KR20190085541A - 지방산 처리를 위한 산 조성물 - Google Patents

지방산 처리를 위한 산 조성물 Download PDF

Info

Publication number
KR20190085541A
KR20190085541A KR1020197017954A KR20197017954A KR20190085541A KR 20190085541 A KR20190085541 A KR 20190085541A KR 1020197017954 A KR1020197017954 A KR 1020197017954A KR 20197017954 A KR20197017954 A KR 20197017954A KR 20190085541 A KR20190085541 A KR 20190085541A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sulfonic acid
acid
alkane
composition
catalyst
Prior art date
Application number
KR1020197017954A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102289779B1 (ko
Inventor
장-알렉스 라피뜨
베르나르 몽길롱
콴 화 탄
Original Assignee
아르끄마 프랑스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR1661483A external-priority patent/FR3059328B1/fr
Priority claimed from SG10201609943QA external-priority patent/SG10201609943QA/en
Application filed by 아르끄마 프랑스 filed Critical 아르끄마 프랑스
Publication of KR20190085541A publication Critical patent/KR20190085541A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102289779B1 publication Critical patent/KR102289779B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/08Preparation of carboxylic acid esters by reacting carboxylic acids or symmetrical anhydrides with the hydroxy or O-metal group of organic compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/0215Sulfur-containing compounds
    • B01J31/0225Sulfur-containing compounds comprising sulfonic acid groups or the corresponding salts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/03Preparation of carboxylic acid esters by reacting an ester group with a hydroxy group
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C69/00Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
    • C07C69/52Esters of acyclic unsaturated carboxylic acids having the esterified carboxyl group bound to an acyclic carbon atom
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C11ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11CFATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/003Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fatty acids with alcohols
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/40Substitution reactions at carbon centres, e.g. C-C or C-X, i.e. carbon-hetero atom, cross-coupling, C-H activation or ring-opening reactions
    • B01J2231/49Esterification or transesterification
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Fats And Perfumes (AREA)

Abstract

본 발명은 하기를 포함하는 조성물에 관한 것이다: 화학식 R-SO3H (식 중, R 은 적어도 하나의 할로겐 원자로 임의 치환될 수 있는 1 내지 4 개의 탄소 원자의 선형 또는 분지형 포화 탄화수소 사슬임) 의 알칸설폰산 적어도 하나, 적어도 하나의 아릴 설폰산, 및, 임의로, 적어도 하나의 용매 (이들의 비율은 명세서에 정의된 바와 같음). 본 발명은 또한 지방산 에스테르화 방법에서의 조성물의 용도에 관한 것이다.

Description

지방산 처리를 위한 산 조성물
본 발명은 지방산의 처리, 특히 지방산 에스테르화에 관한 것이다. 따라서, 수득된 지방산 에스테르는 화장품 또는 바이오 연료 제조와 같은 다양한 분야에서 원료로 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 지방산 에스테르화 방법에서 촉매로서 사용될 수 있는 산의 조성물에 관한 것이다.
지방산의 에스테르화에서, 촉매, 예를 들어 산을 사용하는 것이 종종 필요하다. 사용되는 산성 촉매 중에서, 특히 파라-톨루엔 술폰산의 사용이 공지되어 있다.
예를 들어, 출원 WO2007005003 은 특히 파라-톨루엔산과 같은 강산성 촉매의 존재 하에 황 화합물을 함유하는 "톨 오일" 로부터 지방산 알킬 에스테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.
보다 일반적으로, US4652406 은 오일 중 유리 지방산을 에스테르화하기 위한 촉매로서 방향족 술폰산의 용도를 기재하고 있다. 그러나, 술폰 파라-톨루엔산은 수성 환경에서 덜 용해성이기 때문에, 상 분리가 더욱 어렵다.
알칸-술폰산의 사용은 또한 지방산 에스테르화 반응에서 산 촉매로 공지되어 있다. 따라서, WO2006081644 및 WO2015134495 는 지방산 에스테르화 방법에서 메탄-술폰산의 용도를 기재하고 있다.
그러나, 알칸-술폰산은 비교적 고가의 화합물이기 때문에, 이들의 사용을 최적화하는 방법이 요구되고 있다. 또한, 에스테르화 촉매의 효능을 더욱 개선하는 것이 도움이 될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적 중 하나는 지방산의 전환 및 에스테르화 속도의 관점에서 보다 효과적이며 또한 저렴한 산 촉매를 찾는 것이다. 이를 위해, 본 출원인은 적어도 하나의 특정 산성 조성물을 포함하는 촉매가 다른 것들 중에서 이러한 단점을 극복할 수 있음을 입증하였다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은:
- 화학식 R-SO3H (식 중, R 은 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환될 수 있거나 치환될 수 없는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 포함하는 포화, 선형 또는 분지형, 탄화수소 사슬을 나타냄) 의 알칸-술폰산 적어도 하나;
- 적어도 하나의 아릴-술폰산;
- 및 임의로 적어도 하나의 용매;
를 포함하고,
- 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 알칸-술폰산의 중량 비율이 5 중량% 내지 85 중량%, 바람직하게는 8 중량% 내지 65 중량% 이고;
- 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 아릴-술폰산의 중량 비율이 15 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게는 35 중량% 내지 92 중량% 인, 조성물에 관한 것이다.
용매는 당업자에게 공지된 임의의 유형 및 예를 들어 물, 유기 용매의 블렌드를 위한 유기 용매, 또는 물 및 하나 이상의 유기 용매의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 한 구현예에서, 용매는 물, 알콜 및 에테르, 바람직하게는 물 및 C1 내지 C3 알콜, 보다 특히 물 및 메탄올의 단독 또는 조합에서 선택된다.
조성물의 총 중량에 대한 용매의 중량 비율은 전형적으로 0 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 35 중량% 범위이다.
상기 R 기의 탄화수소화 사슬이 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환되는 경우, 상기 할로겐 원자는 바람직하게는 플루오린, 염소 및 브롬, 바람직하게는 플루오린에서 선택된다.
본 발명에서 사용될 수 있는 앞서 정의된 바와 같은 화학식 R-SO3H 의 알칸-술폰산은 유리하게는 메탄-술폰산, 에탄-술폰산, n-프로판-술폰산, 이소-프로판-술폰산, n-부탄 술폰산, 이소-부탄 술폰산, sec-부탄 술폰산, tert-부탄 술폰산, 트리플루오로메탄술폰산 (트리플릭산으로도 공지됨), 및 이들 중 둘 이상의 임의 비율의 혼합물, 특히 바람직하게는 메탄-술폰산에서 선택된다.
아릴 술폰산은 벤젠 술폰산, 파라-톨루엔 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 페난트렌 술폰산, 안트라센 술폰산, 자일렌 술폰산, 알킬 벤젠 술폰산, 쿠멘 술폰산, 특히 바람직하게는, 파라-톨루엔 술폰산에서 선택된다.
또한, 본 발명에 따른 산 조성물은 당업자에게 잘 알려져 있는 하나 이상의 첨가제 및/또는 충전제(들), 예컨대, 예를 들어, 부식 억제제, 방향제, 냄새 첨가제(odorising agent) 등에서 선택되는 것들을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 보다 특히 지방산(들)의 에스테르화에서 에스테르화 촉매로서의 상기 조성물의 용도에 관한 것이다.
마지막으로, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 지방산 에스테르의 제조 방법에 관한 것이다:
a/ 적어도 하나의 지방산을 반응기에 도입하는 단계;
b/ 적어도 하나의 알콜을 첨가하는 단계;
c/ 반응 매질을 가열하는 단계;
d/ 앞서 정의된 바와 같은 조성물을 촉매로서 도입하는 단계;
e/ 임의로, 에스테르화 반응 동안 형성된 물을 제거하는 단계; 및
f/ 지방산 에스테르를 회수하는 단계,
이때, 단계 d 는 단계 a 및/또는 단계 b 와 동시에, 바람직하게는 단계 a 및 b 와 동시에 임의 수행됨.
단계 e/ 는 진공 하에 또는 진공 없이 가열에 의해 또는 지방산 에스테르 상에 대한 물/알콜 상의 디캔팅(decanting)에 의해 수행될 수 있다.
상기 방법에서, 촉매/지방산 몰비는 0.001 내지 0.5, 특히 0.01 내지 0.2 범위일 수 있다.
본 발명은 이하의 설명, 도면 및 실시예에 의해 보다 잘 이해될 것이나, 이들 도면 및 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 은 사용된 산 촉매의 성질에 따른 에스테르화 반응 후의 유기 상 중의 잔류 지방산의 백분율 (세로축) 을 나타낸다.
도 2 는 사용된 산 촉매의 성질에 따른 에스테르화 단계 동안의 잔류 지방산의 전환 속도를 나타낸다.
상기 도 1 및 도 2 에서:
- 100 MSA 는 사용된 촉매가 70% 의 순수 메탄-술폰산 및 30% 의 물을 포함함을 의미한다.
- 70 MSA/30 PTSA 는 사용된 촉매가 본 발명에 따른 촉매이고 하기를 포함함을 의미한다:
o 혼합물의 총 중량에 대하여 49 중량% 의 순수 메탄-술폰산,
o 혼합물의 총 중량에 대하여 26.7 중량% 의 순수 파라-톨루엔 술폰산; 및
o 24.3 중량% 의 물.
- 100 PTSA 는 사용된 촉매가 89% 의 순수 파라-톨루엔 술폰산 및 11% 의 물을 포함함을 의미한다.
사용된 MSA 는 물 중 70 중량% 로 희석된 MSA 이고 사용된 파라-톨루엔 술폰산은 물 중 89 중량% 로 희석된 산이다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 하기를 포함하는 조성물에 관한 것이다:
· 화학식 R-SO3H (식 중, R 은 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환될 수 있거나 치환될 수 없는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 포함하는 포화, 선형 또는 분지형, 탄화수소 사슬을 나타냄) 의 알칸-술폰산 적어도 하나; 및
· 적어도 하나의 아릴-술폰산.
"아릴" 은 모든 방향족 라디칼, 예컨대 페닐, 나프틸, 페난트릴, 및 안트릴 라디칼, 바람직하게는 1 내지 3 개의 사이클을 포함하는 것들을 의미하며; 이러한 라디칼은 1 내지 6 개의 탄소 원자, 바람직하게는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 포함하는 적어도 하나의 알킬, 예컨대, 예를 들어, 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 바람직하게는 메틸로 치환될 수 있다. 방향족 라디칼이 적어도 하나의 알킬로 치환된 라디칼인 경우, 이는 예를 들어 톨릴, 자일릴, 에틸-페닐, 또는 쿠메닐일 수 있다. 이들 산은 단독 또는 조합으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에서:
· 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 순수 알칸-술폰산의 중량 비율은 5 중량% 내지 85 중량% 범위이고;
· 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 순수 아릴-술폰산의 중량 비율은 15 중량% 내지 95 중량% 범위이다.
바람직하게는:
· 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 순수 알칸-술폰산의 중량 비율은 8 중량% 내지 65 중량% 범위이고;
· 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 순수 아릴-술폰산의 중량 비율은 35 중량% 내지 92% 범위이다.
"순수" 는 물 또는 용매 중 희석되지 않은 화합물을 의미한다.
본 발명에 따른 조성물로, 본 출원인은 본원에서 예로서 제공되는 것들과 같은 놀라운 결과를 입증하였다.
이 조성물은 또한 하나 이상의 용매, 및 임의로 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있음을 유의해야 한다.
"용매" 는 수성, 유기 또는 수용성 생성물을 의미한다. 바람직하게는, 용매는 단독 또는 조합으로 취해지는 물, 알콜 또는 에테르일 수 있다. 바람직하게는, 용매 는 물 및/또는 C1 내지 C3 알콜이다. 보다 특히, 용매는 물, 메탄올 또는 물/메탄올 혼합물이다. 조성물의 총 중량에 대한 용매의 중량 함량은 0 중량% 내지 50 중량%, 바람직하게는 5 중량% 내지 35 중량% 범위이다.
상기 R 기의 탄화수소화 사슬이 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환되는 경우, 상기 할로겐 원자는 플루오린, 염소 및 브롬, 바람직하게는 플루오린에서 선택된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 조성물 중 알칸-술폰산은 메탄-술폰산, 에탄-술폰산, n-프로판-술폰산, 이소-프로판-술폰산, n-부탄 술폰산, 이소-부탄 술폰산, sec-부탄 술폰산, tert-부탄 술폰산 및 트리플루오로메탄술폰산 (트리플릭산으로도 공지됨), 및 이들 중 둘 이상의 임의 비율의 혼합물에서 선택된다. 바람직하게는, 알칸-술폰산은 메탄-술폰산이다.
상기 알칸-술폰산은 그대로 또는 하나 이상의 다른 성분과의 조합으로, 즉, 제형으로 사용될 수 있다. 적어도 하나의 알칸-술폰산을 포함하는 임의 유형의 제형이 적합할 수 있다. 일반적으로, 제형은, 상기 알칸-술폰산 제형의 총 중량에 대하여, 0.01 중량% 내지 100 중량% 의 알칸-술폰산, 더 일반적으로는 0.05 중량% 내지 90 중량%, 특히 0.5 중량% 내지 75 중량% (한계 포함) 의 알칸-술폰산(들)을 포함한다.
제형은, 예를 들어, 수성, 유기 또는 하이드로-유기 제형이다. 제형은 농축 혼합물의 형태로 제조될 수 있으며, 상기 농축 혼합물은 임의로 최종 사용 전에 희석된다. 마지막으로, 본 발명의 의미 내에서, 제형은 순수 알칸-술폰산, 또는 순수 알칸-술폰산의 혼합물일 수 있으며, 즉 제형은 제형에 대한 임의의 다른 첨가제 또는 임의의 다른 용매 또는 희석제 없이 하나 이상의 알칸-술폰산만 함유할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 한 구현예에 있어서, 알칸-술폰산은 용매, 바람직하게는 물 중 70% 로 희석될 수 있다. 바람직하게는, 알칸-술폰산은 시판되는 것과 같은 70% 로 희석된 메탄-술폰산이다. 예를 들어, 무수 메탄-술폰산 (AMSA) 또는 메탄-술폰산의 수용액 (예컨대, 물 중 70% 메탄-술폰산 용액이고 Arkema 에서 브랜드명 Scaleva® 로 판매됨) 이 사용될 수 있다. Arkema 에서 판매되는 메탄-술폰산은 또한 명칭 "MSA LC" 로 시판된다.
B.A.S.F 에서 즉시 사용 가능한 형태 또는 상기 명시한 비율로 물에 희석하여 명칭 Lutropur® MSA 로 판매하는 것과 같은 메탄-술폰산의 수용액이 또한 사용될 수 있다.
바람직하게는, 아릴-술폰산은 벤젠 술폰산, 파라-톨루엔 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 페난트렌 술폰산, 안트라센 술폰산, 자일렌 술폰산, 및 쿠멘 술폰산, 특히 바람직하게는, 파라-톨루엔 술폰산에서 선택된다.
조성물에 포함되는 아릴-술폰산은 단독으로 또는 하나 이상의 다른 성분과의 조합으로, 즉 제형으로 사용될 수 있다.
적어도 하나의 아릴-술폰산을 포함하는 임의 유형의 제형이 적합할 수 있다. 일반적으로, 제형은 상기 제형의 총 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 100 중량% 의 아릴-술폰산, 더 일반적으로는 0.05 중량% 내지 95 중량%, 특히 74 중량% 내지 89 중량% (한계 포함) 의 아릴-술폰산(들)을 포함한다.
제형은, 예를 들어, 수성, 유기 또는 하이드로-유기 제형이다. 제형은 농축 혼합물일 수 있다. 대안적으로, 제형은 또한 즉시 사용 가능한 제형, 즉 희석될 필요가 없는 것일 수 있다. 마지막으로, 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 제형은 제형에 대한 임의의 추가 첨가제 또는 임의의 다른 용매 또는 희석제가 없는 순수 아릴-술폰산일 수 있다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 아릴-술폰산은 Huntsman 에서 시판되는 것과 같은 물 중 60 내지 100 중량% 의 범위로 포함되는 희석되거나 희석되지 않은 파라-톨루엔산이다. 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 파라-톨루엔 술폰산은 물 중 89 중량% 로 희석되며, Sigma-Aldrich 에서 시판되는 것과 같다.
바람직한 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 조성물은 산 에스테르화 촉매, 바람직하게는 지방산 에스테르화 촉매로 사용된다.
본 발명은 또한 앞서 정의된 바와 같은 산성 조성물을 포함하거나, 바람직하게는 이로 이루어지는, 에스테르화 산 촉매, 바람직하게는 지방산 에스테르화 촉매에 관한 것이다.
본 발명에 따른 조성물은 촉매, 예컨대 순수 지방산 또는 오일 또는 지방과 조합된 지방산 (이 경우, 상기 오일 및/또는 지방에 존재하는 모노-, 디- 및/또는 트리-글리세리드 형태의 지방산과는 대조적으로 "유리 지방산" 으로 지칭됨) 의 에스테르화를 위한 촉매로서 특히 유용하다.
지방산 에스테르화 반응은 지방 카복실산 상의 알콜의 축합으로부터, 지방 에스테르 및 물 분자를 수득하게 한다. "지방산" 은 특히 C4-C36 의 지방족-사슬 카복실산을 의미한다. 천연 지방산은 4 내지 36 개의 탄소 원자(들)을 포함하는 포화 또는 불포화, 선형 또는 분지형 탄소 사슬을 갖는다.
본 발명에 따르면, 지방산은 바람직하게는 오일에 존재하는 지방산일 수 있다. 이 경우, 에스테르화 반응 후에 경질 알콜 (1 내지 4 개의 탄소 원자) 의 존재 하의 트랜스에스테르화 반응이 이어져 지방산 및 글리세롤의 에스테르가 수득되며; 상기 지방산 에스테르는 연료 ("바이오디젤") 로 사용될 수 있다.
전형적으로는, 바이오디젤을 제조할 때, 오일 또는 그리스(grease) 중 잔류 지방산의 수준이 1% 초과인 경우, 트랜스에스테르화 촉매와의 반응에 의한 상기 잔류 지방산의 비누화의 위험이 있다. 이는 형성된 비누가 에멀젼을 형성할 수 있고 바이오디젤과 글리세롤의 분리를 어렵거나 불가능하게 만들기 때문에 바이오디젤 제조에서 단점이 될 수 있다.
따라서, 본 출원인은 촉매로서 알칸-술폰산 단독 또는 촉매로서 아릴-술폰산 단독과 비교했을 때, 적어도 하나의 알칸-술폰산과 아릴-술폰산의 청구된 비율로의 혼합물이, 에스테르화 단계 후, 유기 상 중 잔류 지방산의 수준을 1.1 중량% 미만, 바람직하게는 1 중량%, 보다 특히 0.95 중량% 로 감소시킬 수 있다는 것을 입증하였으며, 이는 알칸-술폰산 단독 또는 아릴-술폰산 단독에 의해서 달성하기가 매우 어렵다.
이러한 낮은 잔류 지방산 함량은 에스테르의 최종 순도 또는 종종 나중에 수행되는 트랜스에스테르화 단계에서와 관련하여 이점을 확실히 제공하는데, 종종 고가의 촉매, 통상적으로 염기성 촉매를 덜 소모할 것이고, 반응을 방해하는 비누의 형성을 제한할 것이기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 산 조성물을 에스테르화 촉매로 사용하면 알칸-술폰산 촉매 단독을 사용하여 수득되는 것보다 적은 양의 유기 상 중 잔류 촉매를 야기하는 것이 밝혀졌다. 이는 예를 들어 바이오디젤의 제조의 관점에서 임의의 후속 트랜스에스테르화에서의 염기성 촉매 소비를 줄인다.
놀랍게도, 본 발명에 따른 조성물을 사용하면 알칸-술폰산 단독 또는 아릴-술폰산 단독을 사용했을 때와 비교하여 지방산의 전환 속도를 개선한다는 것이 또한 입증되었다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 조성물은 에스테르화 및 트랜스에스테르화 촉매이므로, 모노-, 디- 및/또는 트리-글리세리드 형태의 지방산 및 유리 지방산의 단일-단계 에스테르화 및 트랜스에스테르화를 가능하게 한다.
임의로, 본 발명에 따른 조성물은 당업자에게 공지된 하나 이상의 첨가제, 예컨대 부식 억제제, 방향제, 냄새 첨가제, 및 당업자에게 공지된 다른 첨가제에서 선택되는 것들을 포함할 수 있다.
바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 조성물은 적어도 하나의 부식 억제제를 포함한다.
또 다른 바람직한 구현예에 있어서, 조성물은 적어도 하나의 방향제 및/또는 냄새 첨가제를 포함한다.
본 발명에 따른 조성물은 하기 방법으로 제한되지는 않지만 당업자에게 공지된 임의의 방법에 따라 제조될 수 있다.
알칸-술폰산을 주위 온도에서 용기에 넣는다. 그 후, 아릴-술폰산을 고체 형태로 첨가한 다음 완전히 용해될 때까지 혼합물을 40℃ 로 가열한다. 용매 및 임의의 임의적인 첨가제가 사용되는 경우, 아릴-술폰산을 천천히 첨가하기 전에 알칸-술폰산과 예비 혼합하는 것이 최선이다.
본 출원은 또한 지방산이 본 발명에 따른 조성물의 존재하에 에스테르화되는 지방산 에스테르의 제조 방법에 관한 것이다.
에스테르화 방법은 지방산 또는 지방산의 혼합물을 반응기에 넣는 단계로 이루어진다. 이어서, 알콜을 첨가하고 매질을 일반적으로 50℃ 내지 200℃, 보다 일반적으로 60℃ 내지 120℃, 바람직하게는 60℃ 내지 80℃ 범위의 온도로 가열한다. 본 발명에 따른 조성물은 바람직하게는 에스테르화 온도에서 주입된다.
본 발명의 다른 구현예에 있어서, 상기 조성물은 가열 전에 첨가될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구현예에 있어서, 매질이 에스테르화 온도에 도달했을 때, 알콜 및 상기 조성물은 연속적으로, 함께 또는 별도로 첨가될 수 있다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 상기 조성물은 지방산 또는 지방산 혼합물과 첨가될 수 있다. 본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 지방산 또는 지방산 혼합물, 알콜 및 상기 조성물은 가열 전에 함께 첨가된다. 에스테르화 반응이 이어서 앞서 명시한 온도 범위 내에서 수행된다.
이러한 에스테르화 방법 동안, 본 발명에 따른 조성물은 촉매로서 작용한다.
지방산은 해조류를 비롯한 식물 또는 동물 환경으로부터의 지방산 및 보다 일반적으로는 식물 왕국으로부터의 지방산 포함하는 당업자에게 공지된 지방산 및 지방산 혼합물에서 선택되는 임의 유형의 지방산일 수 있다. 이들 산은 통상적으로 및 유리하게는 적어도 하나의 올레핀 불포화를 포함한다.
상기 산은 비제한적으로 해조류를 비롯한 땅콩, 해바라기, 유채, 피마자, 레스퀘렐라, 올리브, 대두, 오일 야자, 아보카도, 호두, 헤이즐넛, 아몬드, 참깨, 시-벅톤 및 미도우폼과 같은 각종 오일시드 식물에서 추출된 식물성 오일에 가장 일반적으로 존재한다. 이들은 또한 육지 또는 바다 동물로부터 수득될 수 있으며, 후자의 경우, 비제한적으로 소, 대구, 고래 또는 바다표범의 지방과 같은 포유류 또는 어류 지방으로부터 수득될 수 있다. 마지막으로, 이들 산은 사용된 조리용 오일과 같은 재활용된 사용된 오일에서 유래할 수 있다.
전술한 바와 같이, 이들 오일 중 산은 알콜과 함께 존재한다. 알콜은 단독 또는 조합으로 사용되는 모노-알콜, 디올, 트리올, 테트롤, 등과 같은 당업자에게 공지된 임의의 유형일 수 있다. 바람직하게는, 사용되는 알콜은 30 g/mol-1 내지 200 g/mol-1 범위의 몰 질량을 갖는다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 알콜은 R1 이 1 내지 20 개의 탄소 원자를 포함하는 알킬 또는 방향족, 선형 또는 분지형, 포화 또는 불포화 사슬인 R1-OH 유형의 알콜이다. 바람직하게는, R1 은 1 내지 10 개, 특히 1 내지 4 개의 탄소(들)을 포함하는 알킬 사슬이다. 본 발명의 다른 구현예에 있어서, 알콜은 1 개 초과의 -OH 작용기를 갖고, 예를 들어 알콜은 글리세롤 (프로판-1,2,3-트리올) 일 수 있다.
산 조성물이 특히 오일 중 유리 지방산에 대한 지방산 에스테르화 반응 촉매로 사용되는 본 발명의 구현예에서, 지방산에 대한 본 발명에 따른 촉매의 몰비는 0.001 내지 0.5, 바람직하게는 0.01 내지 0.2 범위이다. 지방산의 몰수는 산-염기 전위차 분석법에 의해 측정되며 출발 생성물에 존재하는 지방산의 그램 당 몰로 표현된다. 이 값에 지방산에 대한 촉매의 몰비를 곱하여 첨가될 촉매의 양을 결정한다.
본 발명에 따른 에스테르화 방법의 한 구현예에 있어서, 알콜/지방산 몰비는 1 내지 20, 바람직하게는 4 내지 10 범위이다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 지방산 에스테르화 반응은 임의의 온도, 그러나 바람직하게는 50℃ 내지 200℃, 보다 일반적으로는 60℃ 내지 120℃, 바람직하게는 60℃ 내지 80℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 지방산 에스테르화 반응은 임의의 압력에서 수행될 수 있지만, 바람직하게는 104 Pa (절대압 0.1 bar) 내지 2.106 Pa (절대압 20 bar) 범위, 더 일반적으로는 대기압 내지 106 Pa (절대압 10 bar) 범위의 압력, 가장 바람직하게는 대기압에서 수행될 수 있다.
지방산 에스테르화의 반응 시간은 상당히 다양할 수 있으며, 통상적으로 수 분 내지 수 시간, 예를 들어 10 분 내지 6 시간, 전형적으로는 30 분 내지 180 분 범위이다.
에스테르화 반응은 회분식 또는 연속식으로 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 촉매는 혼합물에 또는 반응 매질에 별도로 첨가된다. 이는 지방산 (오일, 동물성 지방, 등) 및/또는 알콜의 공급원과 동시-공급물로 또는 단독으로 첨가될 수 있다. 반응은 병렬 또는 캐스케이드로 배열된 1 개 이상의 반응기, 2 내지 15 개, 전형적으로는 2 내지 10 개의 반응기, 보다 전형적으로는 2 내지 5 개의 반응기에서 수행될 수 있다. 특정 구현예에 있어서, 회분식 방법은 여러 캐스케이드 반응기를 사용하는 것이 바람직하다.
2 개의 반응기 사이에서 유기 및 수성 상 분리를 수행하는 것이 유리할 수 있다. 반응 수율을 개선하기 위해, 형성되는 물은 예를 들어 물이 형성될 때 당업자에게 공지된 임의의 방법에 따라 및 예를 들어 가열에 의해 제거된다. 본 발명의 한 구현예에서, 특히 용매가 알콜인 경우, 물의 제거는 용매의 전부 또는 일부를 제거할 수 있다.
본 발명의 한 구현예에 있어서, 사용되는 유리 지방산은 바이오디젤을 포함하는 바이오연료를 수득하기 위해 식물성 오일 유래이다. 이 경우, 바이오디젤은 상기 기재한 바와 같은 트랜스에스테르화 단계 후에 수득된다. 이러한 바이오디젤의 중화 단계가 필요한 경우, 유리 지방산 에스테르화 반응 종료시 수득되는 산 상은 알콜의 제거 후에 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 지방산 에스테르화 반응은 또한 화장품, 윤활제, 농약, 의약품, 세정제 등과 같은 다양한 분야에서 사용될 수 있는 제품을 제공한다.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 예시하나 어떠한 상황에서도 제한하지 않는다.
본 발명에 따른 조성물의 제조 방법:
하기를 포함하는 조성물이 제조된다:
· 물에 70% 로 희석된 메탄-술폰산 70 중량% (순수 메탄-술폰산 49 중량%);
· 물에 89% 로 희석된 파라-톨루엔 술폰산 (PTSA) 30 중량% (순수 파라-톨루엔 술폰산 27 중량%).
상기 조성물은 더블 엔벨로프 반응기에 도입된 Arkema 의 MSA LC 의 70 중량% 수용액으로부터 제조된다. 89 중량% 의 파라-톨루엔 술폰산은 실온에서 전부 한 번에 첨가되는 고체이며, 이어서 파라-톨루엔 술폰산이 용해될 때까지 40℃ 로 교반하면서 매질을 가열한다.
수득되는 조성물은, 조성물 100 g 당, 0.667 촉매 몰 (49/96 + 27/172 (96 은 MSA 의 몰 질량이고, 172 는 PTSA 의 몰 질량임)) 을 함유하며, 즉, 제형의 몰 질량은 149.9 g/mol-1 (= 100 / 0.667) 이다.
이렇게 제조된 조성물은 하기 실시예에서 에스테르화 촉매로서 사용된다.
오일의 에스테르화의 예:
지방산의 평균 분자량이 268 ± 1 g/mol- 1 인 유리 지방산 (FFA) 94 중량% 및 트리글리세리드를 포함하는 오일로 이루어진 산업용 블렌드를 사용한다.
메탄올/FFA 몰비는 8 이다. FFA 에 대한 촉매의 몰비는 0.175 이다.
기계 교반기, 온도 프로브 및 냉매가 구비되어 있고 50℃ 로 예열한 더블 엔벨로프 반응기에, 트리글리세리드 및 FFA (FFA 94 중량%, 즉 1.652 몰의 지방산) 을 포함하는 상기 산업용 블렌드 471 g 을 주입한다. 주입한 메탄올의 양은 다음과 같이 결정된다: 1.652 × 8 × 32 = 423 g 메탄올 (8 몰 당량/FAA).
반응 혼합물을 70℃ 로 가열한 다음 상기 제조한 촉매를 주입한다. 첨가될 촉매의 양은 다음과 같이 계산된다: 1.652 × 0.175 × 149.9 = 43.3 g 의 조성물.
반응 매질을 70℃ 에서 2 시간 동안 교반한 다음, 디캔팅하고 70℃ 에서 하룻밤 동안 정치시킨다. 수성 및 유기 상을 하기 기재한 방법에 따라 분석한다.
분석 방법:
유기 상 중의 FFA 및 촉매는 다음과 같이 전위차법에 의해 분석된다: 약 1.5 g 의 유기 상을 비커에 넣은 다음 부피 비율 500/495/5 의 톨루엔/이소프로판올/물 혼합물로 50 mL 까지 채운다.
전위차 분석은 Mettler Toledo 의 DG113-SC #2 전극 및 T50 적정기를 사용하여 에탄올 중 0.1 mol/L-1 의 탄산칼륨 (KOH) 으로 수행하였다.
분석은 한편으로는 유기 상 중의 잔류 촉매의 양을 그램 당 몰 단위로 정확하게 결정하고, 다른 한편으로는 유기 상 중 잔류 지방산의 함량을 중량% 단위로 정확하게 결정하는데 사용된다.
산-염기 분석은 2 개의 전위 점프가 수득되게 한다: 제 1 점프는 촉매에 상응하고 제 2 점프는 잔류 지방산에 상응한다.
결과:
한편, 전술한 분석은 트랜스에스테르화될 유기 상 중 잔류 FFA 의 백분율을 측정한다. 이 결과는 도 1 에 나타냈다.
결과는 MSA 단독을 사용했을 때 1.2, PTSA 단독을 사용했을 때 1.02, 그리고 본 발명에 따른 조성물을 사용했을 때 0.87 의 잔류 FFA 의 질량 백분율을 나타낸다.
본 발명에 따른 조성물을 사용하면, MSA 단독 또는 PTSA 단독을 사용했을 때 수득되는 것 미만의 잔류 FFA 의 백분율이 수득된다.
다른 한편으로는, 도 2 에 나타낸 바와 같이 FFA 전환 속도는 산 단독을 각각 사용했을 때와 비교하여 개선된다. 정말로, 본 발명에 따른 조성물이 보다 빠른 에스테르 전환 속도를 유도하는 것으로 밝혀졌다.

Claims (13)

  1. - 화학식 R-SO3H (식 중, R 은 적어도 하나의 할로겐 원자로 치환될 수 있거나 치환될 수 없는 1 내지 4 개의 탄소 원자를 포함하는 포화, 선형 또는 분지형, 탄화수소 사슬을 나타냄) 의 알칸-술폰산 적어도 하나;
    - 적어도 하나의 아릴 술폰산;
    - 및 임의로 적어도 하나의 용매
    를 포함하고,
    - 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 알칸-술폰산의 중량 비율이 5 중량% 내지 85 중량%, 바람직하게는 8 중량% 내지 65 중량% 이고;
    - 알칸-술폰산 및 아릴-술폰산의 총 중량에 대한 아릴-술폰산의 중량 비율이 15 중량% 내지 95 중량%, 바람직하게는 35 중량% 내지 92 중량% 인, 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 용매가 물, 알콜 및 에테르의 단독 또는 조합에서 선택되는 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 용매가 물 또는 C1 내지 C3 알콜의 단독 또는 조합인 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 용매가 물 또는 메탄올의 단독 또는 조합인 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 조성물의 총 중량에 대한 용매의 중량 비율이 0 중량% 내지 50 중량% 범위, 바람직하게는 5 중량% 내지 35 중량% 범위인 조성물.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 알칸-술폰산이 메탄-술폰산, 에탄-술폰산, n-프로판-술폰산, 이소-프로판 술폰산, n-부탄-술폰산, 이소-부탄-술폰산, sec-부탄 술폰산, tert-부탄 술폰산, 트리플루오로 메탄-술폰산, 및 이들 중 둘 이상의 임의 비율의 혼합물로부터 선택되는 조성물.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 알칸-술폰산이 메탄-술폰산인 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 아릴-술폰산이 파라-톨루엔 술폰산인 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 부식 억제제를 포함하는 조성물.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 방향제 또는 하나의 냄새 첨가제(odorising agent)의 단독 또는 조합을 포함하는 조성물.
  11. 에스테르화 촉매, 바람직하게는 지방산 에스테르화 촉매로서 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 조성물의 용도.
  12. 하기 단계를 포함하는 지방산 에스테르의 제조 방법:
    a/ 적어도 하나의 지방산을 반응기에 도입하는 단계;
    b/ 적어도 하나의 알콜을 첨가하는 단계;
    c/ 반응 매질을 가열하는 단계;
    d/ 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 조성물을 촉매로서 도입하는 단계;
    e/ 임의로, 에스테르화 반응 동안 형성된 물을 제거하는 단계; 및
    f/ 지방산 에스테르를 회수하는 단계,
    이때, 단계 d 는 단계 a 및/또는 단계 b 와 동시에, 바람직하게는 단계 a 및 b 와 동시에 임의 수행됨.
  13. 제 12 항에 있어서, 촉매/지방산 몰비가 0.001 내지 0.5, 특히 0.01 내지 0.2 인 지방산 에스테르의 제조 방법.
KR1020197017954A 2016-11-25 2017-11-20 지방산 처리를 위한 산 조성물 KR102289779B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SG10201609943Q 2016-11-25
FR1661483A FR3059328B1 (fr) 2016-11-25 2016-11-25 Composition acide pour le traitement d'acides gras
FR1661483 2016-11-25
SG10201609943QA SG10201609943QA (en) 2016-11-25 2016-11-25 Acid Composition For Treating Fatty Acids
PCT/FR2017/053174 WO2018096249A1 (fr) 2016-11-25 2017-11-20 Composition acide pour le traitement d'acides gras

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190085541A true KR20190085541A (ko) 2019-07-18
KR102289779B1 KR102289779B1 (ko) 2021-08-12

Family

ID=62195456

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197017954A KR102289779B1 (ko) 2016-11-25 2017-11-20 지방산 처리를 위한 산 조성물

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10780433B2 (ko)
EP (1) EP3544731A1 (ko)
KR (1) KR102289779B1 (ko)
CN (1) CN109982776A (ko)
BR (1) BR112019009474B1 (ko)
MY (1) MY192473A (ko)
PH (1) PH12019501046A1 (ko)
WO (1) WO2018096249A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3097867B1 (fr) * 2019-06-25 2021-10-15 Inst Nat Polytechnique Toulouse Procédé de préparation d’un élastomère à partir d’un acide gras hydroxylé et élastomère obtenu par un tel procédé

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160001054A (ko) * 2014-06-26 2016-01-06 대구가톨릭대학교산학협력단 술폰산 또는 술폰산염 촉매를 이용한 에스테르 화합물의 제조방법
US20160251289A1 (en) * 2013-10-22 2016-09-01 Arkema France Use of alkane sulfonic acid for preparing phenolic alcohol
KR20160130421A (ko) * 2014-03-04 2016-11-11 바스프 에스이 오일의 탈검 및 에스테르화 방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL119218B1 (en) * 1979-02-28 1981-12-31 Politechnika Warszawska Apparatus for torque measurement
DE3444893A1 (de) 1984-12-08 1986-06-12 Henkel KGaA, 4000 Düsseldorf Verfahren zur herstellung von fettsaeuremethylestern
CN1098247C (zh) * 2000-08-08 2003-01-08 上海高桥石化丙烯酸厂 磺酸复配物和(甲基)丙烯酸低级烷酯的制造方法
BRPI0500333A (pt) 2005-02-02 2006-09-12 Univ Rio De Janeiro processo catalìtico para esterificação de ácidos graxos
WO2007005003A1 (en) 2005-06-30 2007-01-11 Lamina Ceramics, Inc. Light emitting diode package assembly that emulates the light pattern produced by an incandescent filament bulb
EP1951852B1 (en) 2005-10-26 2016-04-13 SunPine AB Automotive fuels and fine chemicals from crude tall oil
CN101041621B (zh) * 2006-11-24 2010-12-01 中国石油集团工程设计有限责任公司东北分公司 制备(甲基)丙烯酸丁酯的方法
CN101172949A (zh) * 2007-11-16 2008-05-07 广东工业大学 一种磺酸基功能化吗啡啉季铵盐离子液体催化酯化的方法
PL213786B1 (pl) * 2009-04-06 2013-05-31 Inst Ciezkiej Syntezy Orga Sposoby otrzymywania imidazolowej protonowej cieczy jonowej
KR101144306B1 (ko) * 2010-08-26 2012-05-11 주식회사 엘지화학 알킬(메트)아크릴레이트의 제조 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160251289A1 (en) * 2013-10-22 2016-09-01 Arkema France Use of alkane sulfonic acid for preparing phenolic alcohol
KR20160130421A (ko) * 2014-03-04 2016-11-11 바스프 에스이 오일의 탈검 및 에스테르화 방법
KR20160001054A (ko) * 2014-06-26 2016-01-06 대구가톨릭대학교산학협력단 술폰산 또는 술폰산염 촉매를 이용한 에스테르 화합물의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018096249A1 (fr) 2018-05-31
KR102289779B1 (ko) 2021-08-12
US10780433B2 (en) 2020-09-22
US20190329229A1 (en) 2019-10-31
EP3544731A1 (fr) 2019-10-02
BR112019009474A2 (pt) 2019-07-30
MY192473A (en) 2022-08-23
PH12019501046A1 (en) 2019-12-16
BR112019009474B1 (pt) 2022-12-20
CN109982776A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20160130421A (ko) 오일의 탈검 및 에스테르화 방법
CA2493171C (en) Methods for the preparation of polyol esters that are light in color
DK2464715T3 (en) Process for the preparation of biodiesel by transesterification and the use of a sulfonic acid as a catalyst in the preparation of biodiesel
US8440847B2 (en) Method of converting free fatty acid (FFA) from oil to methyl ester
KR102289779B1 (ko) 지방산 처리를 위한 산 조성물
RU2652378C1 (ru) Способ получения эфиров полиглицерина из отходов производства растительных масел
PH12015501502B1 (en) Use of sulfonic acid for recovering glycerol resulting from the triglyceride transesterification reaction
WO2005005584A1 (en) Process for preparing purified fatty acids
US11534743B2 (en) Acid composition for processing fatty acids
WO2020074435A1 (en) Method of producing biodiesel
FR2972191A1 (fr) Procede de preparation d'une composition tensioactive a base de bio-tensioactifs non-ioniques d'origine naturelle
US6384248B1 (en) Meadowfoam based sorbitan esters
BR112019009473B1 (pt) Composição ácida para o tratamento de ácidos graxos, utilização da composição e processo para a produção de ésteres de ácidos graxos
FR3059328A1 (fr) Composition acide pour le traitement d'acides gras
US1840349A (en) Fat cleavage
JPS63162651A (ja) 不飽和脂肪酸又はそのエステル化物の製造方法
JPS63165339A (ja) 飽和脂肪酸の製造方法
FR3029202A1 (fr) Procede de metathese d'ester(s) d'acide gras
FR2964101A1 (fr) Procede de preparation d'adipate de di-alpha-methylbenzyle
JPS62283948A (ja) 不飽和脂肪酸又はそのエステル化物の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant