[發明專利]一種油酸異丁酯的催化合成工藝

無效

• 申請號: 201310331158.2
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN103396312A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 金頂峰;馮凱莉;楊瀟;徐青青;洪波;金紅曉;王新慶;葛洪良;彭曉領
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C07C69/58
• 分類號: C07C69/58;C07C67/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種油酸和異丁醇清潔合成油酸異丁酯的催化合成工藝，更具體地說，是一種利用酸改性鈮酸作為催化劑，油酸和異丁醇為原料清潔合成油酸異丁酯的催化合成工藝。

背景技術

當前石油資源日益枯竭，能源緊缺問題日趨嚴重，而隨著車輛擁有趨勢的加快，化石燃料導致的環境問題也使人們意識到開發替代燃料，特別是綠色、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動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油經酯交換反應工藝制成的可替代石化柴油的再生性柴油燃料。其具有比礦物柴油更優良的環保性能，因此倍受關注。

但是，生物柴油在應用當中還存在一些問題，其中之一是低溫流動性差。其凝固點和冷濾點很高，低溫情況下容易結晶析出，低溫結晶會堵塞發動機的管道和過濾器，使發動機無法正常使用，因此當前生物柴油多用于船用發動機等。因此，改善生物柴油的低溫流動性能變得十分重要。

研究者提出了一些提高生物柴油低溫流動性能的方法，如：1、改變生物柴油的組成結構，即改變生物柴油中的酯基組成；但該法成本較高，難以實現產業化；2、進行冬化處理，即去除生物柴油中的高熔點組分；但該法產率較低，資源浪費嚴重；3、混入一定量的精制柴油，該法雖然可有效改進生物柴油的低溫流動性能，但仍不能擺脫對礦物石油的依賴；4、加入低溫流動改進劑；由于低溫流動改進劑加入量少、成本低、操作方便，目前已成為改善生物柴油低溫流動性的首選。低溫流動改進劑的種類包括有烷基丙烯酸酯類、乙酸乙烯酯類、馬來酸酐類、α-烯烴類共聚物、α-羥基醚以及各種羧酸(線性、支鏈、不同碳原子等)和各種醇(環狀、支鏈烷基、烷氧基)形成各類酯等。其中油酸異丁酯和油酸異丙酯因其組成和生物柴油接近，與生物柴油的相容性好，具有較好的降凝效果而受到重視。

油酸異丁酯(分子式：C₂₂H₄₂O₂，英文名為：Tebelon，分子量：338，室溫下為淡黃色油狀液體。熔點-26.4℃，沸點227-228℃(2.0kPa)，相對密度0.8704(15/4℃)，折光率1.4480(25℃)。可與植物油和礦物油混溶，溶于醇、酮、醚，不溶于水。可用于30號機械油中作油性添加劑、染料表面的濕潤劑、氯丁橡膠和乙基纖維素的增塑劑、潤滑劑、防水劑和染料防塵劑等。

目前，油酸異丁酯的主要合成工藝是在強酸尤其是硫酸的存在下，通過油酸和異丁醇的酯化進行油酸異丁酯的制備。但是在酯化工藝中使用高濃度強酸存在諸多的不利之處，比如在高溫反應階段強酸的存在會帶來嚴重的腐蝕問題。另外，液體酸的加入使得在反應結束時必須要用堿溶液中和，所得到中性鹽溶液的處置也是一個問題。

另外，徐娟等報道了采用離子液體催化劑對油酸與異丁醇酯化反應制備油酸異丁酯，結果表明，當催化劑用量為2％，醇酸體積比2∶1(摩爾比6.8∶1)，反應溫度100℃，反應時間3h，轉化率達到95.6％。

發明內容

本發明針對現有技術工藝中液體強酸的高腐蝕、難分離和提純工藝復雜等問題，目的是提供一種反應工藝簡單、綠色環保、清潔高效的油酸異丁酯的催化合成工藝。

本發明的具體技術方案如下：

本發明提供的催化工藝應用于油酸和異丁醇清潔合成油酸異丁酯，具體催化合成工藝如下：

以油酸和異丁醇作為原料，其用量質量比為1/10-1/2，反應條件是：在80-150℃的溫度下，反應時間在1-10小時，在Nb₂O₅、硝酸改性鈮酸、醋酸改性鈮酸、鹽酸改性鈮酸、硫酸改性鈮酸和磷酸改性鈮酸催化劑的作用下，催化劑用量為反應原料質量的1/200-1/20，間歇式一步酯化反應合成。

本發明所述酯化反應制備步驟為：

(1)將油酸和異丁醇加入到反應器中進行混合，油酸和異丁醇的用量質量比為10/1-2/1；

(2)加入固體酸催化劑，催化劑與原料的質量比為1/200-1/20，攪拌，在80-150℃的溫度下，反應1-10小時；

(3)反應完全后得到的產物加入硝基苯作為內標，在GC上進行轉化率分析；

(4)反應產物進行真空精餾、未反應的異丁醇可以回收后重復使用；反應后催化劑離心分離，催化劑回收后可以重復使用；

(5)加無水乙醇溶解精餾后的固體產品，再反復減壓精餾，可以得到產品油酸異丁酯。