Efficient Synthesis of Biodiesel Fuel through Simultaneous Multiple Reactions Using a Simulated Moving Bed Reactor

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04829
• Research Institution: Ichinoseki National College of Technology
• Principal Investigator: 福村 卓也 一関工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (50360326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 和久 一関工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30215769)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 擬似移動層 / 反応分離 / バイオディーゼル / ソルケタール / グリセリン

Outline of Annual Research Achievements

触媒充填カラム10本からなる擬似移動層型クロマト反応器を用いて、エステル交換反応とアセタール化反応の2つの可逆反応の同時化によるバイオディーゼルの高効率合成法の構築を試みた。触媒として水素型イオン交換樹脂Amberlyst 16を用い、モデルグリセリド化合物としてモノアセチンを用いた。
モノアセチンを用いた実験では、溶離液流量と原料供給流量をそれぞれ1.83mL/min、0.12mL/min、出口流れであるエキストラクトとラフィネートの流量をそれぞれ0.9-1mL/min程度とし、温度313K、流路切替間隔を260sとした。ラフィネートよりモデル目的化合物である酢酸エチルが溶出し、副生成物であるグリセリンがエキストラクトより溶出した。触媒樹脂への強吸着成分であるグリセリンはラフィネートからはほとんど溶出しなかったことから反応と分離の効果により効率的なエステル交換反応が行われたと考える。
上述の反応実験との対比として、原料溶液中にアセトンを加えた実験では、酢酸エチルが上述と同様にラフィネートから溶出し、副生成物であるグリセリンはラフィネートおよびエキストラクトいずれの流れにおいても低濃度であった。ラフィネートよりソルケタールの溶出が確認されたことから、モノアセチンのエステル交換反応により生成した副生成物グリセリンはアセトンと迅速にアセタール化反応してソルケタールに変換されたと考える。このアセタール化反応も可逆反応であり副生成物である水が反応場から分離されたことでソルケタールが効率的に合成されたと考える。以上の結果より、2つの可逆反応を同時に行わせることで、効率的にバイオディーゼルの合成と副生成物グリセリンの高付加価値化が実現できることが示された。
また、LabVIEWによりコントロールする電磁弁式擬似移動層型クロマト反応器の立ち上げを行った。