[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fettsäuremethylestergemischen
durch katalytische Umesterung aus natürlichen Fetten und ölen, die freie Fettsäuren
enthalten.
[0002] Fettsäuremethylester besitzen große technische Bedeutung als Ausgangsmaterial für
die Herstellung von Fettalkoholen und anderen fettchemischen Produkten wie Estersulfonaten,
Fettsäurealkanolamiden und Seifen. Die industrielle Herstellung der Fettsäuremethylester
erfolgt überwiegend durch katalytische Umesterung (Alkoholyse) von Fettsäuretriglyceridgemischen,
wie sie in den Fetten und ölen pflanzlichen und tierischen Ursprungs vorliegen.
[0003] Native Fette und öle enthalten fast immer beträchtliche Mengen freie Fettsäuren,
wobei der Gehalt an freien Fettsäuren - je nach Ursprung des Materials und seiner
Vorgeschichte - in einem weiten Bereich schwanken kann und fast immer oberhalb von
3 Gewichtsprozent liegt.
[0004] Für die Umesterung von natürlich vorkommenden Fettsäuretriglyceriden mit Alkoholen
stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung. Die Wahl der Verfahrensbedingungen ist
in beträchtlichem Ausmaß von der Menge der in den Triglyceriden vorhandenen freien
Fettsäuren abhängig.
[0005] In Gegenwart von alkalischen Katalysatoren können Fette und öle bei 25 bis 100 °C
mit einem 0,5- bis 1,0- molaren Überschuß an Alkohol unter Normaldruck zu den entsprechenden
Fettsäureestergemischen umgeestert werden. Ein entsprechendes Verfahren ist als erste
Stufe einer Seifenherstellung in der US-PS 2 360 844 beschrieben. Diese alkalikatalysierte
drucklose Umesterung kann problemlos durchgeführt werden, solange man von Fetten und
ölen ausgeht, die weitgehend wasserfrei sind und deren Gehalt an freien Fettsäuren
unter 0,5 Gewichtsprozent (entsprechend einer Säurezahl von etwa 1) liegt.
[0006] Nach einem anderen Verfahren können auch Fette und öle mit einem höheren Gehalt an
freien Fettsäuren in Gegenwart von Alkali- oder Zink-Katalysatoren bei 240 °C unter
einem Druck von etwa 100 bar mit einem 7- bis 8-molaren Überschuß an Methanol zu den
entsprechenden Fettsäuremethylestern umgeestert werden (Ullmann, Enzyklopädie der
technischen Chemie, 4. Auflage, Band 11 (1976) , Seite 432).
[0007] Gegenüber der Umesterung unter erhöhtem Druck zeichnet sich die drucklose Umesterung
durch einen erheblich geringeren Methanolbedarf und - wegen der niedrigeren Reaktionstemperaturen
- durch einen geringeren Energieaufwand aus. Darüber hinaus kommt die Umesterung unter
Normaldruck ohne kostspielige Druckreaktoren aus. Aufgrund der Tatsache, daß in technischen
Fetten und ölen fast immer größere Mengen an Wasser und Fettsäuren vorliegen, setzt
die drucklose Umesterung eine Trocknung sowie eine Verringerung der Säurezahl - z.B.
durch vorhergehende Umwandlung der freien Fettsäuren in die entsprechenden Alkyl-
oder Glycerinester im Zuge einer Vorveresterungsreaktion - voraus.
[0008] Die Vorveresterung der säurehaltigen Fette und öle kann in Gegenwart von alkalischen
Katalysatoren bei 240 °C und 20 bar durchgeführt werden (Ullmann, Enzyklopädie der
technischen Chemie, 4. Auflage, Band 11 (1976), Seite 432). Diese Art der Vorveresterung
mit Methanol setzt wiederum die Verwendung von kostspieligen Druckreaktoren voraus.
[0009] Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Fettsäuremethylestern
aus solchen Triglycerid-Ausgangsmaterialien zu erleichtern, die größere Mengen Wasser
und freie Fettsäuren enthalten. Auf Basis einer Kombination aus Vorveresterung der
freien Fettsäuren und anschließender Umesterung sollten beide Verfahrensstufen bei
vergleichsweise niederen Temperaturen und ohne Verwendung von Druckreaktoren durchgeführt
werden können. Darüber hinaus sollte der bei der Umesterung erforderliche Alkoholüberschuß
mit Rücksicht auf die notwendigen Aufarbeitungs- und Reinigungsschritte möglichst
gering gehalten werden. Insgesamt sollte sie die Herstellung von Fettsäuremethylestern
energiesparend und kostengünstig gerade auch mit solchen Ausgangsmaterialien ermöglichen,
wie sie als Fette und öle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs anfallen.
[0010] Die Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung von Fettsäuremethylestern
durch katalytische Umesterung von freie Fettsäuren enthaltenden natürlichen Fetten
und ölen mit Methanol, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
a) in einer Vorveresterungsstufe die im Ausgangsmaterial vorhandenen freien Fettsäuren
in Gegenwart von sauren Veresterungskatalysatoren bei 50 bis 120 °C und Drucken von
Normaldruck bis 5 bar mit Methanol, das gegenüber den freien Fettsäuren im Überschuß
vorhanden ist, verestert und die den Katalysator und einen Teil des Reaktionswassers
enthaltende Alkoholphase abtrennt,
b) die verbleibende ölphase zur Entfernung des restlichen Reaktionswassers mit einem
Glycerin-Methanol-Gemisch extrahiert und
c) die behandelte ölphase der alkalikatalysierten durcklosen Umesterung mit Methanol
unterwirft.
[0011] Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren kommen praktisch alle Fette
und öle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs in Betracht, soweit ihr Gehalt an freien
Fettsäuren nicht von Natur aus so gering ist, daß sie ohne Nachteil der alkalikatalysierten
drucklosen Umesterung direkt zugeführt werden können. Zu den möglichen Ausgangsmaterialien
zählen insbesondere Kokosöl, Palmkernöl, Olivenöl, Rapsöl, Baumwollsaatöl, Schmalzöl,
Fischöl und Rindertalg. Die Säurezahl der natürlichen Fette und öle und damit ihr
Gehalt an freien Fettsäuren kann in weiten Bereichen schwanken. So liegt beispielsweise
die Säurezahl des handelsüblichen rohen Kokosöls in der Regel nicht über 20. Bei anderen
Pflanzenölen liegt die Säurezahl guter Qualitäten unterhalb von 10; bei minderen Qualitäten
können Werte von 20 bis 25 beobachtet werden. Technische Talge, die nach ihrer Säurezahl
bewertet und gehandelt werden, besitzen - einem Gehalt an freien Fettsäuren von 1
bis 20 Gewichtsprozent entsprechend - Säurezahlen von etwa 1 bis 40, wobei gelegentlich
auch noch höhere Werte auftreten können. In extremen Fällen kann die Säurezahl des
Ausgangsmaterials für das erfindungsgemäße Verfahren Werte von 60 und darüber erreichen.
[0012] In der Stufe a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in den Triglyceridgemischen
des Ausgangsmaterials vorhande Anteil an freien Fettsäuren in Gegenwart von sauren
Veresterungskatalysatoren mit im Überschuß vorhandenem Methanol verestert. Dazu werden
vergleichsweise milde Reaktionsbedingungen gewählt, so daß eine Umesterung der Triglyceride
mit Methanol nicht oder nicht in wesentlichem Ausmaß stattfindet. Das Verhältnis zwischen
Triglycerid und Methanol wird dabei zweckmäßigerweise so gewählt, daß einerseits ein
deutlicher Methanolüberschuß über die zu veresternde freie Säure vorhanden ist, und
daß andererseits am Ende der Reaktion eine saubere Trennung in eine öl- und eine Methanolphase
gewährleistet ist. Zu diesem Zweck werden in der Stufe a) normalerweise auf 100 Volumenteile
Ausgangsmaterial 20 bis 5o Volumenteile Methanol eingesetzt.
[0013] Höhere Einsatzmengen Methanol haben einen positiven Einfluß auf die Geschwindigkeit
und die Vollständigkeit der Veresterung der freien Fettsäuren in der Verfahrensstufe
a), obwohl die Löslichkeit des Methanols in den natürlichen Triglyceriden begrenzt
und jeweils für eine gegebene Reaktionstemperatur als konstant vorgegeben ist. Gleichwohl
hat es sich gezeigt, daß eine Erhöhung der Menge des Methanols eine schnellere und
vollständigere Veresterung der freien Fettsäuren bewirkt. Mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens empfiehlt es sich jedoch, bei der Vorveresterung die Methanolmenge
- wie angegeben - nach oben hin zu begrenzen, da die Rückgewinnung des überschüssigen
Alkohols einen beträchtlichen Kostenfaktor darstellt.
[0014] Die Vorveresterung der Stufe a) wird in der Regel bei Normaldruck durchgeführt. Das
Arbeiten bei geringem Überdruck kann in verschiedenen Fällen von Vorteil sein. Es
kommen dann aber nur Drucke bis zu 5 bar in Betracht, zu deren Realisierung keine
speziellen Druckreaktoren erforderlich sind.
[0015] Als Katalysatoren für die Stufe a) eignen sich im Prinzip alle sauren, nicht flüchtigen
Veresterungskatalysatoren, beispielsweise die entsprechenden Systeme aur Basis von
Lewis-Säuren, schwerflüchtige anorganische Säuren und ihre sauren Partialester sowie
Heteropolysäuren. Besonders geeignet sind Alkyl-, Aryl- oder Alkarylsulfonsäuren wie
z.B. Methansulfonsäure, Naphthalinsulfonsäure und Dodecylbenzolsulfonsäure. Als Beispiel
für schwerflüchtige anorganische Säuren und deren Partialester seien Schwefelsäure
und Glycerinmonoschwefelsäure genannt. Geeignete Heteropolysäuren sind die Wolframato-
und Molybdatophosphorsäuren. Diese Katalysatoren kommen in der Regel in Mengen von
0,5 bis 5 Gewichtsteilen auf 100 Gewichtsteile Ausgangsmaterial zur Anwendung.
[0016] Zur Durchführung der Vorveresterung wurden die Reaktionspartner zusammen mit dem
Katalysator unter kräftigem Rühren auf die vorgesehene Reaktionstemperatur erhitzt
und dann so lange bei dieser Temperatur gehalten, bis die Säurezahl der ölphase auf
den gewünschten Wert abgesunken ist. Um in der Verfahrensstufe c) zu optimalen Ergebnissen
zu kommen, vermindert man in der Stufe a) die Säurezahl der ölphase vorzugsweise auf
Werte unterhalb von 1.
[0017] Die Verfahrensstufe a) kann sowohl chargenweise als auch kontinuierlich durchgeführt
werden. Bei kontinuierlicher Verfahrensweise können die Komponenten Alkohol und öl
im Gleichstrom und im Gegenstrom geführt werden.
[0018] Nach Beendigung der Reaktion beläßt man das Reaktionsgemisch ohne weiteres Rühren
auf Temperaturen zwischen 40 und 60 °C. Dabei tritt eine Trennung in eine öl- und
eine Methanolphase ein. Die beiden flüssigen Phasen werden auf bekannte Weise getrennt.
Die Methanolphase, die den größten Teil des Reaktionswassers und praktisch die gesamte
Katalysatormenge enthält, wird zur Rückgewinnung des Katalysators und des Methanols
destillativ aufgearbeitet. Der Katalysator verbleibt im Destillationsrückstand, der
ohne weitere Reinigungsschritte wieder als Katalysatorzusatz in der Stufe a) des erfindungsgemäßen
Verfahrens eingesetzt werden kann.
[0019] Für die Extraktion der ölphase in der Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden
Glycerin-Methanol-Gemische eingesetzt, in denen das Gewichtsverhältnis von Glycerin
: Methanol 1 : 0,25 bis 1 : 1,25 beträgt. Als besonders zweckmäßig hat es sich hier
erwiesen, mit Glycerin-Methanol-Gemischen zu arbeiten, wie sie bei der alkalikatalysierten
drucklosen Umesterung nach Stufe c) des erfindungsgemäßen Verfahrens als "Glycerinphase"
anfallen und die im Regelfall die Zusammensetzung
40 - 70 Gew.-% Glycerin,
20 - 50 Gew.-% Methanol,
5 - 15 Gew.-% Fettderivate (Seifen, Methylester),
0,1 -0,2 Gew.-% freies Alkali
[0020] besitzen. Derartige Gemische können ohne vorausgehende Aufbereitung in der Verfahrensstufe
b) eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise werden für die Extraktion auf 100 Gewichtsteile
ölphase
10 bis
30 Gewichtsteile Glycerin-Methanol-Gemisch eingesetzt.
[0021] Zur Durchführung der Extraktion versetzt man die aus der Stufe a) hervorgegangene
ölphase mit der vorgesehenen Menge Glycerin-Methanol-Gemisch und rührt die erhaltene
Mischung 1 bis 5 Minuten lang kräftig durch. Danach läßt man das Gemisch bis zur Phasentrennung
ruhig stehen und trennt die extrahierte Ölphase ab. Im Sinne einer möglichst weitgehenden
Abtrennung von noch vorhandenem Reaktionswasser und Katalysatorresten hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, die gesamte Extraktion in der Stufe b) nicht bei Normaltemperatur,
sondern bei 40 bis 60 °C vorzunehmen.
[0022] Die Stufe b) kann im Chargenbetrieb in einem einfachen Rührbehälter durchgeführt
werden. In kontinuierlicher Arbeitsweise kann dieser Teilschritt des erfi
ndungsgemä- ßen Verfahrens in einer Rührkesselkaskade oder in einer mit statischen Mischelementen
ausgestatteten Kolonne verwirklicht werden. Es ist auch möglich, die ölphase und das
Glycerin-Methanol-Gemisch im Gegenstrom kontinuierlich durch eine Extraktionskolonne
zu führen.
[0023] In der abschließenden Stufe c) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die entsäuerten
und weitgehend wasserfreien Triglyceride in an sich bekannter Weise der drucklosen
alkalikatalysierten Umesterung mit Methanol unterworfen. Zweckmäßigerweise werden
dabei folgende Bedingungen eingehalten: Die Umesterung wird mit im wesentlichen wasserfreiem
Methanol durchgeführt. In der Regel wird das Methanol in einem
50 bis
150 prozentigen Überschuß über die für die Umesterung erforderliche stöchiometrische
Menge eingesetzt. Als Katalysatoren kommen vor allem Alkalimetallhydroxide, insbesondere
Natrium- und Kaliumhydroxyd, und Alkalimetallalkoholate, insbesondere Natriummethylat,
in Betracht. Bei der Bemessung der Katalysatormenge ist der in dem betreffenden Triglycerid
noch vorhandene Restgehalt an freien Fettsäuren zu berücksichtigen. Über die für die
Neutralisation der freien Fettsäuren benötigte Menge hinaus kommen die Katalysatoren
in Mengen von 0,05 bis 0,2 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Triglycerid zur Anwendung.
[0024] Das Gemisch aus Triglycerid (Ölphase), Methanol und Katalysator wird unter Rühren
auf die vorgesehene Reaktionstemperatur erwärmt. Die Umesterungsreaktion verläuft
bereits bei 25 bis 30 °C mit ausreichender Geschwindigkeit. Im allgemeinen wird es
jedoch vorgezogen, die Umesterungsreaktion bei Temperaturen von 5
0 bis
100 °C, insbesondere bei Rückflußtemperatur, durchzuführen.
[0025] Wenn der gewünschte Umesterungsgrad erreicht ist, läßt man das Reaktionsgemisch ohne
weiteres Rühren stehen, bis sich die Phasentrennung vollzogen hat. Anschließend werden
die Phasen in bekannter Weise getrennt. Die Methanol enthaltende Glycerinphase wird
in der Regel in der Stufe b) des erfindungsgemäßen Verfahrens als Extraktionsmittel
verwendet, bevor sie in an sich bekannter Weise zu Glycerin und Methanol aufgearbeitet
wird. Die Methylesterphase wird in an sich bekannter Weise über entsprechende Reinigungs-
und Destillationsschritte zu den gewünschten Ausgangsmaterialien für organische Synthesen
weiterverarbeitet.
Beispiel 1
[0026] In einem 400 1-Rührbehälter wurden 200 1 (174 kg) Kokosöl (Säurezahl 15,1), 60 1
(47,4 kg) Methanol und 1,6 kg p-Toluolsulfonsäure unter Rühren 15 Minuten lang zum
Rückflußkochen erhitzt. Das Reaktionsgemisch wurde ohne weiteres Rühren auf etwa 50
°C abgekühlt, wobei eine saubere Trennung in eine öl- und eine Methanolphase eintrat.
[0027] Der abgetrennten ölphase (204 kg; Säurezahl 0,8; Wassergehalt 0,34 Gewichtsprozent;
Methanolgehalt14,1 Gewichtsprozent) wurden bei 50 bis 55 °C 40,8 kg Glycerin-Methanol-Gemisch
aus der alkalikatalysierten drucklosen Umesterung (59,o Gewichtsprozent Glycerin;
28,
1 Gewichtsprozent Methanol;12,8 Gewichtsprozent Fettderivate; 0,1 Gewichtsprozent freies
Alkali)zugegeben. Die zweiphasige Mischung wurde 10 Minuten lang gerührt. Nach Beendigung
des Rührvorganges erfolgte in wenigen Minuten eine klare Trennung der beiden Phasen.
Nach dem Ablassen der Glycerinphase verblieben 196 kg ölphase (Säurezahl 0,4; Wassergehalt
0,08 Gewichtsprozent; Methanolgehalt 10,6 Gewichtsprozent).
[0028] Die extrahierte ölphase wurde mit 35 1 (27,7 kg) Methanol und 0,3 kg Natriummethylat
als Umesterungskatalysator unter Rühren 30 Minuten lang zum Rückflußkochen erhitzt.
Danach wurde das Reaktionsgemisch auf 50 °C abgekühlt. Die sich abscheidende methanolhaltige
Glycerinphase wurde abgetrennt. Der verbleibende rohe Kokosfettsäuremethylester (188
kg) enthielt 0,4 Gewichtsprozent gebundenes Glycerin, 0,02 Gewichtsprozent Wasser
und 8,1 Gewichtsprozent Methanol; seine Säurezahl betrug 0,04.
[0029] Der geringe Gehalt an gebundenem Glycerin läßt erkennen, daß die Umesterung mit einem
sehr hohen Umsetzungsgrad verlaufen ist. Bezieht man diesen Wert auf den Gehalt an
gebundenem Glycerin im eingesetzten Kokosöl (13,2 Gewichtsprozent), so ergibt sich,
daß 97 % des gebundenen Glycerins bei der Umesterung freigesetzt wurden und im Rohmethylester
nur noch 3 % vorhanden sind.
Vergleichsversuch 1
[0030] Wie in Beispiel 1 wurden 200 1 (174 kg) Kokosöl (Säurezahl 15,1) mit 60 1 (47,4 kg)
Methanol in Gegenwart von 1,6 kg p-Toluolsulfonsäure unter Rühren bei 65 °C umgesetzt.
Die erhaltene Ölphase (204 kg; Säurezahl 0,8; Wassergehalt 0,34 Gewichtsprozent) wurde
direkt der drucklosen Umesterung zugeführt. Hierzu wurde die ölphase mit 36,51 (288
kg) Methanol und 0,3 kg Na-Methylat unter Rühren 30 Minuten lang zum Rückflußkochen
erhitzt. Nach dem Abkühlen auf 50 °C wurde die Methanol und Glycerin enthaltende untere
Phase abgetrennt. Der rohe Kokosfettsäuremethylester ( 18
6 kg) enthielt 2,3 Gewichtsprozent gebundenes Glycerin, 0,09 Gewichtsprozent Wasser
und 7,9 Gewichtsprozent Methanol; seine Säurezahl betrug 0,04.
[0031] Im vorliegenden Fall, d.h. ohne die im Beispiel 1 beschriebene Extraktion der ölphase
mit einem Glycerin-Methanol-Gemisch nach der Vorveresterung, ist die drucklose alkalikatalysierte
Vorveresterung nur unvollständig verlaufen, wie der relativ hohe Wert für gebundenes
Glycerin anzeigt. Von dem in den Glyceriden des Ausgangs- öls gebundenen Glycerin
wurden nur ca. 83 % freigesetzt.
Beispiel 2
[0032] Die in Beispiel 1 nach der Vorveresterung abgetrennte Methanolphase (21,3 kg) wurde
unter einem Druck von 20 mbar bei 100 °C von Methanol und Wasser befreit. Bei der
Analyse des Rückstandes wurden folgende Werte gefunden: 7,4 Gewichtsprozent Schwefel;
0,3 Gewichtsprozent Wasser; Säurezahl 131,9; Verseifungszahl 277,9.
[0033] Der Rückstand wurde mit 60 1 (47,5 kg) Methanol (Wassergehalt 0,1 Gewichtsprozent)
aufgenommen und mit 200 1 (174 kg) Kokosöl (Säurezahl 15,1) 15 Minuten lang bei 65
°C gerührt. Nach dem Abkühlen auf 50 °C wurden die beiden entstandenen Phasen getrennt.
Die Analyse der erhaltenen ölphase (210 kg) ergab folgende Werte: 0,29 Gewichtsprozent
Wasser,15,0 Gewichtsprozent Methanol; Säurezahl 0,8.
[0034] Dieses Beispiel zeigt, daß sich der eingesetzte Katalysator nach der Vorveresterung
aus der Methanolphase leicht durch Abdestillieren des Methanols und des Reaktionswassers
wiedergewinnen läßt. Bei der Wiederverwendung des Katalysators ist keine nennenswerte
Beeinträchtigung der Aktivität festzustellen.
Beispiel 3
[0035] Die im Beispiel 2 angefallenede Methanolphase wurde wiederum eingedampft und der
Rückstand für eine weitere Vorveresterung eingesetzt. Dabei wurden annähernd die gleichen
Ergebnisse wie in Beispiel 2 erhalten. Für die ölphase wurden folgende Analysenwerte
ermittelt: 0,33 Gewichtsprozent Wasser; 15,5 Gewichtsprozent Methanol; Säurezahl 0,9.
Beispiel 4
[0036] Analog Beispiel 1 wurden 200 1 (174 kg) Kokosöl (Säurezahl 15,1) mit 60 1 (47,4 kg)
Methanol in Gegenwart von 0,8 kg Methansulfonsäure bei 65 °C umgesetzt.
[0037] Die abgetrennte ölphase (204 kg) wurde bei 50 bis 55 °C mit 40,8 kg Glycerin-Methanol-Gemisch
aus der alkalikatalysierten drucklosen Umesterung (55,0 Gewichtsprozent Glycerin;
33,7 Gewichtsprozent Methanol; 11,2 Gewichtsprozent Fettderivate; 0,1 Gewichtsprozent
freies Alkali) 10 Minuten lang gerührt. Die ölphase hatte nach der erneuten Phasentrennung
eine Säurezahl von 0,5.
[0038] Die ölphase ( 195 kg) wurde unter Zugabe von 35 1 (27,7 kg) Methanol und 0,3 kg Natriummethylat
bei 65 °C umgeestert. Der dabei erhaltene rohe Kokosfettsäuremethylester ( 185 kg)
enthielt 0,5 Gewichtsprozent Glycerin, 0,02 Gewichtsprozent Wasser und 7,6 Gewichtsprozent
Methanol; seine Säurezahl betrug 0,04.
Beispiel 5
[0039] Analog Beispiel 1 wurden 200 1 ( 174 kg) Rindertalg (Säurezahl 21) mit 60 1 (47,4
kg) Methanol in Gegenwart von 1,6 kg p-Toluolsulfonsäure vorverestert. Die aus dem
Reaktionsgemisch abgetrennte ölphase wurde mit 40,8 kg Glycerin-Methanol-Gemisch einer
vorangegangenen alkalikatalysierten drucklosen Umesterung extrahiert. Der vorveresterte
Talg hatte nach der Abtrennung von der Glycerin-Methanol-Phase eine Säurezahl von
0,6.
[0040] Die Umesterung der Ölphase ( 192 kg) unter Zugabe von 30 1 (23,7 kg) Methanol und
0,3 kg Natriummethylat bei 65 °C ergab
185 kg Talg-Fettsäuremethylester mit 0,4 Gewichtsprozent gebundenem Glycerin, 0,02 Gewichtsprozent
Wasser, 6,1 Gewichtsprozent Methanol und Säurezahl 0,03.
Beispiel 6
[0041] Analog Beispiel 1 wurden 200 1 (174 kg) Kokosöl (Säurezahl 15,1) mit 60 1 (47,4 kg)
Methanol in Gegenwart von 0,4 kg 98gewichtsprozentiger Schwefelsäure 15 Minuten lang
bei 65 °C zur Reaktion gebracht.
[0042] Die abgetrennte ölphase (206 kg; Säurezahl 0,7; Wassergehalt 0,31 Gewichtsprozent;
Methanolgehalt 11,3 Gewichtsprozent) wurde bei 50 - 55 °C mit 41,2 kg Glycerin-Methanol-Gemisch
aus der alkalikatalysierten Umesterung (
57,
1 Gewichtsprozent Glycerin;33,0 Gewichtsprozent Methanol; 9,8 Gewichtsprozent Fettderivate;
0,1 Gewichtsprozent freies Alkali) 1o Minuten lang gerührt. Nach der Phasentrennung
wurden in der ölphase 0,13 Gewichtsprozent Wasser und11,6 Gewichtsprozent Methanol
festgestellt; die Säurezahl betrug 0,2.
[0043] Die ölphase ( 197 kg) wurde unter Zugabe von 35 1 (27,7 kg) Methanol und 0,3 kg Natriummethylat
bei 65 °C umgeestert. Der dabei erhaltene Kokosfettsäuremethylester (188 kg) enthielt
0,5 Gewichtsprozent Glycerin, 0,2 Gewichtsprozent Wasser und
6,
1 Gewichtsprozent Methanol; die Säurezahl betrug 0,04.
Vergleichsversuch 2
[0044] Beispiel
6 wurde mit der Abwandlung wiederholt, daß die aus der Vorveresterung erhaltene ölphase
ohne zwischengeschaltete Extraktion mit Glycerin-Methanol-Gemisch direkt der alkalikatalysierten
drucklosen Umesterung zugeführt wurde. Bei dieser Verfahrensweise wurde ein Kokosfettsäuremethylester
erhalten, der 2 Gewichtsprozent gebundenes Glycerin enthielt.
[0045] Ein Vergleich mit Beispiel 6 zeigt, daß der Umsetzungsgrad bei der Umesterung des
vorveresterten öls beträchtlich verbessert werden kann, wenn das vorveresterte öl
vor der Umesterung mit einem Glycerin-Methanol-Gemisch extrahiert.
1. Verfahren zur Herstellung von Fettsäuremethylestern durch katalytische Umesterung
von freie Fettsäuren enthaltenden natürlichen Fetten und ölen mit Methanol, dadurch
gekennzeichnet, daß man
a) in einer Vorveresterung die im Ausgangsmaterial vorhandenen freien Fettsäuren in
Gegenwart von sauren Veresterungskatalysatoren bei 50 bis 120 °C und Drucken von Normaldruck
bis 5 bar mit Methanol, das gegenüber den freien Fettsäuren im Überschuß vorhanden
ist, verestert und die den Katalysator und einen Teil des Reaktionswassers enthaltende
Alkoholphase abtrennt,
b) die verbleibende ölphase zur Entfernung des restlichen Reaktionswassers mit einem
Glycerin-Methanol-Gemisch extrahiert und
c) die behandelte ölphase der alkalikatalysierten drucklosen Umesterung mit Methanol
unterwirft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe a) auf
100 Volumenteile Ausgangsmaterial 20 bis 50 Volumenteile Methanol einsetzt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe
a) bei Normaldruck arbeitet.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe
a) als Katalysatoren aliphatische und/oder aromatische Sulfonsäuren einsetzt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe
a) die Säurezahl der ölphase auf Werte unterhalb von 1 vermindert.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe
b) Glycerin-Methanol-Gemische verwendet, in denen das Gewichtsverhältnis von Glycerin
: Methanol 1 : 0,25 bis 1 : 1,25 beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das verwendete Glycerin-Alkohol-Gemisch
aus der alkalikatalysierten drucklosen Umesterung der ölphase stammt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe
b) auf 100 Volumenteile Ölphase 10 bis 30 Volumenteile Glycerin-Methanol-Gemisch einsetzt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stufe
c) bei 50 bis 100 °C durchführt.