PL217587B1 - Sposób otrzymywania komponentu biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania komponentu biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym, stanowiący ulepszenie sposobu według polskiego opisu zgłoszenia patentowego P.356573 pt. „Biopaliwo do silników z zapłonem samoczynnym i sposób otrzymywania biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym” oraz opisu patentowego PL 205836 pt. „Sposób otrzymywania biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym”.

Według polskiego opisu zgłoszenia patentowego P.356573 oraz opisu patentowego PL 205836 biopaliwo do silników z zapłonem samoczynnym, zawierające estry alkoholi jednowodorotlenowych C1-C6 z kwasami tłuszczowymi pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego w ilości 0,1-99,9% wagowych, estry gliceryny z kwasami karboksylowymi C1-C7 w ilości 0,1-99,9% wagowych oraz ewentualnie inne estry gliceryny z kwasami karboksylowymi, wolne kwasy tłuszczowe i alkohole C1-C6 w łącznej ilości 0-10% wagowych, olej napędowy w ilości 0-70%, środki antyutleniające, depresujące, konserwujące w łącznej ilości 0-5%, otrzymuje się w wyniku reakcji tłuszczu roślinnego i/lub zwierzęcego z estrem kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, wziętych w stosunku molowym odpowiednio od 1:3 do 1:9, wobec katalizatora o charakterze kwaśnym, prowadzonej w temperaturze od 40°C do 200°C i następnie oddzieleniu nieprzereagowanego zastosowanego estru kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6.

Stosowane kwasowe katalizatory w przypadku krzyżowej transesteryfikacji tłuszczów roślinnych i estrów etylowych lub metylowych niższych kwasów karboksylowych wymagało stosowania bardzo czystych i bezwodnych substratów oraz prowadzenia długotrwałej reakcji w temperaturze wrzenia reagentów.

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania komponentu biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym charakteryzujący się tym, że prowadzi się reakcję transestryfikacji pomiędzy tłuszczem pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego oraz nadmiarem molowym niskocząsteczkowego estru alkilowego z dodatkiem alkoholu w obecności katalizatora kwaśnego, korzystnie kwasu toluenosulfonowego, przy czym jako niskocząsteczkowy ester alkilowy stosuje się ester kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, a następnie wydziela się komponent biopaliwa jako frakcję lipofilową, przy czym uzyskiwany komponent biopaliwa zawiera estry alkoholi jednowodorotlenowych C1-C6, zwłaszcza octanu metylu lub octanu etylu, z kwasami tłuszczowymi pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego oraz niskocząsteczkowe estry alkilowe kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6.

Korzystnie, komponent biopaliwa zawiera estry alkoholi jednowodorotlenowych C1-C6, zwłaszcza octanu metylu lub octanu etylu z kwasami tłuszczowymi, w ilości od 50% do 99% wagowych oraz niskocząsteczkowe estry alkilowe kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6 w ilości 1% do 50% wagowych.

Korzystnie, jako niskocząsteczkowy ester alkilowy kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6 stosuje się związek wybrany z grupy obejmującej: octan metylu i octan etylu.

Równie korzystnie, jako alkohol w reakcji transestryfikacji stosuje się alkohol C1-C6, korzystnie alkohol metylowy lub etylowy.

Korzystnie, dodatkowo z wydzielonej frakcji lipofilowej oddestylowuje się ester kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6.

Korzystnie, tłuszcz pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego wybierany jest ze zbioru zawierającego: olej sojowy, olej rzepakowy, olej palmowy, olej słonecznikowy, łój zwierzęcy, masło, przeterminowane masło, tłuszcze posmażalnicze oraz kombinacje wymienionych tłuszczy.

Nieoczekiwanie okazało się, że dodatek alkoholu C1-C6 i/lub zastosowanie niesuszonego oleju roślinnego lub zwierzęcego w reakcji transesteryfikacji katalizowanej kwasami znacznie przyspiesza reakcję transesteryfikacji. Jednocześnie jednak następuje zmiana składu otrzymywanych produktów i jednym z produktów jest glicerol. Tworzący się glicerol oraz nadmiar alkoholu oraz zastosowany katalizator kwasowy tworzą frakcję wydzielającą się z estrów alkilowych kwasów tłuszczowych łatwą do oddzielenia. Warstwa estrów kwasów tłuszczowych zawiera dodatkowo nieprzereagowany ester kwasu karboksylowego C1-C7 i małe ilości katalizatora kwasowego oraz alkoholu C1-C6. Katalizator kwasowy oraz alkohol można łatwo oddzielić z warstwy estrów kwasów tłuszczowych przez przemycie wodą. Zawarty w warstwie estrów kwasów tłuszczowych nieprzereagowany ester kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, korzystnie octanu metylu lub octanu etylu, nie wpływa w istotny sposób na właściwości paliwowe ostatecznego produktu. Jednocześnie okazało się, że współwystępowanie w produkcie końcowym niskocząsteczkowego estru alkilowego kwasu karboksylowego C1-C7 i alkohoPL 217 587 B1 lu C1-C6, korzystnie octanu metylu lub octanu etylu, zwiększa rozpuszczalność estrów alkilowych nasyconych kwasów tłuszczowych, zapobiegając ich wypadaniu z otrzymywanego biopaliwa. Okazało się również, że otrzymane nowe komponenty biopaliwa spełniają wymagania techniczne do stosowania jako biopaliwo do silników wysokoprężnych lub do stosowania jako dodatki do petrochemicznego oleju napędowego. W alternatywnym postępowaniu ester kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, może być oddestylowany, w wyniku czego otrzymuje się czyste estry alkilowe kwasów tłuszczowych.

Szczególnie korzystną realizację wynalazku stanowi sposób otrzymywania nowego komponentu biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym, zawierającego estry alkoholi jednowodorotlenowych C1-C6, korzystnie octanu metylu lub octanu etylu, z kwasami tłuszczowymi pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego w ilości 50-99% wagowych, niskocząsteczkowe estry alkilowe kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6 w ilości 1-50% wagowych, który otrzymuje się przez reakcję tłuszczu roślinnego i/lub zwierzęcego z estrem kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, wziętych w stosunku molowym odpowiednio od 10:1 do 1:9 oraz estru kwasu karboksylowego i odpowiedniego alkoholu C1-C6, w stosunku molowym od 20:1 do 1:9 wobec katalizatora o charakterze kwaśnym, prowadzonej w temperaturze w zakresie od 25°C do temperatury wrzenia mieszaniny reakcyjnej, a następnie, po oziębieniu oddzieleniu frakcji katalizatora kwaśnego, gliceryny i alkoholu. Wydzielona frakcja katalizatora kwaśnego, gliceryny oraz alkoholu może być użyta do reakcji acyIowania kwasem octowym lub bezwodnikiem octowym do wytworzenia triacetiny z gliceryny oraz odpowiedniego octanu alkoholu.

Stwierdzono, że współwystępowanie niskocząsteczkowych estrów alkilowych, w tym octanu metylu lub octanu etylu szczególnie korzystnie wpływa na charakterystykę biopaliwa otrzymywanych z tłuszczy zawierających kwasy nasycone.

Sposób według wynalazku otrzymywania biopaliwa zilustrowano w poniższych przykładach.

P r z y k ł a d I (porównawczy). Do 10 części wagowych surowego oleju rzepakowego w temperaturze 30°C dodano 4 części wagowe octanu metylu oraz 2 części wagowe metanolu oraz 1 część wagową kwasu toluenosulfonowego. Reakcję prowadzono w temperaturze wrzenia mieszaniny reakcyjnej przez 40 minut, a następnie oziębiono mieszaninę reakcyjną. Mieszanina reakcyjna rozwarstwia się. Górną fazę oddzielono i przemyto wodą i wysuszono. Oddestylowano octan metylu, który zawrócono do powtórnej reakcji.

P r z y k ł a d II. Do 10 części wagowych oleju palmowego dodano 5 części wagowych octanu etylu i 3 części wagowe alkoholu etylowego i po wymieszaniu w temperaturze w zakresie 20-30°C dodano 1,1 część wagową kwasu toluenosulfonowego. Reakcję prowadzono w temperaturze wrzenia mieszaniny przez 60 minut. Mieszaninę reakcyjną oziębiono do temperatury pokojowej i wytrąconą frakcję kwasu toluenosulfonowego, gliceryny i alkoholu oddzielono. Frakcję estrów kwasów tłuszczowych przemyto wodą i wysuszono. Otrzymany produkt stanowiący komponent biopaliwa zawierający estry etylowe kwasów tłuszczowych oraz octan etylu ma postać ciekłej klarownej jednorodnej mieszaniny o zawartości wolnych kwasów tłuszczowych poniżej 0,2% oraz zawartości fosforu poniżej 0,5 ppm.

P r z y k ł a d III. 20 części wagowych przeterminowanego masła spożywczego wymieszano z 8 częściami wagowymi octanu etylu. Wydzieloną wodę odwirowano. Do fazy organicznej dodano 2 części wagowe kwasu toluenosulfonowego i 4 części wagowe alkoholu etylowego, a powstałą mieszaninę ogrzewano do wrzenia, a następnie prowadzono reakcję w punkcie wrzenia przez 80 minut. Mieszaninę reakcyjną oziębiono do temperatury pokojowej. Wydzieloną frakcję kwasu toluenosulfonowego, gliceryny i alkoholu etylowego odwirowano. Wydzieloną fazę organiczną przemyto dwukrotnie 1 częściami wagowymi wody. Uzyskany produkt wysuszono przez sączenie na sitach molekularnych. Otrzymany produkt stanowiący komponent biopaliwa zawierający estry etylowe kwasów tłuszczowych oraz octan etylu ma postać ciekłej klarownej jednorodnej mieszaniny o zawartości wolnych kwasów tłuszczowych poniżej 0,2% oraz zawartości fosforu poniżej 0,5 ppm.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób otrzymywania komponentu biopaliwa do silników z zapłonem samoczynnym, znamienny tym, że prowadzi się reakcję transestryfikacji pomiędzy tłuszczem pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego oraz nadmiarem molowym niskocząsteczkowego estru alkilowego z dodatkiem

   PL 217 587 B1 alkoholu w obecności katalizatora kwaśnego, korzystnie kwasu toluenosulfonowego, przy czym jako niskocząsteczkowy ester alkilowy stosuje się ester kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, a następnie wydziela się komponent biopaliwa jako frakcję lipofilową, przy czym uzyskiwany komponent biopaliwa zawiera estry alkoholi jednowodorotlenowych C1-C6, zwłaszcza octanu metylu lub octanu etylu, z kwasami tłuszczowymi pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego oraz niskocząsteczkowe estry alkilowe kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6.
2. 2. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że komponent biopaliwa zawiera estry alkoholi jednowodorotlenowych C1-C6, zwłaszcza octanu metylu lub octanu etylu z kwasami tłuszczowymi, w ilości od 50% do 99% wagowych oraz niskocząsteczkowe estry alkilowe kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, w ilości 1% do 50% wagowych.
3. 3. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako niskocząsteczkowy ester alkilowy kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6, stosuje się związek wybrany z grupy obejmującej: octan metylu i octan etylu.
4. 4. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że jako alkohol w reakcji transestryfikacji stosuje się alkohol C1-C6, korzystnie alkohol metylowy lub etylowy.
5. 5. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że dodatkowo z wydzielonej frakcji lipofilowej oddestylowuje się ester kwasu karboksylowego C1-C7 i alkoholu C1-C6.
6. 6. Sposób według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że tłuszcz pochodzenia roślinnego i/lub zwierzęcego wybierany jest ze zbioru zawierającego: olej sojowy, olej rzepakowy, olej palmowy, olej słonecznikowy, łój zwierzęcy, masło, przeterminowane masło, tłuszcze posmażalnicze oraz kombinacje wymienionych tłuszczy.