JP5282951B2 - Method for producing fatty acid alkyl ester - Google Patents

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Description

本発明は、油脂と脂肪族アルコールをエステル交換反応させて脂肪酸アルキルエステルを得る脂肪酸アルキルエステルの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a fatty acid alkyl ester that obtains a fatty acid alkyl ester by transesterifying an oil and fat with an aliphatic alcohol.

従来から、内燃機関などの燃料として、灯油、軽油、重油などの化石液体燃料が用いられているが、近年、これら化石液体燃料資源の枯渇が問題となっている。また、これら化石液体燃料から発生するSOやNO、CO等の生成物が大気汚染の原因ともなっている。 Conventionally, fossil liquid fuels such as kerosene, light oil, and heavy oil have been used as fuels for internal combustion engines and the like, but in recent years, depletion of these fossil liquid fuel resources has become a problem. In addition, products such as SO X , NO X , and CO 2 generated from these fossil liquid fuels cause air pollution.

そこで、近年においては、植物油や動物油等の再生産可能な原料(バイオマス)を用いた燃料が開発されている。例えば、バイオマスを用いた燃料の代表的なものであるバイオディーゼル燃料は、硫黄分や芳香族分を含まず、従来の石油液体燃料を用いた内燃機関と同じ内燃機関に使用することができるとともに、カーボンニュートラルであることから温室効果ガスを大幅に低減させることができる。   Therefore, in recent years, fuels using reproducible raw materials (biomass) such as vegetable oils and animal oils have been developed. For example, biodiesel fuel, which is a representative fuel using biomass, does not contain sulfur and aromatics, and can be used for the same internal combustion engine as conventional internal combustion engines using petroleum liquid fuel. Since it is carbon neutral, greenhouse gases can be greatly reduced.

このようなバイオディーゼル燃料としては、通常、合成油、植物油および動物油等に含まれるトリグリセリドより合成された脂肪酸アルキルエステルが用いられている。このような脂肪酸アルキルエステルを製造する方法としては、例えば、トリグリセリドとメタノールをアルカリ触媒の存在下でエステル交換反応させる方法などがある(特許文献1乃至3参照)。   As such biodiesel fuel, fatty acid alkyl ester synthesized from triglyceride contained in synthetic oil, vegetable oil, animal oil and the like is usually used. As a method for producing such a fatty acid alkyl ester, for example, there is a method of transesterifying triglyceride and methanol in the presence of an alkali catalyst (see Patent Documents 1 to 3).

この方法は、先ず、トリグリセリドとメタノールを例えば水酸化ナトリウムの存在下で反応させて、主として脂肪酸アルキルエステルとグリセリンの反応混合物を得る。次いで、その反応混合物から脂肪酸アルキルエステルを精製するため、先ず脂肪酸アルキルエステルとグリセリンを相分離させ、脂肪酸アルキルエステルが含まれた軽液を分離する。次に、分離された軽液から含有されるメタノールを留去して粗脂肪酸アルキルエステルを得た後、粗脂肪酸アルキルエステルに塩酸などの酸水溶液を加えることで第1回目の洗浄を行い、さらに水を加えることによって第2回目の洗浄を行い、最後に加熱によって水分を除去して、脂肪酸アルキルエステルを得る。   In this method, triglyceride and methanol are first reacted in the presence of, for example, sodium hydroxide to obtain a reaction mixture mainly of fatty acid alkyl ester and glycerin. Next, in order to purify the fatty acid alkyl ester from the reaction mixture, first, the fatty acid alkyl ester and glycerin are phase-separated to separate a light liquid containing the fatty acid alkyl ester. Next, after methanol contained in the separated light liquid is distilled off to obtain a crude fatty acid alkyl ester, the first washing is performed by adding an acid aqueous solution such as hydrochloric acid to the crude fatty acid alkyl ester. A second wash is performed by adding water, and finally water is removed by heating to obtain a fatty acid alkyl ester.

また、近年、トリグリセリドとメタノールによるエステル交換反応の触媒としては、水酸化ナトリウムやナトリウムメトキシドなどのナトリウム系触媒、又は水酸化カリウムやカリウムメトキシドなどのカリウム系触媒の他に、触媒の分離を容易にするため、高活性の酸化カルシウムや活性化処理された酸化カルシウムなど高活性な固体アルカリ触媒を用いることが提案されている。
特開平7−310090号公報 WO2006/134845号パンフレット WO2007/088702号パンフレット
In recent years, as a catalyst for the transesterification reaction between triglyceride and methanol, in addition to a sodium-based catalyst such as sodium hydroxide or sodium methoxide, or a potassium-based catalyst such as potassium hydroxide or potassium methoxide, the catalyst can be separated. In order to facilitate, it has been proposed to use a highly active solid alkali catalyst such as highly active calcium oxide or activated calcium oxide.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-31090 WO2006 / 134845 pamphlet WO2007 / 088702 pamphlet

しかしながら、上記のように相分離を行う場合、その後に2度の洗浄工程及び加熱工程を必要とするため、精製処理に多工程・長時間を要するという問題がある。   However, when the phase separation is performed as described above, there is a problem that the purification process requires many steps and a long time because two washing steps and a heating step are required thereafter.

また、アルカリ触媒として、カルシウム系触媒を用いた場合、軽液中にカルシウム化合物が浮遊状態で多量に残存し、これを沈降分離するには非常に長時間を要し、さらに相分離後も脂肪酸アルキルエステルが含まれた軽液中にはカルシウム系触媒が脂肪酸カルシウム(カルシウム石鹸)の状態で残存しており、これを除去するためには、活性炭などの多量の吸着剤を必要とするため、コストが高くなるという問題のあることが本発明者らの検討により明らかになった。   In addition, when a calcium-based catalyst is used as an alkali catalyst, a large amount of calcium compound remains in a floating state in a light liquid, and it takes a very long time to separate by sedimentation. In the light liquid containing the alkyl ester, the calcium-based catalyst remains in the form of fatty acid calcium (calcium soap), and in order to remove this, a large amount of adsorbent such as activated carbon is required. The present inventors have clarified that there is a problem that the cost increases.

そこで、本発明は、カルシウム系触媒を用いた場合であっても、安価で、多工程・長時間を要せずに脂肪酸アルキルエステルを精製することが可能な脂肪酸アルキルエステルの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a method for producing a fatty acid alkyl ester that is inexpensive and can purify a fatty acid alkyl ester without requiring many steps and a long time even when a calcium-based catalyst is used. For the purpose.

以上の目的を達成するため、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、カルシウム系触媒の存在下での油脂と脂肪族アルコールのエステル交換反応の後、反応混合物にキレート剤を添加することによって、カルシウム系触媒を用いた場合であっても、安価で、多工程・長時間を要せずに脂肪酸アルキルエステルを精製することができることを見出した。すなわち、本発明は、油脂と脂肪族アルコールをカルシウム系触媒の存在下でエステル交換反応させて脂肪酸アルキルエステルを得る脂肪酸アルキルエステルの製造方法であって、前記エステル交換反応の後の反応混合物に、その反応混合物を軽液と重液に相分離して両者を隔離する前にキレート剤を添加する工程を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, added a chelating agent to the reaction mixture after the transesterification of fats and fatty alcohols in the presence of a calcium-based catalyst. Thus, it has been found that even when a calcium-based catalyst is used, the fatty acid alkyl ester can be purified at low cost and without requiring many steps and a long time. That is, the present invention is a method for producing a fatty acid alkyl ester that obtains a fatty acid alkyl ester by transesterification of fats and oils and an aliphatic alcohol in the presence of a calcium-based catalyst, wherein the reaction mixture after the transesterification reaction, A step of adding a chelating agent before the reaction mixture is phase-separated into a light liquid and a heavy liquid and the both are separated is provided.

以上のように、本発明によれば、カルシウム系触媒を用いた場合であっても、安価で、多工程・長時間を要せずに脂肪酸アルキルエステルを精製することが可能な脂肪酸アルキルエステルの製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, even when a calcium-based catalyst is used, the fatty acid alkyl ester can be purified at low cost and without requiring many steps and a long time. A manufacturing method can be provided.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法は、油脂と脂肪族アルコールをカルシウム系触媒の存在下でエステル交換反応させて、脂肪酸アルキルエステル、グリセリン及びカルシウム化合物を含む反応混合物を得る。このカルシウム化合物には、残存するカルシウム系触媒の他に脂肪酸カルシウムなどカルシウム系触媒由来の物質などが含まれている。このエステル交換反応は、種々の反応態様で実施できる。例えば、バッチ式で行っても良く、連続式で行っても良い。また、このエステル交換反応は、反応中、反応混合物が均一に混合していても良いし、反応できる状態にある限り、二層に分離していても良い。二層に分離している場合には、例えば、攪拌下反応を行うことにより二層の接触面積を大きくすることにより、反応をさらに効率良く進めることができる。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, an oil and fat and an aliphatic alcohol are subjected to a transesterification reaction in the presence of a calcium catalyst to obtain a reaction mixture containing a fatty acid alkyl ester, glycerin and a calcium compound. In addition to the remaining calcium-based catalyst, the calcium compound includes substances derived from calcium-based catalysts such as fatty acid calcium. This transesterification reaction can be carried out in various reaction modes. For example, it may be performed batchwise or continuously. In the transesterification reaction, the reaction mixture may be uniformly mixed during the reaction, or may be separated into two layers as long as the reaction is possible. In the case of separation into two layers, for example, the reaction can be promoted more efficiently by increasing the contact area of the two layers by carrying out the reaction under stirring.

前記エステル交換反応終了後、得られた反応混合物に、その反応混合物を軽液と重液に相分離して両者を隔離する前にキレート剤を添加する。軽液と重液の隔離は、反応混合物から重液を除去しても良いし、軽液を抽出しても良い。キレート剤は、軽液と重液の隔離の前であれば、エステル交換反応の直後の軽液と重液の相分離前に添加しても良く、後述するように攪拌しながら添加する場合は、エステル交換反応後に反応混合物が軽液と重液に相分離した後であっても良い。キレート剤を添加する際に、反応容器から反応混合物を別の容器に抜き出し、その反応混合物にキレート剤を添加してもよい。また、キレート剤の添加の際に、反応混合物を攪拌することが好ましく、反応混合物を特に冷却する必要はなく、その温度は、例えば、脂肪族アルコールがメタノールであれば、50〜70℃の範囲であることが好ましい。キレート剤添加後は、この温度範囲で5〜30分程度反応混合物を攪拌することが好ましい。反応混合物は、静置又は遠心分離することにより、主として脂肪酸アルキルエステルが含まれる軽液(上相)と主としてグリセリンが含まれる重液(下相)に相分離されるが、上記のような操作により、短時間で、脂肪酸アルキルエステルに含まれるカルシウム化合物をグリセリンが含まれた重液に移動させることができる。本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法によれば、軽液のカルシウム含有量は、5ppm以下(EU規格内)である。   After completion of the transesterification reaction, a chelating agent is added to the obtained reaction mixture before phase separation of the reaction mixture into a light liquid and a heavy liquid to separate them. Separation of the light liquid and the heavy liquid may be performed by removing the heavy liquid from the reaction mixture or extracting the light liquid. The chelating agent may be added before the phase separation of the light liquid and the heavy liquid immediately after the transesterification reaction as long as it is before the separation of the light liquid and the heavy liquid. After the transesterification reaction, the reaction mixture may be after phase separation into a light liquid and a heavy liquid. When the chelating agent is added, the reaction mixture may be extracted from the reaction vessel into another vessel, and the chelating agent may be added to the reaction mixture. In addition, it is preferable to stir the reaction mixture at the time of adding the chelating agent, and it is not necessary to cool the reaction mixture. The temperature is, for example, 50 to 70 ° C. when the aliphatic alcohol is methanol. It is preferable that After the chelating agent is added, it is preferable to stir the reaction mixture within this temperature range for about 5 to 30 minutes. The reaction mixture is phase-separated into a light liquid (upper phase) mainly containing fatty acid alkyl ester and a heavy liquid (lower phase) mainly containing glycerin by standing or centrifuging. Thus, the calcium compound contained in the fatty acid alkyl ester can be transferred to the heavy liquid containing glycerin in a short time. According to the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, the calcium content of the light liquid is 5 ppm or less (within EU standards).

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法において、キレート剤は、水溶液の状態であることが好ましく、常温であっても、添加される反応混合物の温度に予め加熱しておいても良い。キレート剤としては、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、グルコン酸、リンゴ酸及び乳酸などのキレート剤として作用する多価カルボン酸及びオキシ酸、フィチン酸並びにEDTAなどがある。キレート剤の添加量は、カルシウムに対して1〜2倍当量、好ましくは1〜1.5倍当量、さらに好ましくは1〜1.2倍当量であり、水溶液中のキレート剤濃度は、30質量%以下、さらに20質量%以下、特に20質量%以下5質量%以上であることが好ましく、水溶液中の水の量としては、油脂1kgに対して25〜200g、さらに25〜150gの範囲であることが好ましい。水の使用量が少ないとCa化合物を効率良く除去することができず、水の使用量が多くなると相分離後の重液の処理が煩雑になる。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, the chelating agent is preferably in the form of an aqueous solution, and may be preheated to the temperature of the reaction mixture to be added even at room temperature. Examples of chelating agents include polyvalent carboxylic acids and oxyacids, phytic acid, and EDTA that act as chelating agents such as oxalic acid, citric acid, tartaric acid, gluconic acid, malic acid, and lactic acid. The addition amount of the chelating agent is 1 to 2 times equivalent, preferably 1 to 1.5 times equivalent, more preferably 1 to 1.2 times equivalent to calcium, and the chelating agent concentration in the aqueous solution is 30 mass. % Or less, more preferably 20% by mass or less, and particularly preferably 20% by mass or less and 5% by mass or more. The amount of water in the aqueous solution is in the range of 25 to 200 g, more preferably 25 to 150 g, with respect to 1 kg of fat and oil. It is preferable. If the amount of water used is small, the Ca compound cannot be removed efficiently, and if the amount of water used is large, the treatment of heavy liquid after phase separation becomes complicated.

得られた軽液は、特に冷却することなく、熱を有効利用して含有される脂肪酸アルコールを留去することが好ましい。この含有される脂肪酸アルコールの留去の際は、例えば、メタノールを減圧下で70℃程度に加熱しても良い。この操作により沈殿がさらに析出する場合、ろ過等により除去することができる。また、含有される脂肪酸アルコール留去に引き続いて軽液中の水分を同様に留去することもでき、その場合、析出する沈殿は、含有される脂肪酸アルコール及び水分の留去後に除去することが好ましい。なお、水分も減圧下で留去することが好ましい。以上のようにして、金属含有量が5ppm以下のEU規格に適合する脂肪酸メチルエステル(BDF)を得ることができる。   It is preferable to distill off the fatty acid alcohol contained in the obtained light liquid by effectively utilizing heat without cooling. In distilling off the fatty acid alcohol contained therein, for example, methanol may be heated to about 70 ° C. under reduced pressure. When a precipitate further precipitates by this operation, it can be removed by filtration or the like. Further, following the distillation of the fatty acid alcohol contained, water in the light liquid can also be distilled off in the same manner. In this case, the precipitated precipitate can be removed after the distillation of the fatty acid alcohol and water contained therein. preferable. In addition, it is preferable that water is also distilled off under reduced pressure. As described above, fatty acid methyl ester (BDF) conforming to EU standards having a metal content of 5 ppm or less can be obtained.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法において、油脂と脂肪族アルコールは、油脂に対して脂肪族アルコールが4〜150倍モルの割合で反応させることが好ましく、5〜50倍モルの割合で反応させることがさらに好ましい。また、触媒使用量は、油脂1kgに対するCaO量として0.5〜30gに相当するカルシウム量であることが好ましい。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, fats and oils and aliphatic alcohols are preferably reacted at a ratio of 4 to 150 times moles of the fatty alcohol to the fats and oils and reacted at a ratio of 5 to 50 times moles. More preferably. Moreover, it is preferable that the usage-amount of a catalyst is the calcium amount corresponded to 0.5-30g as CaO amount with respect to 1 kg of fats and oils.

油脂と脂肪族アルコールを反応させる際の反応温度は、30℃以上であれば良い。例えば、常圧下で30℃からアルコールの沸点付近、好ましくは50℃から反応液の環流温度の範囲であれば良く、アルコールがメタノールであれば、30〜70℃、好ましくは50〜70℃の範囲とすることができる。油脂と脂肪族アルコールを反応させる際の反応圧力は、0.1〜8MPaであることが好ましく、反応時間は、30分以上であることが好ましく、30分〜3時間であることがさらに好ましい。反応温度、反応圧力、反応時間、触媒添加量など各反応条件は、必要に応じて上記範囲により適宜選択できる。   The reaction temperature at the time of reacting oil and fat and aliphatic alcohol should just be 30 degreeC or more. For example, it may be in the range of 30 ° C. to near the boiling point of the alcohol under normal pressure, preferably 50 ° C. to the reflux temperature of the reaction solution. If the alcohol is methanol, it is in the range of 30 to 70 ° C., preferably 50 to 70 ° C. It can be. The reaction pressure when reacting fats and oils with the aliphatic alcohol is preferably 0.1 to 8 MPa, and the reaction time is preferably 30 minutes or more, and more preferably 30 minutes to 3 hours. Each reaction condition such as reaction temperature, reaction pressure, reaction time, and catalyst addition amount can be appropriately selected according to the above range as necessary.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法において、前記油脂は、化1で表されるトリグリセリドを主として含む物質であり、植物油脂や動物油脂等の天然油脂に含まれるものや化学的に合成されたものなど様々のものを用いることができる。植物油脂としては、米油、菜種油、胡麻油、大豆油、パーム油、ヤシ油、綿実油、落花生油、椿油、亜麻仁油、オリーブ油、サフラー油、ヤトロファ油などがあり、動物油脂としては、牛脂、馬脂、羊脂、豚脂、魚油、鯨油、サメ類肝油などがある。また、これらの油脂が複数混合したもの、ジグリセリドやモノグリセリドを含む油脂、一部、酸化、還元等の変性を起こした油脂でも良い。また、未精製の油脂で、遊離脂肪酸や水分などを微量含有するものでも良いし、レストラン、食品工場、一般家庭などから廃棄される廃食油でも良いが、必要に応じて適切な前処理を行うことが好ましい。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, the fat / oil is a substance mainly containing a triglyceride represented by Chemical Formula 1, and is contained in a natural fat / oil such as vegetable fat / animal fat / oil or chemically synthesized. Various things, such as a thing, can be used. Examples of vegetable oils include rice oil, rapeseed oil, sesame oil, soybean oil, palm oil, palm oil, cottonseed oil, peanut oil, coconut oil, linseed oil, olive oil, safflower oil, and Jatropha oil. Animal oils include beef fat, horse There are fat, sheep fat, pork fat, fish oil, whale oil, shark liver oil and so on. Moreover, what mixed these oils and fats, the fats and oils containing a diglyceride and a monoglyceride, and the fats and oils which carried out modification | denaturation, such as oxidation and a reduction | restoration, may be sufficient. In addition, unrefined oils and fats that contain a small amount of free fatty acids and moisture may be used, and waste cooking oils discarded from restaurants, food factories, general households, etc. may be used, but appropriate pretreatment is performed as necessary. It is preferable.

Figure 0005282951
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化1で表されるトリグリセリドは、R、R及びRが6〜24個の炭素原子を含有するものであれば良く、R、R及びRは、飽和脂肪族であっても良いし、モノ、ジ、トリ不飽和脂肪族であっても良い。さらに、R、R及びRはヒドロキシ基を含むものであっても良い。 Triglycerides represented by Formula 1, as long as R 1, R 2 and R 3 contains from 6 to 24 carbon atoms, R 1, R 2 and R 3 is a saturated aliphatic It may be mono, di, or triunsaturated aliphatic. Furthermore, R 1 , R 2 and R 3 may contain a hydroxy group.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法において、脂肪族アルコールは、炭素数1〜6、特に炭素数1〜4の脂肪族低級アルコールであり、メタノールやエタノールが好ましく、メタノールが特に好ましい。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, the aliphatic alcohol is an aliphatic lower alcohol having 1 to 6 carbon atoms, particularly 1 to 4 carbon atoms, preferably methanol or ethanol, and particularly preferably methanol.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法において、カルシウム系触媒としては、油脂と脂肪族アルコールのエステル交換反応の触媒として用いられるものであれば良く、例えば酸化カルシウム、水酸化カルシウム、カルシウムメトキシド等のカルシウムアルコキシド、Ca(OH)(OCH)等のカルシウムアルコキシドの水和物などがある。酸化カルシウムとしては、特許文献2及び3に記載された高塩基強度の酸化カルシウムやメタノール中で活性化処理された酸化カルシウムを用いることができる。 In the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention, the calcium-based catalyst may be any calcium-based catalyst as long as it can be used as a catalyst for transesterification of fats and fatty alcohols, such as calcium oxide, calcium hydroxide, calcium methoxide, and the like. Calcium alkoxides, and calcium alkoxide hydrates such as Ca (OH) (OCH 3 ). As calcium oxide, calcium oxide having high base strength described in Patent Documents 2 and 3 and calcium oxide activated in methanol can be used.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法において得られる脂肪酸アルキルエステルとしては、吉草酸、カプロン酸、エナトン酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデシル酸、ラウリン酸、トリデシル酸、ミリスチン酸、ペンタデシル酸、パルミチン酸、ヘプテデシル酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ぺペン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、ヘプタコサン酸、モンタン酸、メリシン酸、ラクセル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、ウンデシレン酸、オレイン酸、エライジン酸、セトレイン酸、エルカ酸、ブラシジン酸、ソルビン酸、リノール酸、リノレン酸、アラキドン酸、プロピオール酸、ステアロール酸、ネルボン酸、リシノール酸、(+)−ヒドノカルビン酸、(+)−チャウルム−グリン酸などのエステルがあり、エステルのアルコール残基は、使用したアルコールにより決まる。例えば、アルコールとしてメチルアルコールを使用した場合にはメチルエステル、エチルアルコールを使用した場合には、エチルエステルが得られる。   Examples of the fatty acid alkyl ester obtained in the method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention include valeric acid, caproic acid, enatonic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, undecyl acid, lauric acid, tridecylic acid, myristic acid, pentadecyl. Acid, palmitic acid, heptedecyl acid, stearic acid, nonadecanoic acid, arachidic acid, pepenic acid, lignoceric acid, serotic acid, heptacosanoic acid, montanic acid, mellicic acid, laccelic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, undecylenic acid, oleic acid , Elaidic acid, celetic acid, erucic acid, brassic acid, sorbic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, propiolic acid, stearolic acid, nervonic acid, ricinoleic acid, (+)-hydronocarbic acid, (+)-chaulum -Glynic acid etc. There is an ester, an alcohol residue of the ester is determined by the alcohol used. For example, when methyl alcohol is used as alcohol, methyl ester is obtained, and when ethyl alcohol is used, ethyl ester is obtained.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法は、二段の洗浄工程や加熱工程を必要とせず、水の使用量と廃水の発生量を大幅に低減できるとともに、熱を有効利用してエネルギー消費も低減できる。また、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルの製造方法においては、相分離の際の静置時間を大幅に短縮して脂肪酸メチルエステル中のCa濃度を低減させることができる。   The method for producing a fatty acid alkyl ester according to the present invention does not require a two-stage washing process or a heating process, can greatly reduce the amount of water used and the amount of wastewater generated, and can also effectively use heat to consume energy. Can be reduced. Moreover, in the manufacturing method of the fatty acid alkyl ester which concerns on this invention, the stationary time in the case of phase separation can be shortened significantly, and Ca density | concentration in fatty acid methyl ester can be reduced.

[実施例1]
(1)触媒の調製
触媒の酸化カルシウムは、国際公開WO2008/090987号パンフレットに記載の実施例1に従って調製した。
(2)脂肪酸メチルエステルの製造
撹拌機、環流冷却器、及び温水ジャケット付きの1L容セパラブルフラスコに、菜種油(理研農産化工製)750g、メタノール163.6g、(1)で調製された酸化カルシウム2.625g(0.0469モル)を入れ、撹拌下、64〜70℃で3時間エステル交換反応を行なった。
得られた反応混合物の一部を採取してガスクロマトグラフィーにより分析したところ、脂肪酸メチルエステル、モノグリセリド、ジグリセリド、及びトリグリセリドの合計に対する脂肪酸メチルエステルの割合は99%であった。
(3)脂肪酸メチルエステルの精製
(2)で得られた反応混合物(約70℃)に10.0質量%クエン酸水溶液60g(クエン酸0.0312モル;Ca1モルに対してクエン酸0.67モル)を撹拌下で添加し、その温度で5分間撹拌混合を続けた。その後、反応混合物をそのまま90分間静置して軽液と重液に相分離し、得られた軽液からメタノールを減圧留去し、その軽液を室温まで冷却して脂肪酸メチルエステルを得た。得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度(金属換算値)をICP発光分析により測定したところ、2質量ppmであった。
[Example 1]
(1) Preparation of catalyst The catalyst calcium oxide was prepared according to Example 1 described in the pamphlet of International Publication WO2008 / 090987.
(2) Manufacture of fatty acid methyl ester In a 1 L separable flask equipped with a stirrer, a reflux condenser, and a warm water jacket, 750 g of rapeseed oil (manufactured by Riken Agricultural Chemicals), 163.6 g of methanol, and calcium oxide prepared in (1) 2.625 g (0.0469 mol) was added, and a transesterification reaction was performed at 64 to 70 ° C. for 3 hours with stirring.
When a part of the obtained reaction mixture was collected and analyzed by gas chromatography, the ratio of fatty acid methyl ester to the total of fatty acid methyl ester, monoglyceride, diglyceride and triglyceride was 99%.
(3) Purification of fatty acid methyl ester To the reaction mixture (about 70 ° C.) obtained in (2), 60 g of an aqueous 10.0% by mass citric acid solution (0.0312 mol citric acid; 0.67 citric acid relative to 1 mol of Ca) Mol) was added under stirring and stirring was continued at that temperature for 5 minutes. Thereafter, the reaction mixture was allowed to stand for 90 minutes and phase-separated into a light liquid and a heavy liquid. Methanol was distilled off from the obtained light liquid under reduced pressure, and the light liquid was cooled to room temperature to obtain a fatty acid methyl ester. . It was 2 mass ppm when the Ca density | concentration (metal conversion value) in the obtained fatty acid methyl ester was measured by the ICP emission analysis.

[比較例1]
クエン酸水溶液を添加しなかった以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった、その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、1032質量ppmであった。
[Comparative Example 1]
The fatty acid methyl ester was purified in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was not added. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 1032 mass ppm.

[比較例2]
脂肪酸メチルエステルの精製を以下のように変えた以外は、実施例1と同様に行なった。実施例1で得られた反応混合物を90分間静置して軽液と重液に相分離し、得られた軽液(Ca濃度:1051質量ppm)に10質量%クエン酸水溶液60gを撹拌下で添加してそのまま5分間撹拌混合を続けた。その後、反応混合物を90分間静置して軽液と水相に相分離し、軽液からのメタノール留去とその後の冷却を同様に行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、105質量ppmであった。
[Comparative Example 2]
The same procedure as in Example 1 was performed except that the purification of the fatty acid methyl ester was changed as follows. The reaction mixture obtained in Example 1 was allowed to stand for 90 minutes and phase-separated into a light liquid and a heavy liquid, and 60 g of a 10% by mass citric acid aqueous solution was stirred into the resulting light liquid (Ca concentration: 1051 mass ppm). And continued stirring and mixing for 5 minutes. Thereafter, the reaction mixture was allowed to stand for 90 minutes and phase-separated into a light liquid and an aqueous phase, and methanol was distilled off from the light liquid and then cooled in the same manner. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 105 mass ppm.

[実施例2]
10.0質量%クエン酸水溶液の添加量を80g(クエン酸0.0417モル;Ca1モルに対してクエン酸0.89モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、2質量ppmであった。
[Example 2]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the amount of 10.0% by mass citric acid aqueous solution added was changed to 80 g (citric acid 0.0417 mol; citric acid 0.89 mol with respect to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 2 ppm by mass.

[実施例3]
10.0質量%クエン酸水溶液の添加量を120g(クエン酸0.0625モル;Ca1モルに対してクエン酸1.33モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルを精製した。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、1質量ppm未満であった。
[Example 3]
The fatty acid methyl ester was purified in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of the 10.0 mass% citric acid aqueous solution was changed to 120 g (citric acid 0.0625 mol; citric acid 1.33 mol with respect to 1 mol of Ca). did. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was less than 1 mass ppm.

[実施例4]
クエン酸水溶液を20.0質量%クエン酸水溶液30g(クエン酸0.0312モル;Ca1モルに対してクエン酸0.67モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、4質量ppmであった。
[Example 4]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was changed to 30 g of a 20.0 mass% citric acid aqueous solution (citric acid 0.0312 mol; 0.61 mol of citric acid relative to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 4 mass ppm.

[実施例5]
クエン酸水溶液を7.5質量%クエン酸水溶液80g(クエン酸0.0312モル;Ca1モルに対してクエン酸0.67モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた精製脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、1質量ppmであった。
[Example 5]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was changed to 80 g of a 7.5% by mass citric acid aqueous solution (citric acid 0.0312 mol; citric acid 0.67 mol relative to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained purified fatty acid methyl ester was 1 ppm by mass.

[実施例6]
クエン酸水溶液を5.0質量%クエン酸水溶液120g(クエン酸0.0312モル;Ca1モルに対してクエン酸0.67モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた精製脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、1質量ppmであった。実施例1〜6、比較例1〜2の結果をまとめて表1に示す。
[Example 6]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was changed to 120 g of a 5.0% by mass citric acid aqueous solution (citric acid 0.0312 mol; citric acid 0.67 mol relative to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained purified fatty acid methyl ester was 1 ppm by mass. The results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1.

Figure 0005282951
Figure 0005282951

[実施例7〜10]
前記反応混合物(約70℃)に10.0質量%クエン酸水溶液60gを添加してその温度で5分間撹拌混合した後、静置時間を60分、30分、10分、5分に変えてそれぞれ相分離した以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、静置時間60分で2質量ppm、静置時間30分で2質量ppm、静置時間10分で3質量ppm、静置時間5分で4質量ppmあった。本発明では、このように相分離の際の静置時間を大幅に短縮して脂肪酸メチルエステル中のCa濃度を低減させることができる。結果を表2にまとめて示す。
[Examples 7 to 10]
After adding 60 g of 10.0 mass% citric acid aqueous solution to the reaction mixture (about 70 ° C.) and stirring and mixing at that temperature for 5 minutes, the standing time was changed to 60 minutes, 30 minutes, 10 minutes and 5 minutes. The fatty acid methyl ester was purified in the same manner as in Example 1 except that each phase was separated. As a result, the Ca concentration in the fatty acid methyl ester obtained was 2 ppm by mass for 60 minutes, 2 ppm by mass for 30 minutes, 3 ppm by mass for 10 minutes, and 5 minutes for static time. It was 4 mass ppm. In the present invention, the standing time during phase separation can be greatly shortened in this way, and the Ca concentration in the fatty acid methyl ester can be reduced. The results are summarized in Table 2.

Figure 0005282951
Figure 0005282951

[実施例11]
クエン酸水溶液を7.24質量%シュウ酸水溶液60g(シュウ酸0.0483モル;Ca1モルに対してシュウ酸1.03モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、2質量ppmであった。
[Example 11]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the aqueous citric acid solution was changed to 60 g of an aqueous 7.24% by mass oxalic acid solution (0.0483 mol of oxalic acid; 1.03 mol of oxalic acid relative to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 2 ppm by mass.

[実施例12]
クエン酸水溶液を15.6質量%酒石酸水溶液60g(酒石酸0.0624モル;Ca1モルに対して酒石酸1.33モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、2質量ppmであった。
[Example 12]
The fatty acid methyl ester was purified in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was changed to 60 g of 15.6% by weight tartaric acid aqueous solution (0.0624 mol of tartaric acid; 1.33 mol of tartaric acid with respect to 1 mol of Ca). . As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 2 ppm by mass.

[実施例13]
クエン酸水溶液を11.5質量%フィチン酸水溶液60g(フィチン酸0.0105モル;Ca1モルに対してフィチン酸0.22モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、3質量ppmであった。
[Example 13]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was changed to 60 g of an 11.5 mass% phytic acid aqueous solution (0.0105 mol of phytic acid; 0.22 mol of phytic acid relative to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 3 ppm by mass.

[実施例14]
クエン酸水溶液を30.6質量%グルコン酸水溶液80g(グルコン酸0.1248モル;Ca1モルに対してグルコン酸2.67モル)に変えた以外は、実施例1と同様に脂肪酸メチルエステルの精製を行なった。その結果、得られた脂肪酸メチルエステル中のCa濃度は、1質量ppmであった。実施例11〜14の結果をまとめて表3に示す。
[Example 14]
Purification of fatty acid methyl ester in the same manner as in Example 1 except that the citric acid aqueous solution was changed to 80 g of a 30.6% by mass gluconic acid aqueous solution (0.1248 mol of gluconic acid; 2.67 mol of gluconic acid relative to 1 mol of Ca). Was done. As a result, the Ca concentration in the obtained fatty acid methyl ester was 1 ppm by mass. The results of Examples 11 to 14 are summarized in Table 3.

Figure 0005282951
Figure 0005282951

Claims (3)

油脂と脂肪族アルコールをカルシウム系触媒の存在下でエステル交換反応させて脂肪酸アルキルエステルを得る脂肪酸アルキルエステルの製造方法であって、
前記エステル交換反応の後の反応混合物に、その反応混合物を軽液と重液に相分離して両者を隔離する前にキレート剤を添加する工程を備えたことを特徴とする脂肪酸アルキルエステルの製造方法。
A method for producing a fatty acid alkyl ester, wherein a fatty acid alkyl ester is obtained by transesterification of fats and oils and an aliphatic alcohol in the presence of a calcium-based catalyst,
Production of fatty acid alkyl ester comprising a step of adding a chelating agent to the reaction mixture after the transesterification reaction before phase-separating the reaction mixture into a light liquid and a heavy liquid and isolating both of them. Method.
前記キレート剤の添加の際に前記反応混合物を冷却しない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の製造方法。   The method for producing a fatty acid alkyl ester according to claim 1, wherein the reaction mixture is not cooled during the addition of the chelating agent. 前記キレート剤を添加後、反応混合物を軽液と重液に相分離し、その後、軽液を隔離し、その軽液を冷却することなく、含有される脂肪族アルコールを留去することにより、脂肪酸アルキルエステルを精製する工程をさらに備える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の製造方法。   After adding the chelating agent, the reaction mixture is phase-separated into a light liquid and a heavy liquid, and then the light liquid is isolated and the aliphatic alcohol contained therein is distilled off without cooling the light liquid, The method for producing a fatty acid alkyl ester according to claim 1, further comprising a step of purifying the fatty acid alkyl ester.
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