[发明专利]一种油酸异丁酯的催化合成工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种油酸和异丁醇清洁合成油酸异丁酯的催化合成工艺，更具体地说，是一种利用各种分子筛和不同杂多酸作为催化剂，油酸和异丁醇为原料清洁合成油酸异丁酯的催化合成工艺。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭，能源紧缺问题日趋严重，其中随着车辆柴油化趋势的加快，化石燃料导致的各种环境问题也使人们意识到开发替代燃料，特别是绿色、可再生能源的重要性。生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油经酯交换反应工艺制成的可替代石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油也是一种生物质能，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。其具有比矿物柴油更优良的环保性能，因此倍受关注。

但是，生物柴油在应用当中还存在一些问题，其中之一是低温流动性差。其凝固点和冷滤点很高，低温情况下容易结晶析出，低温结晶会堵塞发动机的管道和过滤器，使发动机无法正常使用。因此改善生物柴油的低温流动性能，研究生物柴油降凝剂十分重要。

研究者提出了一些提高生物柴油低温流动性能的方法：1、改变生物柴油的结构，即改变生物柴油中的酯基组成；但其成本较高，难以实现产业化；2、进行冬化处理，即去除生物柴油中的高熔点组分；但产率较低，资源浪费严重；3、混入一定量的精制柴油，该法虽然可有效改进生物柴油的低温流动性能，但仍不能摆脱对矿物石油的依赖；4、加入低温流动改进剂。由于低温流动改进剂加入量少、成本低、操作方便，目前已成为改善生物柴油低温流动性的首选。低温流动改进剂的种类包括有烷基丙烯酸酯类、乙酸乙烯酯类、马来酸酐类、α-烯烃类共聚物、α-羟基醚以及各种羧酸(线性、支链、不同碳原子等)和各种醇(环状、支链烷基、烷氧基)形成各类酯等。其中油酸异丁酯和油酸异丙酯因其组成和生物柴油接近，与生物柴油的相容性好，具有较好的降凝效果而受到重视。

油酸异丁酯(分子式：C₂₂H₄₂O₂，英文名为：Tebelon，分子量：338，室温下为淡黄色油状液体。熔点-26.4℃，沸点227-228℃(2.0kPa)，相对密度0.8704(15/4℃)，折光率1.4480(25℃)。可与植物油和矿物油混溶，溶于醇、酮、醚，不溶于水。用于30号机械油中作油性添加剂、染料表面的湿润剂、氯丁橡胶和乙基纤维素的增塑剂、润滑剂、防水剂和染料防尘剂等。

目前，油酸异丁酯的主要合成工艺是在强酸尤其是硫酸的存在下，通过油酸和异丁醇的酯化进行油酸异丁酯的制备。但是在酯化工艺中使用高浓度强酸有许多的不利之处，比如在高温反应阶段强酸的存在会带来严重的腐蚀问题。另外，液体酸的加入使得在反应结束时必须要用碱溶液中和，所得到中性盐溶液的处置也是一个严重问题。

另外，徐娟等报道了采用离子液体催化剂对油酸与异丁醇酯化反应制备油酸异丁酯，结果表明，当催化剂用量为2％，醇酸体积比2∶1(摩尔比6.8∶1)，反应温度100℃，反应时间3h，转化率达到95.6％。

发明内容

本发明针对现有技术中液体强酸的高腐蚀、难分离和提纯工艺复杂问题，目的是提供一种反应工艺简单、绿色环保、清洁高效的油酸异丁酯的催化合成工艺。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供的催化工艺应用于油酸和异丁醇清洁合成油酸异丁酯，具体催化合成工艺如下：

以油酸和异丁醇作为原料，其用量质量比为1/10-1/2，反应条件是：在80-150℃的温度下，反应时间在1-10小时，在HY、USY、ReY、HZEM-5、H-Beta、丝光沸石、磷钨酸、磷钼酸和硅钨酸催化剂的作用下，催化剂用量为反应原料质量的1/200-1/20，间歇式一步酯化反应合成。

本发明所述酯化反应制备步骤为：

(1)将油酸和异丁醇加入到反应器中进行混合，油酸和异丁醇的用量质量比为10/1-2/1；

(2)加入固体酸催化剂，催化剂与原料的质量比为1/200-1/20，搅拌，在80-150℃的温度下，反应1-10小时；

(3)反应完全后得到的产物加入硝基苯作为内标，在GC上进行转化率分析；

(4)反应产物进行真空精馏、未反应的异丁醇可以回收后重复使用；反应后催化剂离心分离，催化剂回收后可以重复使用；

(5)加无水乙醇溶解精馏后的固体产品，再反复减压精馏，可以得到产品油酸异丁酯。