Анотація
На сьогодні бутилові естери жирних кислот мають широке практичне застосування у промисловості. Їх розглядають також як перспективне біодизельне паливо та як компонент реактивного палива. Тому метою даної роботи була систематизація інформації про існуючі промислові та лабораторні способи одержання бутилових естерів жирних кислот у залежності від типу використовуваної сировини та каталізатора. Сьогодні основною сировиною для промислового виробництва бутилових естерів є жирні кислоти та бутанол, тоді як лабораторні методи залучають також тригліцериди олій/жирів. Порівняння перебігу переестерифікації тригліцеридів в присутності лужних та кислотних каталізаторів показало, що перевагою лужних каталізаторів є, по-перше, можливість проведення процесу при температурах близьких до кімнатних з наближенням до теоретичних виходів естерів, тоді як кислотні каталізатори вимагають використання високих температур, по-друге, швидкість лужної переестерифікації в кілька разів вища, що зменшує тривалість процесу до кількох хвилин. Перевагою застосування активніших алкоголятів лужних металів є одержання високих виходів за кімнатних температур. Перспективним є використання бутилату замість метилату калію, що дозволяє одержати чисті бутилові естери без домішок метилових та сприяє розділенню продуктів. Проведення кислотної естерифікації на першій стадії перетворення тригліцеридів доцільне лише у випадку концентрації вільних жирних кислот більше 3 %. Тригліцериди з вмістом вільних жирних кислот до 3 % можна ефективно переестерифіковувати бутанолом в присутності бутилату калію
Посилання
Wahlen B. D., Barney B. M., Seefeldt L. C. Synthesis of biodiesel from mixed feedstocks and longer chain alcohols using an acid-catalyzed method. Energy Fuels. 2008. 22. 6. 4223-4228. (Eng.) https://doi.org/10.1021/ef800279t
A.s. 1070135 SSSR. C07C67/08, C07C69/02. Lunin A. F., Zhielieznaya L. L., Maganov R. S., Mkrtychan V. R., Mieschieriakov S. V., Rumiantsev V. Yu., Kudriashov A. I., Bivika V. I., Makarov S. V. Nieprieryvnyy sposob poluchieniya efirov vyschyh zhyrnyh kislot. SSSR. 30.01.84, Bul. №4. [Autor's certificate. 1070135 USSR. C07C67/08, C07C69/02. Lunin A. F., Zhielieznaya L. L., Maganov R. S., Mkrtychan V. R., Mieschieriakov S. V., Rumiantsev V. Yu., Kudriashov A. I., Bivika V. I., Makarov S. V. Continious method of fatty acids esters obtaining. USSR. 30.01.84, Bul. №4.] (Rus.)
Patent 4443549 Deutschland. C10L1/18, C10L1/02. Sunderbrink Th. (DE). Kraftstoff für hochverdichtende selbstzündende Motoren. Deutschland. 13.06.96. (Ger.)
Patent 2074852 RF. C07C67/08, C07C69/24. Kaninskiy P. S. Sposob polucheniya butilovyh efirov zhyrnyh kislot. RF. 10.03.97. [Patent 2074852 RF. C07C67/08, C07C69/24.
Kaninskiy P. S. Fatty acids butyl esters obtaining method. RF. 10.03.97.] (Rus.) Zhou W., Boocock D. G. B. Phase behavior of the base-catalyzed transesterification of soybean oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 2006. 83. 12. 1041-1045. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-006-5160-5
Saravanan N., Puhan S., Nagarajan G., Vedaraman N. An experimental comparison of transesterification process with different alcohols using acid catalysts Biomass Bioenergy. 2010. 34. 7. 999-1005. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2010.02.008
Sanli H., Canakci M. Effects of different alcohol and catalyst usage on biodiesel production from different vegetable oils. Energy Fuels. 2008. 22. 4. 2713-2719. (Eng.)https://doi.org/10.1021/ef700720w
Patent 2009143512 RF. C10L1/18, C07C67/02, C07C69/00. Hayrudinov I. R., Zhyrnov B. S., Sidrachiova I. I., Teliashieva E. G. (RU). Sposob polucheniya ekologicheski chistogo dizel'nogo topliva. RF. 27.05.11, Bul. № 15. [Patent 2009143512 RF. C10L1/18, C07C67/02, C07C69/00. Hayrudinov I. R., Zhyrnov B. S., Sidrachiova I. I., Teliashieva E. G. (RU). The method of obtaining ecological clean diesel fuel. RF. 27.05.11, Bul. № 15.] (Rus.)
Nimcevic D., Puntigam R., Wörgetter M., Gapes J. R. Preparation of rapeseed oil esters of lower aliphatic alcohols. J. Am. Oil Chem. Soc. 2000. 77. 3. 275-280. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-000-0045-1
Leadbeater N. E., Barnard T. M., Stencel L. M. Batch and continuous-flow preparation of biodiesel derived from butanol and facilitated by microwave heating. Energy Fuels. 2008. 22. 3. 2005-2008. (Eng.) https://doi.org/10.1021/ef700748t
Brunchwig C., Moussavou W., Blin J. Use of bioethanol for biodiesel production. Prog. Energy Combust. Sci. 2012. 38. 2. 283-301. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.pecs.2011.11.001
Kwiecien J., Hájek M., Skopal F. The effect of the acidity of rapeseed oil on its transesterification. Bioresour. Technol. 2009. 100. 23. 5555-5559. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.06.002
Bouaid A., El boulifi N., Hahati K., Martinez M., Aracil J. Biodiesel production from biobutanol. Improvement of cold flow properties. Chem. Eng. J. 2014. 238. 234-241. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.cej.2013.10.022
Sánchez M., Bergamin F., Peña E., Martínez M., Aracil J. A comparative study of the production of esters from Jatropha oil using different short-chain alcohols: Optimization and characterization. Fuel. 2015. 143. 183-188. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.11.064
Hájek M., Skopal F., Vávra A., Kocík J. Transesterification of rapeseed oil by butanol and separation of butyl ester. J Cleen Prod. 2017. 155. Part 1. 28-33. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.07.007
Sangaletti-Gerhard N., de Souza Vieira Th. M. F., Groppo S. Sch., Rodrigues J. R., Regitano-d'Arce M. A. B. Alkaline-catalyzed ethanolysis of soybean oil ethanolic miscella. Fuel. 2014. 116. 415-420. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.08.033
Kwiecien J., Hájek M., Skopal F. Combined effect of water and KOH on rapeseed oil methanolysis. Bioresour. Technol. 2010. 101. 9. 3121-3125. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.12.051
Issariyakul T., Dalai A. K., Desai P. Evaluating esters Derived from Mustard Oil (Sinapis alba) as Potential Diesel Additives. J. Am. Oil Chem. Soc. 2011. 88. 3.391-402. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-010-1679-6
Smith P. C., Ngothai Y., Nguyen Q. D., O'Neill B. K. The addition of alkoxy side-chains to biodiesel and the impact on flow properties. Fuel. 2010. 89. 11. 3517-3522. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.06.014
Smith P. C., Ngothai Y., Nguyen Q. D., O'Neill B. K. Alkoxylation of biodiesel and its impact on low-temperature properties. Fuel. 2009. 88. 4. 605-612. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.fuel.2008.10.026
Smith P. C., O'Neill B. K., Ngothai Y., Nguyen Q. D. Butoxylation of butyl biodiesel: Reaction conditions and cloud point impact. Energy Fuels. 2009. 23. 7. 3798-3803. (Eng.) https://doi.org/10.1021/ef9001633
Sanli H., Canakci M. Effects of different alcohol and catalyst usage on biodiesel production from different vegetable oils. Energy Fuels. 2008. 22. 4. 2713-2719. (Eng.) https://doi.org/10.1021/ef700720w
Hossain A. B. M. S., Al-saif A. M. Biodiesel fuel production from soybean oil waste as agricultural bio-resource. Australian Journal of Crop Science. 2010. 4 (7). 538-542. (Eng.)
Colucci J. A., Borrero E. E., Alape F. Biodiesel from an alkaline transesterification reaction of soybean oil using ultrasonic mixing. J. Am. Oil Chem. Soc. 2005. 82. 7. 525-530. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-005-1104-3
Zhou W., Konar S. K., Boocock D. G. B. Ethyl esters from the single-phase base-catalyzed ethanolysis of vegetable oils. J. Am. Oil Chem. Soc. 2003. 80. 4. 367-371. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-003-0705-1
Stavarache C., Vinatoru M., Nishimura R., Maeda Y. Fatty acids methyl esters from vegetable oil by means of ultrasonic energy. Ultrason. Sonochem. 2005. 12. 367-372. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2004.04.001
Asakuma Y., Maeda K., Kuramochi H., Fukui K. Theoretical study of the transesterification of triglycerides to biodiesel fuel. Fuel. 2009. 88. 5. 786-791. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2004.04.001
Jha M. K. Gupta A. K., Kumar V. Kinetics of transesterification on jatropha curcas oil to biodiesel fuel. The world congress on engeneering and computer science 2007: proceedings of congress, 24-26 Oct. 2007. San Francisco, 2007. 99-102. (Eng.)
Hossain A. B. M. S., Boyce A. N., Salleh A., Chandran S. Impacts of alcohol type, ratio and stirring on biodiesel production from waste canola oil. African Journal of Agricultural Research. 2010. 5. 14. 1851-1859. (Eng.)
Kotseruba V.A., Levchenko O.O., Chihichin D.G., Kamalov G.L. Kinetyka pereesteryfikatsii tryglitserydiv sonyashnykovoi i ripakovoi oliy ta kuryachigo zhyru spyrtamy u prysutnosti yidkogo natru. Кataliz i Neftekhimia. 2012. 21.152-162. [Kotseruba V.A., Levchenko O.O., Chihichin D.G., Kamalov G.L.Kinetic of transesterification of sunflower and paressed oils as well as chiken fats by alcohols over sodium hirdox-ide. Katalysis and Petrochemistry. 2012. 21.152-162.] (Ukr.)
Lang X., Daldi A. K., Bakhshi N. N., Reaney M. J., Hertz P. B. Preparation and characterization of bio-diesels from various bio-oils. Bioresour. Technol. 2001. 80. 1. 53-62. (Eng.) https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00051-7
Gauglitz E. J., Jr., Lehman L. W. The preparation of alkyl esters from highly unsaturated triglycerides. J. Am. Oil Chem. Soc. 1963. 40. 5. 197-198. (Eng.) https://doi.org/10.1007/BF02632581
Zubenko S. O., Patrylak L. K., Yakovenko A. V., Konovalov S. V. Pereesterifikatsyya sonyashnykovoyi oiliyi butanolom. Kataliz i neftekhimia. 2016. 25. 90-92. [Zubenko S. O., Patrylak L. K., Yakovenko A. V., Konovalov S. V. The transesterification of sunflower oil with butanol. Kataliz i neftekhimia. 2016. 25. 90-92.] (Ukr.)
Patent №ua 108271. C10L1/19, C07C31/30. Zubenko S. O., Okhrimenko M. V. Patrylak L. K., Voloshyna Yu. G., Yakovenko A. V., Konovalov S. V., Sushko H. M. Sposib pidgotovky katalizatora dlia oderzhannia biodyzel'nogo palyva. Ukraine. 11.07.2016. Bul. № 13. [Patent №ua 108271. C10L1/19, C07C31/30. Zubenko S. O., Okhrimenko M. V. Patrylak L. K., Voloshyna Yu. G., Yakovenko A. V., Konovalov S. V., Sushko H. M. Method of preparing catalyst for biodiesel production. Ukraine. 11.07.2016. Bul. № 13.] (Ukr.)
Zubenko S. O., Konovalov S. V., Patrylak L. K., Yakovenko A. V. Transesterification of triglycerides by 1-butanol using alkaline catalyst. Kataliz i neftekhimia. 2017. 26. 95. (Eng.)
Patrylak L.K., Zubenko S.O., Konovalov S.V., Povazhnyi V.A. Alkaline transesterification of sunflower oil triglycerides by butanol-1 over potassium hydroxide and alkoxides catalysts. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2019. 5. 93-103. (Eng.) https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-126-5-93-103
Urasaki K., Takagi Sh., Mukoyama T., Jayaraj Ch., Urasaki K., Kato Sh., Yamasaki A., Kojima T., Satokawa Sh. Effect of kind of alcohols on the structure and stability of calcium oxide catalyst in triolein transesterification reaction. Appl. Catal., A. 2012. 411-412. 44-50. (Eng) https://doi.org/10.1016/j.apcata.2011.10.019
Mel'nik Yu. R., Palyukh Z. Yu., Kuzyk M. V., Pozhars'ka O.V., Mel'nik S. R. Kataliz transesterificatsiyi tryoleinu glitserynu butan-1-olom soliamy dvovalentnykh metaliv. Visnyk Skhidnoukrayins'kogo natsional'nogo universytetu imeni V. Dalia. 2016. 5. 33-37. [Mel'nik Yu. R., Palyukh Z. Yu., Kuzyk M. V., Pozhars'ka O.V., Mel'nik S. R. Catalysis of glycerol trioleate transesterification by butanol-1 with divalent metals salts. Bulletin of V.Dahl East Ukrainian National University. 2016. 5. 33-37.] (Ukr.)
Melnyk Yu., Melnyk S., Palyukh Z., Dzinyak B. Research into transesterification of triglycerides by aliphatic alcohols C2-C4 in the presence of ionites. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2018. 1. 6 (91). 10-16. (Eng.) https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.122938
Melnyk Yu., Starchevskyi R., Melnyk S. Transesterification of sunflower oil triglycerides by 1-butanol in the presence of d-metal oxides. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2019. 4. 95-100. (Eng.) https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-125-4-95-100
Mel'nik Yu. R., Starchevs'kyy R. O. Geterogenno-katalitychna transesteryfikatsiya tryoleatu glitserynu v poli ul'trazvukovykh khvyl'. Visnyk Natsional'nogo tekhnichnogo universitetu "Kharkivs'kyy politekhnichnyy instytut". Seriya: Novi rishennia v suchasnyh tehnologiyah. 2016. 42. 188-192. [Mel'nik Yu. R., Starchevs'kyy R. O. Heterogeneous-catalytic transesterification of glycerol trioleate in the field of ultrasonic waves. Bulletin of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Series: New Solution in Modern Technologies. 2016. 42. 188-192.] (Ukr.)
Rodrigues R. C., Volpato G., Wada K., Ayub M. A. Z. Enzymatic synthesis of biodiesel from transesterification reactions of vegetable oils and short chain alcohols. J. Am. Oil Chem. Soc. 2008. 85. 10. 925-930. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-008-1284-0
Köse Ö., Tüter M., Aksoy H. A. Immobilized Candida antarctica lipase-catalyzed alcoholysis of cotton seed oil in a solvent-free medium. Bioresour. Technol. 2002. 83. 2. 125-129. (Eng.) https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00203-6
Kozanceva I., Makarevičienė V., Kazancev K. Application of biotechnological method to biodiesel fuel production using n-butanol. Environmental Research, Engineering and Management. 2011. 56 (2). 35-42. (Eng.) https://doi.org/10.5755/j01.erem.56.2.376
Deng L., Xu X., Haraldsson G. G., Tan T., Wang F. Enzymatic production of alkyl esters through alcoholysis: A critical evaluation of lipases and alcohols. J. Am. Oil Chem. Soc. 2005. 82. 5. 341-347. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11746-005-1076-3
Abigor R. D., Uadia P. O., Foglia T. A., Haas M. J., Jones K. C., Okpefa E., Obibuzor J. U., Bafor M. E. Lipase-catalysed production of biodiesel fuel from some Nigerian lauric oils. Biochem. Soc. Trans. 2000. 28. 6. 979-981. (Eng.) https://doi.org/10.1042/bst0280979
Iso M., Chen B., Eguchi M., Kudo T., Shrestha S. Production of biodiesel fuel from triglycerides and alcohol using immobilized lipase. J. Mol. Catal., B Enzym. 2001. 16. 1. 53-58. (Eng.) https://doi.org/10.1016/S1381-1177(01)00045-5
Sendzikiene E., Makareviciene V., Gumbyte M. Reactive extraction and fermental transesterification of rapeseed oil with butanol in diesel fuel media. Fuel Process. Technol. 2015. 138. 758-764. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.07.020
Zhang H., Ding J., Qiu Y., Zhao Z. Kinetics of esterification of acidified oil with different alcohols by a cation ion-exchange resin/polyethersulfone hybrid catalytic membrane. Bioresour. Technol. 2012. 112. 28-33. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.02.104
Demidov I. N., Sadik M., Grankina K. V. Ispol'zovanie zhyrnyh kislot soapstoka dlia poluchieniya butilovyh efirov zhyrnyh kislot. Visnyk Natsionalnogo Tekhnichnogo Universytetu "Harkivskyi Politekhnichnyi Instytut". Seriya: Novi rishennia v suchasnyh tehnologiyah. 2013. 4 (978). 130-134. [Demidov I. N., Sadik M., Grankina K. V. Using of soap stock fatty acids to produce fatty acids butyl esters. Bulletin of National Technical University "Kharkiv Poly-technic Institute". Series: New Solution in Modern Technologies. 2013. 4 (978). 130-134.] (Rus.)
Moser B. R. Biodiesel production, properties, and feedstocks. In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant. 2009. 45. 229-266. (Eng.) https://doi.org/10.1007/s11627-009-9204-z
Patent 2009/0099380 US. C11C3/00. Alken J. E. (US). Fatty acid alkyl ester production from oleaginous seeds. USA. 16.04.09. (Eng.)
Patent 2004/0102640 US. C07C51/43. Brunner K., Frische R., Ricker R. (DE). Method for the production of fatty acid esters. USA. 27.05.04. (Eng.)
Patent 2006/0224006 US. C11B13/00, C07C51/43. Clements L. D. (US). Process and system for producing biodiesel or fatty acid esters from multiple triglyceride feedstocks. USA. Publ. 5.10.2006. (Eng.)
Zubenko S. O., Patrylak L. K. Pereesterifikatsiya ripakovoyi oilyi butanolom. Kataliz i neftekhimia. 2014. 23. 46-48. [Zubenko S. O., Patrylak L. K. Transesterification of rapeseed oil by butanol. Kataliz i neftekhimia. 2014. 23. 46-48.] (Ukr.)
Patrylak L. K., Zubenko S. O., Konovalov S. V. Pereesterifikatsiya ripakovoyi oilyi butanolom na luzhnyh katalizatorah. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2018. 5. 125-130. [Patrylak L. K., Zubenko S. O., Konovalov S. V. Transesterification of rapeseed oil by butanol over alkaline catalysts. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii. 2018. 5. 125-130.] (Ukr.) https://doi.org/10.32434/0321-4095-2019-126-5-93-103
Zubenko S. O., Patrylak L. K. Influence of free fatty acids and free water to process of alkaline synthesis of butyl esters of rapeseed oil. Kataliz i neftekhimia. 2015. 24. 87-89. (Eng.)
Zubenko S. O. Perspectives of biobutanol using in biodiesel synhtesis. Kataliz i neftekhimia. 2014. 23. 99. (Eng.)
Pappu V. K. S., Yanez A. J., Peereboom L., Muller E., Lira C. T., Miller D. J. A kinetic model of the Amberlyst-15 catalyzed transesterification of methyl stearate with n-butanol. Bioresour. Technol. 2011. 102. 5. 4270-4272. (Eng.) https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.12.006
Patent 2015/0333618 US. H02M1/32, H02M7/533. Cheng P.-T., Chen H.-Ch. (TW). Low voltage ride-through apparatus capable of flux compensation and peak current managment. USA. 19.11.2015. (Eng.)