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JP2010229351A - Method for producing fatty acid alkyl ester and/or glycerine - Google Patents

Method for producing fatty acid alkyl ester and/or glycerine Download PDF

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JP2010229351A
JP2010229351A JP2009080133A JP2009080133A JP2010229351A JP 2010229351 A JP2010229351 A JP 2010229351A JP 2009080133 A JP2009080133 A JP 2009080133A JP 2009080133 A JP2009080133 A JP 2009080133A JP 2010229351 A JP2010229351 A JP 2010229351A
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fatty acid
phase
acid alkyl
alkyl ester
glycerin
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JP2009080133A
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Masanori Nonoguchi
真則 野々口
Atsushi Tachibana
敦 橘
Motosuke Imada
基祐 今田
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Nippon Shokubai Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a production method that increases yield and quality of a finally obtained fatty acid alkyl ester while achieving extension of a catalyst life in a reaction at a later stage. <P>SOLUTION: The method for producing a fatty acid alkyl ester and/or glycerine includes a first phase separation step of performing phase separation of a first reaction liquid, obtained by reacting fats and oils with alcohols in the presence of a solid catalyst, into a first fatty acid alkyl ester phase and a first glycerine phase using an oil water separation film. A size of pores formed in the oil water separation film used in the first phase separation step is 20 μm or less. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法に関するものである。より具体的には、脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンを製造する際の相分離工程に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin. More specifically, the present invention relates to a phase separation step in producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin.

脂肪酸アルキルエステルは、動植物油脂から得られるものが食用として使用されているほかに、化粧品または医薬品などの分野においても広く用いられている。また、近年では、軽油などに添加する燃料用としての用途も注目されている。これはすなわち、二酸化炭素の排出削減の目的から開発が進められている動植物油脂由来のバイオディーゼル燃料であり、軽油などの代替として直接使用する燃料として、または軽油などに一定の比率で添加した燃料として使用する。また、グリセリンは、主として、ニトログリセリンの製造原料として用いられているほか、アルキド樹脂の原料、医薬品、食料品、印刷インキおよび化粧品などの幅広い分野において用いられている。   Fatty acid alkyl esters are widely used in fields such as cosmetics and pharmaceuticals, in addition to those obtained from animal and vegetable oils and fats. In recent years, the use as a fuel added to light oil or the like has attracted attention. In other words, this is a biodiesel fuel derived from animal and vegetable oils and fats that is being developed for the purpose of reducing carbon dioxide emissions, and is a fuel that can be used directly as an alternative to light oil or added to light oil at a certain ratio. Use as Glycerin is mainly used as a raw material for producing nitroglycerin, and is also used in a wide range of fields such as raw materials for alkyd resins, pharmaceuticals, foodstuffs, printing inks and cosmetics.

このような脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造方法としては、油脂の主成分であるトリグリセリドをアルコール類とエステル交換して製造する方法が広く知られている。   As a method for producing such fatty acid alkyl ester and glycerin, a method for producing triglyceride, which is a main component of fats and oils, by transesterification with alcohols is widely known.

Figure 2010229351
Figure 2010229351

なお、上記反応式中、Rは、炭素数6〜22のアルキル基または1つ以上の不飽和結合を有する炭素数6〜22のアルケニル基を指す。   Note that in the above reaction formula, R represents an alkyl group having 6 to 22 carbon atoms or an alkenyl group having 6 to 22 carbon atoms having one or more unsaturated bonds.

油脂類とアルコール類とのエステル交換反応を用いた製造方法では、均一系アルカリ触媒を用いる方法が工業的に広く用いられている。また、最近では、均一系アルカリ触媒を用いる場合に必要となる触媒の分離除去を必要としない固体触媒も開発されている(例えば、特許文献1〜5参照)。さらに、特許文献6には、固体触媒を用いた脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法について開示されている。   In a production method using a transesterification reaction between fats and oils and alcohols, a method using a homogeneous alkali catalyst is widely used industrially. Recently, solid catalysts that do not require the separation and removal of the catalyst that are required when using a homogeneous alkaline catalyst have also been developed (see, for example, Patent Documents 1 to 5). Furthermore, Patent Document 6 discloses a method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin using a solid catalyst.

脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造において固体触媒を用いた場合には、その製造工程における操作の煩雑さを回避することができるだけでなく、均一系アルカリ触媒を用いる場合よりも反応において生じる排水および廃塩などの廃棄物を削減することもできる。   When a solid catalyst is used in the production of fatty acid alkyl esters and glycerin, not only can the complexity of operation in the production process be avoided, but also wastewater and waste salts generated in the reaction than when using a homogeneous alkali catalyst. Waste can be reduced.

脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造では、得られた反応液を脂肪酸アルキルエステル相とグリセリン相とに相分離することにより、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを得ることになる。しかし、固体触媒を用いた脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造では、得られた反応液を脂肪酸アルキルエステル相とグリセリン相とに完全に分離させるためには、非常に長時間の静置が必要であり、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造効率を低下させる要因となっている。   In the production of the fatty acid alkyl ester and glycerin, the resulting reaction liquid is phase-separated into a fatty acid alkyl ester phase and a glycerin phase to obtain the fatty acid alkyl ester and glycerin. However, in the production of fatty acid alkyl esters and glycerin using a solid catalyst, it is necessary to stand for a very long time in order to completely separate the obtained reaction solution into the fatty acid alkyl ester phase and the glycerin phase. It is a factor that reduces the production efficiency of fatty acid alkyl esters and glycerin.

脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの固体触媒を用いた製造において、相分離工程に時間を要する原因としては、反応により得られる反応液の液粘度が高くなること、および、反応液から未反応のアルコール類をフラッシュ蒸発などの操作によって除去する際に、脂肪酸アルキルエステル相にグリセリンが微分散すると共に、グリセリン相に脂肪酸アルキルエステルが微分散することが挙げられる。   In the production of fatty acid alkyl ester and glycerin using a solid catalyst, the cause of the time required for the phase separation step is that the viscosity of the reaction solution obtained by the reaction increases, and unreacted alcohols are removed from the reaction solution. When removing by operations such as flash evaporation, glycerin is finely dispersed in the fatty acid alkyl ester phase and the fatty acid alkyl ester is finely dispersed in the glycerin phase.

特開2005−200398号公報(平成17年7月28日公開)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-200398 (published July 28, 2005) 特開2006−225352号公報(平成18年8月31日公開)JP 2006-225352 A (published August 31, 2006) 特開2005−177722号公報(平成17年7月7日公開)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-177722 (published July 7, 2005) 特開平7−173103号公報(平成7年7月11日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 7-173103 (published July 11, 1995) 仏国特許公開第2752242号明細書French Patent Publication No. 2752242 特開2005−206575号公報(平成17年8月4日公開)JP 2005-206575 A (published August 4, 2005) 米国特許公開第2004/0034244号明細書US Patent Publication No. 2004/0034244 特開2007−169355号公報(平成19年7月5日公開)JP 2007-169355 A (published July 5, 2007)

従来、脂肪酸アルキルエステル相とグリセリン相とを迅速かつ確実に相分離させるために、様々な工夫がなされている。しかし、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造における相分離装置として一般的に利用されている重力沈降槽では、2相を完全分離させるためには長時間静置する必要がある。すなわち、滞留時間を稼ぐために重力沈降槽のサイズを巨大化させなければならず、現実的とはいえない。また、遠心分離機を用いる場合も、同様に設備の大型化は避けられず、またユーティリティコストの面からも好適とはいえない。   Conventionally, various devices have been made in order to rapidly and reliably phase-separate a fatty acid alkyl ester phase and a glycerin phase. However, in a gravity sedimentation tank generally used as a phase separation apparatus in the production of fatty acid alkyl esters and glycerin, it is necessary to stand for a long time in order to completely separate the two phases. That is, in order to increase the residence time, the size of the gravity sedimentation tank must be enlarged, which is not realistic. Similarly, when a centrifuge is used, an increase in the size of the equipment is unavoidable, and it is not preferable from the viewpoint of utility cost.

特許文献7には、2段階の反応工程により脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを製造する製造方法における最終的な相分離工程において、コアレッサーを用いる技術が開示されている。特許文献7に開示されている方法によれば、最終製品として得られる脂肪酸アルキルエステル中のグリセリン濃度、および製品グリセリン中の脂肪酸アルキルエステル濃度を簡便に低減し、製品品質を向上させることが可能となる。   Patent Document 7 discloses a technique using a coalescer in a final phase separation step in a production method for producing a fatty acid alkyl ester and glycerin by a two-step reaction process. According to the method disclosed in Patent Document 7, it is possible to easily reduce the glycerin concentration in the fatty acid alkyl ester obtained as the final product and the fatty acid alkyl ester concentration in the product glycerin, thereby improving the product quality. Become.

しかし、前段の相分離工程に関しては、その分離の良否が及ぼす製品品質への影響は一切記載されておらず、前段の相分離工程でのコアレッサーの使用についても記載されていない。さらに、特許文献7では、コアレッサーにおける分離精度などの詳細については検討されておらず、改良の余地がある。   However, with respect to the previous phase separation process, there is no description on the influence of the quality of the separation on the product quality, and there is no description on the use of the coalescer in the previous phase separation process. Further, in Patent Document 7, details such as separation accuracy in the coalescer are not examined, and there is room for improvement.

一方、特許文献8には、後段で酸触媒を用いることを特徴とする2段階の反応工程により脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを製造する製造方法において、前段の相分離工程でコアレッサーを用いる方法が開示されている。特許文献8に開示されている方法によれば、後段の反応器への持ち込みグリセリン量をある程度低減することができ、グリセリンを酸触媒に接触させた場合に副生することが知られているメトキシプロパンジオールなどの生成を抑制することが可能となる。特許文献8に開示されている方法は、後段の反応工程において酸触媒を用いるプロセスに限れば、製品グリセリンの品質を向上することができる有効な技術である。   On the other hand, Patent Document 8 discloses a method of using a coalescer in the preceding phase separation step in a production method of producing a fatty acid alkyl ester and glycerin by a two-step reaction process characterized by using an acid catalyst in the latter stage. Has been. According to the method disclosed in Patent Document 8, the amount of glycerin brought into the downstream reactor can be reduced to some extent, and methoxy is known to be by-produced when glycerin is brought into contact with an acid catalyst. Production of propanediol and the like can be suppressed. The method disclosed in Patent Document 8 is an effective technique that can improve the quality of product glycerin as long as it is limited to a process that uses an acid catalyst in the subsequent reaction step.

しかし、特許文献8では、コアレッサーにおける分離精度などの詳細については検討されておらず、改良の余地がある。また、後段の反応工程へ供給される持ち込み水分量と後段の触媒の寿命の関係に関しては記載されておらず、持ち込み水分が及ぼす製品品質への影響についても考慮されていない。すなわち、水分を好適に除去するための相分離条件についても十分に検討されておらず、後段の反応工程で水分の影響を受ける触媒を用いる場合においては未だ改良の余地がある。   However, in Patent Document 8, details such as the separation accuracy in the coalescer are not examined, and there is room for improvement. Further, there is no description regarding the relationship between the amount of moisture brought into the subsequent reaction process and the life of the catalyst at the latter stage, and the influence of the moisture brought in on the product quality is not taken into consideration. That is, phase separation conditions for suitably removing moisture have not been sufficiently studied, and there is still room for improvement when using a catalyst that is affected by moisture in the subsequent reaction step.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複数回の反応工程により脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを製造する場合における脂肪酸アルキルエステルの収率および品質を向上すると共に、後段の反応における触媒の寿命を長寿命化させることを主たる目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and improves the yield and quality of a fatty acid alkyl ester and a catalyst in a subsequent reaction when producing a fatty acid alkyl ester and glycerin by a plurality of reaction steps. The main purpose is to prolong the life of the product.

本発明者らは、特許文献7および8に記載の技術を用いた場合に、満足できる品質の脂肪酸アルキルエステルを得ることはできない理由について鋭意検討した。その結果、後段の反応に用いる液中のグリセリン濃度が、最終生成物として得られる脂肪酸アルキルエステルの品質および収率に影響することを明らかにした。   The present inventors diligently studied why the fatty acid alkyl ester having satisfactory quality cannot be obtained when the techniques described in Patent Documents 7 and 8 are used. As a result, it was clarified that the glycerin concentration in the liquid used in the subsequent reaction affects the quality and yield of the fatty acid alkyl ester obtained as the final product.

より具体的に説明すると、油脂類とアルコール類とから脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを製造するエステル交換反応は、図2に示すような、逐次平衡反応である(図2では、アルコール類がメタノールである場合を例に挙げている)。そのため、特許文献7および8のように複数回の反応工程において、グリセリンが脂肪酸アルキルエステル相に分配し、脂肪酸アルキルエステル中のグリセリン濃度が高い場合には、後段の反応工程における反応において、平衡条件が不利な条件となる。本発明者らは、後段の反応工程における平衡条件が不利となることにより、後段の反応により得られる反応液における未転化のグリセリド類(トリグリセリド、ジグリセリド、モノグリセリド)が増加し、得られる脂肪酸アルキルエステルの収率が減少すると共に、品質が劣化することを見出した。   More specifically, the transesterification reaction for producing a fatty acid alkyl ester and glycerin from fats and alcohols and alcohols is a sequential equilibrium reaction as shown in FIG. 2 (in FIG. 2, the alcohols are methanol). As an example). Therefore, when the glycerin is distributed to the fatty acid alkyl ester phase and the concentration of glycerin in the fatty acid alkyl ester is high in a plurality of reaction steps as in Patent Documents 7 and 8, the equilibrium condition is determined in the reaction in the subsequent reaction step. Is a disadvantageous condition. The present inventors have increased the unconverted glycerides (triglyceride, diglyceride, monoglyceride) in the reaction solution obtained by the latter reaction due to disadvantageous equilibrium conditions in the latter reaction step, and the fatty acid alkyl ester obtained. It was found that the quality deteriorates with the decrease in the yield.

また、本発明者らは、特許文献7および8に記載の技術を用いた場合に、後段の反応において用いる触媒の寿命が短くなってしまう理由について鋭意検討した結果、脂肪酸アルキルエステル相にグリセリンが分配している場合には、脂肪酸アルキルエステル相に分配しているグリセリンと共に後段の反応工程に水が供給されてしまい、後段の反応工程において用いる触媒の寿命を縮めてしまうことを明らかにした。なお、特許文献7および8には、前段の反応工程において得られた脂肪酸アルキルエステル相の水分含有量、後段の反応工程に供給されてしまう水分含有量、および後段の反応工程における触媒の寿命については開示されていない。   In addition, as a result of intensive studies on the reason why the life of the catalyst used in the subsequent reaction is shortened when the techniques described in Patent Documents 7 and 8 are used, the present inventors have found that glycerin is present in the fatty acid alkyl ester phase. In the case of distribution, it has been clarified that water is supplied to the subsequent reaction step together with glycerin distributed to the fatty acid alkyl ester phase, thereby shortening the life of the catalyst used in the subsequent reaction step. In Patent Documents 7 and 8, the water content of the fatty acid alkyl ester phase obtained in the preceding reaction step, the water content supplied to the subsequent reaction step, and the life of the catalyst in the subsequent reaction step are described. Is not disclosed.

このように、本発明者らは、複数回の反応工程により脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを製造する場合における脂肪酸アルキルエステルの収率の低下および後段の反応に用いる触媒の寿命の低下が、後段の反応工程に用いる液中のグリセリン濃度および水分含有量に起因することを見出し、後段の反応工程に用いる液中のグリセリン濃度および水分含有量を同時にかつ十分に低減する処理を新たに包含させることによって本発明を完成するに至った。本発明は係る新たな知見により完成されたものであり、以下の発明を包含する。   As described above, the inventors of the present invention have found that when the fatty acid alkyl ester and glycerin are produced by a plurality of reaction steps, the yield of the fatty acid alkyl ester and the life of the catalyst used in the subsequent reaction are reduced. It is found that it is caused by the glycerin concentration and water content in the liquid used in the process, and newly includes a process for simultaneously and sufficiently reducing the glycerin concentration and water content in the liquid used in the subsequent reaction step. The invention has been completed. The present invention has been completed by such new knowledge and includes the following inventions.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、上記課題を解決するために、
油脂類とアルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第1の反応工程と、上記第1の反応工程において得られた第1の反応液を、油水分離膜を用いて第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とに相分離する第1の相分離工程と、上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含まれる油脂類と、アルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第2の反応工程と、を含み、上記油水分離膜に形成されている孔の大きさが20μm以下であることを特徴としている。
In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention,
A first reaction step in which fats and alcohols are reacted in the presence of a solid catalyst, and a first reaction liquid obtained in the first reaction step are converted into a first fatty acid alkyl using an oil-water separation membrane. A first phase separation step of phase-separating into an ester phase and a first glycerin phase, and a second reaction in which fats and oils contained in the first fatty acid alkyl ester phase and alcohols are reacted in the presence of a solid catalyst. The pore size formed in the oil-water separation membrane is 20 μm or less.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、第1の反応工程において得られた第1の反応液を相分離する第1の相分離工程において、大きさが20μm以下の孔の形成されている油水分離膜を用いている。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, in the first phase separation step of phase-separating the first reaction liquid obtained in the first reaction step, pores having a size of 20 μm or less are used. The formed oil / water separation membrane is used.

これによって、各相の完全分離が達成され、後段の第2の反応工程に供給される水分濃度も併せて効果的に低減することができるため、後段の第2の反応工程における固体触媒の寿命を長寿命化することができる効果を奏する。   Thereby, complete separation of each phase is achieved, and the water concentration supplied to the second reaction step in the subsequent stage can also be effectively reduced. Therefore, the lifetime of the solid catalyst in the second reaction step in the subsequent stage There is an effect that can extend the life.

固体触媒の寿命を長寿命化させることにより、反応器(反応塔)内の固体触媒を取り替える頻度を低減することができるため、生産性を向上させることができると共に、触媒の取り替え作業という煩雑な処理の回数も低減することができる。   By prolonging the life of the solid catalyst, the frequency of replacing the solid catalyst in the reactor (reaction tower) can be reduced, so that productivity can be improved and the complicated work of replacing the catalyst can be achieved. The number of processes can also be reduced.

また、上記の構成によれば、第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とを迅速に分離させることができると共に、第1の脂肪酸アルキルエステル相にグリセリンが分配することを抑制することができる。   Moreover, according to said structure, while being able to isolate | separate a 1st fatty-acid alkylester phase and a 1st glycerol phase rapidly, it suppresses that glycerol distributes to a 1st fatty-acid alkylester phase. Can do.

したがって、第1の脂肪酸アルキルエステル相におけるグリセリン濃度を低減することができるため、後段の第2の反応工程におけるエステル交換反応の平衡条件を好適に保つことができる。すなわち、上記の構成によれば、第2の反応工程において得られる脂肪酸アルキルエステルの品質および収率を向上することができる効果も併せて奏する。   Therefore, since the glycerin concentration in the first fatty acid alkyl ester phase can be reduced, the equilibrium conditions for the transesterification reaction in the second reaction step in the subsequent stage can be suitably maintained. That is, according to said structure, there also exists an effect which can improve the quality and yield of the fatty-acid alkylester obtained in a 2nd reaction process.

また、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、さらに、上記第2の反応工程において得られた第2の反応液を、油水分離膜を用いて第2の脂肪酸アルキルエステル相と第2のグリセリン相とに相分離する第2の相分離工程をさらに含むことが好ましい。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, the second reaction liquid obtained in the second reaction step is further converted into a second fatty acid alkyl ester phase using an oil-water separation membrane. It is preferable to further include a second phase separation step for phase separation into a second glycerin phase.

上記の構成によれば、第2の反応工程において得られた第2の反応液も、第1の反応液と同様に、迅速かつ確実に相分離させることができる。これによって、最終的に得られる脂肪酸アルキルエステルの品質をより一層向上することができる効果を奏する。   According to said structure, the 2nd reaction liquid obtained in the 2nd reaction process can also be phase-separated rapidly and reliably like the 1st reaction liquid. This produces an effect that the quality of the finally obtained fatty acid alkyl ester can be further improved.

また、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含有される水分含有量は、0.1質量%以下であることが好ましい。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, the water content contained in the first fatty acid alkyl ester phase is preferably 0.1% by mass or less.

第1の脂肪酸アルキルエステル相に含有される水分含有量を上記範囲とすることにより、第2の反応工程において用いる固体触媒の寿命を十分に長寿命化を図ることができる効果を奏する。   By setting the water content contained in the first fatty acid alkyl ester phase within the above range, the solid catalyst used in the second reaction step has an effect of sufficiently extending the life.

また、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、さらに、上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含有されるグリセリンの濃度は、0.1質量%以下であることが好ましい。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, the concentration of glycerin contained in the first fatty acid alkyl ester phase is preferably 0.1% by mass or less.

上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含有されるグリセリンの濃度を上記範囲とすることにより、第2の反応工程において得られる脂肪酸アルキルエステルの品質および収率を十分に向上することができる効果を奏する。   By setting the concentration of glycerin contained in the first fatty acid alkyl ester phase within the above range, the quality and yield of the fatty acid alkyl ester obtained in the second reaction step can be sufficiently improved. .

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造装置では、上記課題を解決するために、
油脂類とアルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第1の反応器と、上記第1の反応器において得られた第1の反応液を、第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とに相分離するための油水分離膜を含む第1の相分離器と、上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含まれる油脂類と、アルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第2の反応器と、を備えており、上記油水分離膜に形成されている孔の大きさが20μm以下であることを特徴としている。
In the apparatus for producing fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, in order to solve the above problems,
A first reactor for reacting oils and fats in the presence of a solid catalyst, and a first reaction liquid obtained in the first reactor, the first fatty acid alkyl ester phase and the first A first phase separator including an oil / water separation membrane for phase separation into a glycerin phase, an oil and fat contained in the first fatty acid alkyl ester phase, and an alcohol are reacted in the presence of a solid catalyst. 2, and the size of the holes formed in the oil-water separation membrane is 20 μm or less.

上記の構成によれば、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法と同様の作用効果を奏する。   According to said structure, there exists an effect similar to the manufacturing method of the fatty-acid alkylester and / or glycerol which concerns on this invention.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、第1の反応工程において得られた第1の反応液を相分離する第1の相分離工程において、大きさが20μm以下の孔の形成されている油水分離膜を用いている。   In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, in the first phase separation step of phase-separating the first reaction liquid obtained in the first reaction step, pores having a size of 20 μm or less are used. The formed oil / water separation membrane is used.

これによって、後段の第2の反応工程に供給される水分濃度を非常に低くすることができるため、後段の第2の反応工程における固体触媒の寿命を長寿命化することができる効果を奏する。また、第1の脂肪酸アルキルエステル相を用いた、後段の第2の反応工程におけるエステル交換反応の平衡条件を好適に保つことができるため、第2の反応工程において得られる脂肪酸アルキルエステルの品質および収率を向上することができる効果を奏する。   As a result, the water concentration supplied to the second reaction step in the latter stage can be made very low, and the life of the solid catalyst in the second reaction step in the latter stage can be extended. In addition, since the equilibrium condition of the transesterification reaction in the second reaction step in the subsequent stage using the first fatty acid alkyl ester phase can be suitably maintained, the quality of the fatty acid alkyl ester obtained in the second reaction step and There exists an effect which can improve a yield.

脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造装置を模式的に示す模式図である。It is a schematic diagram which shows typically the manufacturing apparatus of fatty-acid alkylester and / or glycerol. 脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの生成反応を示す図である。It is a figure which shows the production | generation reaction of a fatty-acid alkylester and / or glycerol.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法における一実施形態について説明する。なお、本明細書等における「脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリン」とは、「脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの少なくともいずれか1つ」と同義である。   An embodiment of the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention will be described. In the present specification and the like, “fatty acid alkyl ester and / or glycerin” has the same meaning as “at least one of fatty acid alkyl ester and glycerin”.

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法は、主として、反応工程、精製工程および相分離工程を含んでいる。これら各工程の詳細については、以下に説明する。   The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention mainly includes a reaction step, a purification step, and a phase separation step. Details of these steps will be described below.

(脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造プロセス)
ここで、上述した各工程を含む脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造プロセスについて図1を参照して以下に説明する。図1は、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造装置を模式的に示した模式図である。
(Process for producing fatty acid alkyl ester and / or glycerin)
Here, the manufacturing process of the fatty acid alkyl ester and / or glycerin including each step described above will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view schematically showing an apparatus for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention.

図1に示すように、脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンを製造する製造装置1は、主として油脂類貯留槽2、アルコール類貯留槽3、廃棄物貯留槽4、脂肪酸アルキルエステル貯留槽5、グリセリン貯留槽6、第1反応器10、第1加圧フラッシュ塔11、第1常圧フラッシュ塔12、アルコール精製塔13、第1分離器14、第2反応器20、第2加圧フラッシュ塔21、第2常圧フラッシュ塔22、アルコール蒸留塔23、第2分離器24、およびそれらを繋ぐラインを備えている。   As shown in FIG. 1, a manufacturing apparatus 1 for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin mainly includes an oil and fat storage tank 2, an alcohol storage tank 3, a waste storage tank 4, a fatty acid alkyl ester storage tank 5, and a glycerin storage. Tank 6, first reactor 10, first pressure flash tower 11, first atmospheric pressure flash tower 12, alcohol purification tower 13, first separator 14, second reactor 20, second pressure flash tower 21, A second atmospheric flash tower 22, an alcohol distillation tower 23, a second separator 24, and a line connecting them are provided.

図1に示すように、アルコール類は、アルコール類貯留槽3から第1反応器10に供給され、油脂類は、油脂類貯留槽2から第1反応器10に供給される。このとき、油脂類およびアルコール類は、加熱および加圧された後、固体触媒の充填された第1反応器10に供給される。第1反応器10および第1反応器10における第1の反応工程については下記に詳述する。   As shown in FIG. 1, alcohol is supplied from the alcohol storage tank 3 to the first reactor 10, and fats and oils are supplied from the fat storage tank 2 to the first reactor 10. At this time, oils and fats and alcohols are heated and pressurized, and then supplied to the first reactor 10 filled with the solid catalyst. The first reactor 10 and the first reaction step in the first reactor 10 will be described in detail below.

第1反応器10を通過することによって得られた、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを含む反応液は、第1加圧フラッシュ塔11へと送られる。第1加圧フラッシュ塔11は、反応液から未反応アルコール類を留去し、留去された未反応アルコール類は熱交換器30へと送られる。また、未反応アルコール類を留去した反応液は、第1常圧フラッシュ塔12に供給される。第1常圧フラッシュ塔12は、反応液に含有される未反応アルコール類を再度留去し、留去された未反応アルコール類は、アルコール精製塔13に供給される。また、第1常圧フラッシュ塔12において、未反応アルコール類を留去した反応液は、第1分離器14に供給される。第1加圧フラッシュ塔11および第1常圧フラッシュ塔12における第1の精製工程の詳細については下記に詳述する。   The reaction liquid containing the fatty acid alkyl ester and glycerin obtained by passing through the first reactor 10 is sent to the first pressure flash tower 11. The first pressure flash tower 11 distills unreacted alcohols from the reaction solution, and the unreacted alcohols that have been distilled off are sent to the heat exchanger 30. The reaction liquid from which unreacted alcohols have been distilled off is supplied to the first atmospheric pressure flash tower 12. The first atmospheric flash tower 12 again distills off unreacted alcohols contained in the reaction solution, and the unreacted alcohols distilled off are supplied to the alcohol purification tower 13. In the first atmospheric pressure flash tower 12, the reaction solution from which unreacted alcohols have been distilled off is supplied to the first separator 14. Details of the first purification step in the first pressurized flash tower 11 and the first atmospheric flash tower 12 will be described in detail below.

続いて、アルコール精製塔13は、未反応アルコール類からアルコール類を再生する。再生されたアルコール類は、アルコール類貯留槽3へ送られ、再度原料として使用される。また、未反応アルコール類に含有されていたアルコール類以外の物質(廃棄物)は、装置外へと排出され、廃棄物貯留槽4に貯留される。なお、未反応アルコール類からアルコール類を再生する際に、熱交換器30よび熱交換器31を用いて未反応アルコール類から回収した熱量を利用するようにしてもよい。   Subsequently, the alcohol purification tower 13 regenerates alcohols from unreacted alcohols. The regenerated alcohol is sent to the alcohol storage tank 3 and used again as a raw material. Further, substances (wastes) other than alcohols contained in the unreacted alcohols are discharged out of the apparatus and stored in the waste storage tank 4. In addition, when regenerating alcohols from unreacted alcohols, the amount of heat recovered from unreacted alcohols using the heat exchanger 30 and the heat exchanger 31 may be used.

一方、未反応アルコール類を留去した反応液を供給された第1分離器14は、供給された反応液を脂肪酸アルキルエステル相(上相)とグリセリン相(下相)とに相分離する。第1分離器14における第1の相分離工程については下記に詳述する。   On the other hand, the first separator 14 supplied with the reaction liquid obtained by distilling off the unreacted alcohols separates the supplied reaction liquid into a fatty acid alkyl ester phase (upper phase) and a glycerin phase (lower phase). The first phase separation step in the first separator 14 will be described in detail below.

上相の脂肪酸アルキルエステル相は、アルコール類貯留槽3から供給されたアルコール類と混合され、第2反応器20に供給される。これによって、脂肪酸アルキルエステル相に含有されている未反応の油脂類を完全に反応させる。第2反応器20および第2反応器20における第2の反応工程については下記に詳述する。   The upper fatty acid alkyl ester phase is mixed with the alcohol supplied from the alcohol storage tank 3 and supplied to the second reactor 20. Thereby, the unreacted fats and oils contained in the fatty acid alkyl ester phase are completely reacted. The second reactor 20 and the second reaction step in the second reactor 20 will be described in detail below.

第2反応器20を通過することによって得られた、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンを含む反応液は、第2加圧フラッシュ塔21へと送られる。第2加圧フラッシュ塔21は、反応液から未反応アルコール類を留去する。未反応アルコール類を留去された反応液は、第2常圧フラッシュ塔22に供給される。第2常圧フラッシュ塔22は、反応液に含有される未反応アルコール類を再度留去し、留去された未反応アルコール類は、アルコール類貯留槽3へと送られ、原料として再度利用される。また、第2常圧フラッシュ塔22において、未反応アルコール類を留去した反応液は、アルコール蒸留塔23に供給される。なお、第1分離器14において分離された下相であるグリセリン相もまた、アルコール蒸留塔23に供給される。第2加圧フラッシュ塔21および第2常圧フラッシュ塔22における第2の精製工程の詳細については下記に詳述する。   The reaction liquid containing the fatty acid alkyl ester and glycerin obtained by passing through the second reactor 20 is sent to the second pressure flash tower 21. The second pressure flash tower 21 distills off unreacted alcohols from the reaction solution. The reaction liquid from which unreacted alcohols have been distilled off is supplied to the second atmospheric pressure flash tower 22. The second atmospheric flash tower 22 again distills off the unreacted alcohol contained in the reaction solution, and the unreacted alcohol that has been distilled off is sent to the alcohol storage tank 3 and reused as a raw material. The In the second atmospheric pressure flash tower 22, the reaction liquid from which unreacted alcohols have been distilled off is supplied to the alcohol distillation tower 23. Note that the glycerin phase, which is the lower phase separated in the first separator 14, is also supplied to the alcohol distillation column 23. Details of the second purification step in the second pressurized flash tower 21 and the second atmospheric flash tower 22 will be described in detail below.

続いて、未反応アルコール類を留去した反応液および第1分離器14において分離したグリセリンの供給されたアルコール蒸留塔23は、供給された反応液およびグリセリンに含有されている未反応アルコール類をさらに留去する。留去された未反応アルコール類は、アルコール精製塔13へと供給され、アルコール類として再生される。   Subsequently, the reaction liquid obtained by distilling off the unreacted alcohol and the alcohol distillation column 23 supplied with glycerin separated in the first separator 14 are used to remove the unreacted alcohol contained in the supplied reaction liquid and glycerin. Further distill off. The unreacted alcohols distilled off are supplied to the alcohol purification tower 13 and regenerated as alcohols.

アルコール蒸留塔23において未反応アルコール類を留去された反応液は、第2分離器24に供給される。第2分離器24は、供給された反応液を脂肪酸アルキルエステル相(上相)とグリセリン相(下相)とに相分離する。そして、上相である脂肪酸アルキルエステル相は脂肪酸アルキルエステル貯留槽5へと送られ、下相であるグリセリン相はグリセリン貯留槽6へと送られる。第2分離器24における第2の相分離工程については下記に詳述する。   The reaction liquid from which unreacted alcohols have been distilled off in the alcohol distillation column 23 is supplied to the second separator 24. The second separator 24 phase-separates the supplied reaction liquid into a fatty acid alkyl ester phase (upper phase) and a glycerin phase (lower phase). The fatty acid alkyl ester phase that is the upper phase is sent to the fatty acid alkyl ester storage tank 5, and the glycerin phase that is the lower phase is sent to the glycerin storage tank 6. The second phase separation step in the second separator 24 will be described in detail below.

なお、「反応系」における一連の工程とは、上述した一連の処理工程全体を指している。すなわち、上述した処理工程以外の処理工程は、全て「反応系外」であることを意味している。   The series of steps in the “reaction system” refers to the entire series of processing steps described above. That is, all the process steps other than the above-described process steps are “outside the reaction system”.

次に、上述した、第1の反応工程、第2の反応工程、第1の精製工程、第2の精製工程、第1の相分離工程および第2の相分離工程の詳細について、以下に説明する。   Next, the details of the first reaction step, the second reaction step, the first purification step, the second purification step, the first phase separation step, and the second phase separation step described above will be described below. To do.

(第1の相分離工程および第2の相分離工程の詳細)
本実施形態では、まず、本発明の特徴点である第1の相分離工程および第2の相分離工程について説明する。第1の相分離工程は、第1分離器14において、第1の反応工程において得られた第1の反応液から未反応のアルコール類を留去した液を、第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とに相分離する工程である。
(Details of first phase separation step and second phase separation step)
In the present embodiment, first, the first phase separation step and the second phase separation step, which are features of the present invention, will be described. In the first phase separation step, in the first separator 14, a solution obtained by distilling off unreacted alcohols from the first reaction solution obtained in the first reaction step is used as the first fatty acid alkyl ester phase. This is a step of phase separation into the first glycerin phase.

このとき、第1の相分離工程では、第1の反応液から未反応のアルコール類を留去した液を、油水分離膜(コアレッサー)を用いて相分離する。油水分離膜とは、脂肪酸アルキルエステル相に微分散しているグリセリンを超極細繊維フィルターにより捕捉し、凝集させることにより粗大化させる膜である。これによって、ミクロンオーダーに微分散しているグリセリンをミリメートルオーダーに粗大化させ、比重差を利用して迅速かつ確実な相分離を行うことができる。   At this time, in the first phase separation step, a liquid obtained by distilling off unreacted alcohols from the first reaction liquid is phase-separated using an oil / water separation membrane (coalescer). The oil-water separation membrane is a membrane that is coarsened by capturing and agglomerating glycerin finely dispersed in the fatty acid alkyl ester phase with an ultrafine fiber filter. As a result, glycerin finely dispersed in the micron order can be coarsened in the millimeter order, and rapid and reliable phase separation can be performed using the specific gravity difference.

これによって、第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とを迅速に分離させることができると共に、第1の脂肪酸アルキルエステル相にグリセリンが分配することを抑制することができる。したがって、第1の脂肪酸アルキルエステル相におけるグリセリン濃度を低減することができるため、第2の反応工程におけるエステル交換反応の平衡条件を好適に保つことができる。すなわち、第2の反応工程において得られる脂肪酸アルキルエステルの品質および収率を向上することができる。   Thus, the first fatty acid alkyl ester phase and the first glycerin phase can be quickly separated, and distribution of glycerin to the first fatty acid alkyl ester phase can be suppressed. Therefore, since the glycerin concentration in the first fatty acid alkyl ester phase can be reduced, the equilibrium conditions for the transesterification reaction in the second reaction step can be suitably maintained. That is, the quality and yield of the fatty acid alkyl ester obtained in the second reaction step can be improved.

また、第2の反応工程に供給される水分濃度も併せて低減することができるため、第2の反応工程において用いる固体触媒の寿命を長寿命化することもできる。固体触媒の寿命を長寿命化させることにより、第2反応器20内の固体触媒を取り替える頻度を低減することができるため、脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの生産性を向上することができると共に、触媒の取り替え作業という煩雑な処理の回数も低減することができる。   In addition, since the water concentration supplied to the second reaction step can also be reduced, the life of the solid catalyst used in the second reaction step can be extended. By prolonging the life of the solid catalyst, the frequency of replacing the solid catalyst in the second reactor 20 can be reduced, so that the productivity of fatty acid alkyl ester and glycerin can be improved, and the catalyst The number of complicated processes of replacement work can also be reduced.

また、第2の相分離工程は、第2分離器24において、第2の反応工程において得られた第2の反応液から未反応のアルコール類を留去した液を、第2の脂肪酸アルキルエステル相と第2のグリセリン相とに相分離する工程である。第2の相分離工程では、従来公知の重力沈降槽を用いて相分離してもよいが、第1の相分離工程と同様に、油水分離膜を用いて相分離することが好ましい。   In the second phase separation step, in the second separator 24, a solution obtained by distilling off unreacted alcohols from the second reaction solution obtained in the second reaction step is used as a second fatty acid alkyl ester. Phase separation into a phase and a second glycerin phase. In the second phase separation step, phase separation may be performed using a conventionally known gravity settling tank, but it is preferable to perform phase separation using an oil-water separation membrane as in the first phase separation step.

第2の相分離工程においても油水分離膜を用いて相分離することによって、第2の反応液も、第1の反応液と同様に、迅速かつ確実に相分離させることができる。これによって、相分離工程に要する時間をより一層短縮することができる。また、最終的に得られる脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの品質をより一層向上することができる。   Also in the second phase separation step, by performing phase separation using an oil / water separation membrane, the second reaction liquid can also be phase-separated quickly and reliably as in the first reaction liquid. Thereby, the time required for the phase separation step can be further shortened. Moreover, the quality of the fatty acid alkyl ester and glycerin finally obtained can be further improved.

また、第1分離器14および第2分離器24において、より一層純度の高い脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンを得る場合には、第1分離器14および第2分離器24の後にさらに精製塔を設けてもよい。   Further, in the case of obtaining fatty acid alkyl ester and / or glycerin having higher purity in the first separator 14 and the second separator 24, a purification column is further provided after the first separator 14 and the second separator 24. It may be provided.

(第1分離器14および第2分離器24の詳細)
ここで、第1の相分離工程および第2の相分離工程において用いられる第1分離器14および第2分離器24の詳細について説明する。第1分離器14および第2分離器24(単に、コアレッサーとも称する)には、フィルターとして働くコアレッサーエレメントが組み込まれている。コアレッサーエレメント(フィルターエレメントまたはエレメントとも称する)とは、不織布またはサポートスクリーンなどの油水分離膜を円柱状のケーシングの中に内挿したカートリッジ形状のデバイスである。
(Details of the first separator 14 and the second separator 24)
Here, details of the first separator 14 and the second separator 24 used in the first phase separation step and the second phase separation step will be described. The first separator 14 and the second separator 24 (also simply referred to as coalescers) incorporate a coalescer element that acts as a filter. A coalescer element (also referred to as a filter element or element) is a cartridge-shaped device in which an oil / water separation membrane such as a nonwoven fabric or a support screen is inserted into a cylindrical casing.

コアレッサーの形態としては、メンテナンスなどを容易にするために、コアレッサーエレメント自体を交換することができるタイプであることが好ましい。   The form of the coalescer is preferably of a type in which the coalescer element itself can be replaced in order to facilitate maintenance and the like.

コアレッサーエレメントは、疎水性流体(例えば、油脂、脂肪酸アルキルエステル、ガソリン、軽油)中に微分散した親水性流体(例えば、水、グリセリン、低級アルコール)の凝集が好適に行えるタイプであることが好ましい。このようなコアレッサーエレメントに用いる油水分離膜は、親水性を有する素材をプリーツ状に加工して組み合わせることにより成形されていることが好ましい。親水性を有する素材としては、例えば、ろ紙、グラスウールおよびポリエチレンテレフタレート(PET)などを挙げることができる。これらの中でもPETであることが好ましい。また、油水分離膜に用いる親水性の素材は、1種類のみであってもよいし、複数種類の素材を適宜組み合わせるようにしてもよい。   The coalescer element may be a type that can suitably aggregate a hydrophilic fluid (for example, water, glycerin, lower alcohol) finely dispersed in a hydrophobic fluid (for example, fat, fatty acid alkyl ester, gasoline, light oil). preferable. The oil / water separation membrane used for such a coalescer element is preferably formed by processing and combining hydrophilic materials into pleats. Examples of the hydrophilic material include filter paper, glass wool, and polyethylene terephthalate (PET). Among these, PET is preferable. Moreover, only one type of hydrophilic material may be used for the oil / water separation membrane, or a plurality of types of materials may be appropriately combined.

コアレッサーエレメントに備えられている油水分離膜に形成されている孔の大きさ(以下、孔径と称する)は、20μm以下であることが好ましく、10μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。油水分離膜に形成されている孔の孔径の上限値を上記の範囲とすることにより、孔径以下の大きさで微分散している液滴を確実に凝集し、粗大化させることができる。したがって、孔径が小さいほど、小さい液滴を凝集することができるため、より好ましい。なお、孔径の下限値は、コアレッサー前後の圧力損失が装置の運転上問題とならないレベルであれば特に限定されるものではない。   The size of pores (hereinafter referred to as pore diameter) formed in the oil / water separation membrane provided in the coalescer element is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and more preferably 5 μm or less. More preferably. By setting the upper limit value of the pore diameter of the pores formed in the oil / water separation membrane within the above range, droplets finely dispersed with a size equal to or smaller than the pore diameter can be surely aggregated and coarsened. Accordingly, the smaller the pore diameter, the more preferable because small droplets can be aggregated. The lower limit of the hole diameter is not particularly limited as long as the pressure loss before and after the coalescer does not cause a problem in the operation of the apparatus.

第1分離器14および第2分離器24における処理液の温度は、10〜80℃の範囲であることが好ましく、20〜70℃の範囲であることがより好ましく、30〜60℃の範囲であることがさらに好ましい。   The temperature of the treatment liquid in the first separator 14 and the second separator 24 is preferably in the range of 10 to 80 ° C, more preferably in the range of 20 to 70 ° C, and in the range of 30 to 60 ° C. More preferably it is.

上述した範囲の下限値以上の温度で相分離処理を行うことにより、反応液に含まれるグリセリド類の析出を防ぐことができる共に、液粘度が好適に低減されるため、コアレッサーにおける圧力損失を抑制することができる。また、上述した範囲の上限値以下の温度で相分離処理を行うことにより、分離効率を改善することができると共に、エレメントおよびシール部材などが腐食することを抑制することができる。   By performing the phase separation treatment at a temperature equal to or higher than the lower limit of the above range, precipitation of glycerides contained in the reaction solution can be prevented and the viscosity of the solution is suitably reduced. Can be suppressed. Moreover, by performing the phase separation process at a temperature equal to or lower than the upper limit value in the above-described range, it is possible to improve the separation efficiency and to suppress the corrosion of the element and the seal member.

第1分離器14において相分離された脂肪酸アルキルエステル相(上相)における水分含有量は、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.05質量%以下であることがさらに好ましく、0.01質量%以下であることが特に好ましい。   The water content in the fatty acid alkyl ester phase (upper phase) phase-separated in the first separator 14 is preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less, and 0 It is more preferable that it is 0.05 mass% or less, and it is especially preferable that it is 0.01 mass% or less.

(第1の反応工程および第2の反応工程の詳細)
次に、第1の反応工程および第2の反応工程の詳細について説明する。第1の反応工程および第2の反応工程は、いずれも油脂類およびアルコール類を混合し、固体触媒存在下においてエステル交換反応させることにより脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンを生成する工程である。
(Details of first reaction step and second reaction step)
Next, details of the first reaction step and the second reaction step will be described. Each of the first reaction step and the second reaction step is a step of producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin by mixing fats and oils and an alcohol and causing a transesterification reaction in the presence of a solid catalyst.

エステル交換反応では、脂肪酸アルキルエステルとグリセリンとを同時に得ることができるため、化学原料として各種の用途に有用である精製されたグリセリンおよびバイオディーゼル燃料用に有用である脂肪酸アルキルエステルを工業的に簡便に得ることができる。ここで、本発明において好適に用いることができる、固体触媒、アルコール類および油脂類については下記にて詳述する。   In the transesterification reaction, fatty acid alkyl ester and glycerin can be obtained at the same time. Therefore, purified glycerin useful for various uses as a chemical raw material and fatty acid alkyl ester useful for biodiesel fuel are industrially simple. Can get to. Here, solid catalysts, alcohols and fats and oils that can be suitably used in the present invention will be described in detail below.

第1反応器10および第2反応器20における油脂類およびアルコール類の混合溶液の温度、すなわち反応温度は、100〜300℃の範囲内であることが好ましく、120〜270℃の範囲内であることがより好ましく、150〜235℃の範囲内であることがさらに好ましい。反応温度を上記範囲内とすることによって、反応速度を十分に向上し、かつアルコール類の分解を十分に抑制することができる。   The temperature of the mixed solution of fats and oils and alcohols in the first reactor 10 and the second reactor 20, that is, the reaction temperature is preferably in the range of 100 to 300 ° C, and in the range of 120 to 270 ° C. It is more preferable that it is in the range of 150 to 235 ° C. By setting the reaction temperature within the above range, the reaction rate can be sufficiently improved and the decomposition of alcohols can be sufficiently suppressed.

第1反応器10および第2反応器20における圧力、すなわち反応圧力は、0.1〜10MPaの範囲内であることが好ましく、0.2〜9MPaの範囲内であることがより好ましく、0.3〜8MPaの範囲内であることがさらに好ましい。反応圧力を上記範囲内とすることによって、反応速度を十分に向上し、かつ副反応を十分に抑制することができる。なお、反応圧力が10MPaを超える場合には、高圧に耐えうる特殊な装置が必要となるため、設備費などのコストが余分にかかることとなる。   The pressure in the first reactor 10 and the second reactor 20, that is, the reaction pressure is preferably in the range of 0.1 to 10 MPa, more preferably in the range of 0.2 to 9 MPa, and More preferably, it is in the range of 3-8 MPa. By setting the reaction pressure within the above range, the reaction rate can be sufficiently improved and side reactions can be sufficiently suppressed. When the reaction pressure exceeds 10 MPa, a special device that can withstand high pressure is required, and thus costs such as equipment costs are extra.

また、第1反応器10および第2反応器20に供給されるアルコール類および油脂類の供給量は、油脂類の供給量に対するアルコール類の供給量を理論必要量の1〜30倍の範囲内とすることが好ましく、1.2〜20倍の範囲内とすることがより好ましく、1.5〜15倍の範囲内とすることがさらに好ましく、2〜10倍の範囲内とすることがさらに一層好ましい。油脂類の供給量に対するアルコール類の供給量を上記範囲内とすることによって、油脂類とアルコール類とを十分に反応させることができ、油脂類の転化率を十分に向上させることができる。また、第1の精製工程または第2の精製工程におけるアルコール類の回収量および、アルコール精製塔13またはアルコール蒸留塔23にかかるユーティリティコストを低減することができるため、製造コストを低減することができる。   The supply amount of alcohols and fats and oils supplied to the first reactor 10 and the second reactor 20 is within a range of 1 to 30 times the theoretical required amount of the supply amount of alcohols with respect to the supply amount of fats and oils. It is preferable to be within a range of 1.2 to 20 times, more preferably within a range of 1.5 to 15 times, and further preferably within a range of 2 to 10 times. Even more preferred. By making the supply amount of alcohols within the above range relative to the supply amount of fats and oils, the fats and alcohols can be sufficiently reacted, and the conversion rate of fats and oils can be sufficiently improved. In addition, the amount of alcohol recovered in the first purification step or the second purification step and the utility cost for the alcohol purification tower 13 or the alcohol distillation tower 23 can be reduced, so that the manufacturing cost can be reduced. .

なお、本明細書等におけるアルコールの理論必要量とは、油脂類のけん化価に対応するアルコールのモル数を指しており、下記式によって算出することができる。   In addition, the theoretical required amount of alcohol in the present specification and the like refers to the number of moles of alcohol corresponding to the saponification value of fats and oils, and can be calculated by the following formula.

アルコールの理論必要量(g)=アルコールの分子量×[油脂の使用量(g)×けん化価(mg(KOH)/g(油脂))/56100]。   Theoretical required amount of alcohol (g) = molecular weight of alcohol × [amount of used fat (g) × saponification value (mg (KOH) / g (fat)) / 56100].

第1反応器10および第2反応器20の形態は、バッチ式および固定床流通式のいずれであってもよいが、固定床流通式であることが好ましい。第1反応器10および第2反応器20を、固体触媒を充填した固定床反応装置とすることによって、触媒を分離する工程を不要とすることができる。これによって、煩雑な作業工程を省くことができるため、工業的な製造を容易なものとすることができる。第1反応器10および第2反応器20を固定床反応装置とする場合、およびバッチ式の反応槽とする場合における反応時間等の条件は従来公知の条件を用いることができる。   The form of the first reactor 10 and the second reactor 20 may be either a batch type or a fixed bed flow type, but is preferably a fixed bed flow type. By using the first reactor 10 and the second reactor 20 as fixed bed reactors filled with a solid catalyst, the step of separating the catalyst can be eliminated. Thereby, since a complicated work process can be omitted, industrial production can be facilitated. Conventionally known conditions can be used for conditions such as reaction time when the first reactor 10 and the second reactor 20 are fixed bed reactors and when batch reactors are used.

なお、油脂類が不純物としてリン脂質やタンパク質などの不純物を含む場合には、鉱酸を添加して、不純物を除去する脱ガム処理を行うための脱ガム用反応槽を設けてもよい。脱ガム用反応槽は、第1反応器10の前に設置することが好ましく、油脂類とアルコール類と混合する前であることがより好ましい。   In addition, when fats and oils contain impurities, such as phospholipid and protein, you may provide the degumming reaction tank for adding the mineral acid and performing the degumming process which removes an impurity. The degumming reaction tank is preferably installed in front of the first reactor 10, and more preferably before mixing with fats and oils and alcohols.

(第1の精製工程および第2の精製工程の詳細)
続いて、第1の精製工程および第2の精製工程の詳細について説明する。第1の精製工程および第2の精製工程は、それぞれ第1の反応工程および第2の反応工程において得られた反応液から未反応アルコールを留去する工程である。
(Details of the first purification step and the second purification step)
Then, the detail of a 1st refinement | purification process and a 2nd refinement | purification process is demonstrated. The first purification step and the second purification step are steps for distilling off unreacted alcohol from the reaction liquid obtained in the first reaction step and the second reaction step, respectively.

第1の精製工程および第2の精製工程は、互いに異なる少なくとも2段階の圧力により行われることが好ましい。図1を参照すれば、1段階目の精製が、第1加圧フラッシュ塔11および第2加圧フラッシュ塔21における精製となり、2段階目の精製が、第1常圧フラッシュ塔12および第2常圧フラッシュ塔22における精製となる。   The first purification step and the second purification step are preferably performed by at least two different pressures. Referring to FIG. 1, the first stage purification is the purification in the first pressure flash tower 11 and the second pressure flash tower 21, and the second stage purification is the first atmospheric flash tower 12 and the second pressure flash tower 21. Purification is performed in the atmospheric flash tower 22.

第1の精製工程および第2の精製工程における1段階目の精製、すなわち、第1加圧フラッシュ塔11および第2加圧フラッシュ塔21における圧力は、0.15〜1.5MPaの範囲内であることが好ましく、0.20〜1.0MPaの範囲内であることがより好ましい。また、第1常圧フラッシュ塔12または第2常圧フラッシュ塔22における圧力は、常圧であることが好ましい。   The first stage purification in the first purification step and the second purification step, that is, the pressure in the first pressure flash tower 11 and the second pressure flash tower 21 is within the range of 0.15 to 1.5 MPa. It is preferable that it is within a range of 0.20 to 1.0 MPa. Moreover, it is preferable that the pressure in the 1st normal pressure flash tower 12 or the 2nd normal pressure flash tower 22 is a normal pressure.

なお、本明細書等における「常圧」とは、0.095〜0.105MPaの範囲内であることを意味している。   Note that “normal pressure” in this specification and the like means that the pressure is in the range of 0.095 to 0.105 MPa.

本実施形態では、第1の精製工程および第2の精製工程を2段階の精製としているが、これに限定されるものではなく、1段階であってもよいし、また3段階以上であってもよい。しかし、第1の精製工程および/または第2の精製工程が加圧フラッシュ塔の1段階である場合には、ボトムから抜き出される重質液に含まれるアルコールの量が多くなり、後段の相分離工程での分離効率が悪くなるおそれがある。具体的には、グリセリン相に対して脂肪酸アルキルエステルおよび/またはモノグリセリド類が分配し、脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの収率および純度が低下するおそれがある。   In the present embodiment, the first purification process and the second purification process are two-stage purification, but the present invention is not limited to this, and may be one stage, or three or more stages. Also good. However, when the first purification step and / or the second purification step is one stage of the pressure flash tower, the amount of alcohol contained in the heavy liquid withdrawn from the bottom increases, and the latter phase There exists a possibility that the separation efficiency in a separation process may worsen. Specifically, fatty acid alkyl esters and / or monoglycerides are distributed to the glycerin phase, and the yield and purity of fatty acid alkyl esters and / or glycerin may be reduced.

なお、第1加圧フラッシュ塔11、第2加圧フラッシュ塔21、第1常圧フラッシュ塔12および第2常圧フラッシュ塔22は、従来公知のフラッシュ塔を用いることができる。   As the first pressurized flash tower 11, the second pressurized flash tower 21, the first atmospheric flash tower 12, and the second atmospheric flash tower 22, a conventionally known flash tower can be used.

(付記事項)
なお、本実施形態では、第1の反応工程および第2の反応工程の2つの反応工程を含む製造方法を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではなく、反応工程は、3段階以上であってもよい。反応工程が3段階以上の場合には、反応工程毎に、得られた反応液から未反応のアルコール類を留去した液を油水分離膜を用いて相分離することが好ましい。
(Additional notes)
In the present embodiment, the production method including two reaction steps of the first reaction step and the second reaction step is described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the reaction step is not limited to this. There may be three or more stages. When the reaction process has three or more stages, it is preferable to phase-separate a liquid obtained by distilling off unreacted alcohols from the obtained reaction liquid using an oil-water separation membrane for each reaction process.

(固体触媒、アルコール類および油脂類)
ここで、本発明において好適に用いることができる固体触媒、アルコール類および油脂類について説明する。
(Solid catalysts, alcohols and fats)
Here, solid catalysts, alcohols and fats and oils that can be suitably used in the present invention will be described.

(固体触媒)
本発明に好適に用いることができる固体触媒は、エステル交換反応において、原料および生成物などが含まれる反応液にほとんど溶解することなく、触媒作用を有する化合物であり、原料である油脂類およびアルコール類ならびに生成物である脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンなどが含まれる反応液に不溶である不溶性の固体触媒であることが好ましい。本明細書等における固体触媒の「不溶性」とは、エステル交換反応後の反応液において、活性成分(例えば、活性金属成分)が1000ppm以下、好ましくは800ppm以下、より好ましくは600ppm以下、さらに好ましくは300ppm以下、最も好ましくは分析装置で検出されないことを意味している。なお、反応液における不溶性固体触媒の活性成分の濃度(溶出量)は、蛍光X線分析法(XRF)を用いて測定することができる。蛍光X線分析法では、反応後の反応液を、溶液状態のまま用いることができる。また、より微小量の溶出量を測定する場合には、高周波誘導プラズマ(ICP)発光分析法により測定してもよい。
(Solid catalyst)
The solid catalyst that can be suitably used in the present invention is a compound having a catalytic action in the transesterification reaction, being hardly dissolved in a reaction solution containing raw materials and products, and is a raw material such as fats and alcohols. And an insoluble solid catalyst that is insoluble in a reaction solution containing a fatty acid alkyl ester and glycerin as products. In the present specification and the like, “insoluble” of the solid catalyst means that the active component (for example, active metal component) is 1000 ppm or less, preferably 800 ppm or less, more preferably 600 ppm or less, more preferably in the reaction solution after the transesterification reaction. 300 ppm or less, most preferably means not detected by the analyzer. In addition, the density | concentration (elution amount) of the active component of the insoluble solid catalyst in a reaction liquid can be measured using a fluorescent X ray analysis method (XRF). In the fluorescent X-ray analysis method, the reaction solution after the reaction can be used in a solution state. Moreover, when measuring a very small amount of elution, it may be measured by a high frequency induction plasma (ICP) emission analysis method.

本発明において好適に用いることができる固体触媒としては、油脂類とアルコール類とのエステル交換反応後に反応系から容易に除去できることが好ましい。また、固体触媒は、油脂類中に含まれる遊離脂肪酸のエステル化反応に対して活性を持つ触媒、すなわち油脂類中に含まれるグリセリドのエステル交換反応と遊離脂肪酸のエステル化反応の両反応に対して活性を持つ触媒であることが好ましい。これによって、原料である油脂類が遊離脂肪酸を含んでいても、エステル交換反応とエステル化反応とを同時に行うことができる。これによって、エステル交換反応とは別にエステル化反応を行うことなく、脂肪酸アルキルエステルの収率を向上させることができる。   As the solid catalyst that can be suitably used in the present invention, it is preferable that the solid catalyst can be easily removed from the reaction system after the transesterification reaction between fats and alcohols. The solid catalyst is an active catalyst for the esterification reaction of free fatty acids contained in fats and oils, that is, for both the ester exchange reaction of glycerides contained in fats and oils and the esterification reaction of free fatty acids. The catalyst is preferably active. Thereby, even if the fats and oils which are raw materials contain the free fatty acid, transesterification and esterification can be performed simultaneously. Thereby, the yield of fatty acid alkyl ester can be improved without performing an esterification reaction separately from the transesterification reaction.

本発明に好適に用いることができる固体触媒として、具体的には、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アルミニウム含有化合物、ケイ素含有化合物、チタン含有化合物、バナジウム含有化合物、クロム含有化合物、マンガン含有化合物、鉄含有化合物、コバルト含有化合物、ニッケル含有化合物、銅含有化合物、亜鉛含有化合物、ジルコニウム含有化合物、ニオブ含有化合物、モリブデン含有化合物、スズ含有化合物、希土類含有化合物、タングステン含有化合物、鉛含有化合物、ビスマス含有化合物、またはイオン交換樹脂であることが好ましい。   Specific examples of solid catalysts that can be suitably used in the present invention include alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds, aluminum-containing compounds, silicon-containing compounds, titanium-containing compounds, vanadium-containing compounds, chromium-containing compounds, and manganese-containing compounds. Compound, iron containing compound, cobalt containing compound, nickel containing compound, copper containing compound, zinc containing compound, zirconium containing compound, niobium containing compound, molybdenum containing compound, tin containing compound, rare earth containing compound, tungsten containing compound, lead containing compound, A bismuth-containing compound or an ion exchange resin is preferred.

上記化合物としては、上記必須成分を有する限り特に限定されないが、例えば、単一、混合または複合酸化物、硫酸塩、リン酸塩、シアン化物、ハロゲン化物、錯体などの形態であること好ましい。これらの中でも、単一、混合または複合酸化物もしくはシアン化物であることがより好ましく、具体的には、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、マンガン酸化物、亜鉛酸化物、ジルコニウム酸化物、およびこれらもしくは他の金属との混合および/または複合酸化物、シアン化亜鉛、シアン化鉄、シアン化コバルト、およびこれらもしくは他の金属との混合および/または複合シアン化物などを挙げることができる。なお、これらの形態のものを担体上に坦持または固定化した形態であってもよく、担体としては、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ・アルミナ、各種ゼオライト、活性炭、珪藻土、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化すず、酸化鉛などを挙げることができる。   Although it does not specifically limit as long as it has the said essential component as said compound, For example, it is preferable that it is a form, such as single, mixed or complex oxide, a sulfate, a phosphate, a cyanide, a halide, a complex. Among these, single, mixed, or complex oxides or cyanides are more preferable. Specifically, aluminum oxide, titanium oxide, manganese oxide, zinc oxide, zirconium oxide, and these or Mixtures and / or composite oxides with other metals, zinc cyanide, iron cyanide, cobalt cyanide, and mixtures and / or composite cyanides with these or other metals can be mentioned. These forms may be supported or immobilized on a support, and examples of the support include silica, alumina, silica / alumina, various zeolites, activated carbon, diatomaceous earth, zirconium oxide, and titanium oxide. , Tin oxide, lead oxide and the like.

また、イオン交換樹脂としては、アニオン交換樹脂などを挙げることができる。アニオン交換樹脂の具体例としては、強塩基性アニオン樹脂、弱塩基性アニオン樹脂などを挙げることができ、アニオン交換樹脂を架橋度または多孔度から分類した場合には、ゲル型、ポーラス型およびハイポーラス型などを挙げることができる。   Examples of ion exchange resins include anion exchange resins. Specific examples of anion exchange resins include strong base anion resins and weak base anion resins. When anion exchange resins are classified according to the degree of crosslinking or porosity, they are gel type, porous type and high type. Examples thereof include a porous type.

(油脂類)
本発明において好適に用いることができる油脂類は、グリセリンの脂肪酸エステルを含有するものであって、アルコールと共に脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの原料となるものであればよく、一般的に「油脂」と呼ばれる、グリセリンの脂肪酸エステルを含有するものであれば特に限定されるものではない。通常は、トリグリセリド(グリセリンと高級脂肪酸とのトリエステル)を主成分として、ジグリセリド、モノグリセリド、遊離脂肪酸およびその他の副成分を少量含有する油脂を用いることが好ましいが、トリオレインまたはトリパルミチンなどのグリセリンの脂肪酸エステルを用いてもよい。
(Oils and fats)
The fats and oils that can be suitably used in the present invention are those containing fatty acid esters of glycerin and can be used as starting materials for fatty acid alkyl esters and / or glycerin together with alcohols. It will not be specifically limited if it contains the fatty acid ester of glycerol called. Usually, it is preferable to use fats and oils containing triglyceride (triester of glycerin and higher fatty acid) as a main component and diglyceride, monoglyceride, free fatty acid and other minor components, but glycerin such as triolein or tripalmitin. The fatty acid ester may be used.

このような油脂の具体例としては、ココナツ油、ナタネ油、ゴマ油、ダイズ油、トウモロコシ油、ヒマワリ油、パーム油、パーム核油、ヤシ油、ベニバナ油、アマニ油、綿実油、キリ油およびヒマシ油などの植物油脂、牛脂、豚油、魚油および鯨脂などの動物油脂、ならびに各種食用油の使用済み油(廃食油)などを挙げることができる。なお、これらの油脂は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   Specific examples of such fats and oils include coconut oil, rapeseed oil, sesame oil, soybean oil, corn oil, sunflower oil, palm oil, palm kernel oil, coconut oil, safflower oil, linseed oil, cottonseed oil, tung oil and castor oil And vegetable oils such as beef fat, pig oil, fish oil and whale fat, and used oils (waste cooking oil) of various edible oils. In addition, these fats and oils may be used independently and may be used in mixture of 2 or more types.

なお、上述の油脂類が、不純物としてリン脂質やタンパク質などの不純物を含む場合、硫酸、硝酸、リン酸またはホウ酸などの鉱酸を添加して、不純物を除去することが好ましい。本発明の脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法では、鉱酸による反応阻害を受けにくいものを触媒として用いれば、油脂類に鉱酸が含まれていても、脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンを効率よく製造することができるため、より好ましい。   In addition, when the above-mentioned fats and oils contain impurities, such as phospholipid and protein, it is preferable to add mineral acids, such as a sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, or boric acid, and to remove impurities. In the method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to the present invention, if a fatty acid alkyl ester and / or glycerin that is less susceptible to reaction inhibition by a mineral acid is used as a catalyst, Since it can manufacture efficiently, it is more preferable.

(アルコール類)
本発明に好適に用いることができるアルコール類は、バイオディーゼル燃料の製造を目的にする場合には、アルコール類として、炭素数1〜6のアルコール類を用いることが好ましく、炭素数1〜3のアルコール類を用いることがより好ましい。炭素数1〜6のアルコール類としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、1−ブタノール、2−ブタノール、t−ブチルアルコール、1−ペンタノール、3−ペンタノール、1−ヘキサノールおよび2−ヘキサノールなどを挙げることができる。これらの中でも、メタノールまたはエタノールであることが好ましい。また、これらのアルコール類は、単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
(Alcohols)
The alcohol that can be suitably used in the present invention is preferably an alcohol having 1 to 6 carbon atoms as the alcohol when the production of biodiesel fuel is intended. More preferably, alcohols are used. Examples of the alcohol having 1 to 6 carbon atoms include methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol, 1-butanol, 2-butanol, t-butyl alcohol, 1-pentanol, 3-pentanol, 1-hexanol and 2 -Hexanol etc. can be mentioned. Among these, methanol or ethanol is preferable. Moreover, these alcohols may be used independently and may be used in mixture of 2 or more types.

また、本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法においては、油脂類、アルコール類および固体触媒以外のその他の微量成分が存在してもよい。   Moreover, in the manufacturing method of the fatty-acid alkylester and / or glycerol which concern on this invention, other trace components other than fats and oils, alcohols, and a solid catalyst may exist.

なお、本明細書等における「アルコール類」とは、炭化水素の水素原子をヒドロキシル基によって置換した形の化合物の総称を意味している。   In the present specification and the like, “alcohols” mean a generic name of compounds in which hydrocarbon hydrogen atoms are substituted with hydroxyl groups.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

以下、実施例を示し、本発明の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な様態が可能である。   Hereinafter, an Example is shown and it demonstrates in more detail about the form of this invention. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and various modes are possible for details.

〔実施例1〕
(固体触媒調製方法)
活性アルミナ(74部、住友化学株式会社製AC−12)に、硝酸マンガン50質量%水溶液(36部)を含浸担持させた。続いて、硝酸マンガンを担持させた活性アルミナを湯浴上の蒸発皿で乾燥させた後、120℃の乾燥機で一昼夜乾燥させ、空気気流下800℃で5時間焼成した。
[Example 1]
(Method for preparing solid catalyst)
Activated alumina (74 parts, AC-12 manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.) was impregnated with and supported by a 50% by weight manganese nitrate aqueous solution (36 parts). Subsequently, the activated alumina supporting manganese nitrate was dried in an evaporating dish on a hot water bath, then dried in a dryer at 120 ° C. for a whole day and night, and calcined at 800 ° C. for 5 hours in an air stream.

(脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造)
本実施例では、反応原料として、パーム油およびメタノールを使用した。なお、パーム油は脱ガムした精製パーム油を使用した。また、固体触媒(15mL)は、内径10mm、長さ210mmのSUS316製反応器(第1反応器10)に充填した。
(Production of fatty acid alkyl esters and glycerin)
In this example, palm oil and methanol were used as reaction raw materials. In addition, the refined palm oil which degummed palm oil was used. Further, the solid catalyst (15 mL) was packed into a SUS316 reactor (first reactor 10) having an inner diameter of 10 mm and a length of 210 mm.

精密高圧定量ポンプを使用してパーム油(6.3g/hr)とメタノール(6.3g/hr)とを連続供給し、200℃に加熱してラインミキサーで混合した後、第1反応器10上部より下向きに流通させた。なお、第1反応器10の内部では、200℃、5MPaを保持した。   Palm oil (6.3 g / hr) and methanol (6.3 g / hr) are continuously fed using a precision high-pressure metering pump, heated to 200 ° C. and mixed with a line mixer, then the first reactor 10 It was distributed downward from the top. In the first reactor 10, 200 ° C. and 5 MPa were maintained.

第1反応器10において得られた反応液を第1加圧フラッシュ塔11へ供給した。第1加圧フラッシュ塔11の圧力は、0.35MPaとした。次いで、第1加圧フラッシュ塔11のボトムから連続的に抜き出された重質液を第1常圧フラッシュ塔12へ供給した。なお、第1加圧フラッシュ塔11から連続的に抜き出された重質液には、17質量%のメタノールが含まれていた。   The reaction liquid obtained in the first reactor 10 was supplied to the first pressure flash tower 11. The pressure of the 1st pressurization flash tower 11 was 0.35 MPa. Next, the heavy liquid continuously extracted from the bottom of the first pressurized flash tower 11 was supplied to the first atmospheric flash tower 12. The heavy liquid continuously extracted from the first pressure flash tower 11 contained 17% by mass of methanol.

第1常圧フラッシュ塔12のボトムから抜き出された重質液を、コアレッサー(油水分離膜、孔径2μm;第1分離器14)を用いて、上相と下相とに分離した。各相は均一相として得られた。なお、上相には、0.05質量%のグリセリンが含まれていた。   The heavy liquid extracted from the bottom of the first atmospheric pressure flash tower 12 was separated into an upper phase and a lower phase using a coalescer (oil-water separation membrane, pore size 2 μm; first separator 14). Each phase was obtained as a homogeneous phase. The upper phase contained 0.05% by mass of glycerin.

続いて、得られた上相(6.3g/hr)を連続的に第2反応器20に供給し、第1反応器10と同様の条件(200℃、5MPa)でメタノール(6.3g/hr)と反応させた。なお、第2反応器20においては、上述した固体触媒6mLを充填した。   Subsequently, the obtained upper phase (6.3 g / hr) was continuously supplied to the second reactor 20, and methanol (6.3 g / h) was obtained under the same conditions as the first reactor 10 (200 ° C., 5 MPa). hr). In the second reactor 20, 6 mL of the solid catalyst described above was charged.

次に、第2反応器20において得られた反応液を第2加圧フラッシュ塔21へ供給した。第2加圧フラッシュ塔21の圧力は、0.35MPaとした。次いで、第2加圧フラッシュ塔21のボトムから連続的に抜き出された重質液を第2常圧フラッシュ塔22へ供給した。なお、第2加圧フラッシュ塔21から連続的に抜き出された重質液には、14質量%のメタノールが含まれていた。   Next, the reaction solution obtained in the second reactor 20 was supplied to the second pressure flash tower 21. The pressure of the second pressurized flash tower 21 was 0.35 MPa. Next, the heavy liquid continuously extracted from the bottom of the second pressure flash tower 21 was supplied to the second atmospheric flash tower 22. The heavy liquid continuously extracted from the second pressure flash tower 21 contained 14% by mass of methanol.

第2常圧フラッシュ塔22のボトムから抜き出された重質液と第1分離器14における下相(グリセリン相)とを混合し、混合液に含まれる未反応のメタノールを放散させるために、薄膜蒸発機(アルコール蒸留塔23)へ供給した。なお、薄膜蒸発機内部の圧力は0.03MPa、リボイラーの温度は175℃に調整した。また、滞留時間は2分間とした。薄膜蒸発機の塔底から連続的に抜き出された重質液には、0.07質量%のメタノールが含まれていた。   In order to mix the heavy liquid extracted from the bottom of the second atmospheric pressure flash tower 22 and the lower phase (glycerin phase) in the first separator 14, and to dissipate unreacted methanol contained in the mixed liquid, It supplied to the thin film evaporator (alcohol distillation tower 23). The pressure inside the thin film evaporator was adjusted to 0.03 MPa, and the reboiler temperature was adjusted to 175 ° C. The residence time was 2 minutes. The heavy liquid continuously extracted from the bottom of the thin film evaporator contained 0.07% by mass of methanol.

次に、得られた重質液をコアレッサー(油水分離膜、孔径2μm;第2分離器24)を用いて、上相と下相とに分離した。得られた上相には、脂肪酸メチルエステル(純度>99質量%)が含まれ、下相には、グリセリン(純度>99質量%)が含まれていた。このとき、上相に含まれるグリセリン濃度は、0.05質量%未満であった。得られた脂肪酸メチルエステルの組成を表1に示す。なお、表1中の脂肪酸メチルエステル、グリセリンおよびモノグリセリドの単位は、いずれも質量%濃度である。   Next, the obtained heavy liquid was separated into an upper phase and a lower phase using a coalescer (oil-water separation membrane, pore size 2 μm; second separator 24). The obtained upper phase contained fatty acid methyl ester (purity> 99% by mass), and the lower phase contained glycerin (purity> 99% by mass). At this time, the glycerin concentration contained in the upper phase was less than 0.05% by mass. The composition of the obtained fatty acid methyl ester is shown in Table 1. The units of fatty acid methyl ester, glycerin and monoglyceride in Table 1 are all in mass% concentration.

また、本実施例において、第1分離器14により分離した上相に含まれる水分の含有量は0.01質量%未満であった。本実施例においては、2000時間以上に亘り触媒は劣化せず、反応液の経時的な組成変化は観測されなかった。   In the present example, the water content contained in the upper phase separated by the first separator 14 was less than 0.01% by mass. In this example, the catalyst was not deteriorated for 2000 hours or more, and no change in the composition of the reaction solution over time was observed.

Figure 2010229351
Figure 2010229351

〔比較例1〕
第1分離器14および第2分離器24における相分離を、いずれもコアレッサーを用いず、連続重力沈降槽を用いて行った以外は、実施例1と同様の方法によって、脂肪酸メチルエステルおよびグリセリンを製造した。
[Comparative Example 1]
Fatty acid methyl ester and glycerin were obtained in the same manner as in Example 1 except that the phase separation in the first separator 14 and the second separator 24 was performed using a continuous gravity sedimentation tank without using a coalescer. Manufactured.

第1分離器14および第2分離器24のいずれにおいても、上相と下相とは完全に分離せず、懸濁液として得られた。また、第1分離器14において得られた上相には、2.1質量%のグリセリンが含まれていた。最終的に得られた脂肪酸メチルエステルの組成を表1に示す。   In both the first separator 14 and the second separator 24, the upper phase and the lower phase were not completely separated, and were obtained as a suspension. The upper phase obtained in the first separator 14 contained 2.1% by mass of glycerin. The composition of the fatty acid methyl ester finally obtained is shown in Table 1.

また、本比較例において、第1分離器14により分離した上相に含まれる水分の含有量は0.12質量%であった。本比較例においては、およそ1000時間以上の連続的な使用により後段の触媒の劣化が観測され、反応液中のグリセリド類の濃度が徐々に上昇する結果となった。   In this comparative example, the water content contained in the upper phase separated by the first separator 14 was 0.12% by mass. In this comparative example, deterioration of the catalyst in the latter stage was observed after continuous use for about 1000 hours or more, resulting in a gradual increase in the concentration of glycerides in the reaction solution.

〔比較例2〕
第1分離器14における相分離をコアレッサーを用いず、連続重力沈降槽を用いて行った以外は、実施例1と同様の方法によって、脂肪酸メチルエステルおよびグリセリンを製造した。
[Comparative Example 2]
Fatty acid methyl ester and glycerin were produced in the same manner as in Example 1 except that the phase separation in the first separator 14 was performed using a continuous gravity sedimentation tank without using a coalescer.

第1分離器14において、上相と下相とは完全に分離せず、懸濁液として得られた。また、第1分離器14において得られた上相には、2.1質量%のグリセリンが含まれていた。最終的に得られた脂肪酸メチルエステルの組成を表1に示す。   In the first separator 14, the upper phase and the lower phase were not completely separated and were obtained as a suspension. The upper phase obtained in the first separator 14 contained 2.1% by mass of glycerin. The composition of the fatty acid methyl ester finally obtained is shown in Table 1.

また、本比較例において、第1分離器14により分離した上相に含まれる水分の含有量は0.12質量%であった。本比較例においては、およそ1000時間以上の連続的な使用により後段の触媒の劣化が観測され、反応液中のグリセリド類の濃度が徐々に上昇する結果となった。   In this comparative example, the water content contained in the upper phase separated by the first separator 14 was 0.12% by mass. In this comparative example, deterioration of the catalyst in the latter stage was observed after continuous use for about 1000 hours or more, resulting in a gradual increase in the concentration of glycerides in the reaction solution.

〔比較例3〕
第1分離器14において孔径50μmのコアレッサーを用いた以外は、実施例1と同様の方法によって脂肪酸メチルエステルおよびグリセリンを製造した。
[Comparative Example 3]
Fatty acid methyl esters and glycerin were produced in the same manner as in Example 1 except that a coalescer with a pore size of 50 μm was used in the first separator 14.

第1分離器14において上相と下相は完全に分離せず、各相は懸濁液として得られた。また、第1分離器14において得られた上相には、1.9質量%のグリセリンが含まれていた。最終的に得られた脂肪酸メチルエステルの組成を表1に示す。   In the first separator 14, the upper phase and the lower phase were not completely separated, and each phase was obtained as a suspension. The upper phase obtained in the first separator 14 contained 1.9% by mass of glycerin. The composition of the fatty acid methyl ester finally obtained is shown in Table 1.

また、本比較例において、第1分離器14により分離した上相に含まれる水分の含有量は0.10質量%であった。本比較例においては、およそ1000時間以上の連続的な使用により後段の触媒の劣化が観測され、反応液中のグリセリド類の濃度が徐々に上昇する結果となった。   In this comparative example, the water content contained in the upper phase separated by the first separator 14 was 0.10% by mass. In this comparative example, deterioration of the catalyst in the latter stage was observed after continuous use for about 1000 hours or more, and the concentration of glycerides in the reaction solution gradually increased.

〔結果〕
表1に示すように、1段階目の相分離工程においてコアレッサーを用いて相分離することにより、1段階目の相分離工程においてコアレッサーを用いない場合と比較して、脂肪酸メチルエステルに含有されているモノグリセリドの濃度を約1/3に低減することができることが示された。すなわち、1段階目の相分離工程においてコアレッサーを用いることによる効果は、2段階目の相分離工程においてのみコアレッサーを用いるときの約3.3倍であることが判った。
〔result〕
As shown in Table 1, by phase separation using a coalescer in the first stage phase separation process, compared to the case where no coalescer is used in the first stage phase separation process, contained in fatty acid methyl ester It has been shown that the concentration of monoglycerides being reduced can be reduced to about 1/3. That is, it was found that the effect of using the coalescer in the first stage phase separation process is about 3.3 times that when using the coalescer only in the second stage phase separation process.

また、表1に示すように、1段階目の相分離工程において孔径2μmのコアレッサーを用いることにより、1段階目の相分離工程において孔径50μmのコアレッサーを用いた場合と比較して、脂肪酸メチルエステルに含有されているモノグリセリドの濃度を約1/3に低減することができることが示された。すなわち、1段階目の相分離工程において孔径2μmのコアレッサーを用いることによる効果は、1段階目の相分離工程において孔径50μmのコアレッサーを用いるときの約3.2倍であることが判った。   Also, as shown in Table 1, by using a coalescer with a pore size of 2 μm in the first phase separation step, compared with the case where a coalescer with a pore size of 50 μm is used in the first phase separation step, the fatty acid It has been shown that the concentration of monoglyceride contained in the methyl ester can be reduced to about 1/3. In other words, it was found that the effect of using a coalescer with a pore size of 2 μm in the first stage phase separation process is about 3.2 times that when using a coalescer with a pore diameter of 50 μm in the first stage phase separation process. .

なお、2段階目においてのみコアレッサーを用いる場合(比較例2)におけるモノグリセリドの濃度および1段階目において孔径50μmのコアレッサーを用いる場合(比較例3)におけるにおけるモノグリセリドの濃度は、1段階目および2段階目のいずれにもコアレッサーを用いていない場合(比較例1)とほぼ同程度であった。   The concentration of monoglyceride in the case where the coalescer is used only in the second stage (Comparative Example 2) and the concentration of monoglyceride in the case where the coalescer with a pore size of 50 μm is used in the first stage (Comparative Example 3) It was almost the same as the case where no coalescer was used in any of the second stages (Comparative Example 1).

本発明に係る脂肪酸アルキルエステルおよびグリセリンの製造方法によれば、バイオディーゼル燃料などに用いる脂肪酸アルキルエステルおよびニトログリセリンなどの原料として用いることができるグリセリンを環境にやさしく、安価にかつ工業的に生産することができる。   According to the method for producing fatty acid alkyl ester and glycerin according to the present invention, glycerin that can be used as a raw material for fatty acid alkyl ester and nitroglycerin used for biodiesel fuel, etc. is produced environmentally friendly, inexpensively and industrially. be able to.

1 製造装置
2 油脂類貯留槽
3 アルコール類貯留槽
4 廃棄物貯留槽
5 脂肪酸アルキルエステル貯留槽
6 グリセリン貯留槽
10 第1反応器
11 第1加圧フラッシュ塔
12 第1常圧フラッシュ塔
13 アルコール精製塔
14 第1分離器
20 第2反応器
21 第2加圧フラッシュ塔
22 第2常圧フラッシュ塔
23 アルコール蒸留塔
24 第2分離器
30 熱交換器
31 熱交換器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Production apparatus 2 Oil storage tank 3 Alcohol storage tank 4 Waste storage tank 5 Fatty acid alkyl ester storage tank 6 Glycerin storage tank 10 1st reactor 11 1st pressurization flash tower 12 1st atmospheric pressure flash tower 13 Alcohol purification Tower 14 First separator 20 Second reactor 21 Second pressurized flash tower 22 Second atmospheric flash tower 23 Alcohol distillation tower 24 Second separator 30 Heat exchanger 31 Heat exchanger

Claims (5)

油脂類とアルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第1の反応工程と、
上記第1の反応工程において得られた第1の反応液を、油水分離膜を用いて第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とに相分離する第1の相分離工程と、
上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含まれる油脂類と、アルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第2の反応工程と、を含み、
上記油水分離膜に形成されている孔の大きさが20μm以下であることを特徴とする脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法。
A first reaction step in which fats and alcohols are reacted in the presence of a solid catalyst;
A first phase separation step of phase-separating the first reaction liquid obtained in the first reaction step into a first fatty acid alkyl ester phase and a first glycerin phase using an oil-water separation membrane;
A second reaction step of reacting the fats and oils contained in the first fatty acid alkyl ester phase with alcohols in the presence of a solid catalyst,
A method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin, wherein the pore size formed in the oil-water separation membrane is 20 μm or less.
上記第2の反応工程において得られた第2の反応液を、油水分離膜を用いて第2の脂肪酸アルキルエステル相と第2のグリセリン相とに相分離する第2の相分離工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法。   It further includes a second phase separation step of phase-separating the second reaction liquid obtained in the second reaction step into a second fatty acid alkyl ester phase and a second glycerin phase using an oil / water separation membrane. The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1. 上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含有される水分含有量は、0.1質量%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法。   The method for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to claim 1 or 2, wherein the water content in the first fatty acid alkyl ester phase is 0.1 mass% or less. 上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含有されるグリセリンの濃度は、0.1質量%以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造方法。   The fatty acid alkyl ester and / or glycerin according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of glycerin contained in the first fatty acid alkyl ester phase is 0.1% by mass or less. Manufacturing method. 油脂類とアルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第1の反応器と、
上記第1の反応器において得られた第1の反応液を、第1の脂肪酸アルキルエステル相と第1のグリセリン相とに相分離するための油水分離膜を含む第1の相分離器と、
上記第1の脂肪酸アルキルエステル相に含まれる油脂類と、アルコール類とを固体触媒の存在下において反応させる第2の反応器と、を備えており、
上記油水分離膜に形成されている孔の大きさが20μm以下であることを特徴とする脂肪酸アルキルエステルおよび/またはグリセリンの製造装置。
A first reactor for reacting oils and fats in the presence of a solid catalyst;
A first phase separator including an oil-water separation membrane for phase-separating the first reaction liquid obtained in the first reactor into a first fatty acid alkyl ester phase and a first glycerin phase;
A second reactor for reacting the fats and oils contained in the first fatty acid alkyl ester phase with an alcohol in the presence of a solid catalyst,
The apparatus for producing a fatty acid alkyl ester and / or glycerin, wherein the pores formed in the oil / water separation membrane have a size of 20 μm or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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