[发明专利]酯化和酯交换反应的方法

说明书

本发明涉及一种用至少一种醇使至少一种脂肪酸FA和/或脂肪酸酯FAE酯化和/或酯交换的方法，其中将至少一种酸A在至少一种阴离子表面活性剂S存在下用作催化剂，酸A含有链烷磺酸，并且其中链烷磺酸A是甲磺酸。

本发明涉及一种用于在阴离子表面活性剂存在下使用酸作为催化剂的酯化和/或酯交换的方法。

无机酸催化剂的实例是酸如硫酸、磷酸、硝酸、盐酸、氢氟酸；有机酸催化剂的实例是酸如柠檬酸、对甲苯磺酸、氨基磺酸、甲酸、乙酸、丙酸，或链烷磺酸如乙磺酸，或优选甲磺酸(MSA)。

可以使用酸，例如链烷磺酸如甲磺酸(MSA)来催化酯化反应。在生物柴油工业中，这样做是为了将游离脂肪酸原料转化为脂肪酸甲酯(FAME)或脂肪酸乙酯。

术语“生物柴油”通常是指主要包含长链烷基(例如甲基)酯的植物油或动物脂肪基柴油燃料。通常，生物柴油通过使脂质(甘油三酯)(例如植物油或动物脂肪)或脂肪酸与醇进行化学反应而制成，从而产生脂肪酸酯(例如脂肪酸甲酯)。

通常，脂肪酸酯(FAE)是脂肪酸与醇如甘油的酯。

尽管游离脂肪酸仅通过酸性催化转化为生物柴油，但甘油三酯(植物油或动物脂肪)的转化可以通过酸性或碱性催化进行。历史上，甘油三酯的转化通过碱性催化剂进行，但是在相对高的温度和压力下也可以是酸性催化，例如使用MSA。因此，该方法原则上是本领域已知的并且描述于一些出版物中。

例如，WO2011/018228 A1公开了一种通过酸酯交换而制造生物柴油的方法，以及在该方法中使用磺酸如甲磺酸作为催化剂。

取决于原料，用于制造生物柴油的反应混合物可以包含MSA、甲醇、水、甘油、脂肪酸、甘油三酯和FAME。这些形成两相体系，一个油相由脂肪酸/油/FAME组成，且一个水相由水/甲醇/甘油和MSA组成。

由于酸催化剂如MSA大部分可溶于水相且仅微溶于油相，因此催化作用所需的大多数质子都位于在水相中。

对于在两相体系(油/水)中发生的反应，两相催化的概念(有时也称为相转移催化)是众所周知的。

例如，EP1526126 A1一般性描述了相转移催化剂体系在无溶剂方法中用于制造可用于食品添加剂中的共轭多不饱和脂肪酸酯的用途。

然而，由于在生物柴油合成中必须进行质子转移，因此该教导是否也可用于生物柴油合成中存在疑问。

US2004/167343 A1描述了使用相转移催化剂如季铵盐和碱性引发剂使甘油三酯和多元醇酯交换。然而，该包括碱性引发剂的方法不适用于酸催化。

US2015/119594A1公开了一种通过在酸催化剂、水载体和任选的相转移催化剂如聚醚和/或季铵盐的存在下使脂肪酸和赤藓糖醇进行酯化反应来制备多元醇，特别是赤藓糖醇的脂肪酸单酯和二酯的方法。然而，本发明的发明人进行的实验表明该教导不能很好地进行。

EP1870446 A1描述了一种使用碱性活化剂如NaOH或KOH和选自某些苄基三烷基铵盐和三烷基甲基铵盐的相转移催化剂使甘油三酯酯交换的方法。由于这是碱性催化方法，因此其不能应用于本发明所述的酸催化方法。

如前所述，上述方法伴随着某些问题和缺点。尤其是催化剂在油相中的溶解度仍需改进。

因此，本发明的目的是至少部分地克服或减少上述问题和缺点。特别地，本发明的目的是提供一种脂肪酸和/或脂肪酸酯的酸催化的酯化和/或酯交换的有效方法。本发明的目的还为提供一种在酯化和/或酯交换反应期间增加油相中催化质子浓度的方法。

现已发现通过加入阴离子表面活性剂可以增强酸，例如链烷磺酸如MSA在酯化和酯交换反应中的催化活性。

这些表面活性剂可以通过MSA质子化，从而自身形成强酸，但在油相中具有更好的溶解度。该类表面活性剂容许在油相中具有更高的质子含量且因此增强催化活性。