[发明专利]脂肪酸的异构化方法

说明书

本发明涉及一种化学方法，更具体地说，是涉及一种通过使用催化剂使脂肪酸异构化(支化)的方法。所说的方法中，反应原料脂肪酸含有不饱和脂肪酸。

脂肪酸是化学工业中广泛使用的可称之为万能的化工原料，从润滑剂、高分子聚合物、溶剂到化妆品及其它化工产品都要使用脂肪酸。通常，是通过水解来源于植物或动物的甘油三酯来获得脂肪酸。当然，产生的甘油三酯是甘油的酯和一般为直链碳原子数为10-24的多种羧酸。最常见的是具有12、14、16或18个碳原子的脂肪酸。脂肪酸可以是饱和的也可以含有一个或多个不饱和键。

由于长链的、直链饱和脂肪酸(C10∶0和更高)在室温下呈固体，因此，使其在多种应用中难以加工。而不饱和长链脂肪酸如油酸在室温下呈液体，所以易于加工，但是由于其存在双键因而不稳定。支链脂肪酸的特性与直链不饱和脂肪酸的特性在许多方面都极为相似，但它们却没有不稳定的缺陷。例如，支链C18∶0脂肪酸(工业上称之为异硬脂酸)在室温下呈液体，但却不象C18∶1样不稳定，因为在支链C18∶0中不存在不饱和键。因此，对于许多应用来说支链脂肪酸要比直链脂肪酸更为理想。(本文中所用的术语“支链脂肪酸”包括含有一个或多个烷基侧基的脂肪酸，所说的侧基可以连接在碳链的任何位置上，所说的烷基一般为短链烷基。)目前，支链脂肪酸是通过具有相应链长的直链不饱和脂肪酸的异构化(支化)而获得。例如，由直链C18∶1(或C18∶2)制备C18∶0。

在用于所说异构化或支化的已知合成路线中存在有一种使用粘土作为催化剂的反应。这种用粘土催化的异构化方法具有二个主要的缺点，其中最重要的是反应中除了生成所需的支链脂肪酸之外，还生成了大量不需要的副产物(含有低聚物、饱和直链脂肪酸和中间体二聚物)(30-40％(重量))。中间体二聚物的生成是特别不利的，因为，这意味着所得的产物是一种低价值的产物。第二个缺点是粘土催化剂不能再次使用。

因此，需要有一种克服上述缺点的新方法，即需要有一种从直链不饱和脂肪酸原料制备支链脂肪酸的方法，其中对于支链单体异构体的选择性要高于对低聚物的选择性。这类方法应优选地仍具有高的反应物的转化率且使用可再次使用的催化剂。

现已发现，可以将包含至少具有一个不饱和碳-碳键的脂肪酸的脂肪酸原料(如油酸)转化成含有高含量支链脂肪酸和低含量低聚物的混合物。异构化优选包含支化。在所说的方法中，含有不饱和脂肪酸的脂肪酸原料与催化剂相接触，其特征在于催化剂包含具有微孔结构的物质。应该认识到通常反应产物包含饱和及不饱和支链脂肪酸，因此，这两者都包含在本发明之内。选择性地可以用任何普通的方法将不饱和支链脂肪酸氢化。作为本发明主题的反应可以看作是异构化的反应(包括骨架异构化和位置异构化〕。本发明包括支化反应。

具有微孔结构的物质包括沸石和具有沸石结构的微孔物质如磷酸铝(ALPO’S)，金属铝磷酸盐(MeAPO’s)和硅/铝磷酸盐(SAPO’S)。其中对于本发明的目的来说沸石是优选的。

在所说的方法中所用的沸石优选具有单方向孔拓扑结构。这一类型中优选的是丝光沸石。沸石是可用通式M_p/n[(AlO₂)_p(SiO₂)_192-p].qH₂O表示的晶型硅铝酸盐，其中M是IA族(包括氢)或IIA族的金属阳离子且n是该金属的价数。沸石由通过共享的氧原子连接在一起的SiO4和AlO4四面体的微孔网所组成。由于铝为3+价使得AlO₄四面体上具有过量的负电荷，所述的过量的负电荷可以由H+或其它阳离子(Na⁺、NH⁴⁺、Ca²⁺)来平衡。当M为氢时上述物质为布朗斯台德酸性，而当M为例如Cs时，上述物质为碱性。由于加热，布朗斯台德酸性羟基发生缩合从而相应地产生了不饱和Al，其成为了路易士酸性点。酸的强度、酸性点密度和布朗斯台德-路易士酸性取决于骨架铝的水平。对于给定的沸石种类而言，由于其中有或没有蒸汽存在的控制焙烧，接着选择性提取所得的额外骨架铝，或者由于化学处理如使用六氟硅酸铝进行的化学处理可能会使氧化硅/氧化铝的比率有所变化。现已发现，当使用丝光沸石作为催化剂时，为了获得理想的支链脂肪酸选择性同时保持不饱和脂肪酸良好的转化率，丝光沸石中SiO₂/Al₂O₃的比率优选为至少14，更优选为至少20，最优选为至少35(所说的比率通过X-光荧光来测定)。