用醇解方法使生物来源的脂肪和/或油进行酯交换的工艺技术

一种用醇解方法使生物来源的脂肪和／或油发生酯交换的工艺，由以下步骤组成：在一个容器中准备好将进行酯交换的生物来源的脂肪和／或油，并且为了进行醇解，在脂肪和／或油中加入一种烷醇，以及一种催化剂。为了消除传统酯交换工艺的缺点，可使用一种氨基酸金属盐或氨基酸衍生物的金属盐作为催化剂。上述金属盐不溶于烷醇类。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
这项专利技术涉及用酯交换方法从生物来源的脂肪和/或油中获取脂肪酸酯类的一种工艺。酯交换反应已为人们所了解。它们代表了一类具有重要商业价值的工业有机化反应。在某个酯交换反应的过程中，通过酸基转换或醇基转换，一种酯被转变成了另一种酯。如果上述酯交换反应是通过转换醇基来完成的，有人称之为“醇解”(也称为烷醇解)。就醇解来说，为高产量地获得某种酯，醇被过量地加入。与从可再生的原材料中产生柴油机的燃料油有关，目前通过植物油(如菜籽油)的醇解产生烷基酯类，尤其是甲基酯类，已经取得相当大的收益。原则上，酯交换是一种一旦将反应物混合就可触发的平衡反应。但是，上述反应的进程是如此慢，以致于从商业性地完成反应的角度出发需要一种催化剂。传统的做法是使用强酸或强碱作为催化剂。生物来源的脂肪和/或油脂类主要由甘油酯类构成(甘油单酯，甘油二酯，甘油三酯)。在上述脂肪和/或油脂类发生酯交换的过程中，甘油成分可以被低分子量的一元醇类所替代。在实际应用中，为了达到这个目的，经常采用Bradshaw提出的方法(该方法见美国专利2,271,619和2,360,844)。上述反应在一个可能由普通碳钢制成的敞口容器中进行。脂肪或油必须是干燥(脱水)的，清洁的，并且首要的是中性的，即游离脂肪酸成分必须小到可以忽略(酸度不高于1.5)的程度。原料被加热到大约80℃，然后，内含0.1％到0.5％(重量百分比)溶解态氢氧化钠或氢氧化钾的商业用无水甲醇(重量百分比为99.7％)被过量地加入(大约以1.2到1.6倍的化学计算法的数量)。加入上述醇后，搅拌混合物几分钟，然后使之静置。甘油立即开始沉淀。由于实质上甘油与水是分离的，并且比其他液体重，它逐渐沉淀并在容器底部形成一个液层。上述由一种油和甲醇生成甲基酯的反应在经过一个小时后，通常达到98％的反应完全。底层(较低的液层)含有不少于90％的原存在于脂肪中的甘油。上层由甲基酯、未转化的醇和碱、剩下的甘油和很少量的脂肪酸盐组成。通过用少量温水反复冲洗，这些不同的内含物被冲离出酯类。这种方法具有优点，因为甲基酯类或乙基酯类可以直接从脂肪中得到而不必经过任何中间步骤，反应温度低，并且反应所需器械不要求由特殊的耐抗腐蚀的材料制成。根据Bradshaw提出的方法，经上述步骤得到的甲基酯类随后在生产无水脂肪酸盐的过程中被连续使用。为达到这个目的，在低温下，该甲基酯类用氢氧化钠和氢氧化钾皂化，并且，在此过程中逐渐释放出的可挥发性甲醇被回收。Feuge和Gros曾研究了花生油和乙醇的酯交换(《Am.化学学会杂志》(J.Am.Chem.Soc.)2697-102)。他们发现上述反应的最佳温度在50℃附近。在这个温度下比在30℃和70℃条件下可获得更高的甘油产量。Toyama等证实，在室温条件并有氢氧化钠存在的情况下，甲醇或乙醇和脂肪之间的反应可在两小时内达到平衡。为了让脂肪尽可能完全地转变成单酯，必须去除反应中释放出来的甘油。Wright等的论文(H.J.Wright，J.B.Segur，H.V.Clark，SK.Coburn，E.E.Langdon和R.N.Dupuis，《油与脂肪酸盐》(oil &soap)21145-148)中，详细研究了脂肪与甲醇和乙醇的醇解所需要的确切的反应条件。并且，他们给出了一份关于其他一元醇类醇解的实验报告。这份研究报告声明，如上所述的由碱充当催化剂的醇解反应，只有在脂肪完全与游离脂肪酸分离，并且反应混合物与水分离的情况下才能完全成功。如果这些条件中的其中一项不被满足，则出现皂化，从而导致碱性降低和一种凝胶结构的形成。这种凝胶结构能阻碍或减缓甘油的分离和沉淀。如果脂肪中的游离脂肪酸含量超过0.5％(重量百分比)，则乙醇醇解过程中就会出现一些困难。如果使30份的乙醇，100份的棉花籽油和0.5％(重量百分比)的氢氧化钠起反应，甘油的产量将因反应混合物中含有0.3％(重量百分比)的水而大大地降低。但是，湿气的影响可通过进一步增加碱和/或醇而部分地得到弥补。如果使催化剂的含量加倍或醇的量增加到40份，则反应混合物中水的含量可能升至0.6％(重量百分比)。同样地，Wright等证实，上述整个反应的速率根本地受到甘油在重力作用下分离所需时间的限制。用一种有约5分钟的停留时间，并在65℃下离心的连续分离工艺，将产生很好的结果，即达到85％的理论值。Bradshow和Meuly关于在逐步添加乙醇并逐步除去所产生的甘油的情况下需要较少醇的说明，在甲醇分解作用中得到证实，但却并不适用于乙醇分解作用，对于后者来说这样的程序将导致胶化。在甘油三酯与甲醇和乙醇的酯交换过程中，尤其当采用钠化合物或钾化合物作催化剂时，各种问题都会出现。举例来说，由于反应中形成了乳浊液，酯交换反应后产生的两种相态分离速度如此之慢，以致于分离阶段的时限很长，并且需要大的反应容量。另外，甚至在相态分离后，微小的甘油滴仍悬浮停留在单酯相中，需要用水冲离出来。而且，当反应结束后，分布在两种相态中的催化剂至少应该从单酯相中分离出去。根据甘油的进一步使用情况，也需要将溶解的催化剂从甘油相中分离出去。另外的一个问题，有时候当混合物已经产生，而反应却不能立即发生。为了解决以上问题，人们提了许多建议。例如，在美国专利2,383,614中，介绍了一种脂肪的连续醇解法。该方法用任意的几个步骤，将脂肪或油进行部分酯化，并且甘油的沉淀也分几个阶段进行。根据美国专利2,383,580，在反应结束后，首先通过中和反应混合物抑制所使用的催化剂，然后通过蒸馏去除多余的醇。剩下的反应混合物在真空中蒸馏，在此过程中，冷凝物分离成甘油层和脂肪酸烷基酯层。根据美国专利4,164,506建议的一种分两个步骤的方法，首先，在酸性催化剂的作用下用短链醇类将游离脂肪酸转化成相应的酯。随后在碱的作用下进行甘油酯的酯交换，同时伴有甘油的沉淀。德国出版的公开申请DE3421217A1描述了一种用甘油酯酯交换，生产带有一到五个碳原子的短链伯醇和仲醇的脂肪酸酯类的方法。在这种方法中，一股气态醇在23℃到270℃之间的温度条件，下通过液态的甘油酯。随着这股气流，反应生成的由甘油和脂肪酸烷基酯组成的混合物从反应带中释放出来，并随后分离开来。作为催化剂，碱被溶解在反应容器中的液态甘油酯中。根据德国专利说明书DE1980305C1中所描述的方法，在合适的催化剂如脂肪酸锌的作用下，用超量多摩尔的醇使甘油三酯转化，此反应在200℃到240℃之间、气压90巴(bar)的并流柱中进行更佳。将多余的醇分离后得到了由碱基酯和甘油组成的混合物，在一个分离器中将其分离成较轻的有机相和甘油相。紧接着上述相态分离的是对反应产物的进一步处理和提纯。用水冲洗酯相，是为了除去溶解在产物中的甘油残留物。在此过程中，大约40％的作为催化剂并溶解在酯中的脂肪酸锌以氢氧化锌的形式同时被冲洗出来。而且，一些旨在将铵化合物替代钠化合物或钾化合物作为催化剂或反应物的研究已经进行。Schuchardt等(巴西化学协会学报(J.Braz.Chem.Soc.)9199-210)研究了大量非离子碱是否适合作为脂肪和油脂类醇解的催化剂以及它们的活性。举例来说，这些非离子碱有胺类如三乙胺、哌啶、1，2，2，6，6，-五甲烯吡啶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用醇解方法使生物来源的脂肪和／或油进行酯交换的工艺，由以下步骤组成：在一个容器中提供生物来源的脂肪和／或油以进行酯交换，并且在所提供的脂肪和／或油中加入一种烷醇（Ａｌｋａｎｏｌｓ），尤其是一种一元醇和一种催化剂，所述的催化剂是 一种氨基酸金属盐或氨基酸衍生物的金属盐，所述的金属盐不溶于烷醇类。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：埃克哈特韦德纳，汉斯彼得纽纳，鲁特甘斯温特，
申请(专利权)人：西格福莱德彼得，
类型：发明
国别省市：DE[德国]