Способ утилизации глицеринсодержащего побочного продукта производства биодизельного топлива


 


Владельцы патента RU 2471768:

ООО "Дескриптор" (RU)

Изобретение относится к усовершенствованному способу утилизации глицеринсодержащего побочного продукта производства биодизельного топлива из возобновляемого растительного сырья, содержащего более 70% глицерина. Поставленная задача решается тем, что после отгонки остаточного метанола, глицеринсодержащий продукт этерифицируют 3-10-кратным мольным избытком одноосновных карбоновых кислот С4-С6 в присутствии кислотного катализатора 0,5-1,5 мас.% при температуре 90-120°С с использованием азеотропообразующих агентов в течение 8-10 часов, необходимых для получения триглицеридов карбоновых кислот С4-С6, с выходом 90%, которые после перегонки под вакуумом представляют собой качественный готовый продукт - пластификатор для ПВХ композиций. Получаемый продукт прозрачен, без запаха, класс опасности - 4. По основным показателям полученный продукт соответствует отечественным и зарубежным образцам пластификатора, используемого в производстве линолеума. 3 табл., 1 пр.

 

Настоящее изобретение относится к способу утилизации глицеринсодержащего побочного продукта производства биодизельного топлива (БДТ).

Мировое производство БДТ превысило 7,5 млн т в год. По сравнению с нефтяным дизельным топливом оно имеет существенные преимущества: возобновляемый характер сырья, простота приготовления, биоразлагаемость, экологичность и т.д. Однако, на 1 тонну БДТ образуется до 150 кг побочного продукта - глицериновой фракции, загрязненной метанолом и катализатором (содержание глицерина 70%). Мировой объем образующегося глицеринового отхода составляет более одного миллиона тонн в год.

Коммерчески выгодных вариантов переработки глицерина ни в мире, ни в России пока не существует. Все имеющиеся технологии относятся в основном к очистке глицерина, при этом его себестоимость возрастает настолько, что не может сравниться с синтетическим глицерином. Поэтому себестоимость биодизеля включает в себя и часть стоимости утилизации глицерина, в итоге его цена по сравнению с нефтяным выше на 10-12%. Поэтому до сих пор проблема утилизации глицеринсодержащего побочного продукта остается весьма актуальной.

Предложено использовать глицериновую фракцию при размоле твердых веществ, где он используется в качестве интенсификатора размола [1]. Известен способ получения L-аминокислоты в питательной среде, содержащий технический глицерин [2]. Способ получения пластифицированных ПВХ композиций, где в качестве многоатомного спирта при получении металлсодержащей смазки может использоваться глицериновая фракция [3]. Известен способ получения полимерных композиций, способных разрушаться под действием микроорганизмов, в котором пластификатор выбирают из группы, состоящей из глицерина и его производных [4]. Интересны работы, в которых глицерин и его производные используются при приготовлении добавок для горючего: маслянистых [5], октаноповышающих [6].

Существенные недостатки известных способов состоят в неквалифицированных подходах к использованию ценного органического продукта; в высоких затратах энергии и дорогостоящем техническом оснащении.

Задача изобретения заключается в разработке способа утилизации глицерин-отхода в коммерчески выгодный продукт - пластификатор для ПВХ-композиций.

Прототипами изобретения можно считать работы [7] и [8]. В работе [7] рассмотрен способ получения триацетина - пластификатора для полимеров. К недостаткам можно отнести использование индивидуальных продуктов: глицерина и уксусной кислоты, которые тщательной очистки. К тому же полученный продукт имеет низкую температуру кипения ~130 - 140°С, что неприемлемо для пластификатора.

В работе [8] показана возможность получения сложных эфиров глицерина из глицерина-отхода с выходом 61%, которые предположительно можно использовать парфюмерной промышленности и в качестве пластификаторов. Недостатком является низкий выход и отсутствие технических характеристик получаемого пластификатора.

Идея предлагаемого способа состоит в этерификации глицеринсодержащей фракции без дополнительной очистки монокарбоновыми кислотами С46 с получением тризамещенного сложного эфира глицерина по реакции:

Пример:

Для получения 400 г продукта (смеси сложных эфиров - пластификатора) брали 180 г технической глицериновой фракции, содержащей в среднем около 70% глицерина. После отгонки метанола (~17%) к оставшейся смеси приливали 625 г масляной кислоты, что соответствует мольному соотношению глицерин/кислота = 1/5. Для вывода образующейся воды из зоны реакции в реактор добавляли азеотропообразующий агент - толуол (для данного количества сырья - 60 г). В качестве катализатора использовали фосфорную кислоту в количестве 7 г (1% от всей реакционной массы). Температура - 110°С, время реакции - 8 часов. В ходе процесса на дно выпадал твердый осадок - бутират калия, и прочие мыла. Твердый осадок не смешивался с реакционной массой и после окончания процесса и слива жидкой части оставался на дне колбы. А из жидкого продукта отгоняли сначала толуол и воду (Т=100-110°С), а потом (непрореагировавшую) масляную кислоту (t=165°С). После отмывки реакционной массы содой и водой органический слой подвергали вакуумной перегонке. Целевую фракцию отбирали при температуре 190°С и давлении 10 мм рт.ст. Продукт (пластификатор) - прозрачная бесцветная жидкость, не имеющая запаха.

Выход продукта - 90%.

Синтез проводили при разных температурах, соотношении реагентов и концентрации катализатора (табл.1 и 2).

Таблица 1.
Время реакции до достижения конверсии 90% при температуре 90°С.
Мольное соотношение глиц./кис-та Концентрация катализатора, мас.%
0,5 1,0 1,5
1/3 - - 12 ч
1/5 12 ч 10,5 ч 10 ч
1/10 12 ч 10 ч 10 ч
Таблица 2.
Время реакции до достижения конверсии 90% при температуре 110°С.
Мольное соотношение глиц./кис-та Концентрация катализатора, мас.%
0,5 1,0 1,5
1/3 12 ч 11 ч 10 ч
1/5 10,5 ч 8 ч 8 ч
1/10 10 ч 8 ч 8 ч

При повышении температуры выше 110°С увеличивается выход побочных продуктов (полимеризации глицерина).

Как видно из таблиц, для достижения 90% конверсии оптимальными являются условия: температура 90-120°С (лучше 110°С), мольный избыток карбоновых кислот 3-10 (лучше 5), катализатор кислотный 0,5-1,5 мас.% (лучше 1%), время реакции 8-10 часов.

Образцы, полученные в оптимальных условиях, прошли лабораторные испытания. Они показали, что сложные эфиры глицерина могут быть использованы в качестве пластификатора в полимерных композициях. Полученный продукт отвечает всем техническим и экологическим требованиям. По основным показателям он соответствует отечественным и зарубежным образцам пластификаторов, используемым в производстве линолеума (таблица 3).

Таблица 3.
Сравнительные пластификаторов.
Показатели ДБФ ДОФ Заявляемый пластификатор
Плотность при 20°С, г/см3 1,05 1,045-1,049 1,04
Температура вспышки в открытом тигле, °С 168 206 180
Кислотное число, мг КОН/г 0,07 0,07 0,065

Реализация данной идеи позволит:

- создать простую отечественную технологию квалифицированного использования глицерина-отхода, не требующую жесткой очистки исходного сырья,

- получить продукт, востребованный на отечественном рынке, по цене и качеству сравнимый с отечественными и зарубежными аналогами, обладающий минимальной токсичностью.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] - Заявка 2008139998 Российская Федерация, МПК В02С 19/00 (2006.01). Глицеринсодержащие побочные продукты и способы их применения/ Трен Бо Л. (США), Бхаттачарья Санкар (США); заявитель Налко Компани (США); пат. поверенный Поликарпов А.В. - 2008139998/03; заявл. 21.03.2007; опубл. 27.04.2010; приоритет 21.03.2006 US 11/385,082. Бюл. №12.

[2] - Пат. 2374322 Российская Федерация, МПК С12Р 13/04. Способ получения L-аминокислот методом ферментации с использованием бактерий, обладающих повышенной способностью к утилизации глицерина/Рабак К.В., Сливинская Е.А., Шереметьева М.Е., Оводова Ю.А., Козлов Ю.И. (RU); патентообладатель ЗАО «НИИ Аджимото-Генетика» (RU). - №2007147435/13; заявл. 21.12.2007; опубл. 27.11.2009; Бюл. №33.

[3] - Пат. 2263129 Российская Федерация, МПК7 C09J 127/06, C08L 27/06. Клеящая паста «Пластизоль»/ Нафикова Р.Ф., Мазина Л.А., Дебердеев Р.Я., Загидуллин Р.Н., Муратов М.М., Скоков Г.В. (RU); патентообладатель - ЗАО «Каустик» (RU). - №2004101993/04; заявл. 22.01.2004; опубл. 27.10.2005; Бюл. №30.

[4] - Заявка 94027567 А1 Российская Федерация, МПК6 C08L 29/04, C08L 3/02, C08K 5/00, C08J 3/18. Способ получения термопластических полимерных композиций, способных к разрушению под действием микроорганизмов/ Катиа Бастиоли, Джанфранко Дель Тредичи, Роберто Понти (IT); заявитель Новамонт С.п.А. (IT); пат. поверенный Матвеева Н.А. - №94027567/04; заявл. 06.05.1994; опубл. 20.04.1996.

[5] - Пат. 2167919 С1 Российская Федерация, МПК7 C10L 1/22. Маслянистая добавка для горючего/ Эбер Д., Жермано Л., Мальдонадо П. (FR); заявитель и патентообладатель ЕЛФ АНТАР ТРАНС (FR). - №99120297/04; заявл. 22.12.1998; опубл. 27.05.2001.

[6] - Пат. 2365617 С1 Российская Федерация, МПК C10L 1/02, C10L 1/18, C10L 10/10. Октаноповышающая добавка к бензину / Варфоломеев С.Д., Никифоров Г.А., Вольева В.Б., Макаров Г.Г., Трусов Л.И. (RU); патентообладатель - Учреждение Российской академии наук Институт биохимической физики РАН (RU). - №2008121078/04; заявл. 28.05.2008; опубл. 27.08.2009. Бюл. №24.

[7] - Пат. 2047596 С1 Российская Федерация, МПК6 С07С 69/18, С07С 67/08. Способ получения триацетина / Печенев Ю.Г., Савинова М.А., Анкудимов В.А., Бастраков Н.И., Федотов П.И., Дмитриева Т.А. (RU); патентообладатель - ГП «Завод им. Я.М.Свердлова» (RU). - №93002973/04; заявл. 18.01.1993; опубл. 10.11.1995.

[8] - А.С. Леолько, Е.Л. Красных, С.В. Леванова, И.К. Кукушкин. Синтез и идентификация сложных эфиров глицирина. // Химия и химическая технология, 2007, №4, т.50, с.125-127.

Способ утилизации глицеринсодержащего побочного продукта производства биодизельного топлива из возобновляемого растительного сырья, заключающийся в том, что после отгонки остаточного метанола глицеринсодержащий продукт этерифицируют 3-10-кратным мольным избытком одноосновных карбоновых кислот С4-С6 в присутствии кислотного катализатора 0,5-1,5 мас.% при температуре 90-120°С с использованием азеотропообразующих агентов в течение 8-10 ч, необходимых для получения триглицеридов карбоновых кислот С4-С6, с выходом 90%, которые после перегонки под вакуумом представляют собой качественный готовый продукт - пластификатор для ПВХ композиций.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к фотоэлектрическому модулю, содержащему ламинат из a) прозрачного переднего покрытия, b) одного или нескольких фоточувствительных полупроводниковых слоев, c) по меньшей мере одной содержащей пластификатор пленки на основе поливинилацеталя с содержанием поливинилового спирта более 12 вес.% и d) заднего покрытия.
Изобретение относится к области создания эпоксидных композиций и может использоваться в качестве связующих при изготовлении полимерных композиционных материалов в качестве основы для клеев, герметиков, покрытий.
Изобретение относится к получению биологически разрушаемой термопластичной композиции, используемой для производства различных тароупаковочных изделий. .

Изобретение относится к органической химии и химии полимеров, в частности к усовершенствованному способу получения комплексных стабилизаторов для хлорсодержащих полимеров, и может быть использовано при переработке композиций хлорсодержащих полимеров, таких как поливинилхлорид, хлорированный поливинилхлорид, сополимеры винилхлорида и др.
Изобретение относится к полиуретановой композиции, используемой в качестве защитных покрытий. .

Изобретение относится к области переработки пластмасс, в частности к добавке для переработки полиолефинов, которая представляет собой моноэпоксиэфир диановой смолы с молекулярной массой 4000-4500 единиц и карбоновой кислоты - абиетиновой, бензойной или салициловой.
Изобретение относится к смазкам для поливинилхлоридных композиций, которые могут применяться при производстве жестких, полужестких и мягких материалов. .

Изобретение относится к протектору шины, включающему сшитую композицию каучука, характеризующуюся твердостью А по Шору, большей 45 и меньшей 57, при измерении в соответствии со стандартом Standard ASTM D 2240.

Изобретение относится к композиции поликарбонатной смолы для применения в производстве субстрата для носителя оптической информации. .

Изобретение относится к усовершенствованному способу региоселективного получения производного глицерола с высокими эффективностью и выходом. .

Изобретение относится к новым соединениям со структурой, связанной 1,3-пропандиолом, обладающим способностью проникать через липидные барьеры, формулы 1, где R1 обозначает ацильную группу или группу жирного спирта, производную от С12-30, предпочтительно C16-30 жирной кислоты желательно с двумя или более двойными связями в цис- или транс-положении, и R2 обозначает водород, ацильную группу или группу жирного спирта, которая является такой же или отличной от указанной для R1 либо является биологически активным остатком, отличным от остатка ниацина, химическая структура которого позволяет связаться с 1,3-пропандиолом через доступную карбоксильную, спиртовую или аминогруппу.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения сложных эфиров карбоновых кислот общей формулы (I) этерификацией соответствующих кислот или ангидридов спиртами при мольном соотношении кислота:спирт=1: 0,35-2,2 в присутствии углеводородов в качестве растворителя и ароматической сульфокислоты или кислого сульфата в качестве катализатора при температуре кипения реакционной смеси с отгонкой образующейся воды, последующей промывкой реакционной смеси и нейтрализацией ее щелочным раствором, взятым с 5-20 мас.

Изобретение относится к алканоа- iтам оксипропилтриметилолпропана, в частности к сложным эфирам оксипропилированного триметилолпропана и одноосновных монокарбоновых кислот общей формулы C - j-i;i.;-C I.
Наверх