JP2009191205A - Fatty acid ester production method and fatty acid ester production apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、脂肪酸エステルの製造方法および脂肪酸エステル製造装置に関するものである。詳しくは、陰イオン交換体を用いた、油脂類とアルコール類とのエステル交換反応による脂肪酸エステルの製造方法および脂肪酸エステル製造装置に関するものである。 The present invention relates to a fatty acid ester production method and a fatty acid ester production apparatus. Specifically, the present invention relates to a fatty acid ester production method and a fatty acid ester production apparatus by an ester exchange reaction between fats and oils using an anion exchanger.
近年、油脂類とアルコール類とのエステル交換反応によって合成される脂肪酸エステル(バイオディーゼル燃料用脂肪酸エステル)が、バイオディーゼル燃料として注目されている。このバイオディーゼル燃料は、従来の石油系ディーゼル燃料(軽油)に比べて、燃焼した際の排ガスがクリーンであること、一酸化炭素、炭化水素、粒子状物質等の排出量が減少すること、排出ガス中に硫黄酸化物や硫酸塩を含まないこと、潤滑性能が高いことなどの多くの利点を有している。また、環境汚染の一因となる廃食用油からも合成できるため、環境調和型の廃棄物処理技術としても期待されている。 In recent years, fatty acid esters (fatty acid esters for biodiesel fuel) synthesized by transesterification of fats and oils and alcohols have attracted attention as biodiesel fuel. Compared with conventional petroleum diesel fuel (light oil), this biodiesel fuel has cleaner exhaust gas, reduced emissions of carbon monoxide, hydrocarbons, particulate matter, etc. It has many advantages such as the absence of sulfur oxides and sulfates in the gas and high lubrication performance. In addition, since it can be synthesized from waste cooking oil that contributes to environmental pollution, it is also expected as an environmentally friendly waste treatment technology.
また、前記のバイオディーゼル燃料は、どんなディーゼルエンジンにもそのまま使用することができるという利点を有する。また、環境汚染の一因となる廃食用油を原料として用いることもできるため、環境負荷を二重に減らすことができるバイオマス原料である。アメリカやヨーロッパでは、既に、石油系ディーゼル燃料に1〜20%程度バイオディーゼル燃料を混合したものが使用されはじめており、それだけでも、高潤滑性のためにエンジンに与える負荷が軽減し、かつ、環境や健康に与える負荷も隠滅していることが報告されている。このように、あらゆる点で石油系ディーゼル燃料よりも優れたバイオディーゼル燃料を積極的に利用しようとする動きは、近年徐々に活発化している。 Moreover, the said biodiesel fuel has the advantage that it can be used for any diesel engine as it is. Moreover, since waste edible oil that contributes to environmental pollution can also be used as a raw material, it is a biomass raw material that can double the environmental burden. In the United States and Europe, oil diesel fuel mixed with about 1 to 20% biodiesel fuel has already begun to be used, and that alone reduces the load on the engine due to its high lubricity, and the environment. It has been reported that the burden on health and health is also lost. Thus, the movement to actively use biodiesel fuel, which is superior to petroleum diesel fuel in all respects, has been gradually activated in recent years.
しかし、これらバイオディーゼル燃料は、石油系ディーゼル燃料よりも高コストであることが大きな課題となっている。現在の製造プロセスでは、バイオディーゼル燃料は、通常、植物油の主成分であるトリグリセリドとアルコール類とのエステル交換反応によって合成がされるが、この合成の際の触媒として、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムのような均相アルカリが用いられている。前記の合成においては、回分式反応がもっぱら用いられるため、製造装置が非効率であると共に、前記触媒の分離のためのコストが付加され、バイオディーゼル燃料のコストは、一般に軽油よりも高いものとなっているのである。 However, these biodiesel fuels have a big problem that they are more expensive than petroleum-based diesel fuels. In the current production process, biodiesel fuel is usually synthesized by transesterification of triglyceride, which is the main component of vegetable oil, with alcohols. As a catalyst for this synthesis, sodium hydroxide or potassium hydroxide is used as a catalyst. A soaking alkali such as is used. In the synthesis described above, since a batch reaction is exclusively used, the production apparatus is inefficient and the cost for separating the catalyst is added, and the cost of biodiesel fuel is generally higher than that of light oil. It has become.
バイオディーゼル燃料となる脂肪酸エステルの製造に用いられる不均相触媒としては、エステル交換反応の触媒活性を有するイオン交換樹脂が有効であることが知られている(非特許文献1)。イオン交換樹脂は、酵素触媒よりも安価で活性が安定である利点に加え、遊離のOH基も持たないため副反応である鹸化が生じないなどの利点を有する。しかし、バイオディーゼル燃料として脂肪酸エステルの製造に用いられたイオン交換樹脂は、その使用により触媒性能が劣化することは避けられず、工業的な利用のためには、触媒性能を回復する再生する必要がある(特許文献1)。従って、不均相固体触媒を使用してバイオディーゼル燃料を製造するためには、脂肪酸エステル生成反応とイオン交換樹脂再生反応を効率よく行い、大量のバイオディーゼル燃料を製造するためのシステムの構築が望まれていた。 It is known that an ion-exchange resin having a catalytic activity for transesterification is effective as a heterogeneous phase catalyst used in the production of a fatty acid ester to be a biodiesel fuel (Non-patent Document 1). In addition to the advantage of being cheaper and more stable than the enzyme catalyst, the ion exchange resin has the advantage that saponification, which is a side reaction, does not occur because it does not have a free OH group. However, the ion exchange resin used for the production of fatty acid esters as biodiesel fuel inevitably deteriorates the catalyst performance due to its use. For industrial use, it is necessary to regenerate the catalyst performance. (Patent Document 1). Therefore, in order to produce biodiesel fuel using a heterogeneous solid catalyst, it is necessary to construct a system for producing a large amount of biodiesel fuel by efficiently performing a fatty acid ester production reaction and an ion exchange resin regeneration reaction. It was desired.
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、不均相固体触媒を使用して大量のバイオディーゼル燃料を製造するのに適した効率的な脂肪酸エステルの製造方法、および製造装置を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above problems, and provides an efficient fatty acid ester production method and production apparatus suitable for producing a large amount of biodiesel fuel using a heterogeneous solid catalyst. The purpose is to do.
バイオディーゼル燃料を製造する過程においては、不溶性触媒を充填したカラムの一方から原料である油脂と低級アルコール類を連続的に供給し、流通下にエステル反応を行って、カラムの他方から生成物を抜き出す方法が効率的である。陰イオン交換体を触媒とするエステル交換反応においては、活性形の触媒を充填したカラムに、原料である油脂及び低級アルコール類を負荷すると、エステル交換反応によって脂肪酸エステルが生成するとともに、触媒の対イオンが活性形から不活性形である脂肪酸イオン形に徐々に変化していく。すなわち、原料供給とともに、カラム入り口において不活性形の比率が増大し、カラム出口に向けて不活性形の分布が進行してゆくことが見出された。不活性形の発生機構の詳細は不明であるが、不活性形となった触媒は、活性形に再変換する工程、すなわち再生によって再度エステル交換反応に供することができる。この場合、単一のカラムを反応器として使用すると、再生を行う工程では、エステル交換反応が中断され、効率的な製造を継続することが困難である。 In the process of producing biodiesel fuel, fats and lower alcohols as raw materials are continuously supplied from one of the columns packed with an insoluble catalyst, and an ester reaction is conducted under the flow, and the product is supplied from the other column. The extraction method is efficient. In a transesterification reaction using an anion exchanger as a catalyst, when a fat and oil and lower alcohols as raw materials are loaded onto a column packed with an active catalyst, a fatty acid ester is produced by the transesterification reaction, and a pair of catalysts. The ions gradually change from the active form to the inactive form of fatty acid ions. That is, it was found that the inert form ratio increased at the column inlet with the feed of the raw material, and the distribution of the inactive form progressed toward the column outlet. Although the details of the mechanism of generation of the inactive form are unclear, the catalyst in the inactive form can be subjected to transesterification again by the step of reconverting to the active form, that is, regeneration. In this case, when a single column is used as a reactor, the transesterification reaction is interrupted in the regeneration step, and it is difficult to continue efficient production.
本発明者らは鋭意検討を進めた結果、上記エステル交換反応における不活性形触媒の発生現象が、物質変換を伴わない多成分系の競争吸着過程と類似であり、複数のカラムを逐次再生して反応に使用することで連続的なエステル交換反応を行うことが可能であることを見出した。
さらに、本発明者らは、不活性形の発生による触媒層の活性低下はカラム入り口付近が特に顕著であり、この部分を優先的に活性形に再生することによって再生工程を効率化することができ、一方、カラム後方部分には比較的高密度で活性形が存在するため、引き続きエステル化反応に供することで、残余の活性形をエステル化反応に有効に利用することが可能となることを見出し、本発明を完成した。
As a result of diligent investigations, the present inventors have found that the phenomenon of generation of an inactive catalyst in the transesterification reaction is similar to the multi-component competitive adsorption process without substance conversion, and a plurality of columns are successively regenerated. It was found that a continuous transesterification reaction can be carried out by using it in the reaction.
Furthermore, the present inventors show that the decrease in the activity of the catalyst layer due to the generation of the inactive form is particularly remarkable in the vicinity of the column inlet, and it is possible to improve the efficiency of the regeneration process by preferentially regenerating this part into the active form. On the other hand, since the active form exists at a relatively high density in the rear part of the column, the remaining active form can be effectively used for the esterification reaction by continuing the esterification reaction. The headline and the present invention were completed.
即ち、本発明の要旨は、油脂類とアルコール類とのエステル交換反応による脂肪酸エステルの製造方法であって、脂肪酸エステル生成工程(A工程)、および陰イオン交換体再生工程(B工程)を行う単位を複数有し、前記単位の1以上で前記A工程を行う間、前記単位の他の1以上で前記B工程を行うものであり、各々の単位内で前記A工程と前記B工程とを交互に行うことにより、連続的に脂肪酸エステルを生成し、前記A工程は、前記油脂類およびアルコール類を、前記油脂類、アルコール類および脂肪酸エステルに不溶性の陰イオン交換体に接触させる工程を含み、前記B工程は、前記陰イオン交換体の対イオンの置換を行なう再生工程を含むことを特徴とする、脂肪酸エステルの製造方法に存する(請求項1)。 That is, the gist of the present invention is a method for producing a fatty acid ester by a transesterification reaction between fats and alcohols and performing a fatty acid ester production step (A step) and an anion exchanger regeneration step (B step). While having a plurality of units and performing the A step with one or more of the units, the B step is performed with one or more of the units, and the A step and the B step are performed in each unit. By alternately performing, the fatty acid ester is continuously produced, and the step A includes a step of bringing the fats and alcohols into contact with an anion exchanger insoluble in the fats and oils, alcohols and fatty acid esters. The step B resides in a method for producing a fatty acid ester, characterized in that it comprises a regeneration step of substituting the counter ion of the anion exchanger (claim 1).
このとき、前記B工程が、
(1)前記陰イオン交換体を弱酸溶液により洗浄する置換工程と、
(2)アルカリ溶液により、該置換工程で洗浄した陰イオン交換体の対イオンの置換を行なう活性化工程と、
(3)活性化工程で対イオンの置換を行なった陰イオン交換体を溶媒により膨潤させる膨潤工程とを有する
ことが好ましい(請求項2)。
At this time, the step B is
(1) a substitution step of washing the anion exchanger with a weak acid solution;
(2) an activation step of replacing the counter ion of the anion exchanger washed in the replacement step with an alkaline solution;
(3) It is preferable to have a swelling step in which the anion exchanger that has been subjected to substitution of the counter ion in the activation step is swollen with a solvent (claim 2).
本発明の別の要旨は、油脂類とアルコール類とのエステル交換反応を用いた脂肪酸エステル製造装置であって、
2以上の口を形成された容器であって、前記油脂類、アルコール類および脂肪酸エステルに不溶性の陰イオン交換体を内部に有し、脂肪酸エステル生成反応(A反応)、および陰イオン交換体再生反応(B反応)が行われる複数の容器と、
前記容器の1以上で前記A反応が行われる間、前記容器の他の1以上で前記B反応が行われるよう制御する機構と、
各々の前記容器内でA反応とB反応を交互に行うよう制御する機構と、
前記容器で前記A反応が行われる時に、前記容器の一方の口から前記油脂類およびアルコール類を流入させ、他方の口から生成した脂肪酸エステルを流出させる機構と
を備えたことを特徴とする、脂肪酸エステル製造装置に存する(請求項3)。
Another gist of the present invention is a fatty acid ester production apparatus using a transesterification reaction between oils and fats and alcohols,
A container having two or more ports formed therein, and having an anion exchanger insoluble in the oils and fats, alcohols and fatty acid esters therein, fatty acid ester production reaction (A reaction), and anion exchanger regeneration A plurality of containers in which a reaction (B reaction) is performed;
A mechanism for controlling the B reaction to occur in one or more of the other containers while the A reaction is performed in one or more of the containers;
A mechanism for controlling the A reaction and the B reaction alternately in each container;
When the A reaction is performed in the container, the oil and fats and alcohols are allowed to flow in from one mouth of the container, and a fatty acid ester generated from the other mouth is flown out. It exists in the fatty acid ester manufacturing apparatus (Claim 3).
このとき、本発明の脂肪酸エステル製造装置は、前記容器で前記B反応が行われる時に、前記容器の一方の口から弱酸溶液および/またはアルカリ溶液を流入させ、他方の口から前記弱酸溶液および/またはアルカリ溶液を含む排出液を流出させる機構を備えることが好ましい(請求項4)。 At this time, when the B reaction is performed in the container, the fatty acid ester production apparatus of the present invention allows a weak acid solution and / or an alkaline solution to flow from one mouth of the container and the weak acid solution and / or from the other mouth. Alternatively, it is preferable to provide a mechanism for discharging the discharged liquid containing the alkaline solution.
また、本発明の脂肪酸エステル製造装置は、前記A反応が行われる2以上の容器を一方の口と他方の口とを通じて直列に接続するとともに、接続された容器で前記B反応を行う際に前記接続から当該容器を外し、接続されていない容器で前記A反応を行う際に前記接続に当該容器を追加する機構を備えることが好ましい(請求項5)。 Moreover, the fatty acid ester production apparatus of the present invention connects two or more containers in which the A reaction is performed in series through one port and the other port, and performs the B reaction in a connected container. It is preferable to provide a mechanism for removing the container from the connection and adding the container to the connection when the reaction A is performed in an unconnected container.
さらに、本発明の脂肪酸エステル製造装置は、前記B反応を行うべく前記接続から容器を外す際には前記接続の最上流の容器を外すとともに、前記A反応を行うべく前記接続に容器を追加する際には前記接続の最下流に容器を接続する機構を備えることがより好ましい(請求項6)。
また、本発明の脂肪酸エステル製造装置は、前記接続に追加される容器が有する陰イオン交換体の総体積と、前記接続から外される容器が有する陰イオン交換体の総体積とが、実質的に等しいことが好ましい(請求項7)。
Furthermore, when removing the container from the connection to perform the B reaction, the fatty acid ester production apparatus of the present invention removes the most upstream container of the connection and adds a container to the connection to perform the A reaction. In some cases, it is more preferable to provide a mechanism for connecting the container to the most downstream side of the connection.
In the fatty acid ester production apparatus of the present invention, the total volume of the anion exchanger included in the container added to the connection and the total volume of the anion exchanger included in the container removed from the connection are substantially equal. Is preferably equal to (claim 7).
本発明によれば、下記の利点のうち少なくとも一つが得られることにより、不均相固体触媒を使用して大量の脂肪酸エステルを効率的に製造することができる。
(1)反応が連続的に行われ、効率的である。
(2)生成物と触媒の分離工程が不要である。
(3)触媒再生のための装置を要さない。
(4)触媒をカラムから取り出すことなく反応及び再生工程に供される。
(5)活性が低下した触媒部分のみ再生することができ、再生薬剤の効率がよい。
According to the present invention, by obtaining at least one of the following advantages, a large amount of fatty acid ester can be efficiently produced using a heterogeneous solid catalyst.
(1) The reaction is performed continuously and is efficient.
(2) A product and catalyst separation step is not required.
(3) An apparatus for catalyst regeneration is not required.
(4) The catalyst is used for the reaction and regeneration step without removing it from the column.
(5) Only the catalyst portion having reduced activity can be regenerated, and the efficiency of the regenerated drug is good.
以下、本発明について例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下の例示物等に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and the like. However, the present invention is not limited to the following examples and the like, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
本発明の脂肪酸エステルの製造方法(以下、「本発明の製造方法」ということがある)は、油脂類とアルコール類とのエステル交換反応による脂肪酸エステルの製造方法であって、少なくとも、脂肪酸エステル生成工程(以下「A工程」ということがある)と、陰イオン交換体再生工程(以下「B工程」ということがある)とを行う。 The method for producing a fatty acid ester of the present invention (hereinafter sometimes referred to as “the production method of the present invention”) is a method for producing a fatty acid ester by an ester exchange reaction between fats and oils, and at least producing a fatty acid ester. A process (hereinafter also referred to as “A process”) and an anion exchanger regeneration process (hereinafter also referred to as “B process”) are performed.
[A.脂肪酸エステル生成工程(A工程)]
A工程では、少なくとも、油脂類およびアルコール類を陰イオン交換体に接触させる工程を行う。通常、陰イオン交換体が保持された容器(単位)に油脂類及びアルコール類を流通させることで前記の接触を行う。これにより、陰イオン交換体の存在下、油脂類とアルコール類とが反応し、脂肪酸エステルが生成する。
[A. Fatty acid ester production process (process A)]
In step A, at least a step of bringing oils and alcohols and alcohols into contact with the anion exchanger is performed. Usually, said contact is performed by distribute | circulating fats and oils and the alcohol to the container (unit) with which the anion exchanger was hold | maintained. Thereby, fats and oils and alcohol react in presence of an anion exchanger, and fatty acid ester produces | generates.
[A−1.陰イオン交換体]
本発明に係る陰イオン交換体は、A工程において不均相触媒として作用するものであり、原料である油脂類およびアルコール類、並びに、生成物である脂肪酸エステルに不溶性のものであればその種類は任意である。なお、ここで油脂類、アルコール類、及び脂肪酸エステルに不溶性であるとは、陰イオン交換体が油脂類、アルコール類、及び脂肪酸エステルに対して実質的に溶解しないことをいう。例えば、クロマトグラフィー等の分析装置を用いて数ppmレベルの溶出物が確認される程度のものが該当し、ジビニルベンゼン等で架橋されたポリスチレン、及び、ポリアクリル酸、架橋ポリ(メタ)アクリル酸エステル、フェノール樹脂等の合成高分子;セルロース等の天然に生産される多糖類の架橋体等を担体(ベース)としたイオン交換体が挙げられる。中でも合成高分子が好ましく、架橋ポリスチレンが更に好ましい。
[A-1. Anion exchanger]
The anion exchanger according to the present invention acts as a heterogeneous phase catalyst in the step A, and if it is insoluble in the raw material oils and alcohols and the product fatty acid ester, the kind thereof Is optional. Here, being insoluble in fats and oils, alcohols and fatty acid esters means that the anion exchanger is not substantially dissolved in fats and oils, alcohols and fatty acid esters. For example, those that can be confirmed to have an eluate of several ppm level using an analyzer such as chromatography, and polystyrene cross-linked with divinylbenzene, polyacrylic acid, cross-linked poly (meth) acrylic acid Examples include synthetic polymers such as esters and phenol resins; ion exchangers using a crosslinked body of a naturally produced polysaccharide such as cellulose as a carrier (base). Of these, synthetic polymers are preferred, and crosslinked polystyrene is more preferred.
本発明に係る陰イオン交換体としては、例えば、陰イオン交換樹脂、陰イオン交換膜等が挙げられる。なお、イオン交換体は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で使用してもよい。 Examples of the anion exchanger according to the present invention include an anion exchange resin and an anion exchange membrane. In addition, an ion exchanger may use only 1 type and may use 2 or more types by arbitrary combinations and a ratio.
陰イオン交換体の中でも陰イオン交換樹脂が好ましい。また、陰イオン交換樹脂は、例えば強塩基性陰イオン交換樹脂、弱塩基性陰イオン交換樹脂などが挙げられるが、中でも強塩基性陰イオン交換樹脂が好ましい。
本発明に係る強塩基性陰イオン交換樹脂の例を市販品の中で挙げると、例えば、ダイヤイオンSA20A(三菱化学社製)、ダイヤイオンSA21A(三菱化学社製)、ダイヤイオンPA308(三菱化学社製)、ダイヤイオンPA306S(三菱化学社製)、ダイヤイオンPA408(三菱化学社製)、ダイヤイオンPA412(三菱化学社製)、ダイヤイオンPA418(三菱化学社製)、ダイヤイオンHPA25(三菱化学社製)などを用いることができる。
Among the anion exchangers, an anion exchange resin is preferable. Examples of the anion exchange resin include a strong basic anion exchange resin and a weak basic anion exchange resin. Among them, a strong basic anion exchange resin is preferable.
Examples of strongly basic anion exchange resins according to the present invention include, for example, Diaion SA20A (Mitsubishi Chemical Corporation), Diaion SA21A (Mitsubishi Chemical Corporation), Diaion PA308 (Mitsubishi Chemical). Diaion PA306S (Mitsubishi Chemical), Diaion PA408 (Mitsubishi Chemical), Diaion PA412 (Mitsubishi Chemical), Diaion PA418 (Mitsubishi Chemical), Diaion HPA25 (Mitsubishi Chemical) Etc.) can be used.
強塩基性陰イオン交換樹脂は、対イオンが活性形としてエステル交換反応に使用される。活性形としては水酸化物形が好ましい。しかし市販の強塩基性陰イオン交換樹脂では対イオンが通常は塩化物形となっているため、購入した強塩基性陰イオン交換樹脂は水酸化物形に置換してから使用することが好ましい。水酸化物形への置換の条件としては、例えば、置換剤には0.5〜2モル/Lの水酸化ナトリウム水溶液が用いられ、置換剤の通液速度は、陰イオン交換樹脂1L当たり、1〜10L/時間程度が好ましい。通液量は陰イオン交換樹脂1Lあたり通常5〜20L使用される。また、置換終了後、強塩基性陰イオン交換樹脂は通常は充分水洗し、所定のアルコール類で洗浄してから使用する。 Strongly basic anion exchange resins are used in transesterification reactions with the counter ion as the active form. The active form is preferably a hydroxide form. However, since a commercially available strong base anion exchange resin usually has a counter ion in a chloride form, it is preferable to use the purchased strong base anion exchange resin after replacing it with a hydroxide form. As the conditions for substitution into the hydroxide form, for example, a 0.5 to 2 mol / L aqueous sodium hydroxide solution is used as the substitution agent, and the flow rate of the substitution agent is 1 L of anion exchange resin. About 1 to 10 L / hour is preferable. The liquid flow rate is usually 5 to 20 L per 1 L of anion exchange resin. Further, after the substitution is completed, the strongly basic anion exchange resin is usually washed thoroughly with water and washed with a predetermined alcohol.
また、本発明に係る強塩基性陰イオン交換樹脂の形状は、その使用形態に応じて、膜状、粒子状など、任意である。ただし、中でも、粒子状が好ましい。また、粒子状である場合、その粒径に制限は無いが、通常10μm以上、中でも50μm以上、特には150μm以上が好ましく、通常2mm以下である。粒径が小さすぎると通液抵抗が大きくなるなどの工業上の不利益が生じる可能性があり、大きすぎると粒子内の物質拡散が不十分で反応効率が低下する可能性がある。なお、強塩基性陰イオン交換樹脂の粒径は、光学顕微鏡による計測やレーザー法などの機械的計測により測定できる。 In addition, the shape of the strongly basic anion exchange resin according to the present invention is arbitrary, such as a film shape or a particle shape, depending on the usage pattern. However, among these, the particulate form is preferable. Moreover, when it is a particulate form, there is no restriction | limiting in the particle size, Usually, 10 micrometers or more, Especially 50 micrometers or more, Especially 150 micrometers or more are preferable, and it is 2 mm or less normally. If the particle size is too small, there may be industrial disadvantages such as increased liquid flow resistance. If the particle size is too large, the substance diffusion in the particles may be insufficient and the reaction efficiency may be lowered. The particle size of the strongly basic anion exchange resin can be measured by measurement using an optical microscope or mechanical measurement such as a laser method.
なお、本発明に係る強塩基性陰イオン交換樹脂は、それを脂肪酸エステルの製造に用いる場合、及び、それを再生する場合のいずれにおいても、1種のみを用いるようにしてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用するようにしてもよい。 In addition, the strong basic anion exchange resin according to the present invention may be used alone or both in the case of using it for the production of fatty acid ester and in the case of regenerating it. You may make it use the above together by arbitrary combinations and ratios.
本発明の製造方法での陰イオン交換体の使用量は、脂肪酸エステルの生成反応(即ち、油脂類を加アルコール分解するエステル交換反応)が進行する限り任意である。ただし、陰イオン交換体1リットル当たりの油脂類の通液量が、通常0.1kg/時間以上、中でも0.5kg/時間以上となるようにすることが好ましく、また、通常50kg/時間以下、中でも30kg/時間以下となるようにすることが好ましい。
なお、本発明に係る陰イオン交換体は、使用後、B工程において再生され、再度使用されることになる。
The amount of the anion exchanger used in the production method of the present invention is arbitrary as long as the fatty acid ester formation reaction (that is, the transesterification reaction for the alcoholysis of fats and oils) proceeds. However, the amount of oil / fat per liter of anion exchanger is usually 0.1 kg / hour or more, preferably 0.5 kg / hour or more, and usually 50 kg / hour or less, In particular, it is preferable to be 30 kg / hour or less.
In addition, the anion exchanger according to the present invention is regenerated in Step B after use and used again.
[A−2.油脂類]
油脂類は本発明の製造方法における反応基質のひとつである。油脂類の種類に制限は無く、例えば、天然油脂、合成油脂及びこれらの混合物などを任意に用いることができる。その具体例を挙げると、大豆油、ヤシ油、パーム油、パーム核油、米糠油、トウモロコシ油、ラッカセイ油、ヒマワリ油、オリーブ油、サフラワー油、ココナッツ油、カシ油、アーモンド油、クログルミ油、アンズの仁油、ココアバター油、大風子油、紅花油、シナ脂、アマニ油、綿実油、ナタネ油、キリ油、ヒマシ油、綿実ステアリン、ゴマ油等の植物系油脂;ラード油、ニワトリ油、バター油、タラ肝油、鹿脂、イルカ脂、イワシ油、サバ油、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、牛脂、牛骨脂などの動物系油脂;レストラン、食品工場、一般家庭等から廃棄される植物油;などが挙げられる。また、これらの油脂類を単独あるいは混合した油脂、ジグリセリドやモノグリセリドを含む油脂、合成されたトリグリセリド、モノグリセリド及び/又はジグリセリドを含む合成トリグリセリド、並びに、これらの油脂類の一部を酸化又は還元等の処理をして変性した変性油脂も用いることができる。さらに、これらの油脂類を主成分とする油脂加工品及び廃品油脂類も反応基質として使用することができる。なお、油脂類は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[A-2. Oils and Fats]
Fats and oils are one of the reaction substrates in the production method of the present invention. There is no restriction | limiting in the kind of fats and oils, For example, natural fats and oils, synthetic fats and oils, a mixture thereof, etc. can be used arbitrarily. Specific examples include soybean oil, palm oil, palm oil, palm kernel oil, rice bran oil, corn oil, peanut oil, sunflower oil, olive oil, safflower oil, coconut oil, oak oil, almond oil, black walnut oil, Vegetable oils such as apricot oil, cocoa butter oil, safflower oil, safflower oil, linseed oil, flaxseed oil, cottonseed oil, rapeseed oil, kiri oil, castor oil, cottonseed stearin, sesame oil; lard oil, chicken oil, Butter oil, cod liver oil, deer oil, dolphin oil, sardine oil, mackerel oil, horse fat, pork fat, bone oil, sheep fat, cow leg oil, murine dolphin oil, shark oil, sperm whale oil, whale oil, beef tallow, cow Animal fats and oils such as bone fat; vegetable oils discarded from restaurants, food factories, general households, etc. In addition, fats and oils containing these fats and oils alone or mixed, fats and oils containing diglycerides and monoglycerides, synthesized triglycerides, synthetic triglycerides containing monoglycerides and / or diglycerides, and some of these fats and oils are oxidized or reduced, etc. Modified oils and fats modified by treatment can also be used. Furthermore, the processed fats and oils and waste oils and fats which have these fats and oils as a main component can also be used as a reaction substrate. In addition, fats and oils may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
ところで、油脂類中には、油脂類以外の異物成分が混入していている場合がある。具体例を挙げると、油脂類には、原油、重油、軽油、鉱物油、精油、石炭、脂肪酸、糖類、金属粉、金属塩、タンパク質、アミノ酸、炭化水素、コレステロール、フレーバー、色素化合物、酵素、香料、アルコール、繊維、樹脂、ゴム、塗料、セメント、洗剤、芳香物化合物、脂肪族化合物、すす、ガラス、土砂、含窒素化合物、含硫黄化合物、含リン化合物、含ハロゲン化合物などが混入している場合がある。これらの異物成分は、油脂類中に存在したままであってもよいが、好ましくは、例えば、沈降、濾過、分液などにより除去したのち、油脂類を反応に供することが好ましい。 By the way, foreign substances other than fats and oils may be mixed in fats and oils. Specific examples include fats and oils, crude oil, heavy oil, light oil, mineral oil, essential oil, coal, fatty acid, sugar, metal powder, metal salt, protein, amino acid, hydrocarbon, cholesterol, flavor, pigment compound, enzyme, Perfume, alcohol, fiber, resin, rubber, paint, cement, detergent, aromatic compound, aliphatic compound, soot, glass, earth and sand, nitrogen-containing compound, sulfur-containing compound, phosphorus-containing compound, halogen-containing compound, etc. There may be. These foreign components may remain present in the fats and oils, but preferably, the fats and oils are subjected to the reaction after being removed, for example, by sedimentation, filtration, liquid separation or the like.
[A−3.アルコール類]
アルコール類は本発明の製造方法における反応基質のひとつである。アルコール類の種類にも制限は無く、任意のものを用いることができる。
ただし、アルコール類の中でも、炭素数が、通常8以下、好ましくは5以下のものが好適に用いられる。炭素数が大きすぎると反応混合物からの分離回収が難しいなど操作上の難点を生むとともに本発明の構成要素である置換工程の効率を阻害する可能性があるためである。なお、炭素数の下限は、1以上である。
[A-3. Alcohol]
Alcohols are one of the reaction substrates in the production method of the present invention. There is no restriction | limiting in the kind of alcohol, Arbitrary things can be used.
However, among alcohols, those having a carbon number of usually 8 or less, preferably 5 or less are suitably used. This is because if the carbon number is too large, it may cause operational difficulties such as difficulty in separation and recovery from the reaction mixture, and may inhibit the efficiency of the substitution step, which is a component of the present invention. In addition, the minimum of carbon number is 1 or more.
また、アルコール類の炭化水素骨格は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよいが、飽和していることが好ましい。炭素鎖が不飽和である場合には、反応阻害となる酸化変成物を与えやすい、融点が高く取扱いにくい、得られる脂肪酸エステルの燃焼時の条件が厳しいなどの可能性があるためである。 The hydrocarbon skeleton of alcohols may be linear or branched, but is preferably saturated. This is because when the carbon chain is unsaturated, there is a possibility that an oxidative modification product that inhibits the reaction is easily provided, the melting point is high and the handling is difficult, and the conditions at the time of combustion of the resulting fatty acid ester are severe.
アルコール類の例を挙げると、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、t−ブチルアルコールなどが挙げられる。
中でも、入手の容易性及び得られる脂肪酸エステルの利用性の観点から、メタノール及び/又はエタノールを使用することが好ましい。
Examples of alcohols include methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, n-butyl alcohol, t-butyl alcohol and the like.
Especially, it is preferable to use methanol and / or ethanol from the viewpoint of availability and availability of the resulting fatty acid ester.
また、アルコール類は、1種のみで用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
なお、本発明の製造方法において、アルコール類は、油脂類を加アルコール分解(エステル交換反応)する反応基質として作用するほか、油脂類の希釈や粘度を調節するための溶媒作用も併せ有するものである。
Moreover, alcohols may be used only by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
In the production method of the present invention, alcohols act as reaction substrates for the alcoholysis (transesterification reaction) of fats and oils, and also have a solvent action for adjusting the dilution and viscosity of fats and oils. is there.
[A−4.油脂類とアルコール類とのモル比]
反応に供するアルコール類のモル数に対する油脂類のモル数の比率は、脂肪酸エステルの生成反応が進行する限り任意であるが、通常1/30以上、中でも1/20以上、更には1/15以上が好ましく、また、通常1/1以下、中でも1/2以下、更には1/3以下が好ましい。油脂類の量が多すぎると相対的にアルコール量が少なくなり、結果的に反応物の容量が著しく少なくなるなど、良好に反応を行なうことができなくなる可能性がある。一方、油脂類が少な過ぎても平衡反応が加アルコール分解側に進まず、また、アルコール類に溶解しない油脂類単独の相が生成し、二相系となる場合があり、十分な反応速度を得ることができなくなる可能性がある。油脂類とアルコール類は、両者の混合物として均一相を形成することが好ましい。
[A-4. Molar ratio of fats and alcohols]
The ratio of the number of moles of fats and oils to the number of moles of alcohol used for the reaction is arbitrary as long as the fatty acid ester formation reaction proceeds, but usually 1/30 or more, particularly 1/20 or more, more preferably 1/15 or more. Moreover, it is usually 1/1 or less, particularly preferably 1/2 or less, and further preferably 1/3 or less. If the amount of fats and oils is too large, the amount of alcohol is relatively small, and as a result, the volume of the reaction product is remarkably reduced. On the other hand, even if there are too few fats and oils, the equilibrium reaction does not proceed to the alcohololysis side, and a single phase of fats and oils that do not dissolve in alcohols may be generated, resulting in a two-phase system, and a sufficient reaction rate is achieved. You may not be able to get it. The fats and alcohols preferably form a homogeneous phase as a mixture of both.
[A−5.その他の物質]
エステル交換反応において、原料である油脂とアルコール類以外に、反応を阻害しない物質を共存させてもよい。このような物質の例を挙げると、油脂並びにアルコール類と混和し、均一相を形成する物質として、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランなどのエーテル類、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素類などがあげられる。
[A-5. Other substances]
In the transesterification reaction, a substance that does not inhibit the reaction may coexist in addition to the fats and oils and alcohols that are raw materials. Examples of such substances include substances that are mixed with oils and fats and alcohols to form a homogeneous phase, such as ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene.
[A−6.反応条件]
反応温度は、脂肪酸エステルの生成反応が進行する限り、任意である。ただし、通常10℃以上、好ましくは30℃以上であり、また、通常100℃以下、好ましくは70℃以下、より好ましくは60℃以下である。更にその中でも、室温(25℃)付近において、穏やかに反応を進行させることがより好ましい。反応温度が高すぎると陰イオン交換体の耐熱性が不足する可能性があり、また、生成物が着色する可能性がある。一方、反応温度が低すぎると反応速度が小さく十分な生産性が得られない可能性があるためである。
[A-6. Reaction conditions]
The reaction temperature is arbitrary as long as the fatty acid ester formation reaction proceeds. However, it is usually 10 ° C or higher, preferably 30 ° C or higher, and is usually 100 ° C or lower, preferably 70 ° C or lower, more preferably 60 ° C or lower. Furthermore, among them, it is more preferable to allow the reaction to proceed gently at around room temperature (25 ° C.). If the reaction temperature is too high, the heat resistance of the anion exchanger may be insufficient, and the product may be colored. On the other hand, if the reaction temperature is too low, the reaction rate is small and sufficient productivity may not be obtained.
エステル交換反応の反応時間(接触時間)は、反応温度及び陰イオン交換体の使用量にも左右されるが、油脂類の反応率が平衡反応率付近に到達できるように設定することが好ましい。例えば、反応温度を40℃とした場合には、通常5分以上、中でも10分以上が好ましく、また、通常2時間以下、中でも1時間以下が好ましい。なお、上記の平衡反応率は必ずしも100%ではなく、モル比に応じて異なるものである。 The reaction time (contact time) of the transesterification reaction depends on the reaction temperature and the amount of anion exchanger used, but is preferably set so that the reaction rate of fats and oils can reach the equilibrium reaction rate. For example, when the reaction temperature is 40 ° C., it is usually 5 minutes or more, preferably 10 minutes or more, and usually 2 hours or less, preferably 1 hour or less. In addition, said equilibrium reaction rate is not necessarily 100%, but changes according to molar ratio.
エステル交換反応の反応圧力は、脂肪酸エステルの生成反応が進行する限り任意である。常圧下で実施するのが操作上簡便であるが、例えば、必要に応じて1〜10気圧程度に加圧してもよい。 The reaction pressure of the transesterification reaction is arbitrary as long as the fatty acid ester formation reaction proceeds. Although it is easy to operate under normal pressure, for example, the pressure may be increased to about 1 to 10 atm if necessary.
反応基質と、触媒である陰イオン交換体との接触方式は、本発明の製造方法では連続法を採用する。A工程における脂肪酸エステルの生成反応を連続的に行うと共に、後述するB工程についても連続法で行うことにより、本発明の製造方法では、大量の脂肪酸エステルを効率的に製造することができる。 The contact method between the reaction substrate and the anion exchanger as a catalyst employs a continuous method in the production method of the present invention. A large amount of fatty acid ester can be efficiently produced in the production method of the present invention by continuously carrying out the fatty acid ester production reaction in the A step and also carrying out the B step described later by a continuous method.
また、反応系には、脂肪酸エステルの生成反応を阻害しない限り、本発明にかかる陰イオン交換体、反応基質、反応溶媒以外のその他の成分が含まれていても良い。その例を挙げると、油脂類に含有されうる異物成分などが挙げられる。なお、その他の成分は、1種のみが含まれていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含まれていても良い。 In addition, the reaction system may contain other components other than the anion exchanger, the reaction substrate, and the reaction solvent according to the present invention as long as the production reaction of the fatty acid ester is not inhibited. When the example is given, the foreign-material component etc. which may be contained in fats and oils are mentioned. In addition, as for another component, only 1 type may be contained and 2 or more types may be contained by arbitrary combinations and ratios.
[A−7.A工程を行う利点]
上述したA工程によれば、以下のような利点のうち、1又は2以上を得ることができる。
(i)均相アルカリ触媒の課題である触媒分離の工程を削除できる。
(ii)使用する強塩基性陰イオン交換体当たりの脂肪酸エステルの生成量が大きい。
(iii)時間当たりの脂肪酸エステルの生成量が大きい。
(iv)油脂類を高濃度で使用できるので生産性が大きい。
(v)陰イオン交換体は複合金属酸化物よりも一般に安価であり、触媒活性も安定している。
(vi)陰イオン交換体は性能が劣化した場合でも、交換基の再生が容易である。
(vii)特に、本発明に係る強塩基イオン交換樹脂は触媒活性の経時的な低下率が低い。
[A-7. Advantages of performing step A]
According to A process mentioned above, 1 or 2 or more can be acquired among the following advantages.
(I) The step of catalyst separation, which is a problem of a soaking alkali catalyst, can be eliminated.
(Ii) The production amount of fatty acid ester per strong basic anion exchanger to be used is large.
(Iii) The amount of fatty acid ester produced per hour is large.
(Iv) Productivity is high because oils and fats can be used at high concentrations.
(V) Anion exchangers are generally less expensive than complex metal oxides and have stable catalytic activity.
(Vi) Even when the performance of the anion exchanger is deteriorated, the exchange group can be easily regenerated.
(Vii) In particular, the strong base ion exchange resin according to the present invention has a low rate of decrease in catalytic activity over time.
[B.陰イオン交換体再生工程(B工程)]
B工程では、少なくとも、前記陰イオン交換体の対イオンの置換を行なう再生工程を行う。これにより、A工程で使用されることにより活性を失った陰イオン交換体を再生させて、再度A工程に使用できるようにすることができる。また、B工程では、前記再生工程以外の工程を行ってもよい。B工程で行う陰イオン交換体の再生方法の例としては、下記の例が挙げられる。
[B. Anion exchanger regeneration process (process B)]
In step B, at least a regeneration step for replacing the counter ion of the anion exchanger is performed. Thereby, it is possible to regenerate the anion exchanger that has lost its activity by being used in the A process and to use it again in the A process. Further, in step B, steps other than the regeneration step may be performed. Examples of the anion exchanger regeneration method performed in step B include the following examples.
[B−1.陰イオン交換体の再生方法の例]
陰イオン交換体の再生方法の例としては、以下の(1)置換工程、(2)活性化工程、及び、(3)膨潤工程を行なう方法を挙げることができる。
(1)脂肪酸エステルの製造に使用した陰イオン交換体を弱酸溶液により洗浄する置換工程。
(2)アルカリ溶液により、置換工程で洗浄した陰イオン交換体の対イオンの置換を行なう活性化工程。
(3)活性化工程で対イオンの置換を行なった陰イオン交換体を溶媒により膨潤させる膨潤工程。
また、本発明の再生方法では、必要に応じて、置換工程、活性化工程及び膨潤工程以外の工程を行なうことも可能である。
[B-1. Example of anion exchanger regeneration method]
Examples of the method for regenerating the anion exchanger include the following (1) substitution step, (2) activation step, and (3) swelling method.
(1) A substitution step of washing the anion exchanger used for the production of the fatty acid ester with a weak acid solution.
(2) An activation step of replacing the counter ion of the anion exchanger washed in the replacement step with an alkaline solution.
(3) A swelling step in which the anion exchanger that has been subjected to counter ion substitution in the activation step is swollen with a solvent.
In the regeneration method of the present invention, steps other than the substitution step, the activation step, and the swelling step can be performed as necessary.
[B−1−1.置換工程]
本例の置換工程では、脂肪酸エステルの製造に使用した陰イオン交換体を弱酸溶液により洗浄する。これにより、陰イオン交換体に付着した油脂類が除去される。また、A工程においては、エステル交換反応と平衡して加水分解反応も生じ、これにより、遊離脂肪酸が生成する。置換工程では、この遊離脂肪酸も洗浄することができる。即ち、これらの陰イオン交換体に吸着された脂肪酸イオンを弱酸溶液により低級の弱酸イオンに置換して、除去することができるのである。また、置換工程では、溶媒置換を行なう意味合いもある。
[B-1-1. Replacement process]
In the substitution step of this example, the anion exchanger used for the production of the fatty acid ester is washed with a weak acid solution. Thereby, the fats and oils adhering to the anion exchanger are removed. Further, in the step A, a hydrolysis reaction occurs in equilibrium with the transesterification reaction, thereby generating a free fatty acid. In the substitution step, this free fatty acid can also be washed. That is, the fatty acid ions adsorbed on these anion exchangers can be removed by substituting them with lower weak acid ions with a weak acid solution. In the substitution step, there is also a meaning of performing solvent substitution.
洗浄に用いる弱酸溶液としては、前記の油脂類等の除去が可能であれば特に制限は無い。なお、弱酸溶液は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、2種以上の弱酸溶液を併用する場合、混合して使用してもよいが、洗浄を2回以上行なうのであれば、各回ごとに弱酸溶液を使い分けても良い。 The weak acid solution used for washing is not particularly limited as long as the oils and fats can be removed. In addition, a weak acid solution may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. In addition, when two or more kinds of weak acid solutions are used in combination, they may be used in combination. However, if washing is performed twice or more, the weak acid solution may be used separately each time.
弱酸溶液に用いる弱酸としては、例えば、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、蟻酸等の有機酸などが挙げられる。中でも、A工程で副生するグリセリン等の副生成物を食用若しくは化粧用の原料として利用する場合には、例えばクエン酸、酢酸、リンゴ酸等の、人体に取り込んでも安全な弱酸が好ましい。特に、クエン酸を用いた場合は、クエン酸とオレイン酸の分離が容易にできるため、A工程において廃液として生じるクエン酸とオレイン酸の混合物の処理、並びに、クエン酸の再利用が容易である。なお、弱酸は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Examples of the weak acid used in the weak acid solution include organic acids such as citric acid, acetic acid, malic acid, and formic acid. In particular, when a by-product such as glycerin produced as a by-product in step A is used as an edible or cosmetic raw material, a weak acid that is safe even if taken into the human body, such as citric acid, acetic acid, malic acid, is preferable. In particular, when citric acid is used, it is easy to separate citric acid and oleic acid, so that it is easy to treat a mixture of citric acid and oleic acid generated as a waste liquid in step A and reuse citric acid. . In addition, weak acid may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
一方、弱酸溶液において弱酸を溶解する溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類などの有機溶媒が挙げられる。中でも、A工程で副生する副生成物を食用若しくは化粧用の原料として利用する場合には、例えばエタノール等の、人体に取り込んでも安全な溶媒が好ましい。また、前記の副生成物を工業的な原料として用いる場合には、メタノール等を使用すれば、経済的に有用であり、好ましい。なお、溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 On the other hand, examples of the solvent that dissolves the weak acid in the weak acid solution include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropyl alcohol; and organic solvents such as ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. In particular, when a by-product produced as a by-product in the step A is used as an edible or cosmetic raw material, a solvent that is safe even if taken into the human body, such as ethanol, is preferable. Moreover, when using the said by-product as an industrial raw material, if methanol etc. are used, it is economically useful and preferable. In addition, only 1 type may be used for a solvent and it may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
弱酸溶液の濃度は、実用的な範囲に収まるよう、適切に調節すればよく、通常0.01mol/L以上、中でも0.1mol/L以上が好ましく、通常5mol/L以下、中でも1mol/L以下が好ましい。 The concentration of the weak acid solution may be appropriately adjusted so as to be within a practical range, and is usually 0.01 mol / L or more, preferably 0.1 mol / L or more, usually 5 mol / L or less, especially 1 mol / L or less. Is preferred.
弱酸溶液には、本発明の効果を著しく損なわない限り、前記の弱酸及び溶媒以外の成分が含まれていても良い。なお、弱酸及び溶媒以外の成分は、1種のみが含まれていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含まれていても良い。 The weak acid solution may contain components other than the weak acid and the solvent as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. In addition, as for components other than a weak acid and a solvent, only 1 type may be contained and 2 or more types may be contained by arbitrary combinations and ratios.
弱酸溶液の使用量は油脂類等の除去が可能であれば任意であるが、前記の陰イオン交換体のイオン交換容量に対して、通常0.1モル等量以上、中でも0.5モル等量以上、特には1モル等量以上が好ましく、通常100モル等量以下、中でも50モル等量以下、特には10モル等量以下が好ましい。弱酸溶液が少なすぎると吸着した脂肪酸の全量が置換されず、再生不十分となる可能性があり、多すぎると不必要な弱酸の取扱いによる不効率・不経済となる可能性があるためである。 The amount of the weak acid solution used is arbitrary as long as oils and fats can be removed, but usually 0.1 mol equivalent or more, particularly 0.5 mol, etc. with respect to the ion exchange capacity of the anion exchanger. The amount is preferably at least 1 mol, particularly preferably at most 100 mol, more preferably at most 50 mol, particularly preferably at most 10 mol. This is because if the amount of the weak acid solution is too small, the entire amount of the fatty acid adsorbed may not be replaced, resulting in insufficient regeneration. If the amount is too large, it may be inefficient and uneconomical due to unnecessary handling of the weak acid. .
置換工程における温度に制限は無いが、通常0℃以上、中でも5℃以上、特には25℃以上が好ましく、また、通常60℃以下、中でも55℃以下、特には50℃以下が好ましい。温度が低すぎると液相粘度が高くなって洗浄効率が低下する可能性があり、高すぎると陰イオン交換体の化学的な分解劣化を促進する可能性がある。 Although there is no restriction | limiting in the temperature in a substitution process, Usually, 0 degreeC or more, especially 5 degreeC or more, especially 25 degreeC or more is preferable, and usually 60 degreeC or less, especially 55 degreeC or less, Especially 50 degreeC or less is preferable. If the temperature is too low, there is a possibility that the liquid phase viscosity is increased and the washing efficiency is lowered, and if it is too high, chemical decomposition and deterioration of the anion exchanger may be promoted.
置換工程に要する時間は、通常0.1時間以上、中でも1時間以上が好ましく、通常20時間以下、中でも10時間以下、特に5時間以下が好ましい。 The time required for the substitution step is usually 0.1 hour or longer, preferably 1 hour or longer, usually 20 hours or shorter, especially 10 hours or shorter, particularly preferably 5 hours or shorter.
また、置換工程は、1回で行なってもよく、2回以上に分けて行なってもよい。 Further, the substitution step may be performed once or may be performed in two or more times.
[B−1−2.活性化工程]
本例の活性化工程では、置換工程で洗浄した陰イオン交換体を、対イオンの置換を行うことにより、そのイオン形を低級カルボン酸形などの弱酸形から水酸化物形に再生する。これにより、陰イオン交換体の触媒活性が回復する。
対イオンの置換のためにはアルカリ溶液を用いる。このアルカリ溶液としては、通常は水酸化アルカリの水溶液または低級アルコール溶液が用いられる。なお、アルカリ溶液は1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
水酸化アルカリとしては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化テトラメチルアンモニウムなどが用いられ、中でも水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが好ましい。水酸化アルカリの濃度は通常0.1モル/L以上、好ましくは0.3モル/L以上であり、通常5モル/L以下、好ましくは2モル/L以下である。
水酸化アルカリの使用量は、系内に充填された陰イオン交換体の交換容量に対して、通常0.1倍量以上、好ましくは0.5倍量以上であり、通常10倍量以下、好ましくは5倍量以下である。また、活性化工程に要する時間は、通常0.1時間以上、2時間以下である。なお、水酸化アルカリが水溶液として使用される場合には、活性化工程の前後に系内を水洗してもよい。
[B-1-2. Activation process]
In the activation step of this example, the anion exchanger washed in the substitution step is replaced with a counter ion to regenerate its ion form from a weak acid form such as a lower carboxylic acid form to a hydroxide form. Thereby, the catalytic activity of the anion exchanger is recovered.
An alkaline solution is used to replace the counter ion. As the alkaline solution, an alkali hydroxide aqueous solution or a lower alcohol solution is usually used. In addition, an alkaline solution may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
As the alkali hydroxide, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide and the like are used, and among them, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable. The concentration of the alkali hydroxide is usually 0.1 mol / L or more, preferably 0.3 mol / L or more, and usually 5 mol / L or less, preferably 2 mol / L or less.
The amount of alkali hydroxide used is usually 0.1 times or more, preferably 0.5 times or more, and usually 10 times or less the exchange capacity of the anion exchanger filled in the system. Preferably it is 5 times or less. The time required for the activation step is usually 0.1 hours or more and 2 hours or less. In addition, when an alkali hydroxide is used as an aqueous solution, the inside of the system may be washed with water before and after the activation step.
また、活性化工程は、1回で行なってもよく、2回以上に分けて行なってもよい。 The activation step may be performed once or may be performed in two or more steps.
[B−1−3.膨潤工程]
本例の膨潤工程では、活性化工程で対イオンの置換を行なった陰イオン交換体を溶媒により膨潤させる。本発明に係る陰イオン交換体を両親媒性である環境で膨潤させることにより、水系再生(置換)工程には直接混和しない非水系である脂肪酸エステル反応系に当該陰イオン交換体を移行させることができる。このため、陰イオン交換体の触媒活性が高まって、脂肪酸エステルの生産効率を向上させることが可能になる。
[B-1-3. Swelling process]
In the swelling step of this example, the anion exchanger that has been subjected to substitution of counter ions in the activation step is swollen with a solvent. By causing the anion exchanger according to the present invention to swell in an amphiphilic environment, the anion exchanger is transferred to a non-aqueous fatty acid ester reaction system that is not directly mixed in the aqueous regeneration (substitution) step. Can do. For this reason, the catalytic activity of the anion exchanger is increased, and the production efficiency of the fatty acid ester can be improved.
膨潤に用いる溶媒は、陰イオン交換体を膨潤させることが可能であり、且つ、対イオンの活性を損なわない限り任意である。例えば、A工程の説明の項で挙げたアルコール類、反応溶媒などが挙げられる。中でも、メタノール及び/またはエタノールが好ましい。脂肪酸エステルの生産にそのまま利用されるためである。また、陰イオン交換体を脂肪酸エステルの製造に使用した場合に反応系への不純物の混入を防止する観点からは、溶媒として、当該脂肪酸エステルの製造用の反応基質であるアルコール類を用いることが好ましい。なお、前記の溶媒は、1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、2種以上の溶媒を併用する場合、混合して使用してもよいが、膨潤を2回以上行なうのであれば、各回ごとに溶媒を使い分けても良い。 The solvent used for swelling is optional as long as it can swell the anion exchanger and does not impair the activity of the counter ion. For example, alcohols and reaction solvents mentioned in the description of the step A can be used. Of these, methanol and / or ethanol are preferred. This is because it is used as it is for the production of fatty acid esters. In addition, from the viewpoint of preventing impurities from being mixed into the reaction system when an anion exchanger is used in the production of fatty acid esters, alcohols that are reaction substrates for the production of the fatty acid esters may be used as the solvent. preferable. In addition, the said solvent may use only 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. Moreover, when using 2 or more types of solvents together, you may mix and use, but if swelling is performed 2 times or more, you may use a solvent for each time.
膨潤に用いる溶媒には、本発明の効果を著しく損なわない限り、前記の溶媒以外の成分が含まれていても良い。なお、溶媒以外の成分は、1種のみが含まれていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含まれていても良い。 The solvent used for the swelling may contain components other than the above-described solvents as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. In addition, as for components other than a solvent, only 1 type may be contained and 2 or more types may be contained by arbitrary combinations and ratios.
膨潤工程において溶媒の使用量は本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、活性化工程で対イオンの置換を行なった陰イオン交換体の体積に対して、通常0.5倍量以上、中でも1倍量以上、特には5倍量以上が好ましく、通常100倍量以下、中でも50倍量以下、特には10倍量以下が好ましい。溶媒使用量が少なすぎれば膨潤が不十分で、脂肪酸エステルの生産効率が低くなる可能性がある。一方、溶媒使用量が多すぎると不経済・非効率となる可能性がある。 The amount of the solvent used in the swelling step is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but usually 0.5 times or more of the volume of the anion exchanger subjected to substitution of the counter ion in the activation step. Among these, 1-fold amount or more, particularly 5-fold amount or more is preferable, and usually 100-fold amount or less, especially 50-fold amount or less, particularly 10-fold amount or less is preferable. If the amount of the solvent used is too small, the swelling is insufficient and the production efficiency of the fatty acid ester may be lowered. On the other hand, if the amount of solvent used is too large, it may be uneconomical and inefficient.
膨潤工程における温度に制限は無いが、通常0℃以上、中でも5℃以上、特には25℃以上が好ましく、また、通常溶媒の沸点以下、中でも60℃以下、特には50℃以下が好ましい。温度が低すぎると液粘度が高いために膨潤速度が遅くなる可能性があり、高すぎると溶媒の突沸や蒸気の飛散の可能性がある。 Although there is no restriction | limiting in the temperature in a swelling process, Usually, 0 degreeC or more, especially 5 degreeC or more, especially 25 degreeC or more is preferable, and below the boiling point of a solvent, below 60 degreeC, especially 50 degreeC or less is preferable. If the temperature is too low, the liquid viscosity is high, so that the swelling speed may be slow. If it is too high, there is a possibility of bumping of the solvent or vapor scattering.
膨潤工程に要する時間は、通常0.1時間以上、中でも1時間以上が好ましく、通常20時間以下、中でも10時間以下、特に5時間以下が好ましい。 The time required for the swelling step is usually 0.1 hour or more, preferably 1 hour or more, usually 20 hours or less, especially 10 hours or less, particularly preferably 5 hours or less.
また、膨潤工程は、1回で行なってもよく、2回以上に分けて行なってもよい。 Moreover, the swelling process may be performed once or may be performed in two or more times.
[B−2.その他]
上述したB工程においては、陰イオン交換体の再生が可能である限り、上述した置換工程、活性化工程、膨潤工程の工程前、工程中及び工程後のいずれかの時点において、その他の工程を行なってもよい。
また、上記の各工程において、通液方向は系の上下いずれの方向から行ってもよい。
[B-2. Others]
In step B described above, as long as the anion exchanger can be regenerated, other steps are performed at any time before, during, and after the replacement step, activation step, and swelling step described above. You may do it.
Further, in each of the above steps, the liquid passing direction may be performed from any direction above and below the system.
[C.本発明の脂肪酸エステルの製造方法、および製造装置]
本発明の脂肪酸エステルの製造方法は、前述のA工程及びB工程を行う単位を複数有し、前記単位の1以上でA工程を行う間、単位の他の1以上でB工程を行うものである。そして、各々の単位内でA工程とB工程とを交互に行うことにより、連続的に脂肪酸エステルを生成させる。
なお、A工程を経る単位のグループとB工程を経る単位のグループは、同じであっても異なっていても良いが、各グループの単位に存在する陰イオン交換体の総和が等しくなっていることが好ましい。
[C. Production method and production apparatus of fatty acid ester of the present invention]
The method for producing a fatty acid ester of the present invention includes a plurality of units for performing the above-described A step and B step, and performing the B step with one or more other units while performing the A step with one or more of the units. is there. And fatty acid ester is produced | generated continuously by performing A process and B process alternately within each unit.
The group of units passing through the A process and the group of units passing through the B process may be the same or different, but the sum of the anion exchangers present in the units of each group must be equal. Is preferred.
かかる製造方法を、これが実現される好適な具体例としての製造装置(以下、「本発明の製造装置」と称する。)を挙げながら、以下に詳述する。
即ち、本発明の製造装置は、
(I)2以上の口を形成された容器であって、油脂類、アルコール類および脂肪酸エステルに不溶性の陰イオン交換体を内部に有し、脂肪酸エステル生成反応(A反応。上述したA工程に対応する。)、および陰イオン交換体再生反応(B反応。上述したB工程に対応する。)が行われる複数の容器と、
(II)前記容器の1以上でA反応が行われる間、前記容器の他の1以上でB反応が行われるよう制御する機構(第一機構)と、
(III)各々の前記容器内でA反応とB反応を交互に行うよう制御する機構(第二機構)と、
(IV)前記容器で前記A反応が行われる時に、前記容器の一方の口から前記油脂類およびアルコール類を流入させ、他方の口から生成した脂肪酸エステルを流出させる機構(第三機構)と
を備えていることが特徴である。
This manufacturing method will be described in detail below with reference to a manufacturing apparatus (hereinafter referred to as “the manufacturing apparatus of the present invention”) as a preferred specific example in which this is realized.
That is, the manufacturing apparatus of the present invention
(I) A container having two or more mouths, which has an anion exchanger insoluble in fats and oils, alcohols and fatty acid esters therein, and a fatty acid ester production reaction (A reaction. A plurality of containers in which an anion exchanger regeneration reaction (B reaction, corresponding to the above-described B step) is performed;
(II) a mechanism (first mechanism) for controlling the B reaction to be performed in one or more of the other containers while the A reaction is performed in one or more of the containers;
(III) a mechanism (second mechanism) for controlling the A reaction and the B reaction alternately in each of the containers;
(IV) When the A reaction is performed in the container, a mechanism (third mechanism) for causing the fats and alcohols to flow in from one mouth of the container and causing the fatty acid ester generated from the other mouth to flow out. It is characterized by having.
また、好ましい態様としては、
(V)前記容器で前記B反応が行われる時に、前記容器の一方の口から弱酸溶液および/またはアルカリ溶液を流入し、他方の口から前記弱酸溶液および/またはアルカリ溶液を含む排出液を流出させる機構(第四機構)、並びに、
(VI)A反応が行われる2以上の容器を一方の口と他方の口とを通じて直列に接続するとともに、接続された容器でB反応を行う際に前記接続から当該容器を外し、接続されていない容器でA反応を行う際に前記接続に当該容器を追加する機構(第五機構)、
のいずれか1以上を備えているものが挙げられる。
Moreover, as a preferable aspect,
(V) When the B reaction is carried out in the container, a weak acid solution and / or an alkaline solution is introduced from one port of the container, and a discharged liquid containing the weak acid solution and / or the alkaline solution is discharged from the other port. Mechanism (fourth mechanism), and
(VI) Two or more containers in which the A reaction is performed are connected in series through one port and the other port, and when the B reaction is performed in the connected container, the container is removed from the connection and connected. A mechanism (fifth mechanism) for adding the container to the connection when performing the A reaction in a non-container,
What has any one or more of these is mentioned.
また、上記(VI)は、B反応を行うべく前記接続から容器を外す際には前記接続の最上流の容器を外すとともに、A反応を行うべく前記接続に容器を追加する際には前記接続の最下流に容器を接続する機構(第六機構)を備えるものが好ましい。なお、ここで上流及び下流とは、A反応にかかる流体(油脂類、アルコール類及び脂肪酸エステル等)の流れの上流及び下流を指す。
さらに、前記接続に追加される容器が有する陰イオン交換体の総体積と、前記接続から外される容器が有する陰イオン交換体の総体積とが、実質的に等しいものが好ましい。ここで陰イオン交換体の総体積が実質的に等しいとは、脂肪酸エステル生成反応量が変化しない程度に、追加される陰イオン交換体、および外される陰イオン交換体のイオン交換量が等しいことをいう。
In addition, the above (VI) removes the most upstream container of the connection when the container is removed from the connection to perform the B reaction, and the connection when the container is added to the connection to perform the A reaction. It is preferable to include a mechanism (sixth mechanism) for connecting the container to the most downstream side. Here, upstream and downstream refer to upstream and downstream of the flow of fluid (oils and fats, alcohols, fatty acid esters, and the like) related to the A reaction.
Furthermore, it is preferable that the total volume of the anion exchanger included in the container added to the connection is substantially equal to the total volume of the anion exchanger included in the container removed from the connection. Here, the total volume of the anion exchanger is substantially the same, the amount of ion exchange of the added anion exchanger and the removed anion exchanger are equal to the extent that the reaction amount of fatty acid ester production does not change. That means.
[C−1.容器]
容器は、2以上の口があるものを用いる。本発明の製造装置は流通式であることが好ましいという観点から、通常は容器としてカラムを用いる。この容器は内部に陰イオン交換体を有し、本発明の製造方法においてA工程及びB工程を行う単位を構成する。以下、カラムを例にして詳述する。
[C-1. container]
A container having two or more mouths is used. From the viewpoint that the production apparatus of the present invention is preferably a flow-through type, a column is usually used as a container. This container has an anion exchanger inside, and constitutes a unit for performing the A step and the B step in the production method of the present invention. Hereinafter, the column will be described in detail as an example.
触媒である陰イオン交換体は、通常、反応器であるカラムに充填して使用される。カラムとしては任意の形状のものが使用可能であるが、円筒形のものが好ましい。カラムの長さは、通常0.1m以上、好ましくは0.3m以上、より好ましくは0.5m以上であり、通常10m以下、好ましくは5m以下、より好ましくは3m以下である。カラムが短すぎると触媒反応器として非効率であり、カラムが長すぎると通液時の圧力損失が大きくなり通液できなくなる可能性がある。
カラムの内径は、通常0.01m以上、好ましくは0.3m以上であり、通常5m以下、好ましくは2m以下である。カラム内径が小さすぎると触媒の充填が困難であり、カラム内径が大きすぎると触媒の充填が不均一となってエステル化反応が非効率である。
The anion exchanger, which is a catalyst, is usually used while being packed in a column, which is a reactor. The column can be of any shape, but is preferably cylindrical. The length of the column is usually 0.1 m or more, preferably 0.3 m or more, more preferably 0.5 m or more, and usually 10 m or less, preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less. If the column is too short, it is inefficient as a catalytic reactor, and if the column is too long, the pressure loss at the time of liquid passage may increase and liquid passage may not be possible.
The inner diameter of the column is usually 0.01 m or more, preferably 0.3 m or more, and usually 5 m or less, preferably 2 m or less. If the column inner diameter is too small, it is difficult to pack the catalyst, and if the column inner diameter is too large, the catalyst is not uniformly packed and the esterification reaction is inefficient.
カラムは複数本を使用する。中でも3本以上使用することが好ましい。それぞれのカラムが個別の設計によってもよいが、同一の形状であることが好ましい。
カラムの配置は任意であるが、少なくとも2本以上のカラムがA反応を行う反応器として直列に連結され、別途少なくとも1本以上のカラムがB反応を行うべく再生工程に供されるように、切り替えバルブを経由して配管接続されることが好ましい。
Use multiple columns. Among these, it is preferable to use three or more. Each column may be an individual design, but preferably have the same shape.
The arrangement of the columns is arbitrary, but at least two or more columns are connected in series as a reactor for performing the A reaction, and at least one more column is subjected to a regeneration step to perform the B reaction. It is preferable that the pipe is connected via a switching valve.
[C−2.A反応の条件]
原料である油脂類とアルコール類は混合状態、或いは独立にカラム入口に供給される。油脂類と低級アルコール類の合計の供給速度は、触媒1Lあたり、通常0.1kg/時間以上、好ましくは0.5kg/時間以上であり、通常50kg/時間以下、好ましくは30kg/時間以下である。
また、反応温度等の反応条件は、A工程の説明の項で記載したのと同様である。
[C-2. A Reaction Conditions]
The raw oils and fats and alcohols are supplied to the column inlet in a mixed state or independently. The total feed rate of fats and oils and lower alcohols is usually 0.1 kg / hour or more, preferably 0.5 kg / hour or more, usually 50 kg / hour or less, preferably 30 kg / hour or less per liter of catalyst. .
The reaction conditions such as the reaction temperature are the same as those described in the description of the step A.
[C−3.A反応の操作]
A反応、即ち脂肪酸エステル生成反応(エステル交換反応)は、少なくとも2本以上の活性形の触媒を充填したカラムを、一方の口と他方の口を通じて直列に接続して行うことが好ましい。この場合、反応生成物は最下流のカラムの出口から採取される。A反応が行われている間に、別のカラムにおいて、活性の低下した陰イオン交換体の再生(B反応)を同時に行う。
[C-3. Operation of A reaction]
The A reaction, that is, fatty acid ester formation reaction (transesterification reaction) is preferably performed by connecting a column filled with at least two or more active catalysts in series through one port and the other port. In this case, the reaction product is collected from the outlet of the most downstream column. While the A reaction is being performed, regeneration of the anion exchanger with reduced activity (B reaction) is simultaneously performed in another column.
[C−4.B反応の条件]
B反応の条件は、B工程の説明の項で記載したのと同様である。
通液方向はカラムのいずれの口からでもよい。
[C-4. Conditions for B reaction]
The conditions for the B reaction are the same as those described in the description of the B process.
The direction of liquid flow may be from any of the columns.
[C−5.カラムの切り替え]
前項のB反応が完了した後、A反応に使用されていたカラムのひとつを、前記の直列に接続された反応系より切り離し、配管を切り替えてB反応に供する。この際、切り離すカラムは、直列に接続されていたカラムのうち最上流にあるものを切り離すことが好ましい。最上流のカラム内の陰イオン交換体はA反応に用いられたカラムのうちで最も活性を失っているためである。なお、ここで上流及び下流とは、A反応にかかる流体(油脂類、アルコール類及び脂肪酸エステル等)の流れの上流及び下流を指す。
同時にB反応を終えたカラムを、前記のようにA反応に使用するため接続されたカラムの反応系に接続して、エステル交換反応器の一部として使用する。この際、新たに接続するカラムは、直列に接続された一連のカラムからなるエステル交換反応器の最下流に接続することが好ましい。反応が最も完結された純度の高い生成物を最下流で得るためである。
これら一連の操作はバルブ切り替えなどにより同時に短時間で完了するので、A反応(エステル交換反応)は実質上中断することなく継続することができる。
[C-5. Switch column]
After completion of the B reaction in the previous section, one of the columns used for the A reaction is disconnected from the reaction system connected in series, and the piping is switched to provide the B reaction. At this time, it is preferable that the column to be disconnected is the column at the most upstream among the columns connected in series. This is because the anion exchanger in the most upstream column loses the most activity among the columns used in the A reaction. Here, upstream and downstream refer to upstream and downstream of the flow of fluid (oils and fats, alcohols, fatty acid esters, and the like) related to the A reaction.
At the same time, the column after completion of the B reaction is connected to the reaction system of the connected column for use in the A reaction as described above and used as a part of the transesterification reactor. At this time, the newly connected column is preferably connected to the most downstream side of the transesterification reactor composed of a series of columns connected in series. This is because the reaction is most complete and the product with high purity is obtained at the most downstream.
These series of operations are completed in a short time at the same time by switching the valve or the like, so that the A reaction (transesterification reaction) can be continued without interruption.
[C−6.反応生成物]
反応器の出口より得られた液相は、通常、脂肪酸エステル層とグリセリン層に成層分離する。なお、前記分離を促進するため遠心分離を利用することもできる。脂肪酸エステル層は、要すれば水洗浄、アルカリ洗浄、吸着剤処理等をして、更にアルコール類を除去して製品化される。吸着剤としては、活性炭、酸性白土、珪藻土などが使用できる。一方、グリセリン層は比重差によって分離され、公知の方法にてグリセリンが回収される。
[C-6. Reaction product]
The liquid phase obtained from the outlet of the reactor is usually separated into a fatty acid ester layer and a glycerin layer. Centrifugation can also be used to promote the separation. If necessary, the fatty acid ester layer is subjected to water washing, alkali washing, adsorbent treatment, etc., and further alcohol is removed to produce a product. As the adsorbent, activated carbon, acid clay, diatomaceous earth, or the like can be used. On the other hand, a glycerol layer is isolate | separated by specific gravity difference, and glycerol is collect | recovered by a well-known method.
[C−7.実施形態]
以下、図面を用いて、本発明の脂肪酸エステルの製造装置及び製造方法の一実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で任意に変更して実施できる。
[C-7. Embodiment]
Hereinafter, an embodiment of a fatty acid ester production apparatus and production method of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change arbitrarily and can implement.
図1は本発明の一実施形態としての脂肪酸エステル製造装置の概要を模式的に示す図である。なお、図1において、A反応の反応系にかかる配管(油脂類、アルコール類、脂肪酸エステル及びグリセリンが流通する配管)は実線で示し、B反応の反応系にかかる配管(水酸化アルキル及び脂肪酸が流通する配管)は一点差線で示し、コントローラ100による制御は破線で示す。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an outline of a fatty acid ester production apparatus as one embodiment of the present invention. In addition, in FIG. 1, the piping concerning the reaction system of the A reaction (the piping through which fats and oils, alcohols, fatty acid esters and glycerin circulate) is shown by a solid line, and the piping concerning the reaction system of the B reaction (the alkyl hydroxide and the fatty acid are (Circulating piping) is indicated by a one-point difference line, and control by the
この製造装置1は、A工程(A反応)及びB工程(B反応)を行う系である容器(単位)としてカラム2,3,4を備えている。各カラム2,3,4は図中上下に1つずつ開口(図示せず)が形成されていて、その内部には陰イオン交換体(図示せず)がいずれのカラム2,3,4にも同じ総体積だけ充填されている。
The manufacturing apparatus 1 includes
製造装置1は、A工程に用いる油脂類及びアルコール類をカラム2,3,4に供給するための反応基質供給源として基質槽5を備えていて、基質槽5は配管6及びバルブ7を介してカラム2,3,4の図中上側の開口に接続されている。基質槽5は、油脂類及びアルコール類を別々に供給するために、油脂類槽及びアルコール類槽を別個に備えていても良い。また、配管6には油脂類及びアルコール類を送出するためのポンプ(図示せず)が設けられていて、これにより、油脂類及びアルコール類がカラム2,3,4へ流入するようになっている。なお、バルブ7は、コントローラ100の制御に従って基質槽5とカラム2,3,4との接続を切り替えるものであり、これにより、油脂類及びアルコール類をカラム2,3,4のいずれに供給するかが制御できるようになっている。
The production apparatus 1 includes a
油脂類及びアルコール類が供給されるとカラム2,3,4内ではA反応が進行し、脂肪酸エステル及びグリセリンが生成するようになっている。生成した脂肪酸エステル及びグリセリンはカラム2,3,4の図中下側の開口部から流出するようになっている。このようにA工程により生成する脂肪酸エステル及びグリセリンを回収するため、製造装置1は回収槽8を備えている。回収槽8は配管9及びバルブ10を介してカラム2,3,4の図中下側の開口に接続されている。これにより、カラム2,3,4から流出する脂肪酸エステル及びグリセリンは回収槽8に回収されるようになっている。なお、バルブ10は、コントローラ100の制御に従ってカラム2,3,4と回収槽8との接続を切り替えるものであり、これにより、いずれのカラム2,3,4から流出する脂肪酸エステル及びグリセリンも回収できるようになっている。
When fats and oils and alcohols are supplied, the A reaction proceeds in the
さらに、製造装置1は、カラム2の図中下側の開口とカラム3の図中上側の開口とを接続する配管11、カラム3の図中下側の開口とカラム4の図中上側の開口とを接続する配管12、及び、カラム4の図中下側の開口とカラム2の図中上側の開口とを接続する配管13を備えている。これにより、カラム2、カラム3及びカラム4から流出する脂肪酸エステル及びグリセリン、並びに、未反応の油脂類及びアルコール類が、それぞれ、カラム3、カラム4及びカラム2に流入するようになっている。
なお、配管11,12,13にはそれぞれバルブ14,15,16が設けられていて、コントローラ100がこれらバルブ14,15,16の開閉を制御することにより、配管11,12,13を通じて流体が流れるか否かが制御されるようになっている。
Furthermore, the manufacturing apparatus 1 includes a
The
したがって、前記の基質槽5、配管6,11,12,13及びバルブ7,14,15,16により、カラム2,3,4でA反応が行われる時に、カラム2,3,4の一方の口(図中上側の開口)から油脂類およびアルコール類を流入させ、他方の口(図中下側の口)から生成した脂肪酸エステルを流出させる第三機構が構成されることになる。
Therefore, when the A reaction is performed in the
製造装置1は、B工程で用いる再生液(ここではアルカリ溶液)をカラム2,3,4に供給するための再生液供給源として再生液槽17を備えていて、再生液槽17は配管18及びバルブ19を介してカラム2,3,4の図中下側の開口に接続されている。また、配管18にはアルカリ溶液を送出するためのポンプ(図示せず)が設けられていて、これにより、アルカリ溶液がカラム2,3,4に供給されるようになっている。なお、バルブ19は、コントローラ100の制御に従って再生液槽17とカラム2,3,4との接続を切り替えるものであり、これにより、アルカリ溶液をカラム2,3,4のいずれに供給するかが制御できるようになっている。
The manufacturing apparatus 1 includes a
したがって、前記の再生液槽17、配管18及びバルブ19により、カラム2,3,4でB反応が行われるときに、カラム2,3,4の一方の口(図中下側の開口)から弱酸溶液および/またはアルカリ溶液を流入し、他方の口(図中上側の開口)から弱酸溶液および/またはアルカリ溶液を含む排出液を流出させる第四機構が構成されることになる。
Therefore, when the B reaction is performed in the
製造装置1は、B工程で生じる排出液を回収するための回収槽20を備えていて、回収槽20は配管21及びバルブ22を介してカラム2,3,4の図中上側の開口に接続されている。これにより、カラム2,3,4から流出する脂肪酸、油脂類等を含む排出液は回収槽20に回収されるようになっている。なお、バルブ22は、コントローラ100の制御に従ってカラム2,3,4と回収槽20との接続を切り替えるものであり、これにより、いずれのカラム2,3,4から流出する排出液も回収できるようになっている。
The manufacturing apparatus 1 includes a
コントローラ100は、バルブ7,10,14,15,16,19,22の切り替え及び開閉を制御するものである。コントローラ100は、ハードウェア的にはCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)等のメモリ、更にはインターフェース部からなる電子計算機により構成されていて、コントローラ100は当該電子計算機がその機能を発揮するようになっている。
The
コントローラ100は、バルブ7,10,14,15,16,19,22を切り替えることにより、カラム2,3,4の1以上でA反応が行われる間、カラム2,3,4の他の1以上でB反応が行われるよう制御するようになっている。したがって、これらのバルブ7,10,14,15,16,19,22及びコントローラ100により、上述した第一機構が構成されている。
The
また、コントローラ100は、バルブ7,10,14,15,16,19,22を切り替えることにより、各々のカラム2,3,4内でA反応とB反応を交互に行うよう制御するようになっている。したがって、これらのバルブ7,10,14,15,16,19,22及びコントローラ100により、上述した第二機構が構成されている。
In addition, the
さらに、コントローラ100は、バルブ7,10,14,15,16,19,22を切り替えることにより、A反応が行われる2以上のカラム2,3,4を一方の口と他方の口とを通じて直列に接続するとともに、接続されたカラム2,3,4でB反応が行われる際に前記接続から当該カラム2,3,4を外し、接続されていないカラム2,3,4でA反応が行われる際に前記接続に当該カラム2,3,4を追加するよう制御するようになっている。この際、コントローラ100は、A反応を行うために接続されていたカラム2,3,4のうち、B反応を行うべく前記接続からカラム2,3,4を外す際には前記接続の最上流の容器を外すとともに、A反応を行うべく前記接続にカラム2,3,4を追加する際には前記接続の最下流にカラム2,3,4を接続するように制御するようになっている。なお、ここで上流及び下流とは、A反応にかかる流体(油脂類、アルコール類、脂肪酸エステル及びグリセリン等)の流れの上流及び下流を指す。したがって、これらのバルブ7,10,14,15,16,19,22及びコントローラ100により、上述した第五機構及び第六機構が構成されている。
Further, the
本実施形態の製造装置1は以上のように構成されているので、使用時には、コントローラ100は、バルブ7を切り替えて基質槽5とカラム2とを接続し、バルブ14を開いてカラム2の下流にカラム3を直列に接続すると共にバルブ15,16を閉じ、バルブ10を切り替えてカラム3と回収槽8とを接続する。さらに、コントローラ100は、バルブ19を切り替えて再生液槽17とカラム4とを接続し、バルブ22を切り替えてカラム4と回収槽20とを接続する。この際の反応装置1の概要を模式的に表すと、図2のようになる。なお、図2において、バルブと、流体の流通しない配管とは図示を省略している。また、図2において、斜線を付した部分は、カラム2,4内の陰イオン交換体が失活している様子を表す。さらに、図2において矢印は流体の流れる向きを表す。
Since the manufacturing apparatus 1 of the present embodiment is configured as described above, in use, the
この結果、カラム2,3により構成される系でA工程が行われ、同時に、カラム4により構成される系でB工程が行われる。A工程が進行することにより脂肪酸エステル及びグリセリンが生成する。この際、カラム2とカラム3とを直列に接続したため脂肪酸エステルの生成効率は良好である。しかし、時間の経過とともにカラム2中の陰イオン交換体は次第に失活していき、脂肪酸エステルの生成効率も低下していく。一方、B工程が進行することにより、カラム4中の陰イオン交換体は洗浄、置換されることにより再生する。
As a result, the process A is performed in the system constituted by the
次に、コントローラ100は、バルブ7を切り替えて基質槽5とカラム3とを接続し、バルブ15を開いてカラム3の下流にカラム4を直列に接続すると共にバルブ14,16を閉じ、バルブ10を切り替えてカラム4と回収槽8とを接続する。これにより、A反応のために最上流に接続されていたカラム2がA反応を行うための系から外され、A反応を行うための系の最下流にカラム4が接続される。さらに、コントローラ100は、バルブ19を切り替えて再生液槽17とカラム2とを接続し、バルブ22を切り替えてカラム2と回収槽20とを接続する。この際の反応装置1の概要を模式的に表すと、図3のようになる。なお、図3において、バルブと、流体の流通しない配管とは図示を省略している。また、図3において、斜線を付した部分は、カラム2内の陰イオン交換体が失活している様子を表す。さらに、図3において矢印は流体の流れる向きを表す。
Next, the
この結果、カラム3,4により構成される系でA工程が行われ、同時に、カラム2により構成される系でB工程が行われる。A工程が進行することにより脂肪酸エステル及びグリセリンが生成する。この際、カラム4は再生されているため非常に効率よくエステル交換を行うことができる。一方、B工程が進行することにより、カラム2中の陰イオン交換体は洗浄、置換されることにより再生する。
As a result, the A process is performed in the system constituted by the
この後、同様の要領でコントローラ100はバルブ7,10,14,15,16,19,22を制御し、カラム3、カラム4、カラム2の順でB工程により陰イオン交換体の再生を繰り返し行いながら、B工程を行っていない他のカラムでA反応を行う。このように、各々のカラム(単位)内でA工程とB工程とを交互に行うようになっているため、本実施形態では連続的に脂肪酸エステルを生成させることが可能である。
Thereafter, the
また、本実施形態によれば、以下の利点が得られる。
(1)反応が連続的に行われ、効率的である。
(2)生成物と触媒の分離工程が不要である。
(3)触媒再生のための装置を要さない。
(4)触媒をカラムから取り出すことなく反応及び再生工程に供される。
(5)活性が低下した触媒部分のみ再生することができ、再生薬剤の効率がよい。
Moreover, according to this embodiment, the following advantages are obtained.
(1) The reaction is performed continuously and is efficient.
(2) A product and catalyst separation step is not required.
(3) An apparatus for catalyst regeneration is not required.
(4) The catalyst is used for the reaction and regeneration step without removing it from the column.
(5) Only the catalyst portion having reduced activity can be regenerated, and the efficiency of the regenerated drug is good.
なお、上記の実施形態においては、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施してもよい。
例えば、回収槽8に回収された脂肪酸エステル及びグリセリンを洗浄する洗浄系として洗浄用カラム、乾燥させる乾燥系として乾燥用カラムなどを設けてもよい。
また、例えば、カラム2,3,4の数を増減させたり、カラム2,3,4の一部又は全部の接続を必要に応じて並列にしたりしてもよい。
また、例えば、再生液としてのアルカリ溶液と共に、洗浄液である弱酸溶液を用いるようにしてもよい。
また、例えば、回収槽20に回収された廃液に含まれる油脂類及び脂肪酸エステル等を分離、回収する回収系を設けるようにしてもよい。
In addition, in said embodiment, you may change and implement in the range which does not deviate from the summary of this invention.
For example, a washing column may be provided as a washing system for washing the fatty acid ester and glycerin collected in the
Further, for example, the number of
Further, for example, a weak acid solution as a cleaning solution may be used together with an alkaline solution as a regeneration solution.
Further, for example, a recovery system for separating and recovering oils and fatty acids and the like contained in the waste liquid recovered in the
本発明によれば、効率よく脂肪酸エステルを製造することができ、環境負荷の小さいバイオディーゼル燃料として利用可能である。製造された脂肪酸エステルはそのまま、又は軽油などと適宜に混合して使用することができる。 According to the present invention, a fatty acid ester can be produced efficiently and can be used as a biodiesel fuel with a small environmental load. The produced fatty acid ester can be used as it is, or appropriately mixed with light oil or the like.
1 製造装置
2,3,4 カラム
5 基質槽
6,9,11,12,13,18,21 配管
7,10,14,15,16,19,22 バルブ
8,20 回収槽
17 再生液槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
脂肪酸エステル生成工程(A工程)、および陰イオン交換体再生工程(B工程)を行う単位を複数有し、
前記単位の1以上で前記A工程を行う間、前記単位の他の1以上で前記B工程を行うものであり、
各々の単位内で前記A工程と前記B工程とを交互に行うことにより、連続的に脂肪酸エステルを生成し、
前記A工程は、前記油脂類およびアルコール類を、前記油脂類、アルコール類および脂肪酸エステルに不溶性の陰イオン交換体に接触させる工程を含み、
前記B工程は、前記陰イオン交換体の対イオンの置換を行なう再生工程を含む
ことを特徴とする、脂肪酸エステルの製造方法。 A method for producing a fatty acid ester by a transesterification reaction between fats and alcohols,
A plurality of units for performing a fatty acid ester production step (step A) and an anion exchanger regeneration step (step B);
While performing step A with one or more of the units, performing step B with one or more of the other units,
By alternately performing the A step and the B step within each unit, a fatty acid ester is continuously generated,
The step A includes a step of bringing the fats and alcohols into contact with an anion exchanger insoluble in the fats and oils, alcohols and fatty acid esters,
The method of producing a fatty acid ester, wherein the step B includes a regeneration step of substituting the counter ion of the anion exchanger.
(1)前記陰イオン交換体を弱酸溶液により洗浄する置換工程と、
(2)アルカリ溶液により、該置換工程で洗浄した陰イオン交換体の対イオンの置換を行なう活性化工程と、
(3)活性化工程で対イオンの置換を行なった陰イオン交換体を溶媒により膨潤させる膨潤工程とを有する
ことを特徴とする、請求項1に記載の脂肪酸エステルの製造方法。 Step B is
(1) a substitution step of washing the anion exchanger with a weak acid solution;
(2) an activation step of replacing the counter ion of the anion exchanger washed in the replacement step with an alkaline solution;
(3) The method for producing a fatty acid ester according to claim 1, further comprising a swelling step in which the anion exchanger having been subjected to counter ion substitution in the activation step is swollen with a solvent.
2以上の口を形成された容器であって、前記油脂類、アルコール類および脂肪酸エステルに不溶性の陰イオン交換体を内部に有し、脂肪酸エステル生成反応(A反応)、および陰イオン交換体再生反応(B反応)が行われる複数の容器と、
前記容器の1以上で前記A反応が行われる間、前記容器の他の1以上で前記B反応が行われるよう制御する機構と、
各々の前記容器内でA反応とB反応を交互に行うよう制御する機構と、
前記容器で前記A反応が行われる時に、前記容器の一方の口から前記油脂類およびアルコール類を流入させ、他方の口から生成した脂肪酸エステルを流出させる機構とを備えた
ことを特徴とする、脂肪酸エステル製造装置。 A fatty acid ester production apparatus using a transesterification reaction between fats and alcohols,
A container having two or more ports formed therein, and having an anion exchanger insoluble in the oils and fats, alcohols and fatty acid esters therein, fatty acid ester production reaction (A reaction), and anion exchanger regeneration A plurality of containers in which a reaction (B reaction) is performed;
A mechanism for controlling the B reaction to occur in one or more of the other containers while the A reaction is performed in one or more of the containers;
A mechanism for controlling the A reaction and the B reaction alternately in each container;
When the A reaction is performed in the container, the oil and fats and alcohols are allowed to flow in from one mouth of the container, and a fatty acid ester generated from the other mouth is flown out. Fatty acid ester production equipment.
ことを特徴とする、請求項3に記載の脂肪酸エステル製造装置。 A mechanism for causing a weak acid solution and / or an alkaline solution to flow from one port of the vessel and a drain solution containing the weak acid solution and / or the alkaline solution to flow out from the other port when the B reaction is performed in the vessel; The apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 3, wherein the apparatus is provided.
接続された容器で前記B反応を行う際に前記接続から当該容器を外し、接続されていない容器で前記A反応を行う際に前記接続に当該容器を追加する機構を備えた
ことを特徴とする、請求項3または4に記載の脂肪酸エステル製造装置。 Two or more containers in which the A reaction is performed are connected in series through one port and the other port,
A mechanism is provided that removes the container from the connection when the B reaction is performed in a connected container, and adds the container to the connection when the A reaction is performed in a non-connected container. The fatty acid ester production apparatus according to claim 3 or 4.
ことを特徴とする、請求項5記載に記載の脂肪酸エステル製造装置。 When removing a container from the connection to perform the B reaction, the container at the most upstream side of the connection is removed, and when adding a container to the connection to perform the A reaction, a container is disposed at the most downstream side of the connection. The apparatus for producing a fatty acid ester according to claim 5, further comprising a mechanism for connection.
ことを特徴とする、請求項5または6に記載の、脂肪酸エステル製造装置。 6. The total volume of the anion exchanger included in the container added to the connection is substantially equal to the total volume of the anion exchanger included in the container removed from the connection. Or the fatty acid ester production apparatus according to 6;
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