KR20020028120A - Process for Preparing Fatty Acid Ester Using Metal-oxide Catalyst - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: Provided is a preparation method of fatty acid esters by reacting fatty acids with alcohols by using metal oxides catalyst and by eliminating glycerin from the resultant reaction products. The yield is high when fats and low molecular alcohol are reacted and the catalyst, not being soluble in the reactants, is recovered and reused, thereby making the reaction environment-friendly. CONSTITUTION: The process comprises: reacting the vegetable oils and animal fats with 2-40 times(mole ratio) much of alcohol and 0.1-10wt.%(based on the fats) of metal oxides catalyst at 60-200deg.C for 0.5-18 hours to obtain fatty acid esters and glycerin; and separating the above reaction products to isolate the esters. The above vegetable oils are oils of soybean, rapeseed, sunflower seed, castor seed and palm, the animal oil being tallow. The above alcohols are methanol, ethanol, propanol, n-butanol and 2-ethylhexanol while the metal oxides catalysts are Al2O3,γ-Al2O3, MgO, MnO and ZnO.

Description

금속산화물 촉매를 이용한 지방산 에스테르의 제조방법{Process for Preparing Fatty Acid Ester Using Metal-oxide Catalyst}Process for Preparing Fatty Acid Ester Using Metal-oxide Catalyst

본 발명은 금속산화물 촉매를 이용한 지방산 에스테르의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 동식물성 유지와 알코올을 금속산화물 촉매 존재하에서 반응시켜 지방산 에스테르와 글리세린의 혼합물을 수득한 다음, 이들을 분리하여 지방산 에스테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a fatty acid ester using a metal oxide catalyst. More specifically, the present invention relates to a method for producing fatty acid esters by reacting animal or vegetable fats and alcohols in the presence of a metal oxide catalyst to obtain a mixture of fatty acid esters and glycerin, and then separating them.

일반적으로, 지방산 에스테르는 저급알코올과 유지를 수산화나트륨, 황산등의 강염기 또는 강산 균질촉매를 이용하여, 고압 조건에서 반응시켜 생산되고 있다. 예를 들어, 독일특허 제 1,909,434호에는 강산 균질촉매에 의한 일반적인 방법으로서, 메틸아세테이트와 부틸알코올을 진한 황산을 촉매로 하여 95 내지 105℃에서 수행되는 에스테르 교환반응이 개시되어 있다. 또한, 동식물성 오일을 메틸알코올로 에스테르 교환시키는 반응도 진한 황산의 존재하에 비교적 잘 일어나는 것으로 알려져 있는 바, 예를 들어, 해바라기 씨앗 내에 존재하는 식물성 오일을 진한 황산을 촉매로하여 메틸알코올로 에스테르 교환반응을 일으키는 방법이 해링턴(Harrington) 등에 의하여 보고되어 있다(참조: Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1985. 24: 314-318). 이 방법에 의하면, 식물성 오일을 함유한 해바라기 씨앗을 100배 이상의 몰비로 메틸알코올과 혼합한 다음, 진한 황산 촉매 하에서 3 내지 4시간 반응기키면 메틸에스테르를 40.7%의 수율로 얻을 수 있다. 이 결과는 같은 실험조건 하에서 식물성 오일과 메틸알코올간의 직접 반응으로 얻어진 72%의 수율보다는 낮지만, 씨앗 내에 존재하는 물의 영향에서도 반응이 일어 남을 알려 주고 있다.In general, fatty acid esters are produced by reacting lower alcohols and fats and oils under high pressure conditions using a strong base such as sodium hydroxide, sulfuric acid, or a strong acid homogeneous catalyst. For example, German Patent No. 1,909,434 discloses a transesterification reaction carried out at 95 to 105 ° C. using methyl acetate and butyl alcohol as a catalyst in concentrated sulfuric acid as a general method using a strong acid homogeneous catalyst. In addition, the reaction for transesterifying animal and vegetable oils with methyl alcohol is also known to occur relatively well in the presence of concentrated sulfuric acid. For example, vegetable oils present in sunflower seeds are transesterified with methyl alcohol with concentrated sulfuric acid as a catalyst. Harrington et al. Have reported how to cause them (Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., 1985. 24: 314-318). According to this method, sunflower seeds containing vegetable oils are mixed with methyl alcohol in a molar ratio of 100 times or more, and then reacted with a concentrated sulfuric acid catalyst for 3 to 4 hours to obtain methyl ester in a yield of 40.7%. This result is lower than the yield of 72% obtained by the direct reaction between vegetable oil and methyl alcohol under the same experimental conditions, but indicates that the reaction occurs under the influence of water present in the seeds.

한편, 강염기 균질촉매에 의한 에스테르 교환반응역시 널리 알려져 있는 바(참조: Kinet. Katal., 10, 1969, 1382), 산촉매에 의한 반응보다 반응속도가 빠르기 때문에 실제 상업공정에서는 전기 산성촉매들보다는 염기성촉매가 널리 적용되고 있다. 예를 들어, 유럽특허 제 301,634호에는 KOH, K2CO3, NaOH와 같은 강염기 촉매를 이용한 에스테르 제조공정이 개시되어 있으며, 노방스사(Novance Co., 프랑스) 등 유럽의 여러 회사에서도 강염기성 촉매를 이용한 제조방법을 상용화에 성공하여 메틸에스테르를 생산하고 있다. 현재 가동되는 강염기 촉매를 이용한 공정에서는, 수배 내지 수십배로 저급알코올에 희석된 유지를 수산화나트륨 촉매하에서 1 내지 10시간에 걸쳐 지방산 에스테르와 그리세린으로 분해시킨 다음, 분리탑에서 지방산 에스테르와 그리세린이 분리된다. 이때, 그리세린 층에 존재하는 염기성 촉매는 진한 황산으로 중화시켜 침전시킨 다음 여과공정을 거쳐 제거되고, 여과가 완료된 용액은 증류 분리탑으로 이송되며, 여기서 경량 알콜은 증류에 의하여 제거된다. 분리탑에서 분리된 지방산 에스테르는 수차례의 물세척을 거쳐, 최종 생산품으로 건조탑에서 회수된다.On the other hand, transesterification reactions with strong base homogeneous catalysts are also widely known (see Kinet. Katal., 10, 1969, 1382), since the reaction rate is faster than that with acid catalysts, it is more basic than electro acidic catalysts in commercial processes. Catalysts are widely applied. For example, European Patent No. 301,634 discloses an ester production process using strong base catalysts such as KOH, K 2 CO 3 , NaOH, and strong base catalysts in various European companies such as Novance Co. (France). Succeeded in commercializing the production method using to produce a methyl ester. In the current process using strong base catalysts, oils diluted to lower alcohols in several to several tens of times are decomposed into fatty acid esters and glycerine over 1 to 10 hours under sodium hydroxide catalyst, and then the fatty acid esters and glycerine are separated in a separation column. Are separated. At this time, the basic catalyst present in the glycerin layer is neutralized with concentrated sulfuric acid, precipitated, removed through filtration, and the filtered solution is sent to a distillation separation column, where the light alcohol is removed by distillation. The fatty acid ester separated in the separation column is washed several times with water and recovered in the drying tower as a final product.

전기 수산화물 균질촉매를 이용하는 공정은 여러 가지 문제점을 포함하고 있는 바, 특히, 물을 포함한 금속 수산화 촉매는 친수성이 매우 높아 식물성 기름에 대한 용해도가 낮아 반응성이 떨어진다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 수산화물 균질촉매를 대신하여 소듐 메톡사이드(CH3ONa) 등의 금속 알콕사이드드를 사용한 공정이 시도브레 시노바사(Sidobre Sinova Co., 독일)에 의하여 개발되었으며, 또한, Na금속을 사용한 연속 공정(참조: 프랑스특허 제1584584호), Na 과 K 를 이용한 식물성 오일의 에스테르 교환반응(참조: 미국특허 제 3,852,315호) 등의 다양한 방법이 개발되어 있다. 그러나, 이상에서 열거한 공정들은 균질성 촉매를 이용한 공정으로서 제품의 정화공정에서 환경적인 문제점을 가지고 있는 바, 균질촉매는 반응물에 쉽게 용해되기 때문에 이를 제거하기 위해서는 물을 이용한 수 차례의 정화공정이 불가피하며, 이에 따라, 사용된 물을 2차로 처리하여야 하는 등의 환경문제를 유발시킬 뿐만 아니라, 대부분의 균질 촉매는 중화반응을 통하여 제거되어야 함으로, 재사용이 불가능하여 제품의 원가상승 요인이 되기 때문에, 이를 개선하여 새로운 지방산 에스테르의 제조방법을 개발할 필요성이 끊임없이 대두되었다.The process using a homogeneous hydroxide hydroxide has a number of problems, in particular, the metal hydroxide catalyst including water has a disadvantage in that the high hydrophilicity so low solubility in vegetable oil is low reactivity. In order to solve this problem, a process using a metal alkoxide such as sodium methoxide (CH 3 ONa) in place of the hydroxide homogeneous catalyst was developed by Sidobre Sinova Co. (Germany), Na, Various methods have been developed, such as continuous processes using metals (see French Patent No. 1584584) and transesterification of vegetable oils using Na and K (see US Pat. No. 3,852,315). However, the above-mentioned processes are processes using a homogeneous catalyst and have environmental problems in the purification process of the product. Since the homogeneous catalyst is easily dissolved in the reactants, several purification processes using water are inevitable. Therefore, not only does it cause an environmental problem such as the second treatment of the water used, but most homogeneous catalysts must be removed through a neutralization reaction, and thus cannot be reused, which increases the cost of the product. There is a constant need to improve this and develop new fatty acid ester production methods.

이에 본 발명자들은, 전기 강산성 또는 강염기성 균질촉매를 이용한 지방산 에스테르 제조방법의 단점을 극복하고, 보다 환경친화적이면서도 경제적인 방법을 개발하고자 예의 노력한 결과, 금속산화물을 촉매로 이용하는 경우 유지를 원료물질로 하여 높은 수율로 지방산 에스테르를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 이들 금속촉매는 반응물에 용해되지 않기 때문에, 회수가 용이하고 재사용이 가능하여 보다 경제적이고 환경친화적임을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.Accordingly, the present inventors have made efforts to overcome the shortcomings of the fatty acid ester production method using an electrically strong acidic or strong basic homogeneous catalyst and to develop a more environmentally friendly and economical method. Not only can the fatty acid ester be produced in a high yield, but these metal catalysts are not dissolved in the reactants, thereby making it easy to recover and reusable, making it more economical and environmentally friendly, and thus completing the present invention.

결국, 본 발명의 목적은 금속촉매를 이용한 새로운 지방산 에스테르의 제조방법을 제공하는 것이다.After all, it is an object of the present invention to provide a method for producing a new fatty acid ester using a metal catalyst.

도 1은 본 발명에서 사용된 조합반응기를 개략적으로 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram schematically showing a combination reactor used in the present invention.

<도면 주요부의 명칭><Name of main part of drawing>

1.. 반응기2.. 정량펌프1. Reactor 2. Metering pump

3.. 층분리기3 .. Separator

본 발명의 지방산 에스테르 제조방법은 동식물성 유지와 전기 유지의 2 내지 40배(몰비)의 알코올을, 전기 유지의 0.1 내지 10중량%의 금속산화물 촉매 존재하에서 60 내지 200℃에서 0.5 내지 18시간 동안 반응시켜 지방산 에스테르와 글리세린의 혼합물을 수득하는 공정; 및, 전기 혼합물에서 지방산 에스테르를 분리하는 공정을 포함한다.Fatty acid ester production method of the present invention is 2 to 40 times (molar ratio) alcohol of animal and vegetable fats and oils and fats for 60 to 200 hours at 60 to 200 ℃ in the presence of 0.1 to 10% by weight of the metal oxide catalyst of the fat or oil Reacting to obtain a mixture of fatty acid esters and glycerin; And, separating the fatty acid ester from the electrical mixture.

이하에서는, 본 발명의 지방산 에스테르 제조방법을 각 공정별로 나누어 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the fatty acid ester production method of the present invention will be described in more detail by dividing each step.

제 1공정: 지방산 에스테르와 글리세린의 혼합물 수득 Step 1 : obtain a mixture of fatty acid esters and glycerin

동식물성 유지와 알코올을 금속산화물 촉매 존재하에서 반응시켜 지방산 에스테르와 글리세린의 혼합물을 수득한다:Animal and vegetable fats and alcohols are reacted in the presence of a metal oxide catalyst to obtain a mixture of fatty acid esters and glycerin:

이때, 동식물성 유지는 대두유, 유채유, 해바라기 종자유, 피마자유, 옥수수유, 팜유 또는 우지 등이 사용되는 바, 이들 유지에는 올레인산, 스테아린산, 리놀산, 리놀렌산, 팔미트산, 미리스산, 아라키산 등을 포함하는 C8내지 C30의 포화 또는 불포화 지방산이 글리세린과 결합되어 모노-, 디- 또는 트리글리세리드의 형태로 존재한다.At this time, the animal and vegetable fats and oils, soybean oil, rapeseed oil, sunflower seed oil, castor oil, corn oil, palm oil or tallow is used, these fats and oils such as oleic acid, stearic acid, linoleic acid, linolenic acid, palmitic acid, myrilic acid, arachidic acid C 8 to C 30 containing saturated or unsaturated fatty acids are combined with glycerin and present in the form of mono-, di- or triglycerides.

그리고, 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올, 2-에틸헥산올(2-ethylhexanol) 등의 저급 알코올이, 전기 유지의 2 내지 40배(몰비)로 사용되는 것이 바람직하다. 동식물성 유지는 분자 내에 친수성 골격(그리세린)과 친유성골격(지방산)으로 구성되어 있으나, 선형 마이셀 형태로 존재하기 때문에 극성 촉매에 의한 반응성이 매우 적다. 이러한 마이셀 구조는 경량알콜과 같은 다른 반응물이 접근하는 것을 방해하며, 또한 분자내의 반응성 친수성기와 친수성 촉매와의 접근을 허용하지 않는다. 특히, 금속산화물이나 이온교환수지등과 같은 고체촉매는 그 표면에 5 내지 20%의 물을 함유하고 있기 때문에, 이 촉매를 친유성 특징이 강한 유지와 혼합하면 촉매사이에 응결이 일어나 반응이 일어나지 않는다. 이러한 문제점은 전기 저급 알코올을 사용하면 쉽게 극복될 수 있는 바, 저급 알코올의 높은 용해성으로 인하여 유지의 마이셀구조가 해체되어 촉매가 유지의 반응기에 용이하게 접근할 수 있을 뿐만 아니라, 비점이 낮기 때문에 반응이 종료된 후 쉽게 제거할 수 있다. 한편, 전기 저급알코올의 양은 유지의 에스테르 전환율을 높이기 위하여 과량으로 사용되어야 하는 바, 유지의 사용량에 비하여 2 내지 40몰비로 사용되는 것이 바람직하다. 사용되는 유지의 양이 2몰비에 이르지 못하는 경우 유지의 에스테르 전환율 낮아지게 되며, 40몰비를 초과하는 경우에는 알코올량의 증가에 따른 유지의 에스테르 전환율의 차이가 없어져, 반응 후 저급 알코올의 분리를 위한 에너지 소모가 많아질 뿐이어서 바람직하지 못하다.And as alcohol, it is preferable that lower alcohols, such as methanol, ethanol, propanol, butanol, and 2-ethylhexanol, are used 2 to 40 times (molar ratio) of electrical maintenance. Animal and vegetable fats and oils are composed of a hydrophilic backbone (griserine) and a lipophilic backbone (fatty acid) in the molecule, but since they exist in the form of linear micelles, the reactivity by polar catalysts is very low. This micelle structure prevents other reactants, such as light alcohol, from accessing and also does not allow access of reactive hydrophilic groups and hydrophilic catalysts in the molecule. Particularly, since solid catalysts such as metal oxides and ion exchange resins contain 5 to 20% of water on their surfaces, when the catalysts are mixed with fats and oils with strong lipophilic properties, condensation occurs between the catalysts. Do not. This problem can be easily overcome by using an electric lower alcohol, because the high solubility of the lower alcohol dissolves the micelle structure of the fat and oil so that the catalyst can easily access the reactor of the fat and the reaction because the boiling point is low. It can be easily removed after it is finished. On the other hand, the amount of the lower alcohol should be used in excess in order to increase the ester conversion rate of fats and oils, it is preferably used in 2 to 40 molar ratio compared to the amount of the fats and oils used. If the amount of fats and oils used does not reach 2 molar ratio, the ester conversion rate of fats and oils will be lowered. If it exceeds 40 molar ratios, there will be no difference in the ester conversion rate of fats and oils with the increase of the amount of alcohol. It is not desirable because it only increases energy consumption.

또한, 금속산화물 촉매로서는 알루미늄옥사이드(Al2O3), γ-알루미늄옥사이드(γ-Al2O3), 마그네슘옥사이드(MgO), 망간옥사이드(MnO), 아연옥사이드(ZnO) 등의 산화물들이, 전기 유지의 0.1 내지 10중량%로 사용된다. 금속 산화물은 표면에 금속 성분의 양전하 편재 및 산소 성분으로의 음전하 편재 현상에의하여 강한 정전기적 성질을 가지고 있다. 이 결과로 금속 산화물의 표면은 물을 흡수하여, 고체 표면에서 이온화가 이루어 지며, 수소이온이나 수산화이온의 흡착정도에 따라 산화금속 표면이 브뢴스테트(Bronsted) 산 또는 염기성의 특성을 나타내기 때문에 본 발명의 에스테르 교환반응의 촉매로서 사용될 수 있다.As the metal oxide catalyst, oxides such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), γ-aluminum oxide (γ-Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), manganese oxide (MnO), zinc oxide (ZnO), It is used at 0.1 to 10% by weight of the electrical maintenance. Metal oxides have strong electrostatic properties due to the positively charged localization of the metal component and the negatively charged localization of the oxygen component on the surface. As a result, the surface of the metal oxide absorbs water, ionizes on the solid surface, and the surface of the metal oxide exhibits Bronsted acid or basic properties depending on the degree of adsorption of hydrogen ions or hydroxide ions. It can be used as a catalyst of the transesterification reaction of the present invention.

한편, 이상의 반응은 60 내지 200℃, 바람직하게는 60 내지 120℃의 온도범위에서 0.5 내지 18시간 동안 수행되어야 한다. 물을 흡착한 산화금속 표면은 100℃ 이상의 높은 온도에서는 표면의 물이 서서히 방출하게 되어 브뢴스테트 산 또는 염기로서의 특성을 잃어버리게 된다. 그러나 산소와 금속간의 전자 편제에 따라 강력한 정전기적 인력이 생성되게 되므로서, 산화 금속 표면은 루이스(Lewis) 산 또는 염기의 특성이 나타나게 된다. 이러한 강한 정전기적 인력은 저급 알코올의 마이크로 응축 현상을 일으키기 때문에 고온에서도 저급 알코올의 낮은 비등온도에도 불구하고 증발이 일어나지 않아 반응성을 높여주는 역할을 하며, 이 결과, 본 발명에서 사용되는 금속산화물 촉매에 의하여 넓은 온도 범위에서 동식물성 지방산의 에스테르 교환반응이 가능하게 된다. 그러나, 반응의 온도가 필요 이상으로 높으면 유지의 탄소체가 일부가 탄화되기 시작하기 때문에, 반응온도가 200℃ 이상을 초과하는 것은 바람직하지 않다.On the other hand, the above reaction should be carried out for 0.5 to 18 hours in the temperature range of 60 to 200 ℃, preferably 60 to 120 ℃. At the high temperature of 100 ° C. or more, the surface of the metal oxide adsorbed with water gradually releases water on the surface and loses its properties as Bronsted acid or base. However, due to the formation of strong electrostatic attraction due to electron formation between oxygen and metal, the surface of the metal oxide is characterized by Lewis acid or base. This strong electrostatic attraction causes micro-condensation of lower alcohols, so that evaporation does not occur despite the low boiling temperature of lower alcohols even at high temperatures, thereby enhancing the reactivity. As a result, the metal oxide catalyst used in the present invention This allows transesterification of animal and vegetable fatty acids over a wide temperature range. However, when the temperature of the reaction is higher than necessary, a part of the carbon body of the fat and oil starts to carbonize, so it is not preferable that the reaction temperature exceeds 200 ° C or more.

제 2공정: 반응 혼합물에서 지방산 에스테르의 분리 Second Step : Separation of Fatty Acid Ester from Reaction Mixture

전기 반응 혼합물을 분리하여 지방산 에스테르를 제조한다: 이때, 글리세린과 미반응물을 제거하는 방법에는 특별한 제한은 없는 바, 당업계에서 수행되어지는 통상의 분리방법이 사용될 수 있으며, 지방산 에스테르와 글리세린을 포함하는 반응 혼합물에서 글리세린을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이면 어느 방법이든 족하다.The reaction mixture is separated to prepare a fatty acid ester. At this time, there are no particular limitations on the method for removing glycerin and unreacted materials. Conventional separation methods performed in the art may be used, and include fatty acid esters and glycerin. Any method may be sufficient as long as it can effectively remove glycerin from the reaction mixture.

한편, 본 공정의 글리세린의 제거는 반응기와 층분리기가 조합된 반응기를 사용하면 효과적으로 수행될 수 있는 바, 도 1에 본 발명에서 사용된 조합반응기를 개략적으로 도식화하였다. 도 1에서, 반응기(1) 내의 유지, 알코올, 지방산 에스테르 및 글리세린을 포함하는 반응 혼합물은 반응 도중에 정량펌프(2)를 통하여 일정량씩 층분리기(3)로 이송되어 글리세린이 분리되고, 글리세린이 제거된 반응혼합물이 반응기(1)로 재공급되어 반응에 다시 참여하게 된다. 이와 같은 장치를 통하여 기본적으로 화학 평형반응인 제 1공정의 에스테르화 교환반응은 생성물쪽으로 화학평형이 이동되게 되며, 이에 따라, 지방산 에스테르의 수율향상이 가능하게 된다.On the other hand, the removal of glycerin of the present process can be effectively carried out by using a reactor in combination with a reactor and a bed separator, schematically illustrating the combination reactor used in the present invention in FIG. In Fig. 1, the reaction mixture comprising the fats and oils, alcohol, fatty acid esters and glycerin in the reactor 1 is transferred to the layer separator 3 by a fixed amount through the metering pump 2 during the reaction so that the glycerin is separated and the glycerin is removed. The reaction mixture is fed back to the reactor 1 to participate again in the reaction. Through such a device, the esterification exchange reaction of the first step, which is basically a chemical equilibrium reaction, shifts the chemical equilibrium toward the product, thereby improving the yield of fatty acid esters.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .

실시예 1: 금속촉매를 이용한 지방산 에스테르의 제조 Example 1 Preparation of Fatty Acid Ester Using Metal Catalyst

먼저, 도 1의 조합반응기의 반응기(용량: 500mL)에 대두유 90g, 금속산화물 5g을 주입한 다음, 교반하면서 반응기의 온도를 110℃로 상승시키고 감압하여(압력: 20mbar) 대두유와 촉매의 혼합물에 소량 존재하는 물을 완전히 제거하였다. 다음으로, 상압에서 메틸알코올 64g(유지 대비 7몰비)을 가한 후, 반응기의 온도를 110℃로 유지, 환류시키면서 18시간 동안 반응시켰다. 반응 중간중간에 정량펌프를 이용하여 일정량(15mL/min.)을 반응물을 층분리기로 이동시켜 생성된 글리세린을 제거한 다음, 글리세린이 제거된 반응물을 다시 반응에 참여시킴으로써 지방산 에스테르의 수율이 향상되도록 하였다. 마지막으로, 반응이 종료된 후 금속산화물을 여과하여 제거하고, 회전증류기를 이용하여 메탄올을 제거한 다음, 반응 중 제거되지 않은 그리세린을 침전제거하고 상층부분의 오일성분을 증류제거하여 순수한 지방산 에스테르를 제조하였다.First, 90 g of soybean oil and 5 g of a metal oxide were injected into a reactor (capacity: 500 mL) of the combined reactor of FIG. 1, and then the temperature of the reactor was raised to 110 ° C. under reduced pressure (pressure: 20 mbar) while stirring to a mixture of soybean oil and a catalyst. Small amounts of water present were completely removed. Next, 64 g of methyl alcohol (7 molar ratio to oil and fat) was added at atmospheric pressure, and the reaction was continued for 18 hours while maintaining the temperature of the reactor at 110 ° C and refluxing. In the middle of the reaction, a fixed amount pump was used to transfer a certain amount (15 mL / min.) To the bed separator to remove the produced glycerin, and then, the reaction product in which the glycerin was removed was added again to improve the yield of fatty acid ester. . Finally, after completion of the reaction, the metal oxide is removed by filtration, methanol is removed using a rotary distillation, and then, the unremoved glycerin is precipitated and the oil component in the upper portion is distilled off to remove pure fatty acid ester. Prepared.

촉매에 따른 지방산 에스테르의 수율Yield of Fatty Acid Ester According to Catalyst 실시예Example 촉매catalyst 지방산 에스테르의 수율Yield of fatty acid ester 1One γ-Al2O3 γ-Al 2 O 3 55%55% 22 Al2O3 Al 2 O 3 30%30% 33 MgOMgO 47%47% 44 MnOMnO 48%48% 55 ZnOZnO 32%32%

비교 실시예 1: 강염기성 촉매를 이용한 지방산 에스테르의 제조 Comparative Example 1 Preparation of Fatty Acid Ester Using Strong Base Catalyst

종래의 공정에 널리 사용되는 NaOH 촉매를 이용하여 지방산 에스테르를 제조하였다. 먼저, 냉각 환류기를 장착한 반응기(용량: 500mL)에 대두유 90g, NaOH 1g(20meq)을 주입한 다음, 교반하면서 반응기의 온도를 110℃로 상승시키고 20mbar로 감압하여 대두유와 촉매의 혼합물에 소량 존재하는 물을 완전히 제거하였다. 다음으로, 상압에서 메틸알코올 64g(유지 대비 7 몰비)을 가한 후, 반응기의 온도를 110℃로 유지, 환류시키면서 8시간 동안 반응시켰다. 반응이 종료된 다음, 회전증류기를 이용하여 메탄올을 제거하고, 그리세린과 촉매의 제거를 위하여 3차례에 걸쳐 반응혼합물을 세척을 한 후, 최종 남은 친유성 반응물은 황산 마그네슘이 담긴 유리관을 통과 시켜 잔여 수분을 제거하였다. 마지막으로, 회수된 기름성분을 증류하고하여 64%의 수율로 지방산 에스테르를 회수할 수 있었다.Fatty acid esters were prepared using NaOH catalysts which are widely used in conventional processes. First, 90 g of soybean oil and 1 g of NaOH (20 meq) were injected into a reactor equipped with a reflux condenser, and then the temperature of the reactor was raised to 110 ° C. while stirring, and the pressure was reduced to 20 mbar, and a small amount was present in the mixture of the soybean oil and the catalyst. Water was completely removed. Next, after adding 64 g of methyl alcohol (7 molar ratio to oil and fat) at normal pressure, the reaction was maintained for 8 hours while maintaining the temperature of the reactor at 110 ℃, reflux. After the reaction was completed, the methanol was removed using a rotary distillation unit, and the reaction mixture was washed three times to remove grease and catalyst. The remaining lipophilic reactant was passed through a glass tube containing magnesium sulfate. Residual water was removed. Finally, the recovered oil component was distilled to recover the fatty acid ester in a yield of 64%.

이상의 실시예 1과 비교실시예 1에서, 지방산 에스테르의 제조에 있어서 금속산화물 촉매를 사용하는 경우 촉매가 반응물에 용해되지 않기 때문에 강염기성 촉매를 사용하는 종래의 제조방법에 비하여 보다 간단한 공정으로 쉽게 촉매를 제거할 수 있음을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 회수된 금속산화물 촉매는 전처리 없이 재사용이 가능하기 때문에, 보다 경제적이고 환경친화적인 방법으로 지방산 에스테르를 제조할 수 있게 되었다.In Example 1 and Comparative Example 1 above, since the catalyst is not dissolved in the reactant when the metal oxide catalyst is used in the preparation of the fatty acid ester, the catalyst is more easily prepared by a simpler process than the conventional production method using the strong base catalyst. You can see that can be removed. In addition, since the recovered metal oxide catalyst can be reused without pretreatment, fatty acid esters can be produced in a more economical and environmentally friendly manner.

이상에서 상세하게 설명하고 입증한 바와 같이, 본 발명에서는 동식물성 유지와 알코올을 금속산화물 촉매 존재하에서 반응시켜 지방산 에스테르와 글리세린의 혼합물을 수득한 다음, 이들을 분리하여 지방산 에스테르를 제조하는 방법을 제공한다. 본 발명에 의하면, 금속산화물을 촉매로 이용하여 유지와 저급알코올을 반응시키는 경우 높은 수율로 지방산 에스테르를 제조할 수 있다. 뿐만 아니라, 이들 금속산화물 촉매는 반응물에 용해되지 않기 때문에 회수가 용이하고 재사용이 가능하여, 환경친화적인 지방산 에스테르의 제조방법으로 널리 활용될 수 있을 것이다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a method of preparing fatty acid esters by reacting animal or vegetable fats and alcohols in the presence of a metal oxide catalyst to obtain a mixture of fatty acid esters and glycerin, and then separating them. . According to the present invention, fatty acid esters can be produced in a high yield when the fat and oil are reacted with a metal oxide as a catalyst. In addition, since these metal oxide catalysts are not dissolved in the reactants, the metal oxide catalysts may be easily recovered and reused, and thus may be widely used as a method for preparing environmentally friendly fatty acid esters.

Claims (5)

동식물성 유지와 전기 유지의 2 내지 40배(몰비)의 알코올을, 전기 유지의 0.1 내지 10중량%의 금속산화물 촉매 존재하에서 60 내지 200℃에서 0.5 내지 18시간 동안 반응시켜 지방산 에스테르와 글리세린의 혼합물을 수득하는 공정; 및, 전기 혼합물을 분리하는 공정을 포함하는 지방산 에스테르의 제조방법.A mixture of fatty acid esters and glycerin by reacting 2 to 40 times the molar ratio of animal and vegetable fats and oils and fats at 60 to 200 ° C. in the presence of 0.1 to 10% by weight of a metal oxide catalyst of the fat or oil. To obtain; And a step of separating the electric mixture. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 동식물성 유지는 대두유, 유채유, 해바라기 종자유, 피마자유, 옥수수유, 팜유 또는 우지인 것을 특징으로 하는Animal and vegetable fats and oils are characterized in that the soybean oil, rapeseed oil, sunflower seed oil, castor oil, corn oil, palm oil or tallow 지방산 에스테르의 제조방법.Method for producing fatty acid ester. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 알코올은 메탄올, 에탄올, 프로판올, n-부탄올 또는 2-에틸헥산올(2-ethylhexanol)인 것을 특징으로하는Alcohol is characterized in that methanol, ethanol, propanol, n-butanol or 2-ethylhexanol 지방산 에스테르의 제조방법.Method for producing fatty acid ester. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 금속산화물촉매는 알루미늄옥사이드(Al2O3), γ-알루미늄옥사이드(γ-Al2O3), 마그네슘옥사이드(MgO), 망간옥사이드(MnO) 또는 아연옥사이드(ZnO)인 것을 특징으로 하는The metal oxide catalyst is characterized in that the aluminum oxide (Al 2 O 3 ), γ-aluminum oxide (γ-Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), manganese oxide (MnO) or zinc oxide (ZnO). 지방산 에스테르의 제조방법.Method for producing fatty acid ester. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 반응온도는 60 내지 120℃인 것을 특징으로 하는The reaction temperature is characterized in that 60 to 120 ℃ 지방산 에스테르의 제조방법.Method for producing fatty acid ester.
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