[发明专利]产生脂肪酸烃基酯

说明书

发明领域

本发明涉及用于从脂肪酸原料产生脂肪酸烃基酯的方法。

发明背景

脂肪酸烃基酯可以在标准柴油发动机中用作燃料、生物柴油。生物柴油可以单独使用，或掺以化石柴油。最近生物柴油变得更加有吸引力，因为其对环境的好处。

虽然生物柴油现在主要是化学产生的(使用例如，NaOH和/或甲醇钠作为催化剂)，但是有一些相关的问题限制其开发，如由于游离脂肪酸的高含量的预处理、需要在反应中高醇过剩、从酯和甘油相除去化学催化剂、以及在甘油回收期间除去无机盐。

由化学催化剂所导致的缺点主要通过使用脂肪分解酶作为催化剂预防，且近年间着眼于将脂肪酶用于酯交换以供产生生物柴油。

通过酶生物转化而产生的生物柴油相较于化学转化更加环境友好。然而，除了非常少数的例外，现在酶科技还没有在商业规模的生物柴油产生中使用。

为了使得产生生物柴油经济可行，酶的成本必须尽可能低。这只可能通过酶的重新使用而达成，无论所述酶是固定的或是液体脂肪酶配制物。为了能够使用和重新使用液体酶，所述酶需要作为水相的一部分存在于反应物混合物中。

使用液体酶而酶法产生脂肪酸烃基酯的工艺在例如WO2006/072256和Lv等(Process Biochemistry45(2010)446-450)中描述。

发明内容

本发明的发明人现在已经发现，当将部分的水替换为甘油时，酯交换反应可以更高速率进行和/或进行至更高百分数的脂肪酸烃基酯和更低百分数的的游离脂肪酸。这是令人惊讶的，因为甘油也是反应产物，因此本该预期高甘油的状况会减慢酯交换反应和/或将反应平衡推向甘油三酯形成。据推测，所述的来自将部分的水替换为甘油的好处是减少水活性和维持甘油-水相和脂肪相之间大的界面的组合的效果。脂肪酶是界面活性酶(interface-active enzyme)，因此增大的界面将导致提高的底物利用度。同时，减少的水活性会将反应推向酯交换，由此保持低的游离脂肪酸的量。

维持具有更低的水含量的高容积甘油-水相的进一步的优势是，为了从甘油-水相中离析甘油所需要除去的水更少。液态脂肪酶和未反应的醇溶解于甘油-水相。由于甘油-水相在工艺中是重新使用的，因此剩余的脂肪酶活性和醇是再循环的，由此提高工艺的效率。

相应地，本发明涉及用于产生脂肪酸烃基酯的工艺，其包括：形成包含脂肪酸原料、醇、水、和甘油的两相反应物混合物，使所述反应物混合物与一种或多种脂肪分解酶接触，其中甘油-水相构成反应物混合物的从5至50%、10至50%、20至50%、20至45%、或甚至20至40%(w/w)，并且其中甘油构成甘油-水相的30至85%、40至85%、45至85%、50至85%、或甚至60至80%(w/w)。

附图说明

图1显示本发明的工艺的实施方案。包括该图是仅为了例示性的目的，而不应解释为以任何方式限制本发明。

该图显示了分批操作工厂的工艺流程图。所述工厂也可以建设为连续搅拌釜式反应器系统(continuous stirred tank reactor system)。

原料罐：

F1：甘油三酯

F2：醇

F3：脂肪酶

F4：水

F5：甘油(可以在第一批次中添加)

反应器：

RA1：酯交换/酯化反应器。出口处是待在S1中分离的FAAE和甘油+水相之间的混合物。

分离单元：

S1：分离自RA1而出的混合物的甘油/水相

S2：通过分离而消除一定量的甘油和/或水。这可以通过使所需的体积流去或通过超滤进行。S2是任选的，因为整个甘油+水相都可以重新使用。

S3：通过蒸发从FAAE回收醇。

工艺：

P1：用于消除FAAE中的FFA的工艺。

a)碱洗(在酸化之后回收FFA并回送至F1，虚线)

b)在通过添加无水醇的工艺中使用固定的脂肪酶在酯化(将FFA转化为FAAE，虚线不适用)

发明详述

定义

生物柴油：短链醇的脂肪酸烃基酯(FAAE)，如脂肪酸甲酯(FAME)和脂肪酸乙酯(FAEE)，也叫做生物柴油，因为它们用作化石柴油的添加剂或替代物。