Partial hydrogenation of fatty acid methyl esters at supercritical conditions

Abstract

Under supercritical or near-critical conditions propane is a very good solvent for both lipids and hydrogen. Thus, it is possible to generate an essentially homogeneous phase, in which the transport resistances for the hydrogen are eliminated. Therefore, the hydrogen concentration at the catalyst surface can be greatly increased, resulting in extremely high reaction rates and products having low trans fatty acid contents. In this study we present results from hydrogenation of rapeseed fatty acid methyl esters under near-critical and supercritical conditions. Temperature, residence time, hydrogen pressure, and catalyst life were varied systematically, using a statistical experimental design, in order to elucidate reaction rate and trans fatty acid formation as functions of the above variables. The experiments were carried out in a microscale fixed-bed reactor, using a 3% Pd-on-aminopolysiloxane catalyst. At 92 °C, a hydrogen pressure of 4 bar, and a residence time of 40 ms we obtained a trans content of 3.8 ± 1.7% at a iodine value of 70. Our results support the findings from traditional processes that at a constant iodine value (IV) the trans content decreases with decreasing temperature, increasing pH2, and increasing residence time. The reaction rate at our best conditions was roughly 500 times higher than in traditional batch hydrogenation. Partielle Hydrierung von Fettsauremethylestern bei uberkritischen Bedingungen.Im uberkritischen oder nahekritischen Zustand besitzt Propan sehr gute Losungseigenschaften fur sowohl Fette als auch Wasserstoff. Dies ermoglicht es, eine im wesentlichen homogene Reaktionsmischung zu erzeugen, in der die Transportwiderstande fur den Wasserstoff eliminiert sind. Dadurch kann die Wasserstoffkonzentration an der Katalysatoroberflache wesentlich erhoht werden, was zu extrem hohen Reaktionsgeschwindigkeiten fuhrt. Auserdem konnen auf diese Weise Produkte mit einem niedrigen Gehalt an trans-Fettsauren erzielt werden. In der vorliegenden Studie prasentieren wir die Ergebnisse der partiellen Hydrierung von Rapsol-Fettsauremethylestern bei nahekritischen und uberkritischen Bedingungen. Unter Verwendung eines statistischen Versuchsdesigns wurden Temperatur, Aufenthaltszeit, Wasserstoffpartialdruck und Katalysatorlebensdauer systematisch variiert, um die Reaktionsgeschwindigkeit und die Bildung von trans-Fettsauren als Funktionen dieser Variablen darzustellen. Die Versuche wurden in sehr kleinem Masstab in einem Festbettreaktor durchgefuhrt. Der verwendete Katalysator bestand aus 3% Pd auf einem Aminopolysiloxan-Trager. Bei 92 °C, einem Wasserstoffdruck von 4 bar und einer Aufenthaltszeit von 400 ms erreichten wir einen trans-Gehalt von 3,8 ± 1,7% bei einer Jodzahl von 70. Unsere Ergebnisse bestatigen die fur den traditionellen Prozes gefundenen Trends, das bei konstanter Jodzahl der trans-Gehalt abnimmt, wenn die Temperatur gesenkt, der Wasserstoffdruck erhoht, bzw. die Aufenthaltszeit verkurzt wird. Die hochsten von uns erzielten Reaktionsgeschwindigkeiten waren rund 500-fach hoher als in herkommlichen Batch-Prozessen.