JP5454836B2 - Method for producing fatty acid monoester product using regenerated solid acid catalyst - Google Patents

Method for producing fatty acid monoester product using regenerated solid acid catalyst Download PDF

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Description

本発明は、固体酸触媒であるスルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗して活性化した後に、エステル交換反応またはエステル化反応に再使用して、脂肪酸モノエステル化物を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a fatty acid monoester product by activating a sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst, which is a solid acid catalyst, by washing with water and reusing it in an ester exchange reaction or an esterification reaction.

従来から、植物油や動物油を原料として脂肪酸モノエステル化物を製造し、これをディーゼルエンジン用燃料として使用する試みが行われている。植物油や動物油は、硫黄分の含有率が低いため、ディーゼルエンジン用の燃料として用いた場合に硫黄酸化物(SOX)がほとんど発生せず、また、植物由来の油脂からなる燃料を燃焼して生じた二酸化炭素は再び作物の成長時に固定化されるためCO2ゼロエミッション燃料と考えられており、環境保全に寄与するものとして有望視されている。 Conventionally, attempts have been made to produce fatty acid monoesters using vegetable oils or animal oils as raw materials and to use these as fuels for diesel engines. Vegetable oils and animal oils have low sulfur content, so when used as fuel for diesel engines, almost no sulfur oxides (SO x ) are generated. The generated carbon dioxide is once again fixed during crop growth and is considered as a CO 2 zero-emission fuel, and is considered promising as contributing to environmental conservation.

このようなディーゼルエンジン用燃料は、植物油や動物油の主成分である脂肪族トリグリセリドを原料として、(1)アルカリを触媒としてアルコール溶媒中で植物油や動物油をエステル交換し、対応する脂肪酸モノエステルを製造する方法、(2)触媒を使用せず、植物油や動物油に水を添加して超臨界または亜臨界条件で加水分解し、次いで得られた加水分解物にアルコールを添加して超臨界または亜臨界条件でエステル化し、脂肪酸モノエステルを製造する方法、更に(3)植物油や動物油にアルコールを添加して超臨界または亜臨界条件でエステル交換し、脂肪酸モノエステルを製造する方法などによって製造されている。   Such diesel engine fuel uses aliphatic triglycerides, which are the main components of vegetable oils and animal oils, as raw materials, and (1) transesterifies vegetable oils and animal oils in alcoholic solvents using alkali as a catalyst to produce the corresponding fatty acid monoesters. (2) Without using a catalyst, water is added to vegetable oil or animal oil and hydrolyzed under supercritical or subcritical conditions, and then alcohol is added to the resulting hydrolyzate to supercritical or subcritical. It is produced by a method of producing a fatty acid monoester by esterification under conditions, and (3) a method of producing a fatty acid monoester by adding an alcohol to a vegetable oil or animal oil and transesterifying under supercritical or subcritical conditions. .

しかしながら、植物油や動物油は一般に遊離脂肪酸を含むため、上記(1)のアルカリ触媒を添加して行う脂肪酸モノエステルの製造方法では、エステル交換反応より先に遊離脂肪酸とアルカリ触媒とが反応して石けんと水が生成する。水はアルカリの触媒作用を著しく低下させると共に生成した石けんが界面活性剤として作用するため、生成物と触媒との分離を困難にする。   However, since vegetable oils and animal oils generally contain free fatty acids, in the method for producing a fatty acid monoester performed by adding the alkali catalyst described in (1) above, the free fatty acid and the alkali catalyst react with each other before the transesterification reaction. And water is produced. Water significantly reduces the alkali catalysis and the resulting soap acts as a surfactant, making it difficult to separate the product from the catalyst.

一方、上記(2)、(3)の超臨界または亜臨界条件でエステル交換やエステル化するものとして、油脂とアルコールから脂肪酸エステルを製造する方法であって、触媒を添加せず、油脂および/またはアルコールが超臨界状態になる条件で反応させることを特徴とする脂肪酸エステルの製造方法がある(特許文献1)。実施例1では、廃ダイズ油とメタノールとを温度300℃、圧力6.5MPaで反応させ、脂肪酸メチルエステルを得ている。同様に、動物油または植物油を、超臨界状態または亜臨界状態のアルコールを溶媒として用いて無触媒下に処理し、選択的かつ短時間のうちに、溶媒として使用したアルコールに対応する脂肪酸モノエステル化物を得る方法もある(特許文献2)。特許文献2の実施例1では、使用済み菜種油とメタノールとを温度240〜360℃、圧力40MPaで反応させ、モノエステル化物を得ている。   On the other hand, as a method of transesterification or esterification under the supercritical or subcritical conditions of (2) and (3) above, a method for producing a fatty acid ester from fat and alcohol without adding a catalyst, Or there exists the manufacturing method of the fatty acid ester characterized by making it react on the conditions which alcohol becomes a supercritical state (patent document 1). In Example 1, waste soybean oil and methanol were reacted at a temperature of 300 ° C. and a pressure of 6.5 MPa to obtain a fatty acid methyl ester. Similarly, animal oil or vegetable oil is treated in the absence of a catalyst using an alcohol in a supercritical state or a subcritical state as a solvent, and a fatty acid monoester product corresponding to the alcohol used as the solvent selectively and in a short time There is also a method of obtaining (Patent Document 2). In Example 1 of Patent Document 2, used rapeseed oil and methanol are reacted at a temperature of 240 to 360 ° C. and a pressure of 40 MPa to obtain a monoester product.

その他、脂肪酸エステルから脂肪酸モノエステルを製造するものとして、固体触媒を使用してエステル交換反応により脂肪酸モノエステル化物を製造する方法がある。固体触媒として金属酸化物からなる触媒を使用する方法であり、非晶質ジルコニウム酸化物(A)と、III族元素の酸化物、V族元素の酸化物、および/またはジルコニウム、ハフニウム以外のIV族元素の酸化物(B)とを含む複合無機酸化物触媒とを使用し、この複合無機酸化物触媒に原料エステルとアルコールとを接触させてエステル交換させ、エステル化物を製造するというものである(特許文献3)。上記触媒(A)や(B)を併用することで、常圧程度の圧力下で反応を進行させることができるという。実施例では、複合無機酸化物触媒として、ZrO2にTiO2またはSiO2を混合した触媒、またはZrO2にスピネル構造のZnAl24またはxZnO、yAl23(x、y=0〜2)を使用し、反応温度200〜250℃で反応させてエステル交換を行っている。 In addition, as a method for producing a fatty acid monoester from a fatty acid ester, there is a method for producing a fatty acid monoester product by a transesterification reaction using a solid catalyst. A method using a catalyst comprising a metal oxide as a solid catalyst, comprising an amorphous zirconium oxide (A), a Group III element oxide, a Group V element oxide, and / or an IV other than zirconium or hafnium. A composite inorganic oxide catalyst containing a group element oxide (B) is used, and an esterified product is produced by bringing the composite inorganic oxide catalyst into contact with a raw material ester and an alcohol for transesterification. (Patent Document 3). By using the catalysts (A) and (B) in combination, the reaction can be allowed to proceed under a pressure of about normal pressure. In the embodiment, a composite inorganic oxide catalyst, catalyst obtained by mixing TiO 2 or SiO 2 to ZrO 2, or ZrO 2 having a spinel structure ZnAl 2 O 4 or xZnO, yAl 2 O 3 (x , y = 0~2 ) And the reaction is carried out at a reaction temperature of 200 to 250 ° C. for transesterification.

一方、固体触媒として、スルホン酸基が導入された無定形炭素を含有するプロトン伝導性材料を使用し、酢酸とエチルアルコールとから酢酸エチルを生成する方法も開示されている(特許文献4)。特許文献4の実施例では、ナフタレン、コロネン、重油などに濃硫酸を加え、250℃、15時間加熱し、過剰の濃硫酸を減圧蒸留で除去して黒色粉末を得ており、これを酢酸とエチルアルコールとに作用させ、触媒の効果を観ている。
特開2000−143586号公報 特開2000−204392号公報 国際公開2005/000782号 国際公開第2005/029508号
On the other hand, a method for producing ethyl acetate from acetic acid and ethyl alcohol using a proton conductive material containing amorphous carbon having a sulfonic acid group introduced as a solid catalyst is also disclosed (Patent Document 4). In the example of Patent Document 4, concentrated sulfuric acid is added to naphthalene, coronene, heavy oil, etc., heated at 250 ° C. for 15 hours, and excess concentrated sulfuric acid is removed by distillation under reduced pressure to obtain a black powder. It works with ethyl alcohol and sees the effect of the catalyst.
JP 2000-143586 A JP 2000-204392 A International Publication No. 2005/000782 International Publication No. 2005/029508

しかしながら、上記特許文献1や特許文献2記載の方法は、トリグリセリドなどを主成分とする油脂をアルコールと反応させるものであるが、反応条件として超臨界条件でエステル交換するものであり、装置の簡略化、安全性の確保などの観点からより温和な条件で脂肪酸モノエステル化物を製造できる方法の開発が望まれる。また、上記特許文献2記載の方法で得られた脂肪酸モノエステル化物画分は、欧州やアメリカ規格で定められているバイオディーゼルエンジン用燃料の酸価基準を満たさず、酸価0.5を超える場合がある。エステル交換反応では、動物油などに含まれるトリグリセリドが直接アルコールと反応して脂肪酸モノエステルを生成するが、同時に水が存在するとトリグリセリドが加水分解して脂肪酸になり、脂肪酸のエステル化によって更に水を副生する。このため、脂肪酸とアルコールとから脂肪酸モノエステルが生成される反応平衡が、水の存在によって逆反応側に移行する。この傾向は温度が高いほど大きくなり、超臨界条件などではことさらである。酸価を下げるには、反応液中の水分を十分下げることが重要な要素となるが、脂肪酸を含む油脂類を原料にすると水を副生するため、酸価0.5以下を達成することは非常に難しい。原料に水分が含まれる場合も同様である。   However, the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are those in which fats and oils mainly composed of triglycerides and the like are reacted with alcohol, but transesterification is performed under supercritical conditions as reaction conditions, and the apparatus is simplified. Development of a method capable of producing a fatty acid monoester product under milder conditions is desired from the standpoints of conversion and safety. In addition, the fatty acid monoester product fraction obtained by the method described in Patent Document 2 does not satisfy the acid value standard of the fuel for biodiesel engines defined in European and American standards, and the acid value exceeds 0.5. There is a case. In the transesterification reaction, triglycerides contained in animal oils directly react with alcohols to produce fatty acid monoesters. At the same time, triglycerides are hydrolyzed to fatty acids in the presence of water, and water is further added by esterification of fatty acids. To be born. For this reason, the reaction equilibrium in which a fatty acid monoester is produced from a fatty acid and an alcohol shifts to the reverse reaction side due to the presence of water. This tendency increases as the temperature rises, especially in supercritical conditions. In order to lower the acid value, it is important to sufficiently reduce the water content in the reaction solution. However, when oils and fats containing fatty acids are used as raw materials, water is by-produced, so that an acid value of 0.5 or less must be achieved. Is very difficult. The same applies when the raw material contains moisture.

一方、原料に含まれる遊離脂肪酸や水分など、酸価を増加させ得る原因物質を除去すればよいが、原料油である大量の動物油や植物油から遊離の脂肪酸を除去することは容易でなく、このような前処理は、油脂類からの製品収率を低下させる一因となる。   On the other hand, it is only necessary to remove causative substances that can increase the acid value, such as free fatty acids and moisture contained in the raw material, but it is not easy to remove free fatty acids from a large amount of animal oil or vegetable oil as the raw material oil. Such pretreatment contributes to a reduction in product yield from fats and oils.

また、トリグリセリドとアルコールとのエステル交換反応によってトリグリセリドの他、ジグリセリドおよびモノグリセリドが副生するが、モノグリセリドは脂肪酸モノエステルと沸点が近いため分離が困難であり、グリセリン骨格を有するモノグリセリドなどの化合物が脂肪酸モノエステル化物に混入する。下記式に示すように、脂肪酸モノエステル化物に含まれるグリセリン、ならびにトリグリセリド、ジグリセリドおよびモノグリセリドを構成するグリセリン量の脂肪酸モノエステル化物全質量に対する質量百分率を「全グリセリン換算量」と定義すると、脂肪酸モノエステル化物をバイオディーゼルエンジン用燃料として使用する場合、全グリセリン換算量0.24質量%以下という製品スペックを満足しない場合がある。   In addition to triglyceride, diglyceride and monoglyceride are by-produced by transesterification reaction of triglyceride and alcohol, but monoglyceride is difficult to separate because it has a boiling point close to that of fatty acid monoester. It mixes in the monoesterified product. As shown in the following formula, when the mass percentage of the glycerin contained in the fatty acid monoester and the total amount of glycerin constituting the triglyceride, diglyceride and monoglyceride with respect to the total mass of the fatty acid monoester is defined as “total glycerin conversion amount”, When the esterified product is used as a fuel for a biodiesel engine, the product specification of a total glycerin conversion amount of 0.24% by mass or less may not be satisfied.

Figure 0005454836
また、前記特許文献3は、脂肪酸モノエステル化物を製造し得る触媒として固体触媒として金属酸化物からなる触媒を使用する方法であるが、反応温度が200〜250℃と高く、超臨界温度条件に近い反応であり、更に温和な条件での反応が望まれる。
Figure 0005454836
Moreover, although the said patent document 3 is a method of using the catalyst which consists of a metal oxide as a solid catalyst as a catalyst which can manufacture a fatty-acid monoester, reaction temperature is as high as 200-250 degreeC, and it is supercritical temperature conditions. It is a near reaction and a reaction under milder conditions is desired.

特許文献4も同様に、スルホン酸基が導入された無定形炭素を含有するプロトン伝導性材料が、酢酸とエチルアルコールとから酢酸エチルを生成するための固体触媒として使用しうることを示すに過ぎず、油脂などのトリグリセリドのエステル交換を目的とするものではない。   Similarly, Patent Document 4 only shows that a proton conductive material containing amorphous carbon having sulfonic acid groups introduced therein can be used as a solid catalyst for producing ethyl acetate from acetic acid and ethyl alcohol. It is not intended to transesterify triglycerides such as fats and oils.

一方、触媒は連続使用によって活性が低下し、目的物の収率が低下する場合がある。触媒の使用量は原材料と比較すると少量であるが高価であり、触媒寿命の延長が望まれる。しかしながら、一般に継続的使用によって活性が低下し、特に高温、加圧条件ではなおさらである。したがって、触媒を再活性化して使用できれば効率的である。   On the other hand, the activity of the catalyst may decrease due to continuous use, and the yield of the target product may decrease. The amount of the catalyst used is small but expensive compared to the raw material, and it is desired to extend the catalyst life. However, the activity generally decreases with continued use, especially at elevated temperatures and pressure conditions. Therefore, it is efficient if the catalyst can be reactivated and used.

本発明は、こうした状況のもとになされたものであって、その目的は、エステル交換効率、エステル化率に優れる触媒を使用して酸価の低い脂肪酸モノエステル化物を製造する方法であって、触媒を水洗して再生し、エステル交換反応やエステル化反応に再使用して、安定かつ連続的に脂肪酸モノエステル化物を製造する方法を提供することにある。   The present invention has been made under these circumstances, and its object is to produce a fatty acid monoester product having a low acid value using a catalyst having excellent transesterification efficiency and esterification rate. An object of the present invention is to provide a method for producing a fatty acid monoester product stably and continuously by washing and regenerating the catalyst and reusing it for transesterification and esterification.

本発明者等は、動物油および/または植物油とアルコールとのエステル交換反応により脂肪酸モノエステル化物を製造しうる触媒について検討したところ、特定のスルホン酸基導入無定形炭素触媒を使用するとエステル交換率に優れること、特に、水の存在下に反応させると、目的物である脂肪酸モノエステル化物との分離精製が困難な脂肪酸モノグリセリドの副生をきわめて効率的に抑制でき、このため、酸価の低い脂肪酸モノエステル化物を簡便な工程で製造することができること、また、上記触媒は、脂肪酸とアルコールとのエステル化反応も効率的に行うことができることを見出した。更に、このエステル交換反応やエステル化の活性は経時的使用により活性が低下するが、上記触媒を水洗すると、エステル交換率やエステル化率が回復して再使用が可能となり、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を用いて脂肪酸モノエステル化物を効率的に製造することができることを見出し、本発明を完成させた。   The present inventors examined a catalyst capable of producing a fatty acid monoester by an ester exchange reaction of animal oil and / or vegetable oil and alcohol. When a specific sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is used, the ester exchange rate is improved. By reacting in the presence of water, in particular, by-products of fatty acid monoglycerides, which are difficult to separate and purify from the target fatty acid monoester product, can be suppressed very efficiently. It has been found that a monoesterified product can be produced by a simple process, and that the above catalyst can also efficiently carry out an esterification reaction between a fatty acid and an alcohol. Furthermore, the activity of this transesterification reaction and esterification decreases with time, but when the catalyst is washed with water, the transesterification rate and esterification rate are recovered and can be reused. It has been found that a fatty acid monoester product can be efficiently produced using an amorphous carbon catalyst, and the present invention has been completed.

本発明は、スルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗後に再使用するものであり、高価な触媒の寿命を延長することができるため、製造コストを低減することができる。
また、脂肪酸モノエステル化物の製造工程において、スルホン酸基導入無定形炭素触媒の洗浄工程と、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒によるエステル交換反応とを組み合わせることで、脂肪酸モノエステル化物を安定かつ連続的に製造することができる。
The present invention reuses the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst after washing with water, and can extend the life of an expensive catalyst, so that the production cost can be reduced.
In addition, in the production process of the fatty acid monoester product, by combining the washing step of the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst with the transesterification reaction with the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst, the fatty acid monoester product can be stably and It can be manufactured continuously.

本発明では、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、トリグリセリドとアルコールとのエステル交換と、残存する脂肪酸とアルコールとのエステル化反応にも使用することができるため、より酸価の低い脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。   In the present invention, the washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst can also be used for transesterification of triglyceride and alcohol and esterification reaction of remaining fatty acid and alcohol. An esterified product can be produced.

本発明は、動物油および/または植物油と、ROH(Rは、炭素数1〜24の飽和または不飽和の脂肪酸基を示す。)で示されるアルコールとの反応に使用したスルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗した水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、上記動物油および/または植物油とアルコールとのエステル化及び/またはエステル交換反応に使用して脂肪酸モノエステル化物反応液を得る第一工程を含む、脂肪酸モノエステル化物の製造方法である。   The present invention relates to a sulfonic acid group-introduced amorphous carbon used for the reaction of animal oil and / or vegetable oil with an alcohol represented by ROH (R represents a saturated or unsaturated fatty acid group having 1 to 24 carbon atoms). A first step of obtaining a fatty acid monoester product reaction solution by using a water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst obtained by washing the catalyst in the esterification and / or transesterification reaction of the animal oil and / or vegetable oil with an alcohol. This is a method for producing a fatty acid monoester product.

スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、動物油などに含まれるトリグリセリドとアルコールとのエステル交換反応や脂肪酸とアルコールとのエステル化反応に使用すると、経時的にエステル交換率やエステル化率が低下するが、スルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗することで活性を回復させうることが判明した。以下、本発明を詳細に説明する。   When the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is used for the transesterification reaction of triglyceride and alcohol contained in animal oil or the like, or the esterification reaction of fatty acid and alcohol, the transesterification rate and esterification rate decrease over time. It has been found that the activity can be recovered by washing the amorphous carbon catalyst having a sulfonic acid group introduced therein with water. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

(1)スルホン酸基導入無定形炭素触媒
本発明で使用する「スルホン酸基導入無定形炭素触媒」とは、スルホン酸基を持ち、ダイヤモンドや黒鉛のような明確な結晶構造を持たない炭素をいう。
(1) Sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst The "sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst" used in the present invention is a carbon having a sulfonic acid group and not having a clear crystal structure such as diamond or graphite. Say.

使用するスルホン酸基導入無定形炭素は、動物油および/または植物油とアルコールとのエステル交換反応を触媒し、および/またはアルコールと脂肪酸とのエステル化反応を触媒できるものであれば特に限定されないが、有機化合物を濃硫酸または発煙硫酸中で温度0〜350℃で加熱処理して得られるものを好適に使用することができる。有機化合物としては、例えば、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ペリレン、コロネンなどの芳香族炭化水素;グルコース、フルクトース、ガラクトースなどの単糖、でんぷん、セルロース、アガロース、オリゴ糖などの糖類を例示することができる。これらは構造中に炭素六員環構造を含み、濃硫酸または発煙硫酸による加熱処理によってスルホン酸基が導入され、優れたエステル化またはエステル交換活性を発揮しうる。   The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon to be used is not particularly limited as long as it can catalyze the transesterification reaction between animal oil and / or vegetable oil and alcohol and / or catalyze the esterification reaction between alcohol and fatty acid. What obtained by heat-processing an organic compound at the temperature of 0-350 degreeC in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid can be used conveniently. Examples of the organic compound include aromatic hydrocarbons such as benzene, naphthalene, anthracene, perylene and coronene; monosaccharides such as glucose, fructose and galactose, and saccharides such as starch, cellulose, agarose and oligosaccharide. . These have a carbon 6-membered ring structure in the structure, and a sulfonic acid group is introduced by heat treatment with concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid, and can exhibit excellent esterification or transesterification activity.

本発明で使用するスルホン酸基導入無定形炭素は、スルホン酸密度が、1〜8mmol/gであることが好ましく、1〜7mmol/gであることがより好ましく、1.2〜6mmo1/gであることが特に好ましい。この範囲で、トリグリセリドとアルコールとを原料とする脂肪酸モノエステル化物の反応効率が高く、モノグリセリドの副生率が低く、アルコールと脂肪酸から脂肪酸エステルを製造する効率に優れるからである。   The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon used in the present invention preferably has a sulfonic acid density of 1 to 8 mmol / g, more preferably 1 to 7 mmol / g, and 1.2 to 6 mmol / g. It is particularly preferred. This is because within this range, the reaction efficiency of a fatty acid monoester product using triglyceride and alcohol as raw materials is high, the byproduct rate of monoglyceride is low, and the efficiency of producing a fatty acid ester from alcohol and fatty acid is excellent.

本発明で使用するスルホン酸基導入無定形炭素は、上記有機化合物を濃硫酸又は発煙硫酸中で、温度0℃〜350℃、好ましくは60℃〜250℃で加熱処理を行ってうることができる。処理温度が0℃未満の場合、有機化合物の縮合、炭化が十分でない場合がある。一方、処理温度が350℃を超えると、スルホン酸基の熱分解が起きる場合がある。加熱処理時間は、使用する有機化合物や処理温度などによって適宜選択できるが、通常、15分〜50時間、好ましくは1〜20時間である。この反応時間の範囲で、有機化合物の部分炭化、環化及び縮合などを進行させると共に、スルホン化を起こさせることができる。好ましくは、窒素、アルゴン等の不活性ガス気流中、あるいは乾燥空気気流中で濃硫酸又は発煙硫酸中の有機化合物の加熱処理を行う。これによりスルホン酸密度の高い無定形炭素を製造することができる。より好ましくは、上記有機化合物を加えた濃硫酸又は発煙硫酸に、窒素やアルゴン等の不活性ガス、あるいは乾燥空気を吹き込みながら加熱を行う。濃硫酸と芳香族炭化水素の反応によって芳香族スルホン酸と水とが生成するが、この反応は平衡反応であり、反応系内の水が増えると逆反応が早く進むため無定形炭素に導入されるスルホン酸の量が著しく低下する。しかしながら、不活性ガスや乾燥空気気流中で反応を行い、または反応系にこれらのガスを吹き込みながら反応を行うことで、水を反応系から積極的に除去することによって、高いスルホン酸密度をもつ無定形炭素を合成することができる。   The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon used in the present invention can be obtained by heat-treating the above organic compound in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid at a temperature of 0 ° C to 350 ° C, preferably 60 ° C to 250 ° C. . When the treatment temperature is less than 0 ° C., condensation and carbonization of the organic compound may not be sufficient. On the other hand, when the treatment temperature exceeds 350 ° C., thermal decomposition of the sulfonic acid group may occur. Although heat processing time can be suitably selected according to the organic compound to be used, processing temperature, etc., it is 15 minutes-50 hours normally, Preferably it is 1 to 20 hours. Within the range of this reaction time, partial carbonization, cyclization, condensation and the like of the organic compound can proceed and sulfonation can occur. Preferably, the organic compound in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid is heated in an inert gas stream such as nitrogen or argon or in a dry air stream. Thereby, amorphous carbon having a high sulfonic acid density can be produced. More preferably, heating is performed while blowing an inert gas such as nitrogen or argon or dry air into concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid to which the organic compound is added. Aromatic sulfonic acid and water are produced by the reaction of concentrated sulfuric acid and aromatic hydrocarbons. This reaction is an equilibrium reaction, and as the amount of water in the reaction system increases, the reverse reaction proceeds faster and is introduced into amorphous carbon. This significantly reduces the amount of sulfonic acid. However, it has a high sulfonic acid density by actively removing water from the reaction system by reacting in an inert gas or in a dry air stream or by blowing these gases into the reaction system. Amorphous carbon can be synthesized.

使用する濃硫酸や発煙硫酸の量は特に限定されないが、有機化合物1質量部に対し、通常、0.1〜100質量部であり、好適には10〜30質量部である。なお、グルコースやセルロース等の糖類を原料とするときは、濃硫酸又は発煙硫酸中での加熱処理の前に、これらの原料を不活性ガス気流中で100〜350℃、1〜20時間加熱し、部分炭化させておくことが好ましい。   Although the quantity of the concentrated sulfuric acid and fuming sulfuric acid to be used is not specifically limited, It is 0.1-100 mass parts normally with respect to 1 mass part of organic compounds, It is 10-30 mass parts suitably. When sugars such as glucose and cellulose are used as raw materials, these raw materials are heated in an inert gas stream at 100 to 350 ° C. for 1 to 20 hours before heat treatment in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. It is preferable to partially carbonize.

更に、芳香族炭化水素やこれを含む重油、ピッチ、タール、アスファルトなどを原料とすることができ、この場合は、濃硫酸又は発煙硫酸中での加熱処理の後、生成物を真空加熱することが好ましい。過剰の硫酸を除去すると共に、生成物の炭化・固化を促進させ、生成物の収率を増加させることができる。真空排気は、排気速度10L/min以上、到達圧力100torr以下、加熱温度140〜300℃、より好ましくは200〜280℃、2〜20時間で処理することが好ましい。   In addition, aromatic hydrocarbons, heavy oils containing them, pitch, tar, asphalt, etc. can be used as raw materials. In this case, the product is heated in vacuo after heat treatment in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. Is preferred. Excess sulfuric acid can be removed, and carbonization and solidification of the product can be promoted to increase the yield of the product. Vacuum evacuation is preferably performed at an exhaust rate of 10 L / min or more, an ultimate pressure of 100 torr or less, a heating temperature of 140 to 300 ° C., more preferably 200 to 280 ° C., for 2 to 20 hours.

本発明で使用するスルホン酸基導入無定形炭素は、例えば、ラマン分光法によるスペクトルにおいて、GバンドとDバンドの両方が検出される炭素であって、Dバンドに対するGバンドの積分強度比(I(D)/I(G))が0.1〜0.7である炭素を好ましく使用することができる。積分強度比(I(D)/I(G))が0.1未満であると集合した炭素六員環の数が少なく、固体とはならず、0.7を超えるとグラフェンシートが大きくなると共にスルホン酸密度が低くなるため触媒として機能しない場合がある。積分強度比(I(D)/I(G))は0.1〜0.7であればよいが、0.1〜0.65であることが好ましく、0.2〜0.65であることが更に好ましい。なお、本明細書中で、Dバンド、Gバンド、及びこれらの積分強度は以下のように定義される。   The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon used in the present invention is, for example, carbon in which both the G band and the D band are detected in the spectrum by Raman spectroscopy, and the integrated intensity ratio of the G band to the D band (I Carbon with (D) / I (G)) of 0.1 to 0.7 can be preferably used. When the integrated intensity ratio (I (D) / I (G)) is less than 0.1, the number of aggregated carbon six-membered rings is small and does not become solid, and when it exceeds 0.7, the graphene sheet becomes large At the same time, the density of the sulfonic acid is lowered, so that it may not function as a catalyst. The integral intensity ratio (I (D) / I (G)) may be 0.1 to 0.7, preferably 0.1 to 0.65, and preferably 0.2 to 0.65. More preferably. In this specification, the D band, the G band, and their integrated intensities are defined as follows.

Dバンドは、炭素六員環におけるAlg breathing modeの振動であり、そのピークトップは1350cm-1〜1360-1cmに現れる。Gバンドは、炭素六員環のE2g modeの振動であり、そのピークトップは1580cm-1〜土5cm-1に現れる。両者のピークの和からなるラマンスペクトルをガウシアン、あるいはガウシアン−ローレンツイアンで2つにピーク分割し、得られたDバンド、Gバンドの積分強度をそれぞれの積分強度とした。 The D band is Alg breathing mode vibration in a carbon six-membered ring, and its peak top appears at 1350 cm −1 to 1360 −1 cm. G band is a vibration of E2g mode of six-membered carbon ring, the peak top appears at 1580cm -1 ~ soil 5cm -1. The Raman spectrum consisting of the sum of both peaks was divided into two peaks by Gaussian or Gaussian-Lorentzian, and the obtained integrated intensities of the D band and G band were used as the integrated intensities.

(2)動物油、植物油および脂肪酸
本発明では、上記スルホン酸基導入無定形炭素触媒からなるエステル交換反応用触媒を使用して、動物油および/または植物油とアルコールとをエステル交換反応して対応する脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。
(2) Animal oil, vegetable oil and fatty acid In the present invention, the corresponding fatty acid obtained by transesterification of animal oil and / or vegetable oil and alcohol using the catalyst for transesterification reaction comprising the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst. Monoesterified products can be produced.

使用する「動物油」とは、動物由来の油であり、油脂を含む概念である。本発明で使用できる動物油としては、イワシ油、サバ油、ニシン油、サンマ油、マグロ油、タラ肝油など魚類の体から得られる魚油;ラード脂、ニワトリ脂、バター脂、牛脂、牛骨脂、鹿脂、イルカ脂、馬脂、豚脂、骨油、羊脂、牛脚油、ネズミイルカ油、サメ油、マッコウクジラ油、鯨油などがあり、魚油、牛脂および豚脂からなる群から選択される1以上の油であることが好ましく、これらの油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でもよい。   The “animal oil” to be used is an oil derived from animals and is a concept including fats and oils. Animal oils that can be used in the present invention include fish oil obtained from the body of fish such as sardine oil, mackerel oil, herring oil, saury oil, tuna oil, cod liver oil; lard fat, chicken fat, butter fat, beef fat, beef bone fat, There are deer fat, dolphin fat, horse fat, pork fat, bone oil, sheep fat, cow leg oil, murine dolphin oil, shark oil, sperm whale oil, whale oil, etc., selected from the group consisting of fish oil, beef tallow and pork fat One or more oils are preferable, and a mixture of a plurality of these oils, oils and fats containing diglycerides or monoglycerides, and oils that have undergone modification such as oxidation or reduction may be used.

また、本発明において、「植物油」とは、植物由来の油であり、油脂を含む概念である。本発明で使用できる植物油としては、ココアバター脂、トウモロコシ油、ラッカセイ油、棉実油、ダイズ油、ヤシ油、オリーブ油、サフラワー油、アブラギリ油、アマニ油、ココナッツ油、カシ油、アーモンド油、アンズの仁油、ヒマシ油、大風子油、シナ脂、綿実油、綿実ステアリン、ゴマ油、パーム油、パーム核油、コメ油、カポック油などがあげられ、より好ましくは、ひまわり油、サフラワー油、桐油、アマニ油、大豆油、菜種油、綿実油、オリーブ油、椿油、ヤシ油およびパーム油から選択される1種以上であるが、これらには限定されない。前記したように、これらの油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でもよい。   Further, in the present invention, “vegetable oil” is a plant-derived oil and is a concept including fats and oils. Vegetable oils that can be used in the present invention include cocoa butter fat, corn oil, peanut oil, coconut oil, soybean oil, coconut oil, olive oil, safflower oil, oilseed oil, linseed oil, coconut oil, oak oil, almond oil, Apricot seed oil, castor oil, garlic oil, Chinese oil, cottonseed oil, cottonseed stearin, sesame oil, palm oil, palm kernel oil, rice oil, kapok oil, etc., more preferably sunflower oil, safflower oil , Paulownia oil, linseed oil, soybean oil, rapeseed oil, cottonseed oil, olive oil, coconut oil, coconut oil and palm oil, but are not limited thereto. As described above, a mixture of a plurality of these oils, oils and fats containing diglycerides and monoglycerides, and oils that have undergone modification such as oxidation or reduction may be used.

本発明で使用する動物油および/または植物油にトリグリセリド以外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が含まれる場合でも、前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒は、水との存在下に所定条件で反応させると、モノグリセリド副生率が0〜1.3質量%の脂肪酸モノエステル化物反応液を得ることができるからである。なお、本発明において、モノグリセリド副生率とは、原料が全て脂肪酸エステル化物となった場合を100質量%とした場合に、モノグリセリドが副生する割合をいうものとする。   Even when the animal oil and / or vegetable oil used in the present invention contains oils and fats containing diglycerides or monoglycerides other than triglycerides, and oils partially modified such as oxidation and reduction, the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is This is because, when the reaction is carried out in the presence of water under predetermined conditions, a fatty acid monoester product reaction solution having a monoglyceride byproduct rate of 0 to 1.3% by mass can be obtained. In addition, in this invention, a monoglyceride byproduct rate shall mean the ratio which a monoglyceride byproduces when the case where all the raw materials become fatty acid esterified shall be 100 mass%.

上記動物油や植物油は、原料動物や植物から直接採取したものであってもよいが、食用油などとして使用した後、廃棄されたものであってもよい。これらには、下記式で示されるトリグリセリドが主成分として含まれるため、エステル交換によって脂肪酸モノエステル化物を効率的に製造することができるからである。   The animal oil or vegetable oil may be collected directly from the raw animal or plant, but may be discarded after being used as edible oil. This is because a triglyceride represented by the following formula is contained as a main component in these, and a fatty acid monoester product can be efficiently produced by transesterification.

Figure 0005454836
上記トリグリセリドに含まれるR1、R2およびR3の置換基としては、水酸基、アミノ基、カルボニル基、カルボキシル基などがあり、上記トリグリセリドに含まれる脂肪酸基としては、原料の動物種や植物種によって適宜選択することができる。
Figure 0005454836
Examples of the substituents for R 1 , R 2 and R 3 contained in the triglyceride include a hydroxyl group, an amino group, a carbonyl group, and a carboxyl group. Examples of the fatty acid group contained in the triglyceride include animal species and plant species as raw materials. Can be appropriately selected.

上記動物油や植物油には、遊離脂肪酸や水分が含まれていてもよい。脂肪酸モノエステル化物を製造し、これを用いて最終的にディーゼルエンジン用燃料として好適に使用しうる脂肪酸モノエステル化物を製造方法でも、後記する第二工程、第三工程によってこれらを除去して、酸価を低減できるからである。なお、一般には、動物や植物から採取した動物油や植物油、または食用等に使用された後の廃動物油や廃植物油には、1〜5質量%の遊離脂肪酸および0質量%〜飽和の水分が含まれている。食用油精製工程から副生するダーク油では、50〜100質量%の遊離脂肪酸を含有している。むしろ、本発明の脂肪酸モノエステル化物の製造方法によれば、このような原料から遊離脂肪酸や水分を除去することなく、酸価の低い脂肪酸モノエステル化物を簡便な工程で効率的に製造しうる点に特徴がある。   The animal oils and vegetable oils may contain free fatty acids and moisture. A fatty acid monoester product is produced by using this, and finally the fatty acid monoester product that can be suitably used as a fuel for a diesel engine is also removed by the second step and the third step described later, This is because the acid value can be reduced. In general, animal oil and vegetable oil collected from animals and plants, or waste animal oil and waste vegetable oil after being used for food, etc. contain 1 to 5 mass% free fatty acid and 0 mass% to saturated water. It is. The dark oil by-produced from the edible oil refining process contains 50 to 100% by mass of free fatty acids. Rather, according to the method for producing a fatty acid monoester product of the present invention, a fatty acid monoester product having a low acid value can be efficiently produced in a simple process without removing free fatty acids and moisture from such raw materials. There is a feature in the point.

本発明では、上記スルホン酸基導入無定形炭素触媒を使用して、炭素数8〜24、より好ましくは炭素数12〜22、特に好ましくは炭素数14〜22の脂肪酸とROH(Rは、炭素数1〜24の飽和または不飽和の脂肪族基を示す。)で示されるアルコールとのエステル化反応によって脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。このような脂肪酸としては、例えば、前記動物油および/または植物油を加水分解して得た遊離脂肪酸などを例示することができる。   In the present invention, the above sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is used, and a fatty acid and ROH (R is carbon atoms) having 8 to 24 carbon atoms, more preferably 12 to 22 carbon atoms, and particularly preferably 14 to 22 carbon atoms. A fatty acid monoester product can be produced by an esterification reaction with an alcohol represented by the formula (1-24). Examples of such fatty acids include free fatty acids obtained by hydrolyzing the animal oil and / or vegetable oil.

(3)アルコール
本発明で使用するアルコールは、ROH(Rは、炭素数1〜24の飽和または不飽和の脂肪酸基を示す。)で示され、Rのうち炭素数1から24の飽和または不飽和の脂肪酸基としては、例えば、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基などがあげられる。
(3) Alcohol The alcohol used in the present invention is represented by ROH (R represents a saturated or unsaturated fatty acid group having 1 to 24 carbon atoms), and among R, saturated or unsaturated having 1 to 24 carbon atoms. Examples of the saturated fatty acid group include an alkyl group, an aralkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group.

Rがアルキル基であるアルコールとしては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、t−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ヘプタノールなどが例示される。   Examples of the alcohol in which R is an alkyl group include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, t-butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, heptanol and the like.

Rがアラルキル基であるアルコールとしてはベンジルアルコール、α−フェネチルアルコール、β−フェネチルアルコールが例示され、ベンジルアルコールが好ましい。
Rがアルケニル基であるアルコールとしては、アリルアルコール、1−メチルアリルアルコール、2−メチルアリルアルコール、3−ブテン−1−オ−ル、3−ブテン−2−オ−ルなどが例示され、アリルアルコールが好ましい。
Examples of the alcohol in which R is an aralkyl group include benzyl alcohol, α-phenethyl alcohol, and β-phenethyl alcohol, and benzyl alcohol is preferred.
Examples of the alcohol in which R is an alkenyl group include allyl alcohol, 1-methylallyl alcohol, 2-methylallyl alcohol, 3-buten-1-ol, 3-buten-2-ol, and the like. Alcohol is preferred.

Rがアルキニル基であるアルコールとしては、2−プロピン−1−オール、2−ブチン−1−オ−ル、3−ブチン−1−オ−ル、3−ブチン−2−オ−ルなどが例示される。
この中で、アルコールとしては、Rが炭素数1〜8、より好ましくは1〜4のアルキル基であることが好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、イソブチルアルコール、2−ブタノール、t−ブタノール、アリルアルコールである。より好ましくはメタノール、エタノールであり、さらに好ましくはメタノールである。アルコールは、単独でも、二種以上を混合して用いても良い。また、アルコールは、光学異性体が存在する場合には、光学異性体を含んでもよい。
Examples of alcohols in which R is an alkynyl group include 2-propyn-1-ol, 2-butyn-1-ol, 3-butyn-1-ol, 3-butyn-2-ol, and the like. Is done.
Among these, as the alcohol, R is preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 4 carbon atoms. Specifically, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, isobutyl alcohol, 2-butanol, t-butanol, and allyl alcohol. More preferred are methanol and ethanol, and even more preferred is methanol. Alcohols may be used alone or in admixture of two or more. Moreover, alcohol may contain an optical isomer, when an optical isomer exists.

(4)第一工程
本発明の第一工程は、前記動物油および/または植物油とアルコールとの反応に使用した前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗した水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、上記動物油および/または植物油とアルコールとのエステル化及び/またはエステル交換反応に使用して脂肪酸モノエステル化物反応液を得る工程である。
(4) First step The first step of the present invention is a water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst obtained by washing the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst used in the reaction of the animal oil and / or vegetable oil with alcohol. This is a step for obtaining a fatty acid monoester product reaction solution by use in the esterification and / or transesterification reaction of the animal oil and / or vegetable oil and alcohol.

(i)水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒
第一工程における「前記動物油および/または植物油とアルコールとの反応」には、動物油および/または植物油とアルコールとのエステル交換反応、前記動物油および/または植物油に混在する脂肪酸とアルコールとのエステル化反応、および前記エステル交換反応とエステル化反応との併用とを含む概念である。前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒は、動物油および/または植物油とアルコールとのエステル交換反応を触媒し、かつアルコールと脂肪酸とのエステル化反応を触媒でき、また、前記動物油および/または植物油には脂肪酸も含有しうるため、上記3種の態様が存在しうるからである。したがって、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒としては、上記3種のいずれかの反応に使用したものとなる。上記反応条件は特に限定されないが、例えば後記するエステル交換反応の反応条件であってもよい。
(I) Washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst In the “reaction of the animal oil and / or vegetable oil and alcohol” in the first step, the transesterification reaction of animal oil and / or vegetable oil and alcohol, the animal oil and / or It is a concept including an esterification reaction between a fatty acid and an alcohol mixed in vegetable oil, and a combined use of the transesterification reaction and the esterification reaction. The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst can catalyze a transesterification reaction between an animal oil and / or vegetable oil and an alcohol, and can catalyze an esterification reaction between the alcohol and a fatty acid. The animal oil and / or vegetable oil includes This is because the fatty acid can also be contained, so that the above three modes can exist. Accordingly, the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is used for any of the above three reactions. Although the said reaction conditions are not specifically limited, For example, the reaction conditions of the transesterification mentioned later may be sufficient.

本発明では、上記反応に使用した触媒を水洗する。エステル交換反応は、一般に水を含まない反応系であるため、触媒を水処理した際の耐性などが問題となるが、各種の活性化方法を検討したところ、本発明で使用するスルホン酸基導入無定形炭素触媒は水洗によって最も活性が回復することが判明した。   In the present invention, the catalyst used in the above reaction is washed with water. Since the transesterification reaction is a reaction system that generally does not contain water, there is a problem with the resistance when the catalyst is treated with water. However, when various activation methods were examined, the introduction of sulfonic acid groups used in the present invention was considered. It was found that the activity of the amorphous carbon catalyst was recovered most by washing with water.

水洗による再生方法には限定はないが、例えば、触媒量の1〜20質量倍の水を添加し、温度0〜100℃で、5分〜1時間撹拌し、撹拌後に温度50〜150℃で乾燥することで再生することができる。水中で撹拌することなく、触媒量の0.5〜20質量倍の水を流速3〜200mm/分で流して洗浄してもよい。スルホン酸基導入無定形炭素触媒は反応器にスラリー状、または固定床として充填使用されるから、上記反応の終了後に反応液を抜き出した後に水を仕込み、反応器に残された触媒をバッチ式に洗浄し、または連続的に水を流し込んで連続的に水洗することができる。   Although there is no limitation in the regeneration method by water washing, for example, 1 to 20 mass times the amount of catalyst is added, and the mixture is stirred at a temperature of 0 to 100 ° C for 5 minutes to 1 hour, and after stirring at a temperature of 50 to 150 ° C. It can be regenerated by drying. You may wash | clean by flowing 0.5-20 mass times water of a catalyst amount at a flow rate of 3-200 mm / min, without stirring in water. Since the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is used as a slurry or fixed bed in the reactor, water is added after the reaction solution is withdrawn after the completion of the above reaction, and the catalyst remaining in the reactor is batch-typed. It is possible to wash with water or to continuously wash with water.

なお、本発明において、触媒の水洗に使用する「水」には、上記アルコールが20質量%以下の範囲で含まれていてもよい。アルコール含有量が上記範囲であれば、水洗後によってスルホン酸基導入無定形炭素触媒の活性を回復させることができるからである。また、脂肪酸モノエステル化物の製造工程で排出される水には反応系で使用されたアルコールが含まれる場合があり、工程内で分留して水およびアルコールとして再利用しうるが、蒸留条件を緩和してアルコール含有水を回収し、これを触媒洗浄に使用することで、製造コストを低減することができる。   In the present invention, the “water” used for washing the catalyst with water may contain the alcohol in an amount of 20% by mass or less. This is because if the alcohol content is within the above range, the activity of the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst can be recovered after washing with water. In addition, the water discharged in the production process of the fatty acid monoester product may contain alcohol used in the reaction system and can be fractionated in the process and reused as water and alcohol. By relaxing and recovering the alcohol-containing water and using it for catalyst cleaning, the production cost can be reduced.

なお、本発明で使用するスルホン酸基導入無定形炭素触媒は、水洗によって活性を回復するが、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒もバッチ式または連続式のエステル交換反応によって経時的に活性が低下する。このような触媒も再度水洗することで本発明における水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒として使用することができる。   The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst used in the present invention recovers its activity by washing with water, but the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst also has activity over time by a batch or continuous transesterification reaction. descend. Such a catalyst can also be used as an amorphous carbon catalyst with an introduced sulfonic acid group in the present invention by washing with water again.

水洗によってスルホン酸基導入無定形炭素触媒の活性が回復する理由は明確ではないが、スルホン酸基導入無定形炭素触媒は、導入されたスルホン酸基によってエステル交換反応やエステル化反応を触媒すると考えられる。しかしながら、反応系に大量にアルコールが含まれるため、このアルコールによってスルホン酸基がアルコキシとなり活性が低下し、したがって、水洗によってアルコキシからもとのスルホン酸基に変換され、活性が回復するものと考えられる。   Although the reason for the recovery of the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst by washing with water is not clear, the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is thought to catalyze transesterification and esterification reactions by the introduced sulfonic acid group. It is done. However, since a large amount of alcohol is contained in the reaction system, the sulfonic acid group becomes alkoxy due to this alcohol, and the activity is lowered. Therefore, it is considered that the activity is recovered by converting the alkoxy to the original sulfonic acid group by washing with water. It is done.

(ii)エステル化とエステル交換反応
本発明では、前記動物油および/または植物油とアルコールとを、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒と水の存在下に、温度60〜200℃、より好ましくは70〜180℃、特に好ましくは90〜160℃、圧力大気圧〜5MPa、より好ましくは大気圧〜4MPa、特に好ましくは大気圧〜3MPaで反応させる。60℃を下回ってもエスエル化やエステル交換反応は進行するが、時間がかかり生産性が低下する場合がある。一方、200℃を超えても転化率は向上せず、副生成物が発生する場合があり、不利である。また、反応圧力が大気圧より低くてもエステル化やエステル交換反応は進行するが、沸騰状態となり反応容量が増大し不利である。一方、5MPaを超えても転化率は向上せず、反応器の耐圧を高める必要から厚肉容器となり経済的に不利である。
(Ii) Esterification and transesterification In the present invention, the animal oil and / or vegetable oil and alcohol are subjected to a temperature of 60 to 200 ° C., more preferably 70 in the presence of a water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst and water. The reaction is carried out at ˜180 ° C., particularly preferably 90˜160 ° C., pressure atmospheric pressure˜5 MPa, more preferably atmospheric pressure˜4 MPa, particularly preferably atmospheric pressure˜3 MPa. Even if the temperature is lower than 60 ° C., the swelling or transesterification proceeds, but it may take time and the productivity may decrease. On the other hand, even if it exceeds 200 ° C., the conversion rate is not improved, and by-products may be generated, which is disadvantageous. Even if the reaction pressure is lower than atmospheric pressure, esterification and transesterification proceed, but it is disadvantageous because it becomes a boiling state and the reaction capacity increases. On the other hand, even if it exceeds 5 MPa, the conversion rate does not improve, and it is economically disadvantageous because it becomes a thick-walled container because it is necessary to increase the pressure resistance of the reactor.

反応時間は、上記動物油および/または植物油に含まれる脂肪酸トリグリセリドが、上記アルコールとエステル交換を行い、対応する脂肪酸モノエステル化物とグリセリンとを得るに足る時間である。前記したように、上記動物油および/または植物油には脂肪酸が含まれる場合があり、または上記動物油および/または植物油が上記条件によって遊離脂肪酸を生成する場合には、このような脂肪酸とアルコールとがエステル化して脂肪酸エステル化物を生成するに足る時間である。一般には、反応時間は反応条件に応じて10分〜50時間、より好ましくは30分〜30時間である。   The reaction time is a time sufficient for the fatty acid triglyceride contained in the animal oil and / or vegetable oil to transesterify with the alcohol to obtain the corresponding fatty acid monoester product and glycerin. As described above, the animal oil and / or vegetable oil may contain a fatty acid, or when the animal oil and / or vegetable oil generates a free fatty acid according to the above conditions, the fatty acid and the alcohol are esterified. It is sufficient time to produce a fatty acid ester product. In general, the reaction time is 10 minutes to 50 hours, more preferably 30 minutes to 30 hours, depending on the reaction conditions.

上記エステル交換反応では、動物油や植物油に含まれる脂肪酸基1モルに対し1モルのアルコールを反応させると、対応する1モルの脂肪酸モノエステル化物が生成する。しかしながら本発明では、動物油および植物油に含まれる遊離脂肪酸、トリグリセリドおよびモノグリセリドを構成する脂肪酸基1モルに対するアルコールのモル比(アルコール/動物油および植物油に含まれる脂肪酸基)が1〜40、より好ましくは2〜30、特に好ましくは4〜25の範囲でアルコールを添加する。上記動物油および/または植物油には脂肪酸が含まれる場合があり、上記範囲のアルコールを添加することによって、効率的に、脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。前記モル比が1を下回るとエステル化やエステル交換反応が不十分となり、一方、40を超えると反応装置が巨大化して不経済である。   In the transesterification reaction, when 1 mol of alcohol is reacted with 1 mol of fatty acid group contained in animal oil or vegetable oil, a corresponding 1 mol of fatty acid monoester product is formed. However, in the present invention, the molar ratio of alcohol to 1 mol of fatty acid group constituting the free fatty acid, triglyceride and monoglyceride contained in animal oil and vegetable oil (fatty acid group contained in alcohol / animal oil and vegetable oil) is 1 to 40, more preferably 2. Alcohol is added in the range of -30, particularly preferably 4-25. The animal oil and / or vegetable oil may contain a fatty acid, and a fatty acid monoester product can be efficiently produced by adding an alcohol in the above range. If the molar ratio is less than 1, esterification or transesterification reaction becomes insufficient. On the other hand, if it exceeds 40, the reaction apparatus becomes enormous and uneconomical.

本発明では、エステル化および/またはエステル交換反応に水を含める点に特徴がある。動物油などに含まれるトリグリセリドとアルコールとのエステル交換反応では、水が存在すると、トリグリセリドを加水分解して遊離脂肪酸を副生し、この遊離脂肪酸がエステル化して水を副生するため、エステル交換反応の平衡を逆反応側に移行する。また、脂肪酸とアルコールとのエステル化反応でも副生水によってエステル化反応が逆行する。したがって、従来はエステル交換反応系やエステル化反応系に水を添加することはない。しかしながら、上記水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒をエステル化および/またはエステル交換触媒として使用したところ、反応系にわずかの水を添加することで、脂肪酸モノグリセリドの副生をきわめて効率的に抑制できることを見出した。反応液には、目的物である脂肪酸モノエステル化物や水、グリセリンのほかに、脂肪酸モノグリセリド、脂肪酸ジグリセリド、未反応のトリグリセリドなどが混在しうるが、目的物である脂肪酸モノエステル化物との分離精製が困難な脂肪酸モノグリセリドの副生量を抑制できるため、本発明では酸価の低い脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。   The present invention is characterized in that water is included in the esterification and / or transesterification reaction. In the transesterification reaction of triglyceride and alcohol contained in animal oil, etc., if water is present, the triglyceride is hydrolyzed to produce free fatty acids, which are then esterified to produce water as a by-product. The equilibrium of is transferred to the reverse reaction side. In addition, esterification reaction of fatty acid and alcohol is reversed by the by-product water. Therefore, conventionally, water is not added to the transesterification reaction system or the esterification reaction system. However, when the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst is used as an esterification and / or transesterification catalyst, by adding a small amount of water to the reaction system, the by-product of fatty acid monoglyceride can be suppressed very efficiently. I found. In addition to the target fatty acid monoester, water and glycerin, the reaction solution may contain fatty acid monoglyceride, fatty acid diglyceride, unreacted triglyceride, etc., but separation and purification from the target fatty acid monoester In the present invention, a fatty acid monoester product having a low acid value can be produced.

水の配合量は、動物油や植物油に含まれるトリグリセリド1モルに対し0.1〜20モル、より好ましくは0.15〜15モル、特に好ましくは0.2〜10モルである。理論的には1モルのトリグリセリドと3モルの水とを反応させると、加水分解により1モルのグリセリンと3モルの脂肪酸とが生成するが、本発明では加水分解を目的として水を添加するのではない。水を添加することで、モノグリセリドの副生を抑制しうることを見出し、これによって後の精製を容易にでき、全グリセリン換算量が低く、かつ酸価の低いディーゼルエンジン用燃料を製造しうることが判明したからである。水が0.1モルを下回るとモノグリセリドの副生を抑制する効果が不十分となり、一方、20モルを超えると加水分解により遊離脂肪酸量が増大する場合があり、不利である。   The compounding amount of water is 0.1 to 20 mol, more preferably 0.15 to 15 mol, and particularly preferably 0.2 to 10 mol with respect to 1 mol of triglyceride contained in animal oil or vegetable oil. Theoretically, when 1 mol of triglyceride is reacted with 3 mol of water, 1 mol of glycerin and 3 mol of fatty acid are produced by hydrolysis. In the present invention, water is added for the purpose of hydrolysis. is not. It is found that by adding water, by-product of monoglyceride can be suppressed, and subsequent purification can be facilitated, and the fuel for diesel engines with low total glycerin conversion amount and low acid value can be produced. Because it became clear. When water is less than 0.1 mol, the effect of suppressing monoglyceride by-product is insufficient, while when it exceeds 20 mol, the amount of free fatty acid may increase due to hydrolysis, which is disadvantageous.

本発明の水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒の使用量は、特に制限はされないが、トリグリセリド1モルに対して、10〜1000gとすることが好ましく、より好ましくは20〜500gである。   The amount of the washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst of the present invention is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000 g, more preferably 20 to 500 g, relative to 1 mol of triglyceride.

本発明の製造方法を実施する装置の形式は特に規定しないが、たとえばバッチ式反応器や連続式槽型反応器、ピストンフロー型流通式反応器、塔型流通式反応器などを用いることができる。使用する油脂、アルコールに応じて適宜選択することができる。   The type of the apparatus for carrying out the production method of the present invention is not particularly defined, and for example, a batch type reactor, a continuous tank type reactor, a piston flow type flow type reactor, a column type flow type reactor or the like can be used. . It can select suitably according to the fats and oils and alcohol to be used.

例えば、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒をカラムに充填するなどして固定床を形成し、これに上記油脂、アルコールおよび水を供給し、上記反応条件で反応させる。得られる脂肪酸モノエステル化物反応液には、生成物である脂肪酸モノエステル化物のほかに、過剰のアルコール、副生するグリセリンおよび水などを含むが、本発明によれば、モノグリセリド副生率が0〜1.3質量%、より好ましくは0〜1.0質量%の脂肪酸モノエステル化物反応液を得ることができる。   For example, a fixed bed is formed by, for example, filling a column with a washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst, and the oil, fat, alcohol and water are supplied to the fixed bed and reacted under the reaction conditions. The obtained fatty acid monoester product reaction liquid contains an excess of alcohol, by-product glycerin and water in addition to the product fatty acid monoester product, but according to the present invention, the monoglyceride byproduct rate is 0. A fatty acid monoester product reaction liquid of ˜1.3 mass%, more preferably 0-1.0 mass% can be obtained.

(5)第二工程
第二工程は、第一工程で得た脂肪酸モノエステル化物反応液から前記アルコール、グリセリンおよび水を除去して脂肪酸モノエステル画分を得る工程である。上記脂肪酸モノエステル化物反応液には、脂肪酸モノエステル化物を主成分とする脂肪酸モノエステル画分のほかに、グリセリンと共に、過剰に添加したアルコールが含まれる。
(5) Second Step The second step is a step of obtaining the fatty acid monoester fraction by removing the alcohol, glycerin and water from the fatty acid monoester product reaction liquid obtained in the first step. The fatty acid monoester product reaction liquid contains alcohol added excessively together with glycerin, in addition to the fatty acid monoester fraction mainly composed of the fatty acid monoester product.

脂肪酸モノエステル画分を分取する方法としては、(1)前記第一工程の脂肪酸モノエステル化物反応液を蒸留塔に導入し、蒸留条件を選択して、塔頂からアルコールと水を留出させ、塔中からグリセリンを抜き出し、および塔底から脂肪酸モノエステル化物を回収する方法、(2)前記脂肪酸モノエステル化物反応液を蒸留塔に導入し、蒸留条件を選択して、塔頂からアルコールと水およびグリセリンを留出させ、塔底から脂肪酸モノエステル化物を回収する方法、(3)前記脂肪酸モノエステル化物反応液を第一蒸留塔に導入し、蒸留条件を選択して、塔頂からアルコールと水を留出させ、塔底からグリセリンおよび脂肪酸モノエステルを抜き出し、次いで第二蒸留塔に塔底液を導入してグリセリンと脂肪酸モノエステル化物とを分離回収する方法、(4)脂肪酸モノエステル化物反応液を蒸留塔に導入し、メタノールと水を留出後に、脂肪酸モノエステル化物とグリセリンを液−液分離する方法、その他、いずれの方法を使用してもよい。好ましくは、上記(4)の方法である。なお、本発明では、脂肪酸モノエステル化物反応液から前記グリセリンと水とアルコールとを除去した画分を脂肪酸モノエステル画分とする。   As a method of fractionating the fatty acid monoester fraction, (1) introducing the fatty acid monoester product reaction liquid of the first step into a distillation column, selecting distillation conditions, and distilling alcohol and water from the top of the column Glycerin is extracted from the column, and the fatty acid monoester product is recovered from the bottom of the column. (2) The fatty acid monoester product reaction liquid is introduced into the distillation column, the distillation conditions are selected, and alcohol is added from the column top. And distilling off water and glycerin and recovering the fatty acid monoester product from the bottom of the column, (3) introducing the fatty acid monoester product reaction liquid into the first distillation column, selecting the distillation conditions, Distill off alcohol and water, extract glycerin and fatty acid monoester from the bottom of the tower, then introduce the bottom liquid into the second distillation tower to separate the glycerin and fatty acid monoester product. (4) Introducing the fatty acid monoester product reaction liquid into the distillation tower, distilling methanol and water, liquid-liquid separation of the fatty acid monoester product and glycerin, and any other method Also good. The method (4) is preferred. In the present invention, a fraction obtained by removing the glycerin, water, and alcohol from the fatty acid monoester product reaction solution is defined as a fatty acid monoester fraction.

(6)第三工程
本発明では、次いで、カチオン交換樹脂および/またはスルホン酸基導入無定形炭素触媒からなる固体触媒の存在下に前記脂肪酸モノエステル画分と前記アルコールとを接触および反応させることが好ましい。原料として使用した動物油および/または植物油に遊離脂肪酸が含まれるとアルコールとエステル化反応して水を副生し、この副生水によって生成した脂肪酸モノエステル化物が加水分解され遊離脂肪酸が生成する場合がある。この遊離脂肪酸は前記第二工程の脂肪酸モノエステル画分に混在し得るが、前記固体触媒の存在下にアルコールを接触させるとエステル化され前記脂肪酸モノエステル画分から遊離脂肪酸が除去され、かつ遊離脂肪酸がエステル化されるためエステル化率を向上させることができる。
(6) Third Step In the present invention, the fatty acid monoester fraction and the alcohol are then contacted and reacted in the presence of a solid catalyst comprising a cation exchange resin and / or a sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst. Is preferred. When free fatty acids are contained in animal and / or vegetable oils used as raw materials, water is produced as a by-product by reaction with alcohol, and fatty acid monoesters produced by this by-product water are hydrolyzed to produce free fatty acids. There is. This free fatty acid can be mixed in the fatty acid monoester fraction in the second step, but is esterified when alcohol is contacted in the presence of the solid catalyst, and free fatty acid is removed from the fatty acid monoester fraction. Is esterified, so that the esterification rate can be improved.

本発明では、このような固体触媒として、カチオン交換樹脂やスルホン酸基導入無定形炭素触媒からなる固体触媒を使用することができる。前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒はエステル交換反応と共にエステル化反応の触媒作用を有するからである。なお、スルホン酸基導入無定形炭素触媒としては、前記水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒であっても、未使用スルホン酸基導入無定形炭素触媒であってもよい。   In the present invention, a solid catalyst comprising a cation exchange resin or a sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst can be used as such a solid catalyst. This is because the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst has a transesterification and a catalysis of the esterification reaction. The amorphous sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst may be the above-described washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst or an unused sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst.

カチオン交換樹脂としては、官能基にスルホン酸基(R−SO3 -+)を持つもの強酸性カチオン交換樹脂や、官能基としてカルボン酸基、スルホン酸基、フォスフィン酸基、フェノキシド基、亜ヒ酸基などを有する弱酸性カチオン交換樹脂を好適に使用することができる。本発明では、脂肪酸モノエステル画分に含まれる脂肪酸をエステル化できるものであるならばいずれの樹脂でもよい。好ましくは、pK値(25℃)が0〜7、より好ましくは0〜5である。なかでも、官能基にスルホン酸基(R−SO3 -+)を持つもの強酸性カチオン交換樹脂が好ましい。また本発明では、スチレン系架橋重合体または(メタ)アクリル酸エステル系架橋重合体からなるカチオン交換樹脂を用いることが好ましい。スチレン系架橋重合体としては、例えばスチレン−ジビニルベンゼン(以下、DVBと略す。)の架橋重合体などが挙げられる。その樹脂構造は、スチレンとDVBを単純に重合してできるゲル型でも良いし、多孔性で樹脂の表面積がゲル型よりもはるかに大きいポーラス型、ハイポーラス型でも良い。本発明では、オルガノ株式会社製の商品名「オルガノアンバーリスト15DRY」、「オルガノアンバーリスト15JS−HG/dry」、「オルガノアンバーリスト35Dry」、「アンバーリスト36Dry」、「アンバーリスト70」などを好適に使用することができる。なお、上記固体触媒は、固定床として使用してよく、撹拌させて使用してもよい。 The cation exchange resins, sulfonic acid functional group (R-SO 3 - H + ) or strongly acidic cation exchange resin, those containing carboxylic acid groups as functional group, a sulfonic acid group, phosphine acid group, a phenoxide group, nitrous Weakly acidic cation exchange resins having arsenic acid groups and the like can be suitably used. In the present invention, any resin may be used as long as it can esterify the fatty acid contained in the fatty acid monoester fraction. Preferably, pK value (25 degreeC) is 0-7, More preferably, it is 0-5. Among them, a sulfonic acid group in the functional group (R-SO 3 - H + ) strongly acidic cation exchange resin those with are preferred. Moreover, in this invention, it is preferable to use the cation exchange resin which consists of a styrene type crosslinked polymer or a (meth) acrylic acid ester type crosslinked polymer. Examples of the styrene-based crosslinked polymer include a crosslinked polymer of styrene-divinylbenzene (hereinafter abbreviated as DVB). The resin structure may be a gel type obtained by simply polymerizing styrene and DVB, or may be a porous type or a high porous type which is porous and has a resin surface area much larger than that of the gel type. In the present invention, the product names “organoamberlist 15DRY”, “organoamberlist 15JS-HG / dry”, “organoamberlist 35Dry”, “amberlist 36Dry”, “amberlist 70”, etc. manufactured by Organo Corporation are suitable. Can be used for The solid catalyst may be used as a fixed bed or may be used after stirring.

本発明の第三工程では、前記固体触媒の存在下に前記脂肪酸モノエステル画分と前記アルコールとを接触および反応させるものであり、脂肪酸モノエステル画分に含まれうる遊離脂肪酸を再エステル化するものである。この再エステル化は、例えば水を逐次除去しながら再エステル化してもよい。水を逐次除去してエステル化反応を行うことで、更にエステル化反応時間を短縮することができる。   In the third step of the present invention, the fatty acid monoester fraction and the alcohol are contacted and reacted in the presence of the solid catalyst, and the free fatty acid that can be contained in the fatty acid monoester fraction is reesterified. Is. In this re-esterification, for example, re-esterification may be performed while sequentially removing water. The esterification reaction time can be further shortened by performing the esterification reaction by sequentially removing water.

上記脂肪酸モノエステル画分に対するアルコールの使用量は、脂肪酸モノエステル画分1質量部に対して、アルコール0.007〜2質量部、より好ましくは0.01〜1.5質量部、特に好ましくは0.015〜1質量部である。第二工程で分取した脂肪酸モノエステル画分に混在する遊離脂肪酸はわずかであり、上記範囲で十分に効率的にエステル化することができる。0.007質量部を下回ると、脂肪酸モノエステル画分がわずかに存在する水によって加水分解反応し、脂肪酸が増加する場合がある。一方、2質量部を超えるとアルコールの回収工程で過剰のエネルギーが必要となり不利である。   The amount of alcohol used relative to the fatty acid monoester fraction is 0.007 to 2 parts by mass of alcohol, more preferably 0.01 to 1.5 parts by mass, particularly preferably 1 part by mass of the fatty acid monoester fraction. 0.015 to 1 part by mass. Only a small amount of free fatty acid is mixed in the fatty acid monoester fraction fractionated in the second step, and the esterification can be carried out sufficiently efficiently within the above range. When the amount is less than 0.007 parts by mass, the fatty acid may increase due to hydrolysis reaction with water in which the fatty acid monoester fraction is slightly present. On the other hand, if it exceeds 2 parts by mass, excessive energy is required in the alcohol recovery step, which is disadvantageous.

エステル化の際の反応温度は、温度25〜200℃、より好ましくは30〜160℃、特に好ましくは35〜140℃である。エステル化自体は、200℃を超えても可能であるが、これを超えると前記固体触媒が劣化する場合がある。一方、25℃を下回ると反応時間が長くなり、不利である。また、反応圧には制限はない。   The reaction temperature during esterification is 25 to 200 ° C, more preferably 30 to 160 ° C, and particularly preferably 35 to 140 ° C. Esterification itself is possible even if it exceeds 200 ° C., but if it exceeds this, the solid catalyst may deteriorate. On the other hand, when the temperature is lower than 25 ° C., the reaction time becomes long, which is disadvantageous. Moreover, there is no restriction | limiting in reaction pressure.

前記固体触媒を固定床として使用する場合、アルコールを気体で供給する気−液―固接触あるいは脂肪酸モノエステル画分とアルコールとを前記固体触媒と固−液接触させることで、短時間にエステル化反応を行うことができる。   When the solid catalyst is used as a fixed bed, esterification can be carried out in a short time by gas-liquid-solid contact in which alcohol is supplied in gas or by bringing the fatty acid monoester fraction and alcohol into solid-liquid contact with the solid catalyst. The reaction can be performed.

第三工程で使用する装置の形式は特に規定しないが、第一工程と同様に、バッチ式反応器や連続式槽型反応器、ピストンフロー型流通式反応器、塔型流通式反応器などを用いることができる。例えば、固体触媒を仕込んだ反応器に前記脂肪酸モノエステル画分とアルコールとを供給し、該反応器を所定温度および圧力に制御し、固体触媒を懸濁撹拌しつつ固−液接触させてエステル化反応を行わせることができる。なお、固体触媒は、反応器に固定床として仕込んでもよい。   The type of equipment used in the third step is not specified, but as in the first step, a batch type reactor, a continuous tank type reactor, a piston flow type flow type reactor, a tower type flow type reactor, etc. Can be used. For example, the fatty acid monoester fraction and alcohol are supplied to a reactor charged with a solid catalyst, the reactor is controlled at a predetermined temperature and pressure, and the solid catalyst is suspended and stirred to make a solid-liquid contact with the ester. The reaction can be carried out. The solid catalyst may be charged into the reactor as a fixed bed.

この第三工程によって、脂肪酸モノエステル画分に含まれる遊離脂肪酸が脂肪酸モノエステル化物となり、更に酸価を低減することができる。
(7)第四工程
一方、第三工程で得られたエステル化反応液には、脂肪酸モノエステル化物と共にアルコールが含まれ、更にエステル化反応で発生する副生水が含まる場合がある。そこで、上記反応液からアルコールを除去すると共に、微量に存在する副生水などを除去することで、より純度の高い脂肪酸モノエステル化物、すなわちより酸価が低い脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。特に、第三工程で得たエステル化反応液に未反応の動物油および/または植物油やジグリセリドが含まれていても、脂肪酸モノエステル化物を分取する第四工程を行うことで高沸点成分や未反応の動物油および/または植物油や、ジグリセリドやトリグリセリドを除去することができ、全グリセリン換算量を低下することができる。
By this third step, the free fatty acid contained in the fatty acid monoester fraction becomes a fatty acid monoester product, and the acid value can be further reduced.
(7) Fourth Step On the other hand, the esterification reaction liquid obtained in the third step may contain an alcohol together with a fatty acid monoesterified product and further contain by-product water generated by the esterification reaction. Therefore, it is possible to produce a fatty acid monoester product having a higher purity, that is, a fatty acid monoester product having a lower acid value, by removing alcohol from the reaction solution and removing by-product water present in a trace amount. it can. In particular, even if the unreacted animal oil and / or vegetable oil or diglyceride is contained in the esterification reaction liquid obtained in the third step, a high-boiling component or unreacted component is obtained by performing the fourth step of fractionating the fatty acid monoester product. The reaction animal oil and / or vegetable oil, diglyceride and triglyceride can be removed, and the total amount of glycerin can be reduced.

前記反応液の一部からアルコール、水、トリグリセリドなどを分離除去する方法としては、反応液を蒸留塔に導入し、前記第二工程に準じて蒸留条件を選択して、塔頂からアルコールと水を留出させおよび塔底から脂肪酸モノエステル化物を回収し、更に真空蒸留設備に導入し、脂肪酸モノエステル化物を留出する方法、その他、いずれの方法を採用することができる。   As a method for separating and removing alcohol, water, triglyceride and the like from a part of the reaction solution, the reaction solution is introduced into a distillation column, distillation conditions are selected according to the second step, and alcohol and water are introduced from the top of the column. The fatty acid monoester product can be recovered from the bottom of the column and introduced into a vacuum distillation facility to distill the fatty acid monoester product, and any other method can be employed.

(8)エステル化反応
本発明では、前記炭素数8〜24の脂肪酸とアルコールとのエステル化反応に使用したスルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗した水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、上記脂肪酸1モルに対するアルコールのモル比が4〜50モルの範囲でエステル化反応に再使用して脂肪酸モノエステル化物を製造することができる。
(8) Esterification reaction In the present invention, the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst obtained by washing the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst used in the esterification reaction of the fatty acid having 8 to 24 carbon atoms and the alcohol, When the molar ratio of the alcohol to 1 mol of the fatty acid is in the range of 4 to 50 mol, it can be reused in the esterification reaction to produce a fatty acid monoester product.

スルホン酸基導入無定形炭素触媒の水洗方法も、上記水洗方法と同様に行うことができる。
スルホン酸基導入無定形炭素触媒や水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を使用したエステル化反応の条件には特に限定はないが、例えば、反応温度25〜200℃、より好ましくは30〜160℃、特に好ましくは35〜140℃である。エステル化自体は、200℃を超えても可能であるが、これを超えると前記触媒が劣化する場合がある。一方、25℃を下回ると反応時間が長くなり、不利である。また、反応圧には制限はないが、脂肪酸モノエステル化物と前記アルコールとが液相で反応するのに必要な量のアルコール液が確保できる圧力である。
The washing method of the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst can be performed in the same manner as the washing method.
The conditions for the esterification reaction using the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst or the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst are not particularly limited. For example, the reaction temperature is 25 to 200 ° C, more preferably 30 to 160 ° C. Especially preferably, it is 35-140 degreeC. Although esterification itself is possible even if it exceeds 200 degreeC, when it exceeds this, the said catalyst may deteriorate. On the other hand, when the temperature is lower than 25 ° C., the reaction time becomes long, which is disadvantageous. Moreover, although there is no restriction | limiting in reaction pressure, it is a pressure which can ensure the amount of alcohol liquids required for a fatty-acid monoesterified product and the said alcohol to react in a liquid phase.

また、上記脂肪酸に対するアルコールの使用量は、脂肪酸1質量部に対して、アルコール4〜50質量部、好ましくは5〜50質量部、より好ましくは5〜40質量部、特に好ましくは7〜40質量部である。4質量部を下回ると、十分にエステル化が進行せず、一方、50質量部を超えるとアルコールの回収工程で過剰のエネルギーが必要となり不利である。特に、得られる脂肪酸モノエステル化物の酸価を低減するには、水や未反応脂肪酸量を低減する必要があり、上記範囲で、エステル化反応率を向上させ、未反応脂肪酸量を低減させ、酸価0.5以下の脂肪酸モノエステルを得ることができる。なお、エステル化反応において、一段階のエステル化反応で上記酸価を満足できない場合は、水を抜きながら多段階でエステル化反応してもよい。これにより、効率的に酸価が低い脂肪酸モノエステル化物を得ることができる。   Moreover, the usage-amount of the alcohol with respect to the said fatty acid is 4-50 mass parts of alcohol with respect to 1 mass part of fatty acids, Preferably it is 5-50 mass parts, More preferably, it is 5-40 mass parts, Most preferably, it is 7-40 mass. Part. When the amount is less than 4 parts by mass, esterification does not proceed sufficiently. On the other hand, when the amount exceeds 50 parts by mass, excessive energy is required in the alcohol recovery step, which is disadvantageous. In particular, in order to reduce the acid value of the resulting fatty acid monoester product, it is necessary to reduce the amount of water and unreacted fatty acid, and in the above range, the esterification reaction rate is improved, the amount of unreacted fatty acid is reduced, A fatty acid monoester having an acid value of 0.5 or less can be obtained. In addition, in the esterification reaction, when the acid value cannot be satisfied by one-stage esterification reaction, the esterification reaction may be performed in multiple stages while removing water. Thereby, a fatty acid monoester product having a low acid value can be obtained efficiently.

エステル化反応で使用する装置の形式は特に規定しないが、バッチ式反応器や連続式槽型反応器、ピストンフロー型流通式反応器、塔型流通式反応器などを用いることができる。例えば、前記水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を仕込んだ反応器に前記脂肪酸とアルコールとを供給し、該反応器を所定温度および圧力に制御し、触媒を懸濁撹拌しつつ固−液接触させてエステル化反応を行わせることができる。なお、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒は、反応器に固定床として仕込んでもよい。   The type of the apparatus used in the esterification reaction is not particularly limited, but a batch type reactor, a continuous tank type reactor, a piston flow type flow type reactor, a column type flow type reactor, or the like can be used. For example, the fatty acid and alcohol are supplied to a reactor charged with the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst, the reactor is controlled to a predetermined temperature and pressure, and the catalyst is suspended and stirred for solid-liquid contact. The esterification reaction can be carried out. The water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst may be charged as a fixed bed in the reactor.

(9)ディーゼルエンジン用燃料
本発明の脂肪酸モノエステル化物は、上記第一工程から第三工程、更には第四工程によって製造された場合には、全グリセリン換算量が0.24以下でかつ酸価0.5以下となる。特に、第一工程でモノグリセリドの副生率が極めて低値であるため、モノグリセリドと脂肪酸モノエステル化物との分離工程が不要となり、しかも酸価および全グリセリン換算量を低減することができる。このため、得られる脂肪酸モノエステル化物は、ディーゼルエンジン用燃料として好適に使用しうる。
(9) Fuel for diesel engine When the fatty acid monoester product of the present invention is produced by the first step to the third step, and further to the fourth step, the total amount of glycerin converted is 0.24 or less and the acid The value is 0.5 or less. In particular, since the by-product rate of monoglyceride is extremely low in the first step, the step of separating the monoglyceride from the fatty acid monoester product becomes unnecessary, and the acid value and the total amount of glycerin can be reduced. For this reason, the obtained fatty acid monoester product can be suitably used as a diesel engine fuel.

また、上記脂肪酸とアルコールとのエステル化反応によって調製された場合でも、エステル化率が高く酸価が低いため、ディーゼルエンジン用燃料として好適に使用しうる。
なお、ディーゼルエンジン用燃料として使用するには、全グリセリン換算量0.24質量%以下や酸価が0.5以下であることの他、低粘度、高揮発性で、悪臭がなく、黒煙やSOX成分の少ないことが好ましいが、原料が植物油や動物油であるためSOx成分が少なく、エステル化反応の後に、脂肪酸モノエステル画分を単離しているため、悪臭がなく、かつ脂肪酸エステル化物は高揮発性であり、ディーゼルエンジン用燃料として好適に使用することができる。また、本発明によって製造される脂肪酸モノエステル化物は、ディーゼルエンジン用燃料として用いるほか、軽油、灯油、A重油などに添加して他の燃料等に用いることもできる。
Moreover, even when prepared by an esterification reaction of the above fatty acid and alcohol, since it has a high esterification rate and a low acid value, it can be suitably used as a fuel for diesel engines.
For use as a diesel engine fuel, the total amount of glycerin is 0.24% by mass or less, the acid value is 0.5 or less, low viscosity, high volatility, no bad odor, black smoke Although and SO X is preferably less components, raw materials less SOx component because it is vegetable oil or animal oil, after the esterification reaction, since the fatty acid monoester fraction is isolated, no bad smell, and fatty acid esterified Is highly volatile and can be suitably used as a fuel for diesel engines. Moreover, the fatty acid monoester product produced by the present invention can be used as a fuel for diesel engines, or can be used for other fuels by adding to light oil, kerosene, heavy fuel oil A or the like.

本発明によって製造される脂肪酸モノエステル化物は、地球の循環系に組み込まれたバイオマス資源を原料としたもので、化石資源由来の軽油に比べ環境への負荷の低減に大きく寄与するものである。本発明の製造方法は、調理などに使われた廃食用油などの産業・家庭廃棄物の大量処理技術、特にそれらを有用化合物に選択的かつ効果的に変換する技術としても大いに期待できる。   The fatty acid monoester product produced by the present invention uses biomass resources incorporated in the earth's circulation system as a raw material, and greatly contributes to a reduction in environmental burden as compared with light oil derived from fossil resources. The production method of the present invention can be greatly expected as a technology for mass treatment of industrial and household waste such as waste edible oil used for cooking and the like, particularly a technology for selectively and effectively converting them into useful compounds.

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に即して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and any design changes in accordance with the gist of the preceding and following descriptions are technical technical features of the present invention. It is included in the range.

製造例1:触媒の調製
D−グルコース20gを窒素ガス流通下、400℃、15時間加熱することで炭素質粉末を得た。この粉末を200mlの15質量%発煙硫酸中で攪拌しながら150℃で15時間加熱し、黒色粉末を得た。これを蒸留水で繰り返し洗浄し、粉末中に含まれる硫酸を除去し、スルホン酸基導入無定形炭素(I)を得た。
Production Example 1: Preparation of Catalyst Carbonaceous powder was obtained by heating 20 g of D-glucose at 400 ° C. for 15 hours under a nitrogen gas flow. This powder was heated at 150 ° C. for 15 hours with stirring in 200 ml of 15% by mass fuming sulfuric acid to obtain a black powder. This was repeatedly washed with distilled water to remove sulfuric acid contained in the powder, and sulfonic acid group-introduced amorphous carbon (I) was obtained.

このスルホン酸基導入無定形炭素のスルホン酸密度は、1.5mmol/gであった。また、ラマンスペクトルにおけるDバンドに対するGバンドの積分強度比(I(D)/I(G))は、0.59であった。   The sulfonic acid density of this sulfonic acid group-introduced amorphous carbon was 1.5 mmol / g. In addition, the integrated intensity ratio (I (D) / I (G)) of the G band to the D band in the Raman spectrum was 0.59.

なお、スルホン酸密度の測定は、以下の方法によった。
上記スルホンに含まれる硫黄元素の殆どはスルホン酸基によるものであるため、燃料による元素分析(SX−Elements Micro Analyzer YS−10(yanaco)によって試料中の硫黄を定量し、スルホン酸量に換算した。
The sulfonic acid density was measured by the following method.
Since most of the sulfur element contained in the sulfone is based on sulfonic acid groups, elemental analysis with fuel (SX-Elements Micro Analyzer YS-10 (yanaco) was used to determine the amount of sulfur in the sample and convert it to the amount of sulfonic acid. .

また、ラマンスペクトルにおけるDバンドに対するGバンドの積分強度比(I(D)/I(G))の測定は、以下の方法によった。
試料粉末をNRS−2100型トリプルモノクロメータラマン分光光度計(日本分光)の試料ホルダーに置き、ラマンスペクトルを測定した。Dバンドに対するGバンドの2つのバンドが観測されるラマンスペクトルをガウシアン、またはガウシアン−ローレンルイアンでDバンドに対するGバンドの2つのピークに分割し、得られたDバンド、Gバンドの積分強度をそれぞれの積分強度とした。
Further, the measurement of the integrated intensity ratio (I (D) / I (G)) of the G band to the D band in the Raman spectrum was performed by the following method.
The sample powder was placed on a sample holder of an NRS-2100 triple monochromator Raman spectrophotometer (JASCO), and the Raman spectrum was measured. The Raman spectrum in which two bands of the G band for the D band are observed is divided into two peaks of the G band for the D band by Gaussian or Gaussian-Loren-Ruien, and the integrated intensity of the obtained D band and G band is obtained. Each integrated intensity was used.

製造例2
D−グルコースに代えて、結晶化度80%、重合度200〜300のセルロースを使用し、表1に示す条件に変更した以外は製造例1と同様に操作して、スルホン酸基導入無定形炭素(II)を製造した。
Production Example 2
Instead of D-glucose, cellulose having a crystallinity of 80% and a polymerization degree of 200 to 300 was used, and the operation was performed in the same manner as in Production Example 1 except that the conditions were changed to those shown in Table 1. Carbon (II) was produced.

Figure 0005454836
実施例1
東京理科器械株式会社のパーソナル有機合成装置(ケミステーション)PPS−2510の加圧型のガラス試験管に、グリセリントリオレイン酸エステル2.66g、製造例2で調製したエステル交換反応用触媒0.36gを量りとり、メタノール4.16gと水0.18gとを加えて蓋をして密封した。これを130℃で圧力700kPaで5時間加熱して脂肪酸モノエステル化物反応液を得た。脂肪酸モノエステル収率は95.8(%)、オレイン酸2.47(%)であり、オレイン酸モノグリセリド0(%)であった。脂肪酸モノエステル化物反応液の組成を表2に示す。
Figure 0005454836
Example 1
2.66 g of glycerol trioleate and 0.36 g of a transesterification catalyst prepared in Production Example 2 were added to a pressure glass test tube of a personal organic synthesizer (Chemical Station) PPS-2510 of Tokyo Science Instruments Co., Ltd. Weighed and added 4.16 g of methanol and 0.18 g of water, sealed with a lid. This was heated at 130 ° C. and a pressure of 700 kPa for 5 hours to obtain a fatty acid monoester product reaction liquid. The yield of fatty acid monoester was 95.8 (%), oleic acid 2.47 (%), and oleic acid monoglyceride 0 (%). The composition of the fatty acid monoester product reaction solution is shown in Table 2.

ついで、上記触媒を触媒の容量の10〜15倍の水で約10分間洗浄した後、濾紙で水切りをして130℃で3時間乾燥させ、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を調製した。次いで、この水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を使用して表2の条件でエステル交換を2回、行った。得られた脂肪酸モノエステル化物反応液の組成を表2に示す。   Next, the catalyst was washed with water 10 to 15 times the capacity of the catalyst for about 10 minutes, drained with a filter paper, and dried at 130 ° C. for 3 hours to prepare a washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst. Subsequently, this water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst was used for transesterification twice under the conditions shown in Table 2. The composition of the resulting fatty acid monoester product reaction solution is shown in Table 2.

比較例1
実施例1の水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒による2回のエステル交換反応ののち、触媒を水洗することなく、表2に示す条件でエステル交換反応を3回、行った。得られた脂肪酸モノエステル化物反応液の組成を表2に示す。
Comparative Example 1
After the ester exchange reaction with the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst of Example 1, the ester exchange reaction was carried out three times under the conditions shown in Table 2 without washing the catalyst with water. The composition of the resulting fatty acid monoester product reaction solution is shown in Table 2.

表2の4,5,6回のエステル交換反応で明確なように、反応後水洗浄しないと極端に活性が低下した。
実施例2
比較例1のエステル交換反応の後、上記触媒を触媒の容量の10〜15倍の水で約10分間洗浄した後、濾紙で水切りをして130℃で3時間乾燥させ、水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を調製した。次いで、この水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を使用して表2の条件でエステル交換を2回、行った。得られた脂肪酸モノエステル化物反応液の組成を表2に示す。比較例1で6回使用した触媒を水洗した後にエステル交換反応を行うと、7回目のエステル交換率は2回目の反応効率まで回復した。
As is clear from the transesterification reactions of 4, 5, and 6 times in Table 2, the activity was extremely reduced unless water was washed after the reaction.
Example 2
After the transesterification reaction of Comparative Example 1, the above catalyst was washed with water 10 to 15 times the capacity of the catalyst for about 10 minutes, drained with a filter paper, dried at 130 ° C. for 3 hours, and then washed with sulfonic acid groups. An amorphous carbon catalyst was prepared. Subsequently, this water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst was used for transesterification twice under the conditions shown in Table 2. The composition of the resulting fatty acid monoester product reaction solution is shown in Table 2. When the transesterification was performed after washing the catalyst used 6 times in Comparative Example 1 with the water, the transesterification rate at the seventh time recovered to the reaction efficiency at the second time.

Figure 0005454836
比較例2
東京理科器械株式会社のパーソナル有機合成装置(ケミステーション)PPS−2510の加圧型のガラス試験管に、オレイン酸4.26g、製造例1で調製したエステル交換反応用触媒0.3gを量りとり、メタノール4.8gとを加えて蓋をして密封した。これを64℃、大気圧で6時間加熱してエステル化した。オレイン酸メチルの収率は99.5%であった。
Figure 0005454836
Comparative Example 2
Weighed 4.26 g of oleic acid and 0.3 g of the catalyst for transesterification prepared in Production Example 1 into a pressurized glass test tube of a personal organic synthesizer (Chemical Station) PPS-2510 from Tokyo Science Instrument Co., Ltd. Methanol 4.8g was added and sealed with a lid. This was esterified by heating at 64 ° C. and atmospheric pressure for 6 hours. The yield of methyl oleate was 99.5%.

ついで、上記触媒を室温度のメタノール10mlと共にビーカーに入れ、10分間手撹拌しながら洗浄し、静置してメタノールを除去し、温度100℃で1時間乾燥し、再使用した。オレイン酸メチルエステルの収率は84.3%であった。同様にして、メタノール洗浄を行い、合計5回のエステル化反応を行った。収率を表3に示す。   Next, the catalyst was placed in a beaker together with 10 ml of room temperature methanol, washed with hand stirring for 10 minutes, allowed to stand to remove methanol, dried at a temperature of 100 ° C. for 1 hour, and reused. The yield of oleic acid methyl ester was 84.3%. Similarly, methanol washing was performed and esterification reaction was performed 5 times in total. The yield is shown in Table 3.

メタノール洗浄ではエステル化反応の活性が低下した。
実施例3
比較例2のエステル化反応の後に、使用した触媒を室温度の水10mlと共にビーカーに入れ、10分間手撹拌しながら洗浄し、静置して水を除去し、温度100℃で1時間乾燥し、再使用した。オレイン酸メチルエステルの収率は91.3%であった。収率を表3に示す。水洗により、メタノール洗浄よりエステル化の活性が回復した。
Methanol washing decreased the esterification reaction activity.
Example 3
After the esterification reaction of Comparative Example 2, the used catalyst was placed in a beaker together with 10 ml of room temperature water, washed with hand stirring for 10 minutes, allowed to stand to remove water, and dried at a temperature of 100 ° C. for 1 hour. Reused. The yield of oleic acid methyl ester was 91.3%. The yield is shown in Table 3. Washing with water recovered the esterification activity from washing with methanol.

Figure 0005454836
比較例4
実施例1と同じ加圧型のガラス試験管に、オレイン酸4.26g、製造例1で調製したスルホン酸基導入無定形炭素(I)0.3gを量りとり、メタノール1.45gとを加えて蓋をして密封した。これを64℃、大気圧で6時間加熱してエステル化した。オレイン酸メチルの収率は69.4%であった。メタノール/脂肪酸モル比=3ではエステル化反応は充分ではない。
実施例4
東京理科器械株式会社のパーソナル有機合成装置(ケミステーション)PPS−2510の加圧型のガラス試験管に、オレイン酸1.775g、製造例2で調製したスルホン酸基導入無定形炭素(II)0.307gを量りとり、メタノール5.21gとを加えて蓋をして密封した。これを95℃、圧力は成り行き(約150kPaゲージ)に保ちながら、4時間加熱してエステル化した。オレイン酸メチルの収率は99.9%であった。
Figure 0005454836
Comparative Example 4
To the same pressure-type glass test tube as in Example 1, weigh 4.26 g of oleic acid and 0.3 g of sulfonic acid group-introduced amorphous carbon (I) prepared in Production Example 1, and add 1.45 g of methanol. Sealed with a lid. This was esterified by heating at 64 ° C. and atmospheric pressure for 6 hours. The yield of methyl oleate was 69.4%. When the methanol / fatty acid molar ratio is 3, the esterification reaction is not sufficient.
Example 4
To a pressurized glass test tube of a personal organic synthesizer (chemistation) PPS-2510 manufactured by Tokyo Science Instrument Co., Ltd., 1.775 g of oleic acid, sulfonic acid group-introduced amorphous carbon (II) prepared in Production Example 2 was added. 307 g was weighed, 5.21 g of methanol was added, and the cap was sealed. This was esterified by heating for 4 hours while maintaining the temperature at 95 ° C. and the pressure (about 150 kPa gauge). The yield of methyl oleate was 99.9%.

ついで、上記触媒を室温度の水10mlと共にビーカーに入れ、10分間手撹拌しながら洗浄し、静置して水を除去し、温度130℃で3時間乾燥し、再使用した。オレイン酸メチルエステルの収率は99.8%であった。同様にして、水洗浄を行い、合計3回のエステル化反応を行った。収率を表4に示す。水洗浄ではエステル化反応の活性が高く維持できた。   The catalyst was then placed in a beaker with 10 ml of room temperature water, washed with hand stirring for 10 minutes, allowed to stand to remove water, dried at a temperature of 130 ° C. for 3 hours, and reused. The yield of oleic acid methyl ester was 99.8%. Similarly, washing with water was performed, and esterification reaction was performed three times in total. The yield is shown in Table 4. The activity of the esterification reaction could be kept high by washing with water.

Figure 0005454836
実施例5
図1に示す装置を使用して、脂肪酸モノエステル化物を製造した。
Figure 0005454836
Example 5
The apparatus shown in FIG. 1 was used to produce a fatty acid monoester product.

容量9m3のエステル交換反応器A(25A)とエステル交換反応器B(25B)に、それぞれ製造例2の触媒522kgで固定床を作成した。
エステル交換反応器Aにメタノールを1395kg、トリグリセリド3853kg、水79kgを仕込み、温度130℃、ゲージ圧800kPaで5時間反応させた。反応を促進するためエステル交換反応器Aの底部から頂部に向けて熱交換器を有する循環ライン設備を設けて循環し、攪拌と温度管理を行った。反応終了後、反応生成物は反応器受槽に払い出した。その後、エステル交換反応器Aに水15000kg/hで20分間流し、外部循環配管を使って洗浄液を循環してエステル交換反応器Aの触媒を洗浄した。洗浄液は、エステル交換反応器Aから排出して水−アルコール分離塔(73)に導入し、塔頂からメタノールを留出させ、アルコール貯留槽(75)で一時的に保存した後にアルコール再留塔(77)で精製した。アルコール再留塔(77)の塔頂から留出させたメタノールはアルコール貯留槽(20’)に循環させた。また、水−アルコール分離塔(73)の塔底液は水であり、水貯留槽(15’)に循環させた。
In the transesterification reactor A (25A) and the transesterification reactor B (25B) having a capacity of 9 m 3 , fixed beds were prepared with 522 kg of the catalyst of Production Example 2, respectively.
The transesterification reactor A was charged with 1395 kg of methanol, 3853 kg of triglyceride, and 79 kg of water, and reacted at a temperature of 130 ° C. and a gauge pressure of 800 kPa for 5 hours. In order to promote the reaction, a circulation line facility having a heat exchanger was provided and circulated from the bottom to the top of the transesterification reactor A, and stirring and temperature control were performed. After completion of the reaction, the reaction product was discharged into the reactor receiving tank. Thereafter, water was passed through the transesterification reactor A at 15000 kg / h for 20 minutes, and the catalyst in the transesterification reactor A was washed by circulating a cleaning solution using an external circulation pipe. The washing liquid is discharged from the transesterification reactor A, introduced into the water-alcohol separation tower (73), distilled methanol from the top of the tower, temporarily stored in the alcohol storage tank (75), and then the alcohol re-distilling tower. Purified in (77). Methanol distilled from the top of the alcohol re-distillation tower (77) was circulated to the alcohol storage tank (20 ′). The bottom liquid of the water-alcohol separation tower (73) was water and was circulated to the water storage tank (15 ′).

一方、エステル交換反応器Aの反応終了後、触媒を洗浄している間に、エステル交換反応器B(25B)にエステル交換反応器Aと同量のメタノール、トリグリセリドおよび水を仕込み、エステル交換反応器Aと同じ反応条件で反応させ、エステル交換反応器Bでの反応が終了するとエステル交換反応器Bの触媒を洗浄し、エステル交換反応器Bとエステル交換反応器Aとを交互にエステル交換反応および触媒洗浄に切り換えて使用した。   On the other hand, after completion of the reaction in the transesterification reactor A, while washing the catalyst, the same amount of methanol, triglyceride and water as in the transesterification reactor A are charged into the transesterification reactor B (25B), and the transesterification reaction is performed. When the reaction in the transesterification reactor B is completed, the catalyst in the transesterification reactor B is washed, and the transesterification reaction between the transesterification reactor B and the transesterification reactor A is performed alternately. And switched to catalyst washing.

エステル交換反応器A(25A)とエステル交換反応器B(25B)の反応液を、脂肪酸モノエステル画分分離用蒸留搭(35)に導入し、塔頂からメタノールと水とを留出させアルコール貯留槽(75)に導入し、塔底液はグリセリン分離槽(45)に導入した。グリセリン分離槽(45)ではグリセリンを主成分とする下層と、脂肪酸物エステル化物を主成分とする脂肪酸モノエステル画分液(10)の上層とに2層分離し、下層のグリセリンを系外に排出し、上層を並列して配設されるエステル化反応器A、エステル化反応器Bに導入した。   The reaction liquid of transesterification reactor A (25A) and transesterification reactor B (25B) is introduced into a distillation column (35) for separation of fatty acid monoester fractions, and methanol and water are distilled off from the top of the column to produce alcohol. It introduce | transduced into the storage tank (75) and the tower bottom liquid was introduce | transduced into the glycerol separation tank (45). In the glycerin separation tank (45), two layers are separated into a lower layer mainly composed of glycerin and an upper layer of the fatty acid monoester fraction (10) mainly composed of the fatty acid esterified product, and the lower layer glycerin is removed from the system. It discharged | emitted and it introduce | transduced into the esterification reactor A and the esterification reactor B which were arrange | positioned in parallel with the upper layer.

エステル化反応器A,Bは、それぞれ容量503Lであり、エステル化触媒として、カチオン交換樹脂(オルガノ社製、商品名「オルガノアンバーリスト15JS−HG/dry」)を350L使用してそれぞれ固定床を形成させた。このエステル化反応器A(50A)またはB(50B)に、メタノールを164kg/hで供給し、生成物を反応器上部から蒸留塔(91)に導入した。エステル交換反応と同様に、エステル化反応器A,Bを切り換えて使用した。   Each of the esterification reactors A and B has a capacity of 503 L, and 350 L of a cation exchange resin (manufactured by Organo, trade name “organoamberlist 15JS-HG / dry”) is used as an esterification catalyst. Formed. Methanol was fed to the esterification reactor A (50A) or B (50B) at 164 kg / h, and the product was introduced into the distillation column (91) from the top of the reactor. Similarly to the transesterification reaction, the esterification reactors A and B were switched for use.

蒸留塔(91)の塔頂からメタノールと水とを留出させ、塔底液を再度蒸留塔(100)に導入して精製し、塔頂からディーゼルエンジン用燃料を得た。なお、塔底からは高沸点の重質物を得た。   Methanol and water were distilled from the top of the distillation column (91), and the bottom liquid was introduced again into the distillation column (100) for purification, and a diesel engine fuel was obtained from the top. A heavy substance with a high boiling point was obtained from the bottom of the tower.

図1のI〜Xの工程の液組成を表5、表6に示す。   The liquid compositions in the steps I to X in FIG.

Figure 0005454836
Figure 0005454836

Figure 0005454836
Figure 0005454836

本発明によれば、再生したスルホン酸基導入無定形炭素触媒を使用して、連続して酸価の低いディーゼルエンジン用燃料を製造することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fuel for diesel engines with a continuously low acid value can be manufactured using the regenerated | regenerated sulfonic acid group introduction | transduction amorphous carbon catalyst.

触媒の洗浄工程を含む本発明の脂肪酸モノエステル化物の製造工程の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the manufacturing process of the fatty-acid monoester product of this invention including the washing process of a catalyst.

符号の説明Explanation of symbols

5・・・動物油および/または植物油、
5’・・・動物油および/または植物油貯留槽、
10・・・脂肪酸モノエステル画分、
15・・・水、
15’・・・水貯留槽、
20・・・アルコール、
20’・・・アルコール貯留槽、
25A、25B・・・エステル交換反応器、
27・・・スルホン酸基導入無定形炭素触媒、
30・・・リボイラー、
31・・・熱交換器
33・・・廃水、
35・・・・脂肪酸モノエステル画分分離用蒸留搭、
45・・・グリセリン分離槽、
50A、50B・・・エステル化反応器、
60・・・カチオン交換樹脂、
73・・・水−アルコール分離塔、
75・・・アルコール貯留槽、
77・・・アルコール再留塔、
80・・・第四工程で使用するエステル化反応液、
91、100・・・蒸留塔。
5 ... animal oil and / or vegetable oil,
5 '... animal oil and / or vegetable oil reservoir,
10: Fatty acid monoester fraction,
15 ... water,
15 '... water storage tank,
20 ... alcohol,
20 '... an alcohol reservoir,
25A, 25B ... transesterification reactor,
27. Amorphous carbon catalyst having a sulfonic acid group introduced therein,
30 ... Reboiler,
31 ... Heat exchanger 33 ... Waste water,
35... Distillation tower for separation of fatty acid monoester fraction,
45 ... Glycerin separation tank,
50A, 50B ... esterification reactor,
60 ... cation exchange resin,
73: Water-alcohol separation tower,
75 ... an alcohol reservoir,
77 ... Alcohol re-distilling tower,
80 ... Esterification reaction solution used in the fourth step,
91, 100: Distillation tower.

Claims (9)

動物油および/または植物油と、ROH(Rは、炭素数1〜24の飽和または不飽和の脂肪酸基を示す。)で示されるアルコールとの反応に使用したスルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗した水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、
上記動物油および/または植物油とアルコールとのエステル化及び/またはエステル交換反応に使用して脂肪酸モノエステル化物反応液を得る第一工程を含み、前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒が、有機化合物を濃硫酸または発煙硫酸中で温度0〜350℃で加熱処理して得られるものであり、スルホン酸密度が1〜8mmol/gであり、ラマンスペクトルにおけるDバンドに対するGバンドの積分強度比(I(D)/I(G))が0.1〜0.7を示すものである、脂肪酸モノエステル化物の製造方法。
The sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst used for the reaction of animal oil and / or vegetable oil with the alcohol represented by ROH (R represents a saturated or unsaturated fatty acid group having 1 to 24 carbon atoms) was washed with water. Washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst,
Including the first step of obtaining a fatty acid monoester product reaction solution by esterification and / or transesterification of the animal oil and / or vegetable oil and alcohol, wherein the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst comprises an organic compound. It is obtained by heat treatment in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid at a temperature of 0 to 350 ° C., has a sulfonic acid density of 1 to 8 mmol / g, and has an integrated intensity ratio (I ( D) / I (G)) is a method for producing a fatty acid monoester product having a value of 0.1 to 0.7 .
前記第一工程に次いで、
前記脂肪酸モノエステル化物反応液からグリセリン、前記アルコールおよび水を除去して脂肪酸モノエステル画分を得る第二工程、
カチオン交換樹脂および/またはスルホン酸基導入無定形炭素触媒の存在下に前記脂肪酸モノエステル画分と前記アルコールとを接触および反応させエステル化反応液を得る第三工程を含む、請求項1記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。
Following the first step,
A second step of obtaining a fatty acid monoester fraction by removing glycerin, the alcohol and water from the reaction mixture of the fatty acid monoester product,
The method according to claim 1 , further comprising a third step of obtaining an esterification reaction solution by contacting and reacting the fatty acid monoester fraction with the alcohol in the presence of a cation exchange resin and / or a sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst . A method for producing a fatty acid monoester product.
更に、第三工程で得られたエステル化反応液から脂肪酸モノエステル化物を得る第四工程を含む、請求項2記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。   The method for producing a fatty acid monoester product according to claim 2, further comprising a fourth step of obtaining the fatty acid monoester product from the esterification reaction liquid obtained in the third step. 炭素数8〜24の脂肪酸とROH(Rは、炭素数1〜24の飽和または不飽和の脂肪族基を示す。)で示されるアルコールとのエステル化反応に使用したスルホン酸基導入無定形炭素触媒を水洗した水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒を、
上記脂肪酸1モルに対するアルコールのモル比が4〜50モルの範囲でエステル化反応に再使用することを特徴とし、前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒が、有機化合物を濃硫酸または発煙硫酸中で温度0〜350℃で加熱処理して得られるものであり、スルホン酸密度が1〜8mmol/gであり、ラマンスペクトルにおけるDバンドに対するGバンドの積分強度比(I(D)/I(G))が0.1〜0.7を示すものである、脂肪酸モノエステル化物の製造方法。
Sulfonic acid group-introduced amorphous carbon used for the esterification reaction of a fatty acid having 8 to 24 carbon atoms and an alcohol represented by ROH (R represents a saturated or unsaturated aliphatic group having 1 to 24 carbon atoms) A water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst obtained by washing the catalyst with water,
It is characterized by being reused in the esterification reaction in a molar ratio of alcohol to 1 mol of the fatty acid in the range of 4 to 50 mol, wherein the amorphous sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst contains an organic compound in concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid. It is obtained by heat treatment at a temperature of 0 to 350 ° C., has a sulfonic acid density of 1 to 8 mmol / g, and an integrated intensity ratio of G band to D band in Raman spectrum (I (D) / I (G) ) Is a method for producing a fatty acid monoester product having a value of 0.1 to 0.7 .
前記第一工程は、前記動物油および/または植物油と、前記アルコールとを、前記水洗スルホン酸基導入無定形炭素触媒と水の存在下に、温度60〜200℃、圧力大気圧〜5MPaで反応させるものである、請求項1〜3のいずれかに記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。 In the first step, the animal oil and / or vegetable oil and the alcohol are reacted at a temperature of 60 to 200 ° C. and a pressure of atmospheric pressure to 5 MPa in the presence of the water-washed sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst and water. The manufacturing method of the fatty-acid monoester product in any one of Claims 1-3 which is a thing . 前記脂肪酸モノエステル化物の酸価が、0.5以下である、請求項3記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。 The method for producing a fatty acid monoester product according to claim 3 , wherein the fatty acid monoester product has an acid value of 0.5 or less. 前記第四工程で得た脂肪酸モノエステル化物の全グリセリン換算量が、0.24質量%以下である、請求項3記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。 The manufacturing method of the fatty acid monoesterified product of Claim 3 whose total glycerin conversion amount of the fatty acid monoesterified product obtained at the said 4th process is 0.24 mass% or less. 前記脂肪酸モノエステル化物がディーゼルエンジン用燃料である、請求項1〜7のいずれかに記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。 The method for producing a fatty acid monoester product according to any one of claims 1 to 7 , wherein the fatty acid monoester product is a fuel for a diesel engine. 前記スルホン酸基導入無定形炭素触媒の洗浄に使用する水は、前記アルコールを0〜20質量%含有するものである、請求項1〜8のいずれかに記載の脂肪酸モノエステル化物の製造方法。 The method for producing a fatty acid monoester product according to any one of claims 1 to 8 , wherein water used for washing the sulfonic acid group-introduced amorphous carbon catalyst contains 0 to 20% by mass of the alcohol.
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