of moles of effective fatty acids at the time of preparation is calculated by the following formula.
Number of moles of effective fatty acids at the time of charging (mol) = [Feed amount of fats and oils (g) × Saponification value of fats and oils (mg-KOH / g-oil and fat) / 56100]
In addition, the effective glycerin component refers to a component capable of producing glycerin by the method of the present invention, and specifically refers to triglycerides, diglycerides, and monoglycerides of fatty acids contained in fats and oils. The content of the effective glycerin component is calculated by quantifying the amount of glycerin liberated by saponifying fats and oils (reaction raw materials) by gas chromatography.

触媒調製例1:チタンバナジウム酸化物触媒(触媒A)の調製
メタバナジン酸アンモニウム25.74gを90℃の蒸留水700gに溶解させた溶液中に、三塩化チタン(III)20%水溶液169.66gを滴下した。蒸発乾固後、空気気流下で350℃2時間予備焼成し、引き続いて750℃5時間焼成することによって、チタンバナジウム酸化物触媒(触媒A)を得た。触媒AのX線回折測定の結果、主としてルチル型TiVO構造の複合酸化物と五酸化バナジウムとの混合物であった。
Catalyst Preparation Example 1: Preparation of Titanium Vanadium Oxide Catalyst (Catalyst A) In a solution obtained by dissolving 25.74 g of ammonium metavanadate in 700 g of distilled water at 90 ° C., 169.66 g of a 20% aqueous solution of titanium (III) trichloride was added. It was dripped. After evaporating to dryness, pre-calcination was performed at 350 ° C. for 2 hours in an air stream, followed by calcination at 750 ° C. for 5 hours to obtain a titanium vanadium oxide catalyst (Catalyst A). As a result of the X-ray diffraction measurement of the catalyst A, it was mainly a mixture of a complex oxide having a rutile type TiVO 4 structure and vanadium pentoxide.

触媒調製例2:鉄バナジウム酸化物触媒(触媒B)の調製
メタバナジン酸アンモニウム14.04gを90℃の蒸留水700gに溶解させた(溶液A)。硝酸鉄(III)9水和物48.48gを蒸留水40gに溶解させた溶液を、溶液Aに滴下し、蒸発乾固した。空気気流下で350℃2時間予備焼成し、引き続いて750℃5時間焼成することによって、鉄バナジウム酸化物触媒(触媒B)を得た。触媒BのX線回折測定の結果、主として三斜晶型FeVO構造の複合酸化物であった。
Catalyst Preparation Example 2: Preparation of Iron Vanadium Oxide Catalyst (Catalyst B) 14.04 g of ammonium metavanadate was dissolved in 700 g of distilled water at 90 ° C. (Solution A). A solution prepared by dissolving 48.48 g of iron (III) nitrate nonahydrate in 40 g of distilled water was added dropwise to Solution A and evaporated to dryness. An iron vanadium oxide catalyst (Catalyst B) was obtained by pre-calcining at 350 ° C. for 2 hours under an air stream and subsequently calcining at 750 ° C. for 5 hours. As a result of the X-ray diffraction measurement of the catalyst B, it was a composite oxide mainly having a triclinic FeVO 4 structure.

触媒調製例3:シリカ担持鉄バナジウム酸化物触媒(触媒C)の調製
オキシシュウ酸バナジル7.49gと硝酸鉄(III)9水和物13.45gとをメタノールに均一に溶解させた溶液中に、シリカ粉末10gを混練し、撹拌しながら蒸発乾固した。空気気流下で350℃2時間予備焼成し、引き続いて750℃5時間焼成することによって、シリカ担持鉄バナジウム酸化物触媒(触媒C)を得た。
Catalyst Preparation Example 3: Preparation of Silica-Supported Iron Vanadium Oxide Catalyst (Catalyst C) In a solution in which 7.49 g of vanadyl oxyoxalate and 13.45 g of iron (III) nitrate nonahydrate were uniformly dissolved in methanol Then, 10 g of silica powder was kneaded and evaporated to dryness with stirring. A silica-supported iron vanadium oxide catalyst (Catalyst C) was obtained by pre-calcining at 350 ° C. for 2 hours under an air stream and subsequently calcining at 750 ° C. for 5 hours.

触媒調製例4:セリウムバナジウム酸化物触媒(触媒D)の調製
硝酸鉄のかわりに硝酸セリウム(III)6水和物53.17gを用いた以外は、触媒調製例2(触媒B)と同様にしてセリウムバナジウム酸化物触媒(触媒D)を得た。触媒DのX線回折測定により、主として二酸化セリウム(IV)とCeVO構造の酸化物であった。
Catalyst Preparation Example 4: Preparation of Cerium Vanadium Oxide Catalyst (Catalyst D) Same as Catalyst Preparation Example 2 (Catalyst B), except that 53.17 g of cerium (III) nitrate hexahydrate was used instead of iron nitrate. Thus, a cerium vanadium oxide catalyst (catalyst D) was obtained. According to the X-ray diffraction measurement of the catalyst D, it was mainly an oxide having a structure of cerium (IV) dioxide and CeVO 4 .

触媒調製例5:コバルトバナジウム酸化物触媒(触媒E)の調製
硝酸鉄の代わりに硝酸コバルト(II)6水和物35.64gを用いた以外は、触媒調製例2(触媒B)と同様にしてコバルトバナジウム酸化物触媒(触媒E)を得た。触媒EのX線回折測定の結果、主としてCo構造の複合酸化物であった。
Catalyst Preparation Example 5: Preparation of Cobalt Vanadium Oxide Catalyst (Catalyst E) Same as Catalyst Preparation Example 2 (Catalyst B), except that 35.64 g of cobalt (II) nitrate hexahydrate was used instead of iron nitrate. Thus, a cobalt vanadium oxide catalyst (catalyst E) was obtained. As a result of the X-ray diffraction measurement of the catalyst E, it was a complex oxide mainly having a Co 2 V 2 O 7 structure.

触媒調製例6:バナジウム酸化物触媒(触媒F)の調製
メタバナジン酸アンモニウム粉体21.06gを空気気流下で500℃3時間焼成することによってバナジウム酸化物触媒(触媒F)を得た。触媒FのX線回折測定の結果、主として五酸化バナジウムであった。
Catalyst Preparation Example 6: Preparation of vanadium oxide catalyst (catalyst F) 21.06 g of ammonium metavanadate powder was calcined at 500 ° C. for 3 hours in an air stream to obtain a vanadium oxide catalyst (catalyst F). As a result of the X-ray diffraction measurement of the catalyst F, it was mainly vanadium pentoxide.

触媒調製例7〜8(触媒G、H)
和光純薬製の酸化ニオブ(Nb)を触媒Gとし、同社製の酸化タンタル(Ta)を触媒Hとして用いた。
Catalyst preparation examples 7 to 8 (catalysts G and H)
Niobium oxide (Nb 2 O 5 ) manufactured by Wako Pure Chemicals was used as the catalyst G, and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) manufactured by the same company was used as the catalyst H.

触媒調製例9:チタンバナジウムジルコニウム三元系複合酸化物(触媒I)の合成
硝酸ジルコニル(IV)2水和物80.99gを蒸留水1000gに溶解させた(溶液B)。オキシ硫酸チタン(IV)9.21gを23gの蒸留水に溶解させ溶液Bに滴下し、さらに25%アンモニア水溶液48.07gを蒸留水100gで希釈した溶液を滴下し固体を析出させた。得られた固体を蒸留水500mLで6回洗浄した後、120℃で一晩乾燥させた(固体A)。硫酸バナジル(IV)4水和物8.46gを蒸留水25gに溶解させ、先に得られた固体Aと混練し、攪拌しながら蒸発乾固した。空気気流下で350℃2時間予備加熱し、引き続いて750℃5時間焼成することによって、チタンバナジウムジルコニウム三元系複合酸化物(触媒I)を得た。
Catalyst Preparation Example 9: Synthesis of Titanium Vanadium Zirconium Ternary Complex Oxide (Catalyst I) 80.99 g of zirconyl nitrate (IV) dihydrate was dissolved in 1000 g of distilled water (solution B). 9.21 g of titanium oxysulfate (IV) was dissolved in 23 g of distilled water and added dropwise to Solution B, and a solution obtained by diluting 48.07 g of 25% aqueous ammonia solution with 100 g of distilled water was added dropwise to precipitate a solid. The obtained solid was washed 6 times with 500 mL of distilled water and then dried at 120 ° C. overnight (solid A). 8.46 g of vanadyl sulfate (IV) tetrahydrate was dissolved in 25 g of distilled water, kneaded with the previously obtained solid A, and evaporated to dryness with stirring. Titanium vanadium-zirconium ternary composite oxide (catalyst I) was obtained by preheating at 350 ° C. for 2 hours in an air stream and subsequently firing at 750 ° C. for 5 hours.

触媒調製例10:H型ニオベート(触媒J)の調製
炭酸カリウム3.47g、酸化ニオブ(Nb)19.96gを乳鉢内でよく混合し、更に少量の水を加えよく混練した。120℃で4時間乾燥させた後、1100℃で3時間焼成することによって、層状のKNbを得た。これを1N硝酸水溶液(1L)でイオン交換を二度繰り返した後、水洗し、500℃2時間焼成することによって、H型にイオン交換したHNb(触媒J)を得た。
Catalyst Preparation Example 10: Preparation of H-type niobate (Catalyst J) 3.47 g of potassium carbonate and 19.96 g of niobium oxide (Nb 2 O 5 ) were mixed well in a mortar, and a small amount of water was added and kneaded well. After drying at 120 ° C. for 4 hours, the layered KNb 3 O 8 was obtained by firing at 1100 ° C. for 3 hours. This was repeated ion exchange twice with 1N nitric acid aqueous solution (1 L), then washed with water and calcined at 500 ° C. for 2 hours to obtain HNb 3 O 8 (catalyst J) ion-exchanged into H-type.

触媒調製例11:H型チタノニオベート(触媒K)の調製
炭酸カリウム(13.9g)を蒸留水(30g)に溶解させた。アナターゼ型酸化チタン(16.0g)と酸化ニオブ(Nb)(26.6g)とを乳鉢内でよく混合した中に、前記の炭酸カリウム溶液を入れて均質になるように混練した。120℃で一昼夜乾燥させた後、1100℃で3時間焼成することによって、K型チタノニオベート(KTiNbO)を得た。これを6N硝酸水溶液(150mL)でイオン交換を二度繰り返した後、水洗し、500℃2時間焼成することによって、H型にイオン交換したHTiNbO(触媒K)を得た。このようにして得られたHTiNbO触媒の酸強度(H)をハメット指示薬法で測定した結果、+3.3から+6.3の間であった。
Catalyst Preparation Example 11 Preparation of H-type Titanoniobate (Catalyst K) Potassium carbonate (13.9 g) was dissolved in distilled water (30 g). Anatase-type titanium oxide (16.0 g) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ) (26.6 g) were mixed well in a mortar, and the potassium carbonate solution was added and kneaded to be homogeneous. After drying at 120 ° C. for a whole day and night, baking was performed at 1100 ° C. for 3 hours to obtain K-type titanoniobate (KTiNbO 5 ). This was repeated ion exchange twice with 6N nitric acid aqueous solution (150 mL), then washed with water and calcined at 500 ° C. for 2 hours to obtain HTiNbO 5 (catalyst K) ion-exchanged to H type. The acid strength (H 0 ) of the thus obtained HTiNbO 5 catalyst was measured by the Hammett indicator method and found to be between +3.3 and +6.3.

触媒調製例12:MFIチタノシリケート(TS−1)(触媒L)の調製
窒素雰囲気下で、テトラメチルオルトシリケート96.8gとテトラエチルオルトチタネート4.8gを混合した。この溶液に10%水酸化テトラプロピルアンモニウム水溶液400gを滴下した。90℃で3時間還流させた後、オートクレーブに移し、175℃で48時間水熱合成させた。得られた白色スラリーを遠心分離し、水洗後、空気気流下で550℃3時間焼成することによって、MFI型チタノシリケート(TS−1)触媒(触媒L)を得た。得られたチタノシリケートのTi/Si原子比は1/22であった。こうにして得られたTS−1触媒の酸強度(H)をハメット指示薬法で測定した結果、+6.3から+8.3の間であった。
Catalyst Preparation Example 12: Preparation of MFI Titanosilicate (TS-1) (Catalyst L) Under a nitrogen atmosphere, 96.8 g of tetramethyl orthosilicate and 4.8 g of tetraethyl orthotitanate were mixed. To this solution, 400 g of a 10% tetrapropylammonium hydroxide aqueous solution was added dropwise. The mixture was refluxed at 90 ° C. for 3 hours, then transferred to an autoclave and hydrothermally synthesized at 175 ° C. for 48 hours. The obtained white slurry was centrifuged, washed with water, and calcined at 550 ° C. for 3 hours in an air stream to obtain an MFI type titanosilicate (TS-1) catalyst (catalyst L). The obtained titanosilicate had a Ti / Si atomic ratio of 1/22. As a result of measuring the acid strength (H 0 ) of the TS-1 catalyst thus obtained by the Hammett indicator method, it was between +6.3 and +8.3.

触媒調製例13:シリカ担持型酸化チタン触媒(触媒M)の調製
チタンテトライソプロポキシド3.56gをイソプロパノールに均一に溶解させた溶液中に、シリカ粉末20gを混練し、攪拌しながら蒸発乾固した。空気気流下で500℃5時間焼成することによって、シリカ担持酸化チタン触媒(触媒M)を得た。このようにして得られたチタニアシリカ触媒の酸強度(H)をハメット指示薬法で測定した結果、+6.3から+8.3の間であった。
Catalyst Preparation Example 13: Preparation of silica-supported titanium oxide catalyst (catalyst M) 20 g of silica powder was kneaded in a solution in which 3.56 g of titanium tetraisopropoxide was uniformly dissolved in isopropanol, and evaporated to dryness while stirring. did. The silica-supported titanium oxide catalyst (Catalyst M) was obtained by calcination at 500 ° C. for 5 hours in an air stream. The acid strength (H 0 ) of the titania silica catalyst thus obtained was measured by the Hammett indicator method and found to be between +6.3 and +8.3.

実施例1〜13及び比較例1では、分析を簡略化するために、反応原料としては、油脂の模擬液として、トリオレイン又はオレイン酸含有トリオレインを用いた。
実施例1
トリオレイン(60g)、メタノール(20g)及び触媒A(Ti−V)(2.5g)を容量200mLのオートクレーブ内に仕込んだ。窒素置換後、内部を撹拌しながら反応温度150℃で24時間反応させたところ、オレイン酸メチルの収率は79%であり、グリセリンの収率は51%であった。XRF分析で活性溶出成分であるTiとVの合計の濃度が1000ppm以下であることを確認し、更にICP分析を行ったところ、Ti及びVの溶出は認められなかった。
In Examples 1 to 13 and Comparative Example 1, in order to simplify the analysis, triolein or oleic acid-containing triolein was used as a reaction raw material as a reaction raw material.
Example 1
Triolein (60 g), methanol (20 g) and catalyst A (Ti-V) (2.5 g) were charged into an autoclave having a capacity of 200 mL. After substitution with nitrogen, the reaction was carried out for 24 hours at a reaction temperature of 150 ° C. while stirring the interior. It was confirmed by XRF analysis that the total concentration of Ti and V as active elution components was 1000 ppm or less, and further ICP analysis was performed. As a result, elution of Ti and V was not observed.

比較例1
実施例1において、触媒としてハイドロタルサイトを用いた以外は実施例1と同様にして反応を行った。オレイン酸メチルの収率は77%であり、グリセリンの収率は63%であった。エステル相のXRF分析の結果、表1に記載した通りハイドロタルサイトを構成するマグネシウムのほぼ全量とアルミニウムの約半量とが溶出していた。
Comparative Example 1
In Example 1, the reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that hydrotalcite was used as a catalyst. The yield of methyl oleate was 77% and the yield of glycerin was 63%. As a result of XRF analysis of the ester phase, as shown in Table 1, almost all of magnesium constituting hydrotalcite and about half of aluminum were eluted.

実施例2〜13
実施例2〜10では触媒Aのかわりに触媒B〜Jを用いた以外は実施例1と同様にして反応を行った。実施例11〜13では触媒Aのかわりに触媒K〜Mを用い、反応温度を150℃から200℃へ変更させた以外は実施例1と同様にして反応を行った。
Examples 2-13
In Examples 2 to 10, the reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that catalysts B to J were used instead of catalyst A. In Examples 11 to 13, the reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the catalysts K to M were used instead of the catalyst A and the reaction temperature was changed from 150 ° C to 200 ° C.

Figure 0003941876
Figure 0003941876

実施例14
実施例1において、トリオレインの代わりに、けん化価195.9、有効脂肪酸含有率96.5%、遊離脂肪酸含有率5.1%、水分量0.06%のパーム油を用いた以外は実施例1と同様にして反応を行った。脂肪酸メチルエステルの収率は72%、グリセリンの収率は41%、遊離脂肪酸の転化率は64%であった。
Example 14
In Example 1, instead of triolein, a saponification value of 195.9, an effective fatty acid content of 96.5%, a free fatty acid content of 5.1%, and a water content of 0.06% were used. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1. The yield of fatty acid methyl ester was 72%, the yield of glycerin was 41%, and the conversion rate of free fatty acid was 64%.

実施例15
実施例14において触媒Aのかわりに触媒Kを用い、パーム油、メタノール、触媒の仕込み量をそれぞれ70g、14g、7.8gに変更し、反応濃度を150℃から200℃へ変更した以外は実施例14と同様にして反応を行った。脂肪酸メチルエステルの収率は65%、グリセリンの収率は29%、遊離脂肪酸の転化率は49%であった。また、Tiの溶出は認められなかった。
Example 15
In Example 14, except that catalyst K was used instead of catalyst A, the amounts of palm oil, methanol, and catalyst were changed to 70 g, 14 g, and 7.8 g, respectively, and the reaction concentration was changed from 150 ° C. to 200 ° C. Reaction was carried out in the same manner as in Example 14. The yield of fatty acid methyl ester was 65%, the yield of glycerin was 29%, and the conversion rate of free fatty acid was 49%. Further, elution of Ti was not observed.

実施例16
実施例1において反応原料として更にオレイン酸を2.5g添加した以外は実施例1と同様にして反応を行った。オレイン酸メチルエステルの収率は77%、グリセリンの収率は45%であった。また、Ti及びVの溶出は認められなかった。
Example 16
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that 2.5 g of oleic acid was further added as a reaction raw material in Example 1. The yield of oleic acid methyl ester was 77%, and the yield of glycerin was 45%. Moreover, elution of Ti and V was not recognized.

実施例17
実施例16において、触媒Aのかわりに触媒Kを用い、反応温度を150℃から200℃に変更した以外は実施例16と同様にして反応を行った。オレイン酸メチルエステルの収率は78%、グリセリンの収率は71%であった。また、Tiの溶出は確認されなかった。
Example 17
In Example 16, the reaction was performed in the same manner as in Example 16 except that the catalyst K was used instead of the catalyst A and the reaction temperature was changed from 150 ° C to 200 ° C. The yield of oleic acid methyl ester was 78%, and the yield of glycerin was 71%. Moreover, elution of Ti was not confirmed.

実施例18
実施例17において触媒Kのかわりに触媒Lを用いた以外は実施例17と同様にして反応を行った。オレイン酸メチルエステルの収率は81%、グリセリンの収率は74%であった。また、Tiの溶出は確認されなかった。
Example 18
The reaction was conducted in the same manner as in Example 17 except that the catalyst L was used instead of the catalyst K in Example 17. The yield of oleic acid methyl ester was 81%, and the yield of glycerin was 74%. Moreover, elution of Ti was not confirmed.

実施例19
触媒Aを圧縮成型した後、破砕して、300〜850μmの粒径にそろえた。
内径10mm、長さ210mmのSUS−316製直管反応管内に、成型した触媒A15mL(25g)を充填した。反応器出口には、空冷式冷却管を介してフィルターと背圧弁とを取り付けて、圧力制御できるようにした。
精密高圧定量ポンプを使用してトリオレインとメタノールとを、各々、0.192mL/min、0.040mL/min(モル比=1/5)の流量で反応器上部より下向きに流通させながら、背圧弁で反応管内の圧力を2.5MPaに設定した。
反応管部分をGCオーブンを使用して外部から加熱し、温度を150℃に設定した。温度と圧力が安定してから3.5時間後の反応器出口におけるオレイン酸メチルエステルの収率は50%であった。
Example 19
Catalyst A was compression molded and then crushed to a particle size of 300 to 850 μm.
Into a SUS-316 straight tube reaction tube having an inner diameter of 10 mm and a length of 210 mm, 15 mL (25 g) of the molded catalyst A was charged. At the outlet of the reactor, a filter and a back pressure valve were attached via an air-cooled cooling pipe so that the pressure could be controlled.
Using a precision high-pressure metering pump, triolein and methanol were circulated downward from the top of the reactor at a flow rate of 0.192 mL / min and 0.040 mL / min (molar ratio = 1/5), respectively. The pressure in the reaction tube was set to 2.5 MPa with a pressure valve.
The reaction tube portion was heated from the outside using a GC oven, and the temperature was set to 150 ° C. The yield of methyl oleate at the outlet of the reactor 3.5 hours after the temperature and pressure were stabilized was 50%.

実施例20
実施例19において、触媒Aのかわりに触媒Kを用い、トリオレインとメタノールの流量をそれぞれ0.170mL/min、0.065mL/min(モル比=1/9)に変更し、反応温度を2.5MPaから3.7MPaに変更し、反応温度を150℃から200℃に変更した以外は実施例19と同様にして反応を行った。温度と圧力が安定してから1.5時間後のトリオレインの転化率は84%であり、オレイン酸メチルエステル収率50%、グリセリン収率15%であった。
Example 20
In Example 19, catalyst K was used instead of catalyst A, the flow rates of triolein and methanol were changed to 0.170 mL / min and 0.065 mL / min (molar ratio = 1/9), respectively, and the reaction temperature was 2 The reaction was performed in the same manner as in Example 19 except that the reaction temperature was changed from 0.5 MPa to 3.7 MPa and the reaction temperature was changed from 150 ° C to 200 ° C. The conversion rate of triolein 1.5 hours after stabilization of temperature and pressure was 84%, the yield of oleic acid methyl ester was 50%, and the yield of glycerin was 15%.

実施例21
けん化価195.9、有効脂肪酸含有率96.5%、遊離脂肪酸含有率5.1%、水分量0.06%のパーム油(28g)、グリセリン(9.6g)及び触媒L(1.25g)を容積100mLのオートクレーブ内に仕込んだ。窒素置換後、内部を攪拌しながら反応温度250℃で6時間反応させたところ、転化率75%、ジグリセリド収率20%、モノグリセリド収率55%であった。グリセリン縮合物やエーテル化物の副生はなく、Tiの溶出はなかった。
Example 21
Saponification value 195.9, effective fatty acid content 96.5%, free fatty acid content 5.1%, water content 0.06% palm oil (28 g), glycerin (9.6 g) and catalyst L (1.25 g) ) In an autoclave having a volume of 100 mL. After nitrogen substitution, the reaction was carried out at a reaction temperature of 250 ° C. for 6 hours while stirring the interior. The conversion was 75%, the diglyceride yield was 20%, and the monoglyceride yield was 55%. There was no byproduct of glycerin condensate or etherified product, and Ti was not eluted.

図1は、本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法における製造工程の好ましい形態の一つを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing one of the preferred forms of the production process in the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin of the present invention. 図2は、本発明の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法における製造工程の好ましい形態の一つを示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing one of the preferred forms of the production process in the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin of the present invention.

Claims (9)

油脂類とアルコールとを触媒の存在下に接触させる工程を含んでなる脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法であって、
該触媒は、5族の金属元素からなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を必須成分とする単一又は複合酸化物であり、結晶化されて結晶格子内に必須成分元素を有するものである
ことを特徴とする脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
A method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin comprising a step of bringing an oil and fat into contact with an alcohol in the presence of a catalyst,
The catalyst is a single or complex oxide containing at least one metal element selected from the group consisting of Group 5 metal elements as an essential component, and crystallized to have the essential component elements in the crystal lattice A method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin, characterized in that:
前記触媒は、バナジウム酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、チタンバナジウム複合酸化物、チタンニオブ複合酸化物、チタンバナジウムジルコニウム三元系複合酸化物又はこれらと他の族の金属との複合酸化物であるThe catalyst is vanadium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, titanium vanadium composite oxide, titanium niobium composite oxide, titanium vanadium zirconium ternary composite oxide, or a composite oxide of these and other group metals. is there
ことを特徴とする請求項1記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1.
前記触媒は、更に、3族、6族、8族、9族、10族、11族、12族、14族、15族、16族及びランタノイドの元素からなる群より選択される少なくとも1種の元素を有し、結晶格子内に該元素を有するものである
ことを特徴とする請求項1又は2記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
The catalyst may be at least one selected from the group consisting of Group 3, Group 6, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11, Group 12, Group 14, Group 15, Group 16 and Lanthanoid elements. The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1 or 2 , which comprises an element and has the element in a crystal lattice .
前記触媒は、ハメットの酸度関数が−3.0≦H≦+12.2のチタン含有酸化物触媒である
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
The fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1 , wherein the catalyst is a titanium-containing oxide catalyst having a Hammett acidity function of −3.0 ≦ H 0 ≦ + 12.2. Production method.
前記触媒は、必須金属成分が6配位で酸素原子と結合して形成される八面体骨格により結晶が構成される酸化物である
ことを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
5. The catalyst according to claim 1, wherein the catalyst is an oxide in which a crystal is composed of an octahedral skeleton formed by binding an essential metal component to an oxygen atom in a hexacoordinate configuration. A method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin.
前記触媒は、結晶構造が三斜晶系であるバナジウム複合酸化物である
ことを特徴とする請求項1、2、3又は5記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
6. The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1, 2 , 3, or 5, wherein the catalyst is a vanadium composite oxide having a triclinic crystal structure.
前記触媒は、結晶構造がルチル構造であるチタンバナジウム複合酸化物である
ことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1, 2 , 3 , 4, or 5, wherein the catalyst is a titanium vanadium composite oxide having a crystal structure of a rutile structure. .
前記触媒は、八面体骨格により結晶が構成されるものであり、該八面体の少なくとも1組が辺共有で結合している層状酸化物である
ことを特徴とする請求項1、2、3、4又は5記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
The catalyst is a layered oxide in which a crystal is constituted by an octahedral skeleton, and at least one set of the octahedrons is bonded side by side . A method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to 4 or 5.
前記層状酸化物は、下記一般式(1);
ATiMO(2X+3) (1)
(Aは、水素原子又はアルカリ金属原子を表す。Mは、ニオブ原子又はタンタル原子を表す。Xは、7以下の自然数である。)で表される化合物である
ことを特徴とする請求項8記載の脂肪酸アルキルエステル及び/又はグリセリンの製造方法。
The layered oxide has the following general formula (1):
ATi X MO (2X + 3) (1)
9. The compound represented by (A represents a hydrogen atom or an alkali metal atom. M represents a niobium atom or a tantalum atom. X is a natural number of 7 or less.) The manufacturing method of fatty-acid alkylester and / or glycerol of description.
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