JP4907872B2 - Method and apparatus for producing fatty acid ester - Google Patents
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Description
本願発明は、脂肪酸エステルの製造方法および製造装置に関し、詳しくは、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料から脂肪酸エステルを製造するための脂肪酸エステルの製造方法および製造装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for producing a fatty acid ester, and more particularly to a method and apparatus for producing a fatty acid ester for producing a fatty acid ester from a fatty acid raw material containing free fatty acid as a main component.
近年、例えば天ぷら油などの植物性食用廃油を軽油代替燃料に再生する方法が開発されており、そのための装置も数多く存在している。その中でも、油脂原料とアルコールを、アルコールが超臨界状態となる雰囲気において反応させることにより、油脂類に含まれるトリグリセリドをエステル交換反応に付して脂肪酸のアルキルエステルを製造する方法がある(特許文献1,2参照)。 In recent years, for example, a method for regenerating vegetable edible waste oil such as tempura oil into a light oil alternative fuel has been developed, and there are many devices therefor. Among them, there is a method for producing an alkyl ester of a fatty acid by subjecting a triglyceride contained in fats and oils to a transesterification reaction by reacting the fat and oil raw material with alcohol in an atmosphere in which the alcohol is in a supercritical state (Patent Document) 1 and 2).
しかしながら、特許文献1の方法の場合、トリグリセリドから直接に脂肪酸のアルキルエステルが生成する割合は必ずしも十分に高くはなく、反応率を向上させるため、種々の触媒を使用することが検討されているのが実情である。 However, in the case of the method of Patent Document 1, the proportion of the fatty acid alkyl ester produced directly from the triglyceride is not necessarily high enough, and the use of various catalysts has been studied in order to improve the reaction rate. Is the actual situation.
また、特許文献2の方法の場合、トリグリセリドを一旦、加水分解して脂肪酸に変換してから脂肪酸アルキルエステルに変換する手法が述べられているが、加水分解して脂肪酸に変換する効率や脂肪酸が脂肪酸アルキルエステルへ変換する効率は必ずしも高くなく、油種や油脂の由来によっては変換率が低くなってしまうのが実情である。
すなわち、特許文献1および特許文献2の方法のみでは脂肪酸アルキルエステルの規格のひとつであるEU規格で定められた品質を満足することが困難であるという問題点がある。
In the case of the method of Patent Document 2, a method is described in which triglyceride is once hydrolyzed and converted into a fatty acid and then converted into a fatty acid alkyl ester. The efficiency of conversion to fatty acid alkyl ester is not necessarily high, and the conversion rate is low depending on the origin of the oil type and fat.
That is, there is a problem that it is difficult to satisfy the quality defined by the EU standard, which is one of the standards for fatty acid alkyl esters, only by the methods of Patent Document 1 and Patent Document 2.
本願発明は、上記課題を解決するものであり、アルカリ触媒を使用せず、かつ、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料から、脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能な脂肪酸エステルの製造方法および製造装置を提供することを課題とする。さらに、得られる脂肪酸エステルを軽油代替燃料として使用することが可能な品質にまで精製することが可能な脂肪酸エステルの製造方法および製造装置を提供することを課題とする。 The invention of the present application solves the above-mentioned problems, and does not use an alkali catalyst, and a method for producing a fatty acid ester capable of efficiently producing a fatty acid ester from a fatty acid raw material mainly composed of free fatty acids, and It is an object to provide a manufacturing apparatus. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method and manufacturing apparatus of the fatty acid ester which can refine | purify the obtained fatty acid ester to the quality which can be used as a light oil alternative fuel.
上記課題を解決するために、本願発明(請求項1)の脂肪酸エステルの製造方法は、
遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる一次反応工程と、
前記一次反応工程で反応させた反応液を100℃以下の温度にまで冷却する冷却工程と、前記冷却工程で100℃以下の温度にまで冷却された反応液を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応工程とを具備することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the method for producing a fatty acid ester of the present invention ( Claim 1 ) comprises:
A fatty acid raw material containing free fatty acid as a main component and an alcohol are mixed, and the alcohol becomes a supercritical state. The esterification reaction is performed under the conditions of a temperature: 250 to 350 ° C. and a pressure: 15 to 25 MPa, and a fatty acid ester is obtained. A primary reaction step to be generated;
A cooling step of cooling the reaction solution reacted in the primary reaction step to a temperature of 100 ° C. or less, and a reaction solution cooled to a temperature of 100 ° C. or less in the cooling step, the alcohol becomes a supercritical state. A secondary reaction step in which the esterification reaction is performed again under the conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa to generate a fatty acid ester.
また、請求項2の脂肪酸エステルの製造方法は、請求項1記載の脂肪酸エステルの製造方法において、前記脂肪酸原料が、植物油、動物油、植物油または動物油の廃油からなる群より選ばれる少なくとも1種に由来するものであることを特徴としている。 The method for producing a fatty acid ester according to claim 2 is the method for producing a fatty acid ester according to claim 1 , wherein the fatty acid raw material is derived from at least one selected from the group consisting of vegetable oil, animal oil, vegetable oil or animal oil waste oil. It is characterized by that.
また、請求項3の脂肪酸エステルの製造方法は、請求項1または2のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造方法において、前記脂肪酸原料中の遊離脂肪酸の割合が70重量%以上であることを特徴としている。 The method for producing a fatty acid ester according to claim 3 is the method for producing a fatty acid ester according to claim 1 or 2 , wherein the ratio of free fatty acid in the fatty acid raw material is 70% by weight or more. It is said.
また、本願発明(請求項4)の脂肪酸エステルの製造装置は、
遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる一次反応部と、
前記一次反応部で反応させた反応液を100℃以下の温度にまで冷却する冷却部と、
前記冷却部で100℃以下の温度にまで冷却された反応液を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応部と
を具備することを特徴としている。
The apparatus for producing a fatty acid ester of the present invention ( Claim 4 ) is:
A fatty acid raw material containing free fatty acid as a main component and an alcohol are mixed, and the alcohol becomes a supercritical state. The esterification reaction is performed under the conditions of a temperature: 250 to 350 ° C. and a pressure: 15 to 25 MPa, and a fatty acid ester is obtained. A primary reaction part to be generated;
A cooling section for cooling the reaction solution reacted in the primary reaction section to a temperature of 100 ° C. or lower;
The reaction liquid cooled to a temperature of 100 ° C. or lower in the cooling unit is subjected to esterification reaction again under the conditions of alcohol: supercritical state, temperature: 250-350 ° C., pressure: 15-25 MPa, and fatty acid. And a secondary reaction part for producing an ester.
また、請求項5の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項4記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記一次反応部、または、前記一次反応部および前記二次反応部が、アルコールが超臨界状態となる条件で、前記脂肪酸原料または前記一次反応後の反応液とアルコールの混合流体を相互溶解させて通過させることにより連続的にエステル化反応を行わせる管型反応器であることを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to claim 5 is the fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項6の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項5記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記管型反応器に供給されるアルコールをその臨界温度以下の温度に予熱するアルコール予熱器を備えていることを特徴としている。
The apparatus for producing a fatty acid ester according to
また、請求項7の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項4または5のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記脂肪酸原料を予熱する脂肪酸原料予熱器と、アルコールを臨界温度以下の温度に予熱するアルコール予熱器と、脂肪酸原料予熱器およびアルコール予熱器において予熱された脂肪酸原料とアルコールを液相状態で混合させながらアルコールが超臨界状態となる反応温度にまで昇温する混合昇温器を備えていることを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to claim 7 is the fatty acid ester production apparatus according to any one of
また、請求項8の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項4〜7のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記二次反応部で反応させた後の反応液を液液分離して、アルコールとグリセリンを主たる成分とする軽液と、脂肪酸エステルと高沸点不純物を含む重液とに分離する分離手段を具備することを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to claim 8 is the fatty acid ester production apparatus according to any one of
また、請求項9の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項8記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記分離手段が、二次反応部で反応させた後の反応液を機械的に前記軽液と前記重液とに分離する機械的分離手段であることを特徴としている。
The apparatus for producing a fatty acid ester according to
また、請求項10の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項8または9記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記液液分離後の重液を蒸留して、前記分離手段において分離しきれずに残存するアルコールおよび水を主たる成分とする低沸点成分と、脂肪酸エステルを主たる成分とする中沸点成分と、高沸点不純物を含む高沸点成分とに分離する重液蒸留手段を具備することを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項11の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項10記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記液液分離後の重液を蒸留することにより得られる前記脂肪酸エステルを主たる成分とする中沸点成分に少量含まれる脂肪酸を、アルカリ水溶液との中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段と、少量残るアルカリ分を洗浄して除去するアルカリ除去手段を具備することを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項12の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項11に記載の脂肪酸エステルの製造装置において、
前記脂肪酸除去手段により脂肪酸を除去した後の脂肪酸エステルに含まれる水分を主とする低沸点成分を蒸留により除去する低沸点成分除去手段を備えていることを特徴としている。
The apparatus for producing a fatty acid ester according to
It is characterized by comprising low boiling point component removing means for removing by distillation the low boiling point component mainly composed of water contained in the fatty acid ester after the fatty acid is removed by the fatty acid removing unit.
また、請求項13の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項8〜12のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記液液分離後の軽液を蒸留して、アルコールと水分とグリセリンに分離する軽液蒸留手段を備えていることを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項14の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項13記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記軽液蒸留手段により分離されたアルコールを回収するアルコール回収手段および前記軽液蒸留手段により分離されたグリセリンを回収するグリセリン回収手段を備えていることを特徴としている。
Further, the fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項15の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項5〜14のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記管型反応器内における液空間速度が0.3〜0.03[1/min]の範囲にあることを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項16の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項7〜15のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、
前記脂肪酸原料予熱器および混合昇温器の温度条件および圧力条件が、
温度:200〜350℃
圧力:15〜25MPa
の範囲にあることを特徴としている。
Moreover, the manufacturing apparatus of the fatty acid ester of Claim 16 is a manufacturing apparatus of the fatty acid ester in any one of Claims 7-15 ,
The temperature conditions and pressure conditions of the fatty acid raw material preheater and the mixing heater are as follows:
Temperature: 200-350 ° C
Pressure: 15-25MPa
It is characterized by being in the range of.
また、請求項17の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項4〜16のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、前記アルコールとして、炭素数が1〜5の低級アルコールが用いられることを特徴としている。
The fatty acid ester production apparatus according to claim 17 is the fatty acid ester production apparatus according to any one of
また、請求項18の脂肪酸エステルの製造装置は、請求項4〜17のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置において、燃料として用いられる脂肪酸エステルを製造するために用いられるものであることを特徴としている。
The apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 18 is used for producing a fatty acid ester used as a fuel in the apparatus for producing fatty acid ester according to any one of
本願発明(請求項1)の脂肪酸エステルの製造方法は、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる一次反応工程と、一次反応工程で反応させた反応液を100℃以下の温度にまで冷却する冷却工程と、冷却工程で100℃以下の温度にまで冷却された反応液を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応工程とを備えているので、アルカリ触媒を使用せず、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料から、脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能になる。
なお、一次反応工程の反応液を100℃以下に冷却した後、再びアルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で二次反応を行わせた場合にエステル化反応が進行する理由は必ずしも明確になっていないが、二次反応の昇温開始温度と反応温度との差が大きくなると、昇温過程で反応溶媒であるアルコールと原料油脂の接触状態に劇的な変化が生じ、その結果、反応が促進されることによるものと推察される。
In the method for producing a fatty acid ester of the present invention (Claim 1), a fatty acid raw material mainly composed of a free fatty acid and an alcohol are mixed, and the alcohol becomes a supercritical state. Temperature: 250 to 350 ° C., pressure: 15 A primary reaction step in which an esterification reaction is performed under a condition of ˜25 MPa to produce a fatty acid ester, a cooling step in which the reaction solution reacted in the primary reaction step is cooled to a temperature of 100 ° C. or less, and a cooling step of 100 ° C. The reaction solution cooled to the following temperature is subjected to esterification reaction again under the conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa, where the alcohol becomes a supercritical state. Because it is equipped with a reaction step, it is possible to efficiently produce fatty acid esters from fatty acid raw materials that contain free fatty acids as the main component, without using an alkali catalyst. It made.
In addition, when the reaction liquid in the primary reaction step is cooled to 100 ° C. or lower, and then the alcohol becomes a supercritical state again, and the secondary reaction is performed under the conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa. The reason why the esterification reaction proceeds is not necessarily clear, but when the difference between the temperature rise start temperature of the secondary reaction and the reaction temperature becomes large, the contact state between the alcohol, which is the reaction solvent, and the raw oil / fat is increased during the temperature rise process. It is speculated that a dramatic change occurs and, as a result, the reaction is accelerated.
遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料は、市場で調達することが可能であり、また、油脂類を主成分とする油脂原料を加水分解することによっても得ることが可能である。Fatty acid raw materials mainly composed of free fatty acids can be procured on the market, and can also be obtained by hydrolyzing fat raw materials mainly composed of fats and oils.
なお、油脂原料を加水分解して遊離脂肪酸を生成させる方法としては、例えば、以下に説明するような公知の種々の方法を用いることが可能である。 In addition, as a method of hydrolyzing an oil-and-fat raw material and producing | generating a free fatty acid, it is possible to use the well-known various methods which are demonstrated below, for example.
(1)酸またはアルカリ性の化学物質を触媒として用いて、バッチ式または連続式の攪拌混合装置によって油脂の加水分解反応を行わせる方法。 (1) A method in which an oil or fat is hydrolyzed by a batch or continuous stirring and mixing apparatus using an acid or alkaline chemical substance as a catalyst.
(2)反応の選択性が高い触媒機能を有する酵素を用いて、バッチ式または連続式の攪拌混合装置によって油脂の加水分解反応を行わせる方法。 (2) A method of hydrolyzing fats and oils using a batch or continuous stirring and mixing apparatus using an enzyme having a catalytic function with high reaction selectivity.
(3)油脂に乳化剤を添加し、酵素を含む水溶液に乳化剤の膜で覆われた油脂を微細な油滴として分散させることにより、効率よく加水分解を行わせる方法。 (3) A method of efficiently performing hydrolysis by adding an emulsifier to an oil and fat and dispersing the oil and fat covered with an emulsifier film in an aqueous solution containing an enzyme as fine oil droplets.
(4)リパーゼなどのタンパク質酵素を用いて油脂の加水分解を行わせる方法。 (4) A method of hydrolyzing fats and oils using a protein enzyme such as lipase.
ただし、上記の一次反応工程では、エステル化反応が必ずしも充分に進行せず、得られる脂肪酸エステルも、品質が不十分で、例えば、脂肪酸アルキルエステルの規格のひとつであるEU規格で定められた品質を満足することは困難である。 However, in the above primary reaction step, the esterification reaction does not necessarily proceed sufficiently, and the resulting fatty acid ester has insufficient quality, for example, the quality defined by the EU standard, which is one of the standards for fatty acid alkyl esters. It is difficult to satisfy
しかし、一次反応工程で反応させた反応液から、一次反応工程で生成した水分および余剰のアルコールを含む低沸点成分を除去した後、低沸点成分を除去した反応液にアルコールを添加し、アルコールが超臨界状態となる条件で再びエステル化反応を行わせるようにした場合には、例えば、代替燃料として用いることが可能な、高品質の脂肪酸エステルを効率よく製造することができる。 However, after removing the low-boiling components including water and excess alcohol generated in the primary reaction step from the reaction solution reacted in the primary reaction step, alcohol is added to the reaction solution from which the low-boiling components have been removed, In the case where the esterification reaction is performed again under the supercritical condition, for example, a high-quality fatty acid ester that can be used as an alternative fuel can be efficiently produced.
また、本願発明において、一次反応および二次反応の温度条件を、250〜350℃の範囲としたのは、反応部の温度が250℃未満の場合、無触媒でのエステル化反応が十分に生起する温度にするために、再加熱を行うことが必要となり好ましくないこと、反応部の温度が350℃を超えると、実装置では熱源の確保が困難になり、設備コストの著しい増大を招くことから好ましくなく、また、脂肪酸の種類によっては熱分解を起こすため好ましくないことによる。 In the present invention, the temperature conditions of the primary reaction and the secondary reaction are in the range of 250 to 350 ° C., because when the temperature of the reaction part is less than 250 ° C., the esterification reaction without catalyst occurs sufficiently. It is necessary to perform reheating in order to obtain the temperature to be used, and it is not preferable. If the temperature of the reaction part exceeds 350 ° C., it becomes difficult to secure a heat source in the actual apparatus, and the equipment cost is significantly increased. It is not preferable, and it is not preferable because it causes thermal decomposition depending on the type of fatty acid.
また、一次反応および二次反応の圧力条件を、15〜25MPaの範囲としたのは、圧力が15MPa未満になると次の工程でのエステル化反応が不十分になり、25MPaを超えると設備コストの著しい増大を招くことから望ましくないことによる。 In addition, the pressure conditions for the primary reaction and the secondary reaction are in the range of 15 to 25 MPa because when the pressure is less than 15 MPa, the esterification reaction in the next step becomes insufficient, and when the pressure exceeds 25 MPa, the equipment cost is reduced. This is undesirable because it causes a significant increase.
また、本願発明の脂肪酸エステルの製造方法を用いることにより、請求項2のように、植物油、動物油、植物油または動物油の廃油からなる群より選ばれる少なくとも1種に由来する脂肪酸原料から、効率よく脂肪酸エステルを製造することができるようになる。
なお、植物油としては、菜種油、大豆油、パーム油、アマニ油、ヒマワリ油、ごま油、トウモロコシ油などが、動物油としては、魚油、牛油、豚油などが、それぞれ例示される。
Moreover, by using the method for producing a fatty acid ester of the present invention, a fatty acid can be efficiently obtained from a fatty acid raw material derived from at least one selected from the group consisting of vegetable oil, animal oil, vegetable oil or animal oil waste oil as in claim 2. Esters can be produced.
Examples of vegetable oils include rapeseed oil, soybean oil, palm oil, linseed oil, sunflower oil, sesame oil, and corn oil, and examples of animal oils include fish oil, cow oil, and pig oil.
また、請求項3の脂肪酸エステルの製造方法のように、脂肪酸原料中の遊離脂肪酸の割合を70重量%以上とすることにより、脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料から代替燃料として用いることが可能な脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能になり、特に有意義である。 Further, as in the method for producing a fatty acid ester according to claim 3 , by setting the ratio of the free fatty acid in the fatty acid raw material to 70% by weight or more, it can be used as an alternative fuel from a fatty acid raw material containing fatty acid as a main component. The fatty acid ester can be produced efficiently, which is particularly meaningful.
また、本願発明(請求項4)の脂肪酸エステルの製造装置は、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件でエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる一次反応部と、一次反応部で反応させた反応液を100℃以下の温度にまで冷却する冷却部と、冷却部で100℃以下の温度にまで冷却された反応液を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応部とを備えているので、本願請求項1の脂肪酸エステルの製造方法を確実に実施して、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料から脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能になる。 Moreover, the apparatus for producing a fatty acid ester according to the present invention ( Claim 4 ) mixes a fatty acid raw material mainly composed of a free fatty acid and an alcohol so that the alcohol becomes in a supercritical state. Temperature: 250 to 350 ° C., pressure In the primary reaction part which performs esterification reaction on the conditions of 15-25MPa, and produces | generates fatty acid ester, the cooling part which cools the reaction liquid made to react in a primary reaction part to the temperature of 100 degrees C or less, and a cooling part The reaction liquid cooled to a temperature of 100 ° C. or lower is subjected to an esterification reaction again under the conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa so that the alcohol becomes a supercritical state, thereby generating a fatty acid ester. Since the secondary reaction part is provided, the manufacturing method of the fatty acid ester of Claim 1 of this application is implemented reliably, and fatty acid ester is obtained from the fatty acid raw material which has a free fatty acid as a main component. It becomes possible to manufacture efficiently.
また、請求項5の脂肪酸エステルの製造装置は、一次反応部、または、一次反応部および二次反応部に、アルコールが超臨界状態となる条件で、脂肪酸原料または一次反応後の反応液とアルコールの混合流体を相互溶解させて通過させることにより連続的にエステル化反応を行わせる管型反応器を用いるようにしているので、脂肪酸原料または一次反応後の反応液とアルコールを連続的に効率よく相互溶解させ、反応させることが可能になる。したがって、請求項5の脂肪酸エステルの製造装置を用いることにより、本願請求項1〜3の脂肪酸エステルの製造方法を確実に実施して、効率よく、経済的に脂肪酸エステルを製造することが可能になる。 The apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 5 is the fatty acid raw material or the reaction solution and the alcohol after the primary reaction in the primary reaction section or the primary reaction section and the secondary reaction section under the condition that the alcohol is in a supercritical state. Because the tube-type reactor that continuously performs the esterification reaction by allowing the mixed fluid to pass through each other is passed, the fatty acid raw material or the reaction solution after the primary reaction and the alcohol are continuously and efficiently used. It becomes possible to dissolve and react with each other. Therefore, by using the fatty acid ester production apparatus according to claim 5 , it is possible to reliably carry out the fatty acid ester production method according to claims 1 to 3 of the present application and efficiently and economically produce the fatty acid ester. Become.
すなわち、脂肪酸原料または一次反応後の反応液とアルコール(例えばメタノール)の混合流体を高温、高圧にして、超臨界状態(温度240℃以上、圧力8MPa以上)にすると、メタノールは超臨界状態のメタノールとなる。この超臨界メタノールは、分子が気体のように激しく動く一方、液体に匹敵する高い分子密度を有する電気的反応性の高い流体であり、高温の加溶媒分解やメチル化反応が高速に進行するという特徴を備えている。したがって、請求項5のように、管型反応器を用い、脂肪酸原料または一次反応後の反応液とアルコール(例えばメタノール)の混合流体を超臨界領域の温度および圧力下に、該管型反応器の内部を通過させることにより、脂肪酸とアルコールを連続的に極めて効率よく反応させることが可能になり、効率よく、経済的に脂肪酸エステルを製造することが可能になる。 That is, when the mixed fluid of the fatty acid raw material or the reaction liquid after the primary reaction and alcohol (for example, methanol) is heated to a high temperature and a high pressure to be in a supercritical state (temperature of 240 ° C. or higher, pressure of 8 MPa or higher), the methanol is supercritical methanol. It becomes. This supercritical methanol is a highly electrically reactive fluid with high molecular density comparable to a liquid, while molecules move violently like a gas, and high-temperature solvolysis and methylation reactions proceed at high speed. It has features. Therefore, as in claim 5 , a tubular reactor is used, and a mixed fluid of a fatty acid raw material or a reaction liquid after the primary reaction and alcohol (for example, methanol) is placed in a supercritical region at a temperature and pressure in the tubular reactor. By passing through the inside, it becomes possible to react the fatty acid and the alcohol continuously and very efficiently, and it becomes possible to produce the fatty acid ester efficiently and economically.
なお、管型反応器とは、コイル状、ジャバラ状などの種々の形態の管状の反応器を意味する広い概念であり、その具体的な構造に特別の制約はない。
また、反応器の伝熱部には内周面に溝、凸凹、突起などを設けることにより、管内外の伝熱が促進されるように構成された種々の伝熱促進管を使用することも可能である。
The tubular reactor is a broad concept that means various types of tubular reactors such as a coil shape and a bellows shape, and there are no particular restrictions on the specific structure.
It is also possible to use various heat transfer promotion tubes configured to promote heat transfer inside and outside the tube by providing grooves, irregularities, protrusions, etc. on the inner peripheral surface of the heat transfer part of the reactor. Is possible.
さらに、管型反応器内にインラインミキサーなどを配設して、脂肪酸原料とアルコールを十分に混合させた状態で溶媒を超臨界流体状態にすることにより、超臨界状態のアルコールと液状の脂肪酸原料を効率よく相互溶解させて、エステル化反応をさらに促進させることが可能である。 In addition, an inline mixer or the like is provided in the tubular reactor, and the solvent is brought into a supercritical fluid state in a state where the fatty acid raw material and the alcohol are sufficiently mixed. Can be efficiently dissolved together to further promote the esterification reaction.
また、請求項6の脂肪酸エステルの製造装置のように、請求項5記載の脂肪酸エステルの製造装置において、管型反応器に供給されるアルコールをその臨界温度以下の温度に予熱するアルコール予熱器を備えた構成とすることにより、管型反応器に供給される流体の主要部をなすアルコールを効率よく予熱して、管型反応器の小型化を図ることが可能になる。なお、アルコールをその臨界温度以下の温度に予熱するようにしているのは、臨界温度以下の温度に予熱することによりアルコールを液相状態に保つことが可能になり、同じく液相状態の脂肪酸原料との混合分散を良好ならしめることが可能になり、その後の昇温過程における相互溶解とエステル化反応を促進させることが可能になることによる。
Further, as in the fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項7の脂肪酸エステルの製造装置のように、脂肪酸原料を予熱する脂肪酸原料予熱器と、アルコールを臨界温度以下の温度に予熱するアルコール予熱器と、脂肪酸原料予熱器およびアルコール予熱器において予熱された脂肪酸原料とアルコールを液相状態で混合させながらアルコールが超臨界状態となる反応温度にまで昇温する混合昇温器を備えた構成とすることにより、管型反応器に供給される流体全体を効率よく予熱して、管型反応器の小型化を図ることが可能になる。
すなわち、この請求項7の脂肪酸エステルの製造装置のように、脂肪酸原料予熱器およびアルコール予熱器で脂肪酸原料とアルコールを個別に予熱した後、混合昇温器内にて液相状態で混合させながらアルコールが超臨界状態となる反応温度にまで昇温することにより、脂肪酸原料予熱器で脂肪酸原料中にいくらか含まれるトリグリセリドの遊離脂肪酸への分解が促進され、混合昇温器で、液相状態の脂肪酸原料と、臨界温度以下の温度に予熱された液相状態のアルコールが混合されることにより、その後の昇温過程において相互溶解とエステル化反応が促進されることになり、十分な反応効率を確保して、管型反応器の小型化を図ることが可能になる。
なお、脂肪酸原料とアルコールを液相状態で混合させるための混合昇温器としては、例えば、インラインミキサーを備えた管型の混合昇温器を用いる構成などが例示される。
Moreover, in the fatty acid ester production apparatus according to claim 7, in a fatty acid raw material preheater for preheating a fatty acid raw material, an alcohol preheater for preheating alcohol to a temperature below a critical temperature, a fatty acid raw material preheater, and an alcohol preheater The preheated fatty acid raw material and alcohol are mixed in a liquid phase state, and the mixture is heated to a reaction temperature at which the alcohol becomes a supercritical state. It is possible to efficiently preheat the entire fluid and reduce the size of the tubular reactor.
That is, as in the apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 7, after the fatty acid raw material and the alcohol are preheated individually by the fatty acid raw material preheater and the alcohol preheater, the mixture is mixed in the liquid phase state in the mixing temperature rising device. By raising the temperature to the reaction temperature at which the alcohol is in a supercritical state, the fatty acid raw material preheater promotes the decomposition of some of the triglycerides contained in the fatty acid raw material into free fatty acids. By mixing the fatty acid raw material and the liquid phase alcohol preheated to a temperature below the critical temperature, the mutual dissolution and the esterification reaction are promoted in the subsequent temperature rising process, and sufficient reaction efficiency is achieved. Thus, it is possible to reduce the size of the tubular reactor.
In addition, as a mixing temperature rising device for mixing a fatty-acid raw material and alcohol in a liquid phase state, the structure using the tube-type mixing temperature rising device provided with the in-line mixer etc. are illustrated, for example.
また、請求項8の脂肪酸エステルの製造装置のように、二次反応部で反応させた後の反応液を液液分離して、アルコールとグリセリンを主たる成分とする軽液と、脂肪酸エステルと高沸点不純物を含む重液とに分離する分離手段を備えた構成とすることにより、上記軽液と重液を分離して、脂肪酸エステルの生成を効率よく行うことが可能になる。 Further, as in the fatty acid ester production apparatus according to claim 8 , the reaction liquid after the reaction in the secondary reaction part is subjected to liquid-liquid separation, a light liquid mainly comprising alcohol and glycerin, fatty acid ester and high By adopting a configuration including a separation means for separating the heavy liquid containing boiling point impurities, the light liquid and the heavy liquid can be separated to efficiently produce the fatty acid ester.
また、請求項9の脂肪酸エステルの製造装置のように、分離手段として、二次反応部で反応させた後の反応液を機械的に軽液と重液とに分離する機械的分離手段を用いることにより、容易かつ確実に軽液と重液を分離して、脂肪酸エステルの生成を効率よく行うことが可能になる。
なお、機械的分離手段とは、遠心分離器のように比重差を利用した分離器などを意味する概念であり、具体的な機器形式に特別の制約はない。
Further, as in the fatty acid ester production apparatus according to
The mechanical separation means is a concept that means a separator using a specific gravity difference, such as a centrifugal separator, and there is no particular restriction on a specific device type.
また、請求項10の脂肪酸エステルの製造装置のように、液液分離後の重液を蒸留して、上記の分離手段において分離しきれずに残存するアルコールおよび水を主たる成分とする低沸点成分と、脂肪酸エステルを主たる成分とする中沸点成分と、高沸点不純物を含む高沸点成分とに分離する重液蒸留手段を備えた構成とすることにより、重液をアルコールおよび水を主たる成分とする低沸点成分と、脂肪酸エステルを主たる成分とする中沸点成分(目的成分)と、高沸点不純物を含む高沸点成分とに分離することが可能になる。
Further, as in the fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項11の脂肪酸エステルの製造装置のように、液液分離後の重液を蒸留することにより得られる脂肪酸エステルを主たる成分とする中沸点成分に少量含まれる脂肪酸を、アルカリ水溶液との中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段と、少量残るアルカリ分を洗浄して除去するアルカリ除去手段とを備えた構成とすることにより、少ない消費エネルギーで、高品質の脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能になる。
Further, as in the fatty acid ester production apparatus according to
また、請求項12の脂肪酸エステルの製造装置のように、脂肪酸除去手段により脂肪酸を除去した後の脂肪酸エステルに含まれる水分を主とする低沸点成分を蒸留により除去する低沸点成分除去手段を備えた構成とすることにより、水分などの低沸点成分の含有量の少ない、高純度の脂肪酸エステルを得ることが可能になり、本願発明をより実効あらしめることが可能になる。
The apparatus for producing a fatty acid ester according to
また、請求項13の脂肪酸エステルの製造装置のように、液液分離後の軽液を蒸留して、アルコールと水分とグリセリンに分離する軽液蒸留手段を備えた構成とすることにより、軽液をアルコールと水分とグリセリンの各成分に分離することが可能になり、有効成分の分離回収を行うことが可能になる。
なお、軽液蒸留手段(蒸留方法)としては、例えば、充填塔、フラッシュ蒸留塔、薄膜型蒸留塔などを用いて蒸留を行う方法などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Further, as in the apparatus for producing a fatty acid ester according to
Examples of the light liquid distillation means (distillation method) include, but are not limited to, a method of performing distillation using a packed column, a flash distillation column, a thin film distillation column, and the like.
また、請求項14の脂肪酸エステルの製造装置のように、軽液蒸留手段により分離されたアルコールを回収するアルコール回収手段および軽液蒸留手段により分離されたグリセリンを回収するグリセリン回収手段を備えた構成とすることにより、純度の高いアルコールおよびグリセリンを回収することが可能になる。
さらに、回収したアルコールをエステル化反応にリサイクル使用することにより、薬剤コストの低減を図ることが可能になる。
また、回収されるグリセリンについても、アルカリなどの触媒を含まず純度の高いグリセリンを回収することができるため、補助燃料や粗グリセリンとしての再利用が容易になる。
Moreover, the apparatus provided with the alcohol collection | recovery means which collect | recovers the alcohol isolate | separated by the light liquid distillation means, and the glycerol collection | recovery means which collect | recovers the glycerol separated by the light liquid distillation means like the fatty-acid-ester manufacturing apparatus of Claim By doing so, it becomes possible to collect high-purity alcohol and glycerin.
Furthermore, it is possible to reduce the drug cost by recycling the collected alcohol for the esterification reaction.
In addition, since the glycerol that is recovered does not contain a catalyst such as an alkali and can be recovered with high purity, it can be easily reused as auxiliary fuel or crude glycerol.
また、請求項15の脂肪酸エステルの製造装置のように、管型反応器内における液空間速度を0.3〜0.03[1/min]の範囲とすることにより、エステル化反応を十分に行わせることが可能になる。この液空間速度は脂肪酸原料の状態などによって調整することが望ましい。
なお、管型反応器内の液空間速度を0.3〜0.03[1/min]とすることが好ましいのは、液空間速度が0.03[1/min]未満では反応時間が長くなり過ぎて、脂肪酸の種類によっては熱による分解を起こす可能性が高くなり、また、0.3[1/min]を超えると反応時間が短くなり、充分なエステル化反応が行われなくなることによる。
In addition, as in the apparatus for producing a fatty acid ester according to
The liquid space velocity in the tubular reactor is preferably 0.3 to 0.03 [1 / min] because the reaction time is long when the liquid space velocity is less than 0.03 [1 / min]. Depending on the type of fatty acid, there is a high possibility of causing decomposition by heat, and when it exceeds 0.3 [1 / min], the reaction time is shortened and sufficient esterification reaction is not performed. .
また、請求項16の脂肪酸エステルの製造装置のように、脂肪酸原料予熱器および混合昇温器における温度条件および圧力条件を、温度:200〜350℃、圧力:15〜25MPaの範囲とすることにより、管型反応器に供給される流体を管型反応器における反応条件に対応するように予熱して、管型反応器の小型化を図ることが可能になる。 Further, as in the fatty acid ester production apparatus according to claim 16 , by setting the temperature condition and pressure condition in the fatty acid raw material preheater and the mixing temperature riser to a range of temperature: 200 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa. The fluid supplied to the tubular reactor is preheated so as to correspond to the reaction conditions in the tubular reactor, so that the tubular reactor can be reduced in size.
なお、脂肪酸原料を、脂肪酸原料予熱器において上記条件で予熱するようにした場合、混合昇温器への供給の準備が行われるだけでなく、通常は含まれている水分により油脂類の加水分解が起こり、主成分であるグリセリド類が脂肪酸に分解されるため、エステル化反応を促進させることが可能になる。 When the fatty acid raw material is preheated under the above conditions in the fatty acid raw material preheater, not only preparation for supply to the mixing temperature riser is performed, but also the hydrolysis of fats and oils is usually performed by the contained moisture. Since glycerides, which are the main components, are decomposed into fatty acids, the esterification reaction can be promoted.
また、請求項17の脂肪酸エステルの製造装置のように、アルコールとして、炭素数が1〜5の低級アルコールを用いることにより、実用可能な温度条件、圧力条件でアルコールを超臨界状態にすることが可能になり、本願発明を実効あらしめることができる。
なお、炭素数が1〜5の低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールなどが例示される。
Further, as in the apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 17 , by using a lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms as an alcohol, the alcohol can be brought into a supercritical state under practical temperature and pressure conditions. It becomes possible, and this invention can be shown effectively.
Examples of the lower alcohol having 1 to 5 carbon atoms include methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol and the like.
また、請求項18の脂肪酸エステルの製造装置は、燃料として用いられる脂肪酸エステルを製造するために用いられるものであり、その脂肪酸エステルの製造装置を使用することにより、アルカリ触媒を使用せず、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料(例えば、植物油、動物油、植物油または動物油の廃油からなる群より選ばれる少なくとも1種に由来する脂肪酸原料)から、効率よく燃料(軽油代替燃料)として用いられる脂肪酸エステルを製造することが可能になる。 The apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 18 is used for producing a fatty acid ester to be used as a fuel. By using the apparatus for producing a fatty acid ester, an alkaline catalyst is not used, and the fatty acid ester is liberated. Fatty acid esters that are efficiently used as fuel (light oil substitute fuel) from fatty acid raw materials mainly composed of fatty acids (for example, fatty acid raw materials derived from at least one selected from the group consisting of vegetable oil, animal oil, vegetable oil or animal oil waste oil) Can be manufactured.
以下、本願発明の実施の形態を示してその特徴とするところをさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the present invention.
図1は溶媒となるアルコールと脂肪酸原料を混合、予熱する混合手段M、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料とアルコールをエステル化反応させる一次反応部A1、一次反応部A1で反応させた反応液から、一次反応部で生成した水分および余剰のアルコールを含む低沸点成分を除去する低沸点成分除去部Lなどを示す図である。 FIG. 1 shows a mixing means M for mixing and preheating alcohol as a solvent and a fatty acid raw material, a primary reaction part A1 in which a fatty acid raw material mainly composed of free fatty acids and an alcohol are esterified, and a reaction liquid reacted in the primary reaction part A1. FIG. 2 is a diagram showing a low boiling point component removing unit L that removes low boiling point components including moisture and excess alcohol generated in the primary reaction unit.
図2は低沸点成分除去部Lで水分が除去された反応液にアルコールを添加し、アルコールが超臨界状態となる条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応部A2と、二次反応部A2においてエステル化反応を行わせた後の反応液を液液分離して、軽液と重液を機械的に分離する液液分離手段(分離手段)Bなどを示す図である。 FIG. 2 shows a secondary reaction part A2 in which an alcohol is added to the reaction liquid from which water has been removed in the low boiling point component removal part L, and an esterification reaction is performed again under the condition that the alcohol is in a supercritical state to produce a fatty acid ester. And a liquid-liquid separation means (separation means) B that performs liquid-liquid separation of the reaction liquid after the esterification reaction is performed in the secondary reaction section A2 and mechanically separates light and heavy liquids. It is.
図3は液液分離手段Bにより分離された軽液を蒸留してアルコールとグリセリンを回収する軽液蒸留手段Cなどを示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a light liquid distillation means C for distilling the light liquid separated by the liquid-liquid separation means B to recover alcohol and glycerin.
また、図4は、液液分離手段B(図2)により分離された重液を蒸留して低沸点成分と、高沸点成分に分離する重液蒸留手段D、重液蒸留手段Dにより分離した低沸点成分中に含まれる脂肪酸を中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段E、脂肪酸除去手段Eにより脂肪酸を分離した脂肪酸エステルを主成分とする液に水を添加して、アルカリを除去するアルカリ除去手段Sと、脂肪酸エステルを主成分とする液に含まれる水分を主とする低沸点成分を蒸留により除去する低沸点成分除去手段Fなどを示す図である。 Further, FIG. 4 shows that the heavy liquid separated by the liquid-liquid separation means B (FIG. 2) is distilled and separated by the heavy liquid distillation means D and the heavy liquid distillation means D for separating the low boiling point component and the high boiling point component. Fatty acid removal means E that separates and removes fatty acids contained in low-boiling components by a neutralization reaction, an alkali that removes alkali by adding water to a liquid mainly composed of fatty acid esters obtained by separating fatty acids by fatty acid removal means E It is a figure which shows the low boiling-point component removal means F etc. which remove the low boiling-point component which mainly has the water | moisture content contained in the removal means S and the liquid which has a fatty acid ester as a main component by distillation.
図1〜図4に示す脂肪酸エステルの製造装置は、
1)遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料とアルコール(溶媒)を液体状態で混合する混合手段M(図1)と、混合手段Mで混合された混合流体を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で通過させることにより、連続的にエステル化反応を行わせる一次反応部A1(図1)と、
2)一次反応部A1で反応させた、一次反応部で生成した水分や余剰のアルコールなどの低沸点成分を含む反応液から、水分やアルコールなどの低沸点成分を除去する低沸点成分除去部Lと、
3)低沸点成分除去部Lで水分が除去された反応液にアルコールを添加し、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応部A2(図2)と、
4)一次反応部A1と二次反応部A2で反応させた反応液を液液分離して、アルコールとグリセリンを主たる成分とする軽液と脂肪酸エステル、および高沸点不純物を含む重液を機械的に分離する液液分離手段B(図2)と、
5)液液分離手段Bにより分離された軽液を蒸留してアルコールとグリセリンを回収する軽液蒸留手段(アルコール・グリセリン回収手段)C(図3)と、
6)液液分離手段Bにより分離された重液を蒸留して、脂肪酸エステルを主たる成分とする低沸点成分と、高沸点不純物を含む高沸点成分に分離する重液蒸留手段D(図4)と、
7)重液蒸留手段Dにより分離した低沸点成分中に含まれる少量の脂肪酸を中和反応により分離除去する脂肪酸除去手段E(図4)と、
8)脂肪酸除去手段Eにより脂肪酸を分離した脂肪酸エステルを主成分とする液に水を添加して、アルカリを除去するアルカリ除去手段S(図4)と、
9)アルカリ除去手段Sによりアルカリを除去した後の脂肪酸エステルを主成分とする液中に少量含まれる水分を主とする低沸点成分を蒸留により除去する低沸点成分除去手段F(図4)を備えている。
The apparatus for producing fatty acid esters shown in FIGS.
1) A mixing means M (FIG. 1) for mixing a fatty acid raw material mainly composed of free fatty acids and an alcohol (solvent) in a liquid state; and a mixed fluid mixed by the mixing means M, the alcohol is in a supercritical state. A primary reaction part A1 (FIG. 1) for continuously performing an esterification reaction by passing under conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa;
2) Low boiling point component removal unit L that removes low boiling point components such as moisture and alcohol from the reaction liquid containing low boiling point components such as moisture and surplus alcohol produced in the primary reaction unit, reacted in the primary reaction unit A1. When,
3) Alcohol is added to the reaction liquid from which water has been removed by the low boiling point component removing unit L, and the alcohol becomes a supercritical state. The esterification reaction is again performed under the conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa. A secondary reaction part A2 (FIG. 2) for generating a fatty acid ester,
4) The reaction liquid reacted in the primary reaction part A1 and the secondary reaction part A2 is subjected to liquid-liquid separation, and a light liquid and fatty acid ester mainly containing alcohol and glycerin and a heavy liquid containing high boiling impurities are mechanically separated. Liquid-liquid separation means B (FIG. 2) for separating
5) Light liquid distillation means (alcohol / glycerin recovery means) C (FIG. 3) for recovering alcohol and glycerin by distilling the light liquid separated by the liquid-liquid separation means B;
6) The heavy liquid distillation means D for distilling the heavy liquid separated by the liquid-liquid separation means B and separating it into a low boiling point component containing fatty acid ester as a main component and a high boiling point component containing high boiling point impurities (FIG. 4). When,
7) Fatty acid removing means E (FIG. 4) for separating and removing a small amount of fatty acid contained in the low boiling point component separated by heavy liquid distillation means D by neutralization reaction;
8) Alkali removing means S (FIG. 4) for removing alkali by adding water to a liquid mainly composed of a fatty acid ester obtained by separating fatty acids by fatty acid removing means E;
9) Low boiling point component removing means F (FIG. 4) for removing low boiling point components mainly containing water contained in a small amount in the liquid mainly composed of fatty acid ester after alkali removal by alkali removing means S (FIG. 4). I have.
この脂肪酸エステルの製造装置において用いられる混合手段Mとしては、乳化用の高機能なインラインミキサーを用いてアルコール溶媒中に油脂を微細な油滴として分散させる方法などが例示される。 Examples of the mixing means M used in the fatty acid ester production apparatus include a method of dispersing fats and oils as fine oil droplets in an alcohol solvent using a highly functional in-line mixer for emulsification.
また、一次反応部A1(図1)は、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料を貯める脂肪酸原料タンク1から供給される脂肪酸原料を予熱する脂肪酸原料予熱器3a、アルコール(メタノール)タンク2から供給されるアルコールを臨界温度以下の温度に予熱するアルコール予熱器3b、脂肪酸原料とアルコールの混合流体を通過させることにより連続的に一次エステル化反応を行わせる管型反応器4とを備えている。
なお、アルコール予熱器3bは、撹拌機構(この実施例ではインラインミキサー(図示せず))を備えており、脂肪酸原料予熱器3aにおいて予熱された脂肪酸原料とアルコールを液相状態で混合させながらアルコールが超臨界状態となる反応温度にまで昇温する混合昇温器としても機能させることができるように構成されている。
Further, the primary reaction section A1 (FIG. 1) is supplied from a fatty acid
The
なお、管型反応器4は、所定の長さの管をつづら折り状に曲折させた管型の反応器本体4aと、脂肪酸原料とアルコールの混合流体(原料流体)をアルコールの超臨界領域の所定の温度および圧力に達するまで加熱昇温し、またはその温度および圧力に保持するためのヒータ4bを備えている。ヒータ4bの形式は熱媒や高圧スチームを利用した2重管式加熱形式や電気ヒータ形式など種々の形式のものを用いることが可能であり、その構成に特別の制約はない。
The
また、管型反応器4の出口側(詳しくは、アルコール予熱器3bの出口側)には冷却部5が設けられている。この冷却部5を設けることにより、さらに適切な出口温度の制御が可能になる。なお、冷却部5の有無および冷却部を設ける場合の具体的な構成には特別の制約はない。
A cooling unit 5 is provided on the outlet side of the tubular reactor 4 (specifically, on the outlet side of the
また、低沸点成分除去部Lは、減圧システム36と、減圧システム6により所定の温度、圧力に調節された反応液から低沸点成分をフラッシュ蒸発させるフラッシュタンク37と、ヒータ38とを備えており、この低沸点成分除去部Lにおいて、一次反応部A1で生成した水分や余剰のアルコールなどの低沸点成分が除去される。
The low boiling point component removal unit L includes a
また、二次反応部A2は、一次反応部A1での一次反応により生成した水分および余剰のアルコールを含む低沸点成分を除去した反応液と、アルコール(メタノール)タンク2から供給されるアルコールを、液相状態で混合させながらアルコールが超臨界状態となる反応温度にまで昇温する二次反応用混合昇温器43aと、上記反応液とアルコールの混合流体を通過させることにより連続的に二次エステル化反応を行わせる二次反応用管型反応器44と、熱回収機45とを備えている。
二次反応用管型反応器44は、所定の長さの管をつづら折り状に曲折させた管型の反応器本体44aと、脂肪酸原料とアルコールの混合流体(原料流体)をアルコールの超臨界領域の所定の温度および圧力に達するまで加熱昇温し、またはその温度および圧力に保持するためのヒータ44bを備えている。ヒータ44bの形式は熱媒や高圧スチームを利用した2重管式加熱形式や電気ヒータ形式など種々の形式のものを用いることが可能であり、その構成に特別の制約はない。
Further, the secondary reaction unit A2 includes a reaction liquid from which low-boiling components including water and excess alcohol generated by the primary reaction in the primary reaction unit A1 are removed, and alcohol supplied from the alcohol (methanol) tank 2. A secondary reaction mixing
The secondary reaction
また、分離手段Bは、二次反応部A2により二次エステル化反応を行わせた反応液を液液分離によって、アルコールとグリセリンを主たる成分とする軽液と、脂肪酸エステルおよび高沸点不純物を主たる成分とする重液とを分離する機能を果たすものであり、この分離手段Bは、図2に示すように、減圧システム6、バッファタンク7を経て供給される反応液を機械的に液液分離する液液分離器11およびその周辺機器から構成されている。なお、この液液分離器11としては、遠心分離型の分離器や、遠心分離型以外の、機械分離式の種々の分離器を用いることが可能である。
The separation means B mainly contains a light liquid mainly composed of alcohol and glycerin, a fatty acid ester, and a high-boiling-point impurity by liquid-liquid separation of the reaction liquid that has been subjected to the secondary esterification reaction by the secondary reaction part A2. The separator B serves to separate the heavy liquid as a component, and this separation means B mechanically liquid-liquid separates the reaction liquid supplied via the
また、液液分離器11(図2)によって分離された軽液からアルコールとグリセリンを回収するアルコール、グリセリン回収手段(軽液蒸留手段)C(図3)は、バッファタンク12から供給されるアルコール、グリセリン、水を含む軽液を予熱する予熱器13aと、予熱された軽液を蒸留してアルコールとグリセリンと水に分離する蒸留塔13と、留分であるアルコールの蒸気を凝縮させるコンデンサ14とを備えている。
Further, alcohol for recovering alcohol and glycerin from the light liquid separated by the liquid-liquid separator 11 (FIG. 2), glycerin recovery means (light liquid distillation means) C (FIG. 3) is alcohol supplied from the
また、重液蒸留手段Dは、液液分離器11において分離された脂肪酸エステルおよび高沸点不純物を含む重液から、液液分離器11で分離しきれずに残存するアルコールおよび水を主たる成分とする低沸点成分と、脂肪酸エステルを主成分とする中沸点成分と、高沸点不純物を含む高沸点成分とに分離する機能を果たすものであり、図4に示すように、液液分離器11の重液出口側に配設されたバッファタンク21と、バッファタンク21より供給される重液を蒸留する重液蒸留器22と、重液蒸留器22から留出した脂肪酸エステルおよびグリセリン(液液分離で分離しきれずに重液に混入したグリセリン)を凝縮させるコンデンサ23とを備えている。なお、コンデンサ23の下流側には、コールドトラップ24が配設されている。
The heavy liquid distillation means D is mainly composed of alcohol and water that cannot be separated in the liquid-
なお、重液蒸留器22としては、薄膜降下式のヒータおよび蒸発缶からなる薄膜降下式蒸留器が用いられており、この重液蒸留器22において、低沸点成分、脂肪酸エステルおよびグリセリン(中沸点成分)が留分として留出し、未反応物や重合物(高沸点不純物)が釜残として分離される。
As the heavy
そして、重液蒸留器22において留出した脂肪酸エステルおよびグリセリンがコンデンサ23で凝縮するとともに、低沸点成分がコールドトラップ24において凝縮することにより、脂肪酸エステルおよびグリセリンと、低沸点成分との分離が行われる。
なお、重液蒸留器22は、上述のような薄膜降下式のヒータおよび蒸発缶からなるものに限らず、種々の型式のものを用いることが可能である。
The fatty acid ester and glycerin distilled in the heavy liquid still 22 are condensed in the
The heavy liquid still 22 is not limited to the thin film descending heater and the evaporator as described above, and various types can be used.
また、脂肪酸除去手段Eは、コンデンサ23で凝縮した脂肪酸エステルを主成分とする中沸点成分に含まれる低沸点成分の一部を構成する少量の脂肪酸を、中和反応により分離除去する機能を果たすものであり、図4に示すように、コンデンサ23で凝縮した脂肪酸エステルを主成分とする中沸点成分を送液するライン中にアルカリをライン添加するアルカリ添加機構部25aと、中和反応を行わせるとともに、反応により生成する脂肪酸石鹸を機械的に分離する分離器25を備えている。なお、分離器25としては、遠心分離型の分離器や、遠心分離型以外の、機械分離式の種々の分離器を用いることが可能である。
Further, the fatty acid removing means E functions to separate and remove a small amount of fatty acid constituting a part of the low boiling point component contained in the medium boiling point component mainly composed of the fatty acid ester condensed by the
なお、この実施形態の脂肪酸エステルの製造装置においては、重液蒸留手段Dの主要部が減圧下で運転されるように構成されており、そのための真空吸引手段29としては、ガスエゼクタ付きの封水真空ポンプが用いられている。ただし、真空吸引手段29の型式に特別の制約はなく、他の型式のものを用いることも可能である。 In the fatty acid ester production apparatus of this embodiment, the main part of the heavy liquid distillation means D is configured to operate under reduced pressure, and the vacuum suction means 29 for that purpose is sealed water with a gas ejector. A vacuum pump is used. However, the type of the vacuum suction means 29 is not particularly limited, and other types can be used.
また、アルカリ除去手段Sは、脂肪酸除去手段Eを構成する分離器25により脂肪酸を分離した脂肪酸エステルを主成分とする液に含まれるアルカリを除去するものであり、洗浄用の水(洗浄液)を添加した後、分離器30でアルカリを含む水分を分離して除去することができるように構成されている。
Moreover, the alkali removal means S removes the alkali contained in the liquid which has the fatty acid ester which separated the fatty acid by the
また、低沸点成分除去手段Fは、アルカリ除去手段Sでアルカリが除去された脂肪酸エステルに少量含まれる水分を主成分とする低沸点成分を溜出させて低沸点成分を除去する機能を果たすものであり、図4に示すように、分離器25を出た脂肪酸エステルを主成分とする液を受け入れるバッファタンク26と、ヒータ27aと、ヒータ27aで加熱された脂肪酸エステルと少量の低沸点成分を含む液をフラッシュ蒸発させて、低沸点成分を除去するフラッシュタンク27と、低沸点成分の蒸気を凝縮させる凝縮器28とを備えている。
そして、この低沸点成分除去手段Fにより、低沸点成分が除去されることにより高純度の脂肪酸エステルが回収されることになる。
The low boiling point component removing unit F functions to remove the low boiling point component by distilling out the low boiling point component mainly composed of water contained in a small amount of the fatty acid ester from which the alkali has been removed by the alkali removing unit S. As shown in FIG. 4, a
And by this low boiling point component removal means F, high purity fatty acid ester will be collect | recovered by removing a low boiling point component.
以下に本願発明および本願発明が関連する発明の実施例を示して本願発明の特徴をさらに具体的に説明する。 The features of the present invention will be described more specifically with reference to the present invention and examples of the invention to which the present invention relates.
この実施例1は本願発明が関連する発明の実施例である。この実施例1では、上述のように構成された脂肪酸エステルの製造装置を用いて、脂肪酸原料を、以下の条件で処理した。 The first embodiment is an embodiment of the invention to which the present invention relates. In Example 1, the fatty acid raw material was processed under the following conditions using the fatty acid ester production apparatus configured as described above.
(1)脂肪酸原料の性状
脂肪酸含有率: 約90〜92重量%
中性油含有率: 約6〜9重量%
水分含有率 : 約1〜2重量%
(2)アルコール(溶媒)の種類
工業用メタノール(水分0.2%以下)
(3)一次反応条件
反応温度 :300℃
反応圧力 :20〜22MPa
液空間速度 :約0.05〜0.07[1/min]
溶媒添加率 :脂肪酸原料の約1.0〜1.5重量倍
(4)二次反応条件
反応温度 :250℃
反応圧力 :20〜22MPa
液空間速度 :約0.1〜0.2[1/min]
溶媒添加率 :脂肪酸原料の約0.5〜1.0重量倍
(5)各反応液の組成(分析結果)
一次反応液および二次反応液の組成を表1に示す。
(1) Properties of fatty acid raw material Fatty acid content: about 90 to 92% by weight
Neutral oil content: about 6-9% by weight
Moisture content: about 1-2% by weight
(2) Type of alcohol (solvent) Industrial methanol (water content 0.2% or less)
(3) Primary reaction conditions Reaction temperature: 300 ° C
Reaction pressure: 20-22 MPa
Liquid space velocity: about 0.05 to 0.07 [1 / min]
Solvent addition rate: About 1.0 to 1.5 times the weight of fatty acid raw material
(4) Secondary reaction conditions Reaction temperature: 250 ° C
Reaction pressure: 20-22 MPa
Liquid space velocity: about 0.1-0.2 [1 / min]
Solvent addition rate: about 0.5 to 1.0 times the fatty acid raw material
(5) Composition of each reaction solution (analysis result)
Table 1 shows the compositions of the primary reaction solution and the secondary reaction solution.
そして、二次反応液から溶媒であるメタノールと副生物であるグリセリンを除去し、水分を留去するとともに、高沸点不純物を除去して回収した脂肪酸エステルについて、ガスクロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィー・質量分析法などによる分析を行った。 Then, from the secondary reaction solution, methanol as a solvent and glycerin as a by-product are removed, water is distilled off, and fatty acid esters recovered by removing high-boiling impurities are subjected to gas chromatography and gas chromatography / mass. Analyzes were made using analytical methods.
回収した脂肪酸エステルの組成(分析結果)
パルミチン酸エステル : 10.6%
オレイン酸エステル : 39.5%
ステアリン酸エステル : 3.6%
リノール酸エステル : 34.0%
リノレン酸エステル : 3.1%
その他脂肪酸エステル化物 : 2.6%
グリセリン : 0.02%
水分 : 0.03%
その他 : 残り
Composition of recovered fatty acid ester (analysis result)
Palmitic acid ester: 10.6%
Oleic acid ester: 39.5%
Stearic acid ester: 3.6%
Linoleic acid ester: 34.0%
Linolenic acid ester: 3.1%
Other fatty acid ester products: 2.6%
Glycerin: 0.02%
Moisture: 0.03%
Other: remaining
回収した脂肪酸エステルの物性(分析結果)
密度(15℃) : 0.8839g/cm3
動粘度(50℃) : 3.735mm2/s
引火点 : 165℃
目詰まり点 : −4℃
流動点 : −2.5℃
硫黄分 : <0.01%
残留炭素分 : 0.01%
10%残油残留炭素分 : 0.21%
灰分 : 0.002%
セタン指数 : 59.5
総発熱量 : 39890J/g
曇り点 : −3℃
銅板腐食 : 1a
Physical properties of collected fatty acid esters (analysis results)
Density (15 ° C.): 0.8839 g / cm 3
Kinematic viscosity (50 ° C.): 3.735 mm 2 / s
Flash point: 165 ° C
Clogging point: -4 ° C
Pour point: -2.5 ° C
Sulfur content: <0.01%
Residual carbon content: 0.01%
10% residual oil carbon content: 0.21%
Ash content: 0.002%
Cetane index: 59.5
Total calorific value: 39890 J / g
Cloud point: -3 ° C
Copper plate corrosion: 1a
検出された脂肪酸エステルの脂肪酸種は、上記のように、主にパルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ステアリン酸であり、その他、脂肪酸種を同定することができない脂肪酸エステル化物も一部存在しており、蒸留操作を行うことで、最終的に代替燃料として有効な成分(脂肪酸エステル化物以外の燃料として有効な物質も含む)を約98%の割合で含有する液体を回収できることが確認された。 The fatty acid species of the detected fatty acid esters are mainly palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and stearic acid as described above, and some other fatty acid esterified products that cannot identify the fatty acid species. It has been confirmed that a liquid containing about 98% of the components that are effective as alternative fuels (including substances effective as fuels other than fatty acid ester products) can be finally recovered by performing the distillation operation. It was done.
また、上記の分析結果から、エステル化反応は十分に進行しており、脂肪酸エステル化物以外の物質はグリセリンと、微量水分と、その他、モノグリセリン脂肪酸エステル、ジグリセリン脂肪酸エステルであることが確認された。
また、回収された脂肪酸エステルについて調べた上記物性から、上記実施例1の方法により得られる脂肪酸エステルが軽油代替燃料として使用することが可能なものであることが確認された。
In addition, from the above analysis results, it was confirmed that the esterification reaction was sufficiently advanced, and substances other than the fatty acid ester were glycerin, trace water, and other monoglycerin fatty acid esters and diglycerin fatty acid esters. It was.
Moreover, it was confirmed from the said physical property investigated about the collect | recovered fatty acid ester that the fatty acid ester obtained by the method of the said Example 1 can be used as a light oil alternative fuel.
上記実施例1により、脂肪酸を主たる成分とする脂肪酸原料から、目的とする軽油代替燃料として使用することが可能な品質を有する脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能であることが確認された。
また、回収されたメタノールについても分析を行い、リサイクル使用が可能な品質のものであることを確認した。
According to Example 1, it was confirmed that a fatty acid ester having a quality that can be used as a target light oil alternative fuel can be efficiently produced from a fatty acid raw material containing fatty acid as a main component.
The recovered methanol was also analyzed and confirmed to be of a quality that can be recycled.
この実施例2も本願発明が関連する発明の実施例である。この実施例2では、食用油の精製工程から排出される油を原料とした脂肪酸原料を上記実施例1の場合に準じる条件で処理した。 The second embodiment is also an embodiment of the invention to which the present invention relates. In this Example 2, the fatty acid raw material which used the oil discharged | emitted from the refinement | purification process of an edible oil as a raw material was processed on the conditions according to the case of the said Example 1. FIG.
(1)脂肪酸原料の性状
脂肪酸含有率 : 約75〜83重量%
中性油含有率 : 約16〜24重量%
水分含有率 : 約0.8〜2重量%
(2)アルコール(溶媒)の種類
工業用メタノール(水分0.2%以下)
(3)一次反応条件
反応温度 :320℃
反応圧力 :20〜22MPa
液空間速度 :約0.05〜0.07[1/min]
溶媒添加率 :脂肪酸原料の約1.0〜1.5重量倍
(4)二次反応条件
反応温度 :300℃
反応圧力 :20〜22MPa
液空間速度 :約0.05〜0.07[1/min]
溶媒添加率 :脂肪酸原料の約0.5〜1.5重量倍
(5)各反応液の組成(分析結果)
一次反応液および二次反応液の組成を表2に示す。
(1) Properties of fatty acid raw material Fatty acid content: about 75 to 83% by weight
Neutral oil content: about 16-24% by weight
Moisture content: about 0.8 to 2% by weight
(2) Type of alcohol (solvent) Industrial methanol (water content 0.2% or less)
(3) Primary reaction conditions Reaction temperature: 320 ° C
Reaction pressure: 20-22 MPa
Liquid space velocity: about 0.05 to 0.07 [1 / min]
Solvent addition rate: About 1.0 to 1.5 times the weight of fatty acid raw material
(4) Secondary reaction conditions Reaction temperature: 300 ° C
Reaction pressure: 20-22 MPa
Liquid space velocity: about 0.05 to 0.07 [1 / min]
Solvent addition rate: about 0.5 to 1.5 times the weight of fatty acid raw material
(5) Composition of each reaction solution (analysis result)
Table 2 shows the compositions of the primary reaction solution and the secondary reaction solution.
そして、反応液から溶媒であるメタノールと副生物であるグリセリンを除去し、水分を留去するとともに、高沸点不純物を除去して回収した脂肪酸エステルについて、ガスクロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィー・質量分析法などによる分析を行った。 Then, methanol and by-product glycerin are removed from the reaction solution, water is distilled off, and fatty acid esters recovered by removing high-boiling impurities are analyzed by gas chromatography and gas chromatography / mass spectrometry. The analysis by etc. was performed.
回収した脂肪酸エステルの組成(分析結果)
パルミチン酸エステル : 6.5%
オレイン酸エステル : 51.5%
ステアリン酸エステル : 3.0%
リノール酸エステル : 17.8%
リノレン酸エステル : 3.5%
その他脂肪酸エステル化物 : 4.0%
グリセリン : 0.02%
水 分 : 0.02%
その他 : 残り
Composition of recovered fatty acid ester (analysis result)
Palmitic acid ester: 6.5%
Oleic acid ester: 51.5%
Stearic acid ester: 3.0%
Linoleic acid ester: 17.8%
Linolenic acid ester: 3.5%
Other fatty acid esterified products: 4.0%
Glycerin: 0.02%
Water content: 0.02%
Other: remaining
回収した脂肪酸エステルの性状(分析結果)
密度(15℃) : 0.8843g/cm3
動粘度(50℃) : 3.760mm2/s
引火点 : 163℃
目詰まり点 : −3℃
流動点 : −2.5℃
硫黄分 : <0.01%
残留炭素分 : 0.02%
10%残油残留炭素分 : 0.20%
灰分 : 0.002%
セタン指数 : 59.8
総発熱量 : 39830J/g
曇り点 : −2℃
銅板腐食 : 1a
Properties of collected fatty acid esters (analysis results)
Density (15 ° C.): 0.8843 g / cm 3
Kinematic viscosity (50 ° C.): 3.760 mm 2 / s
Flash point: 163 ° C
Clogging point: -3 ° C
Pour point: -2.5 ° C
Sulfur content: <0.01%
Residual carbon content: 0.02%
10% residual oil carbon content: 0.20%
Ash content: 0.002%
Cetane index: 59.8
Total calorific value: 39830 J / g
Cloud point: -2 ° C
Copper plate corrosion: 1a
上記の条件で、食用油の精製工程から排出される油を原料とした脂肪酸油(脂肪酸70重量%以上)を処理した結果、上記実施例1の場合とほぼ同等の結果が得られることが確認された。回収されたメタノールについても分析を行い、リサイクル使用が可能な品質のものであることを確認した。
As a result of processing the fatty acid oil (
なお、上記実施例1および2では、アルコールとしてメタノールを用いているが、炭素数が2〜5の他の低級アルコール、例えば、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノールなどを用いることも可能である。 In Examples 1 and 2, methanol is used as the alcohol, but other lower alcohols having 2 to 5 carbon atoms, such as ethanol, propanol, butanol, and pentanol, can also be used.
図1〜4に示す脂肪酸エステルの製造装置のうち、減圧システム36、フラッシュタンク37、ヒータ38などからなる低沸点成分除去部Lを備えていない構成の脂肪酸エステルの製造装置(本願発明の脂肪酸エステルの製造装置)を用いて、本願発明にかかる脂肪酸エステルの製造方法、すなわち、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料と、アルコールとを混合し、一次反応部A1において、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で一次反応(エステル化反応)を行わせた後、冷却手段により、反応液を100℃以下の温度(この実施例では35℃)にまで冷却し、冷却された反応液を、二次反応部A2において、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で二次反応(エステル化反応)を行わせる方法を実施することにより、脂肪酸エステルを製造した。
1-4, the apparatus for producing fatty acid ester having the configuration not including the low boiling point component removing portion L composed of the
なお、この方法において、反応液を100℃以下の温度にまで冷却するための冷却手段としては、脂肪酸原料や溶媒との熱交換、熱媒油による熱回収などの種々の構成のものを用いることが可能である。
また、この実施例3では、脂肪酸原料としては、上記実施例1の場合と同じ原料を用いた。また、反応条件は以下の通りである。
In this method, as a cooling means for cooling the reaction solution to a temperature of 100 ° C. or lower, those having various configurations such as heat exchange with a fatty acid raw material and a solvent, and heat recovery with a heat transfer oil are used. Is possible.
In Example 3, the same raw material as in Example 1 was used as the fatty acid raw material. The reaction conditions are as follows.
(1)脂肪酸原料の性状
脂肪酸含有率: 約90〜92重量%
中性油含有率: 約6〜9重量%
水分含有率 : 約1〜2重量%
(2)アルコール(溶媒)の種類
工業用メタノール(水分0.2%以下)
(3)一次反応条件
反応温度 : 300℃
反応圧力 : 18〜23MPa
液空間速度 : 約0.05〜0.1[1/min]
溶媒添加率 : 脂肪酸原料の約 1.0〜1.2重量倍
(4)二次反応条件
反応温度 : 300℃
反応圧力 : 18〜23MPa
液空間速度 : 約0.05〜0.2[1/min]
溶媒添加率 : 脂肪酸原料の約 1.0〜1.2重量倍
(5)各反応液の組成
一次反応液および二次反応液の組成を分析した結果、実施例1とほぼ同様のメチルエステル化物への転換率が得られることを確認した。
(1) Properties of fatty acid raw material Fatty acid content: about 90 to 92% by weight
Neutral oil content: about 6-9% by weight
Moisture content: about 1-2% by weight
(2) Type of alcohol (solvent) Industrial methanol (water content 0.2% or less)
(3) Primary reaction conditions Reaction temperature: 300 ° C
Reaction pressure: 18-23 MPa
Liquid space velocity: about 0.05 to 0.1 [1 / min]
Solvent addition rate: About 1.0 to 1.2 times the weight of fatty acid raw material
(4) Secondary reaction conditions Reaction temperature: 300 ° C
Reaction pressure: 18-23 MPa
Liquid space velocity: about 0.05 to 0.2 [1 / min]
Solvent addition rate: About 1.0 to 1.2 times the weight of fatty acid raw material
(5) Composition of each reaction solution As a result of analyzing the composition of the primary reaction solution and the secondary reaction solution, it was confirmed that the conversion rate to the methyl esterified product was almost the same as in Example 1.
そして、二次反応液から溶媒であるメタノールと副生物であるグリセリンを除去し、水分を留去するとともに、高沸点不純物を除去して回収した脂肪酸エステルについて、ガスクロマトグラフィーおよびガスクロマトグラフィー・質量分析法などによる分析を行った。 Then, from the secondary reaction solution, methanol as a solvent and glycerin as a by-product are removed, water is distilled off, and fatty acid esters recovered by removing high-boiling impurities are subjected to gas chromatography and gas chromatography / mass. Analyzes were made using analytical methods.
回収した脂肪酸エステルの組成(分析結果)
パルミチン酸エステル : 9.4%
オレイン酸エステル : 36.5%
ステアリン酸エステル : 2.9%
リノール酸エステル : 32.3%
リノレン酸エステル : 2.6%
その他脂肪酸エステル化物 : 2.9%
グリセリン : 0.02%
水分 : 0.05%
その他 : 残り
Composition of recovered fatty acid ester (analysis result)
Palmitic acid ester: 9.4%
Oleic acid ester: 36.5%
Stearic acid ester: 2.9%
Linoleic acid ester: 32.3%
Linolenic acid ester: 2.6%
Other fatty acid ester products: 2.9%
Glycerin: 0.02%
Moisture: 0.05%
Other: remaining
検出された脂肪酸エステルの脂肪酸種は、上記のように、主にパルミチン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、ステアリン酸であり、その他、脂肪酸種を同定することができない脂肪酸エステル化物も一部存在しており、蒸留操作を行うことで最終的に、実施例1と同様に、最終的に代替燃料として有効な成分(脂肪酸エステル化物以外の燃料として有効な物質も含む)を約98%の割合で含有する液体を回収できることが確認された。 The fatty acid species of the detected fatty acid esters are mainly palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, and stearic acid as described above, and some other fatty acid esterified products that cannot identify the fatty acid species. Finally, by performing the distillation operation, about 98% of components (including substances effective as fuels other than fatty acid ester products) that are finally effective as alternative fuels are finally obtained in the same manner as in Example 1. It was confirmed that the liquid contained in a proportion can be recovered.
また、上記の分析結果から、エステル化反応は十分に進行しており、脂肪酸エステル化物以外の物質はグリセリンと、微量水分と、その他、モノグリセリン脂肪酸エステル、ジグリセリン脂肪酸エステルであることが確認された。
また、回収された脂肪酸エステルについて調べた上記物性から、上記実施例3の方法により得られる脂肪酸エステルが軽油代替燃料として使用することが可能なものであることが確認された。
In addition, from the above analysis results, it was confirmed that the esterification reaction was sufficiently advanced, and substances other than the fatty acid ester were glycerin, trace water, and other monoglycerin fatty acid esters and diglycerin fatty acid esters. It was.
Moreover, it was confirmed from the said physical property investigated about the collect | recovered fatty acid ester that the fatty acid ester obtained by the method of the said Example 3 can be used as a light oil alternative fuel.
上記実施例3により、脂肪酸を主たる成分とする脂肪酸原料から、目的とする軽油代替燃料として使用することが可能な品質を有する脂肪酸エステルを効率よく製造することが可能であることが確認された。
また、回収されたメタノールについても分析を行い、リサイクル使用が可能な品質のものであることを確認した。
From the above Example 3, it was confirmed that it is possible to efficiently produce a fatty acid ester having a quality that can be used as a target light oil alternative fuel from a fatty acid raw material containing fatty acid as a main component.
The recovered methanol was also analyzed and confirmed to be of a quality that can be recycled.
なお、実施例3のように、一次反応工程で生成した低沸点成分を除去せずに、一次反応液を冷却した後、再び反応(二次反応)を行わせることによっても、反応を促進することが可能であるが、上記実施例1および2の脂肪酸エステルの製造方法のように、一次反応工程の後に、一次反応工程で生成した低沸点成分を除去するようにした場合、水分やアルコールなどの低沸点不純物が除去されるため、製品の品質をコントロールできる範囲を拡げることが可能になる点において、一次反応工程で生成した低沸点成分を除去した後、二次反応を行わせる方法のほうが好ましい。 As in Example 3, the reaction is also promoted by allowing the reaction (secondary reaction) to be performed again after cooling the primary reaction solution without removing the low-boiling components generated in the primary reaction step. However, when the low-boiling components generated in the primary reaction step are removed after the primary reaction step as in the methods for producing fatty acid esters in Examples 1 and 2 above, moisture, alcohol, etc. Since the low-boiling point impurities are removed, it is possible to expand the range in which the quality of the product can be controlled. The method of performing the secondary reaction after removing the low-boiling components generated in the primary reaction step is better. preferable.
以下の(1)および(2)の方法で脂肪酸エステルを製造し、一次反応における反応の進行状態と、二次反応における反応の進行状態を調べた。
(1)上記実施例1の方法に準じる方法で、一次反応後に、一次反応液から低沸点成分(メタノール、水分)を除去した後、アルコールを添加し、再び二次反応を行わせる方法(本願発明が関連する発明にかかる脂肪酸エステルの製造方法)。
(2)上記実施例3の方法に準じる方法で、一次反応液から低沸点成分(メタノール、水分)を除去せずに、常温付近(この実施例4では35℃)まで冷却した後、再び昇温して二次反応を行う方法(本願請求項2の脂肪酸エステルの製造方法)。
Fatty acid esters were produced by the following methods (1) and (2), and the progress of the reaction in the primary reaction and the progress of the reaction in the secondary reaction were examined.
(1) A method according to the method of Example 1 above, wherein after the primary reaction, low-boiling components (methanol, moisture) are removed from the primary reaction solution, alcohol is added, and the secondary reaction is performed again ( this application) A method for producing a fatty acid ester according to the invention to which the invention relates ).
(2) After cooling to near room temperature (35 ° C. in this Example 4) without removing low-boiling components (methanol and moisture) from the primary reaction solution by a method according to the method of Example 3 above, the temperature rises again. A method of performing a secondary reaction by heating (a method for producing a fatty acid ester according to claim 2 of the present application).
なお、一次反応および二次反応の進行状態は、メチルエステル化率(原料中の脂肪酸が脂肪酸メチルエステルになる割合)と、酸価とを測定することにより行った。
上記(1)の方法における一次反応および二次反応の進行状態を図5に示す。
また、上記(2)の方法における一次反応の進行状態を図6に示し、二次反応の進行状態を図7に示す。
In addition, the progress state of the primary reaction and the secondary reaction was performed by measuring the methyl esterification rate (ratio in which the fatty acid in the raw material becomes fatty acid methyl ester) and the acid value.
FIG. 5 shows the progress of the primary reaction and secondary reaction in the method (1).
Further, FIG. 6 shows the progress of the primary reaction in the method (2), and FIG. 7 shows the progress of the secondary reaction.
図5に示すように、一次反応後に、一次反応液から低沸点成分を除去した後、アルコールを添加し、再び二次反応を行わせる上記(1)の方法(実施例1の方法に準じる方法)の場合の、一次反応後におけるメチルエステル化率は70〜75%であった。また、一次反応後の反応液の酸価を測定したところ、酸価の値は約9〜11であった。
また、二次反応後におけるメチルエステル化率は80〜85%であった。さらに、二次反応後の反応液の酸価を測定したところ、酸価の値は約2〜3であった。
図5に示す反応の進行状態および酸価の値から、一次反応液から低沸点成分を除去した後、アルコールを添加し、二次反応を行わせることにより、メチルエステル化反応が促進されることが確認された。
As shown in FIG. 5, after the primary reaction, the low boiling point component is removed from the primary reaction solution, alcohol is added, and the secondary reaction is performed again (method according to the method of Example 1). ), The methyl esterification rate after the primary reaction was 70 to 75%. Moreover, when the acid value of the reaction liquid after a primary reaction was measured, the value of the acid value was about 9-11.
Moreover, the methyl esterification rate after the secondary reaction was 80 to 85%. Furthermore, when the acid value of the reaction liquid after the secondary reaction was measured, the value of the acid value was about 2-3.
From the progress of the reaction and the value of the acid value shown in FIG. 5, the methyl esterification reaction is promoted by removing the low-boiling components from the primary reaction solution and then adding alcohol to cause the secondary reaction. Was confirmed.
メチルエステル化反応系中に、副生する水が存在するとメチルエステル化反応が阻害されることは一般に知られており、上記の結果は、一次反応後に低沸点成分である水分を除去した後、再びアルコール(メタノール)を添加して二次反応を行わせることにより、メチルエステル化反応が促進されたものである。 It is generally known that the presence of by-produced water in the methyl esterification reaction system inhibits the methyl esterification reaction, and the above results are obtained after removing water that is a low-boiling component after the primary reaction, The methyl esterification reaction was promoted by adding a secondary reaction by adding alcohol (methanol) again.
図6に示すように、一次反応液から低沸点成分(メタノール、水分)を除去せずに、常温付近まで冷却した後、再び昇温して二次反応を行わせる上記(2)の方法の場合、一次反応後におけるメチルエステル化率は70〜75%であった。また、一次反応後の反応液の酸価を測定したところ、酸価の値は約9〜11であった。 As shown in FIG. 6, the method of (2) above, in which the secondary reaction is performed by cooling to near room temperature without removing low-boiling components (methanol, moisture) from the primary reaction solution and then raising the temperature again. In this case, the methyl esterification rate after the primary reaction was 70 to 75%. Moreover, when the acid value of the reaction liquid after a primary reaction was measured, the value of the acid value was about 9-11.
また、図7に示すように、二次反応後におけるメチルエステル化率は75〜80%であった。また、二次反応後の反応液の酸価を測定したところ、酸価の値は約3〜5であった。
図7に示す反応の進行状態および酸価の値から、一次反応液から低沸点成分(メタノール、水分)を除去せずに、常温付近まで冷却した後、再び昇温して二次反応を行わせるようにした場合にも、メチルエステル化反応が促進されることが確認された。
Moreover, as shown in FIG. 7, the methyl esterification rate after the secondary reaction was 75 to 80%. Moreover, when the acid value of the reaction liquid after a secondary reaction was measured, the value of the acid value was about 3-5.
From the reaction progress state and acid value shown in FIG. 7, after cooling to near room temperature without removing low-boiling components (methanol, moisture) from the primary reaction solution, the temperature was raised again to conduct the secondary reaction. It was confirmed that the methyl esterification reaction was promoted even when the reaction was allowed to occur.
なお、上記(2)の場合においてメチルエステル化反応が促進されるのは、二次反応工程の昇温開始温度と二次反応の反応温度との差が大きい場合、昇温過程で反応溶媒であるアルコールと一次反応後の反応液の接触状態に劇的な変化が生じ、その結果、メチルエステル化反応が促進されるものと推測される。 In the case of (2) above, the methyl esterification reaction is promoted when the difference between the temperature rise start temperature in the secondary reaction step and the reaction temperature in the secondary reaction is large. It is presumed that a dramatic change occurs in the contact state between a certain alcohol and the reaction solution after the primary reaction, and as a result, the methyl esterification reaction is promoted.
なお、上記実施例1および3では脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料(実施例1)から脂肪酸エステルを製造する場合、上記実施例2では食用油の精製工程から排出される油を原料とした脂肪酸原料から脂肪酸エステルを製造する場合を例にとって説明したが、その他の植物油、動物油、それらの廃油などを粗脂肪酸化した脂肪酸原料を処理することも可能である。 In Examples 1 and 3, in the case where a fatty acid ester is produced from a fatty acid raw material containing fatty acid as a main component (Example 1), in Example 2 above, the fatty acid is obtained from the oil discharged from the edible oil refining process. Although the case where the fatty acid ester is produced from the raw material has been described as an example, it is also possible to process the fatty acid raw material obtained by converting other vegetable oil, animal oil, waste oil thereof or the like into a crude fatty acid.
本願発明はさらにその他の点においても上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、一次反応部、二次反応部、予熱器、および混合昇温器などの温度条件や圧力条件、一次反応部が管型反応器である場合における液空間速度などに関し、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。 The invention of the present application is not limited to the above-described embodiments and examples in other points as well, and temperature conditions and pressure conditions such as a primary reaction section, a secondary reaction section, a preheater , and a mixing temperature riser, and a primary reaction. With respect to the liquid space velocity in the case where the part is a tubular reactor, various applications and modifications can be made within the scope of the invention.
上述のように本願発明においては、遊離脂肪酸を主成分とする脂肪酸原料と、アルコールとを混合し、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で一次反応を行わせた後、一次反応液を冷却し、その後、再び反応(二次反応)を行わせることにより、反応を促進させて、効率よく脂肪酸エステルを製造することが可能になる。 As described above, in the present invention, the fatty acid raw material mainly composed of free fatty acid and the alcohol are mixed, and the alcohol becomes a supercritical state. The temperature is 250 to 350 ° C. and the pressure is 15 to 25 MPa. after performing the reaction, cooling the first reaction mixture, after its, by re-performed reaction (secondary reaction), the reaction allowed to promote, it is possible to efficiently produce a fatty acid ester.
したがって、本願発明は、植物油、動物油、植物油または動物油の廃油からなる群より選ばれる少なくとも1種に由来する脂肪酸原料から、軽油代替燃料として使用することが可能な品質を有する脂肪酸エステルを製造する分野などに広く適用することが可能である。 Accordingly, the present invention relates to a field for producing a fatty acid ester having a quality that can be used as a light oil alternative fuel from a fatty acid raw material derived from at least one selected from the group consisting of vegetable oil, animal oil, vegetable oil or animal oil waste oil. It is possible to apply widely.
A1 一次反応部
A2 二次反応部
B 液液分離手段(分離手段)
C 軽液蒸留手段
D 重液蒸留手段
E 脂肪酸除去手段
F 低沸点成分除去手段
M 混合手段
S アルカリ除去手段
L 低沸点成分除去部
1 脂肪酸原料タンク
2 アルコール(メタノール)タンク
3a 脂肪酸原料予熱器
3b アルコール予熱器
4 管型反応器
4a 反応器本体
4b ヒータ
5 冷却部
6 減圧システム
7 バッファタンク
11 液液分離器
12 バッファタンク
13 蒸留塔
13a 予熱器
14 コンデンサ
21 バッファタンク
22 重液蒸留器
23 コンデンサ
24 コールドトラップ
25 分離器
25a アルカリ添加機構部
26 バッファタンク
27 フラッシュタンク
27a ヒータ
28 凝縮器
29 真空吸引手段
30 分離器
36 減圧システム
37 フラッシュタンク
38 ヒータ
43a 二次反応用混合昇温器
44 二次反応用管型反応器
44a 反応器本体
44b ヒータ
45 熱回収機
A1 Primary reaction part A2 Secondary reaction part B Liquid-liquid separation means (separation means)
C Light liquid distillation means D Heavy liquid distillation means E Fatty acid removal means F Low boiling point removal means M Mixing means S Alkali removal means L Low boiling point removal part 1 Fatty acid raw material tank 2 Alcohol (methanol)
Claims (18)
前記一次反応工程で反応させた反応液を100℃以下の温度にまで冷却する冷却工程と、
前記冷却工程で100℃以下の温度にまで冷却された反応液を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応工程と
を具備することを特徴とする脂肪酸エステルの製造方法。 A fatty acid raw material containing free fatty acid as a main component and an alcohol are mixed, and the alcohol becomes a supercritical state. The esterification reaction is performed under the conditions of a temperature: 250 to 350 ° C. and a pressure: 15 to 25 MPa, and a fatty acid ester is obtained. A primary reaction step to be generated;
A cooling step of cooling the reaction solution reacted in the primary reaction step to a temperature of 100 ° C. or lower;
The reaction liquid cooled to a temperature of 100 ° C. or lower in the cooling step is subjected to esterification reaction again under the conditions of temperature: 250 to 350 ° C. and pressure: 15 to 25 MPa so that the alcohol becomes a supercritical state. A secondary reaction step for producing an ester. A method for producing a fatty acid ester, comprising:
前記一次反応部で反応させた反応液を100℃以下の温度にまで冷却する冷却部と、
前記冷却部で100℃以下の温度にまで冷却された反応液を、アルコールが超臨界状態となる、温度:250〜350℃、圧力:15〜25MPaの条件で再びエステル化反応を行わせて脂肪酸エステルを生成させる二次反応部と
を具備することを特徴とする脂肪酸エステルの製造装置。 A fatty acid raw material containing free fatty acid as a main component and an alcohol are mixed, and the alcohol becomes a supercritical state. The esterification reaction is performed under the conditions of a temperature: 250 to 350 ° C. and a pressure: 15 to 25 MPa, and a fatty acid ester is obtained. A primary reaction part to be generated;
A cooling section for cooling the reaction solution reacted in the primary reaction section to a temperature of 100 ° C. or lower;
The reaction liquid cooled to a temperature of 100 ° C. or lower in the cooling unit is subjected to esterification reaction again under the conditions of alcohol: supercritical state, temperature: 250-350 ° C., pressure: 15-25 MPa, and fatty acid. A device for producing a fatty acid ester, comprising: a secondary reaction unit for producing an ester.
温度:200〜350℃
圧力:15〜25MPa
の範囲にあることを特徴とする請求項7〜15のいずれかに記載の脂肪酸エステルの製造装置。 The temperature conditions and pressure conditions of the fatty acid raw material preheater and the mixing heater are as follows:
Temperature: 200-350 ° C
Pressure: 15-25MPa
The apparatus for producing a fatty acid ester according to any one of claims 7 to 15 , wherein the apparatus is in the range.
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