酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置及利用其制備脂肪酸甘油酯的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油脂化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的 裝置及利用其制備脂肪酸甘油酯的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)物油脂生產(chǎn)的柴油稱為生物柴油，它是一種長(zhǎng)鏈脂肪酸的單烷基酯，在工業(yè)應(yīng) 用上主要是指脂肪酸甲酯，它是一種可替代石化柴油的再生型能源。
[0003] 國(guó)內(nèi)生物柴油的主要制備工藝為生物酶法、酸/堿催化法、超臨界法與兩步酸堿 催化法等，由于前幾種方法各存在轉(zhuǎn)化率低、成本高等缺點(diǎn)，目前大部分生物柴油的生產(chǎn)過(guò) 程都是采用的兩步酸堿催化法。
[0004] 由于酸化油中脂肪酸甘油酯容易分解、皂化，因此制備生物柴油的原料(各種廢棄 油脂)酸值較高，目前市面上獲得的原料均含有大量的脂肪酸且含較多的重質(zhì)組分。兩步酸 堿催化法是采用甘油在酸性催化劑作用下將脂肪酸酯化成脂肪酸甘油酯，其反應(yīng)式如下： 3ItCOOff+CjHA 5 + 3H2Q， 上述反應(yīng)生成的脂肪酸甘油酯隨同原料中未分解的脂肪酸甘油酯，在甲醇與堿性催化 劑作用下進(jìn)行下一步的酯交換反應(yīng)制取生物柴油產(chǎn)品一一脂肪酸甲酯。
[0005] 上述方法的關(guān)鍵在于第一步反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。若轉(zhuǎn)化率不夠高，則純度不高的脂肪 酸甘油酯將直接影響第二步生物柴油產(chǎn)品的質(zhì)量。從上述反應(yīng)式可以看出，受制于平衡轉(zhuǎn) 化率影響，第一步的酯化反應(yīng)產(chǎn)品水與脂肪酸甘油酯(包括原料中不反應(yīng)的脂肪酸甘油酯） 會(huì)極大的限制平衡朝正方向進(jìn)行，此外，水的含量增加將明顯減小酸性催化劑的活性。部分 工藝考慮采用間歇式減壓蒸發(fā)的模式脫除反應(yīng)的水，但蒸發(fā)水汽極易帶走原料脂肪酸并且 對(duì)正反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的增強(qiáng)也不夠。此外，產(chǎn)品脂肪酸甘油酯與原料脂肪酸的性質(zhì)相近，普通分 離方法也很難將之分開(kāi)以進(jìn)一步增加轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，酸化油中還含有一定比例的沸點(diǎn)高于 脂肪酸甘油酯的重質(zhì)和皂化組分，對(duì)第二步的酯交換反應(yīng)也有一定影響。
[0006] 因此，尋找一種能有效提高脂肪酸轉(zhuǎn)化率、減少產(chǎn)品中重質(zhì)和皂化組分的酸化油 酯化制備脂肪酸甘油酯的工藝成為研宄的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 基于此，有必要針對(duì)傳統(tǒng)的酸化油制備脂肪酸甘油酯的工藝，轉(zhuǎn)化率較低、產(chǎn)品中 重質(zhì)和皂化組分含量高的問(wèn)題，提供一種轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品中重質(zhì)和皂化組分含量較少的酸 化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置。
[0008] 此外，本發(fā)明還提供一種利用上述裝置制備脂肪酸甘油酯的方法。
[0009] -種酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置，包括隔壁式反應(yīng)精餾塔、進(jìn)料混合器、 尾氣收集裝置、輕油泵、重質(zhì)油脂泵和酯化產(chǎn)品泵；所述隔壁式反應(yīng)精餾塔包括塔體、豎直 設(shè)置在塔體內(nèi)中段的隔壁、豎直設(shè)置在塔體內(nèi)底部的隔板以及設(shè)置在塔體外的重沸器循環(huán) 泵和降膜式酯化重沸器； 所述塔體內(nèi)中段隔壁的一側(cè)為進(jìn)料反應(yīng)及預(yù)分離段，所述塔體內(nèi)中段隔壁的另一側(cè)為 側(cè)線產(chǎn)品精制段，所述進(jìn)料混合器與所述進(jìn)料反應(yīng)及預(yù)分離段相連，所述酯化產(chǎn)品泵與所 述側(cè)線產(chǎn)品精制段相連； 所述塔體內(nèi)隔壁的上方為公共精餾段，所述塔體內(nèi)隔壁的下方隔板的上方為公共提餾 段，所述尾氣收集裝置與所述公共精餾段的頂部相連，所述輕油泵的一端與所述尾氣收集 裝置相連，另一端與所述公共精餾段相連； 所述塔體內(nèi)底部隔板的一側(cè)為重沸器進(jìn)料液緩沖空間，所述塔體內(nèi)底部隔板的另一側(cè) 為塔釜抽出液緩沖空間，所述重質(zhì)油脂泵與所述塔釜抽出液緩沖空間的底部相連； 所述降膜式酯化重沸器的一端通過(guò)重沸器循環(huán)泵與所述塔體內(nèi)重沸器進(jìn)料液緩沖空 間的底部相連，另一端伸入所述塔體內(nèi)越過(guò)所述隔板的頂端到達(dá)塔釜抽出液緩沖空間。 [0010] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)料反應(yīng)及預(yù)分離段從上至下依次設(shè)有第一填料段、 第一分布器、催化反應(yīng)段和第二填料段； 所述公共精餾段從上至下依次設(shè)有冷凝器、第二分布器、第三填料段和第一收集再分 配器； 所述公共提餾段從上至下依次設(shè)有第二收集再分配器和第四填料段； 所述側(cè)線產(chǎn)品精制段從上至下依次設(shè)有第五填料段和第六填料段。
[0011] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述進(jìn)料混合器與所述第一分布器相連。
[0012] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述尾氣收集裝置包括依次相連的一級(jí)羅茨泵、二級(jí)羅茨 泵、水環(huán)泵、冷卻器和分液罐，且所述水環(huán)泵與所述分液罐相連，所述公共精餾段的頂部與 所述一級(jí)羅茨泵相連； 所述輕油泵的一端與所述分液罐相連另一端與所述第二分布器相連。
[0013] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述催化反應(yīng)段包括交替層疊的固體酸性催化劑和金屬絲 網(wǎng)波紋填料。
[0014] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一填料段、第二填料段、第三填料段、第四填料段、第 五填料段和第六填料段均采用金屬絲網(wǎng)波紋填料或金屬孔板波紋填料。
[0015] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一填料段的高度為0. 5m~2m，所述第二填料段的高度 為0. 5m~2m，所述第三填料段的高度為0. 5m~3m，所述第四填料段的高度為lm~4m，所述第五 填料段的高度為〇. 5m~3m，所述第六填料段的高度為0. 5m~3m。
[0016] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第一填料段、第二填料段、第三填料段、第四填料段、第 五填料段和第六填料段的壓降分別為0. 2kPa/m填料~0. 6kPa/m填料、理論板數(shù)分別為10 塊/m填料~12塊/m填料。
[0017] -種利用上述酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置制備脂肪酸甘油酯的方法，包 括以下步驟： 酸化油和甘油從進(jìn)料反應(yīng)及預(yù)分離段進(jìn)入隔壁式反應(yīng)精餾塔反應(yīng)，由于精餾作用，含 脂肪酸甘油酯的輕組分上升，含脂肪酸甘油酯的重組分下降； 含脂肪酸甘油酯的輕組分上升進(jìn)入公共精餾段后，由于精餾作用，含水的塔頂尾氣上 升由尾氣收集裝置采出、含脂肪酸甘油酯的酯化油脂下降進(jìn)入側(cè)線產(chǎn)品精制段； 含脂肪酸甘油酯的重組分下降進(jìn)入公共提餾段后，由于精餾作用，含重質(zhì)油脂的重組 分下降進(jìn)入重沸器進(jìn)料液緩沖空間，含脂肪酸甘油酯的酯化油脂上升進(jìn)入側(cè)線產(chǎn)品精制 段； 進(jìn)入重沸器進(jìn)料液緩沖空間的含重質(zhì)油脂的重組分由重沸器循環(huán)泵送至降膜式酯化 重沸器加熱后氣液兩相直接返回塔釜抽出液緩沖空間進(jìn)行氣液分離，液相塔底重質(zhì)組分由 重質(zhì)油脂泵采出；及 下降進(jìn)入側(cè)線產(chǎn)品精制段的含脂肪酸甘油酯的酯化油脂和上升進(jìn)入側(cè)線產(chǎn)品精制段 的含脂肪酸甘油酯的酯化油脂在側(cè)線產(chǎn)品精制段富集，由酯化產(chǎn)品泵采出。
[0018] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，公共精餾段的絕對(duì)壓力為0.3KPa~L5KPa，溫度為 140°C ~200°C ;公共提餾段的絕對(duì)壓力為I. 5KPa~5KPa，溫度為220°C ~300°C ;甘油與酸化 油中脂肪酸的摩爾比為〇. 3~0. 5:1。
[0019] 上述酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置及利用其制備脂肪酸甘油酯的方法，采 用隔壁式反應(yīng)精餾塔，使反應(yīng)與分離同時(shí)進(jìn)行，將含水的塔頂尾氣由尾氣收集裝置采出、含 脂肪酸甘油酯的酯化油脂由酯化產(chǎn)品泵采出，促進(jìn)反應(yīng)平衡正向進(jìn)行，大大增加了反應(yīng)速 率和轉(zhuǎn)化率。此外，塔底重質(zhì)組分由重質(zhì)油脂泵采出，大大減少了產(chǎn)品中重質(zhì)和皂化組分。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為一實(shí)施方式的酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進(jìn)，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施的限制。
[0022] 需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為"設(shè)置"在另一個(gè)元件，它可以是直接在另一個(gè)元件 上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是與另一個(gè)元件"相連"，它可以是直接 相連到另一個(gè)元件，或者可能同時(shí)存在居中元件。
[0023] 除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具 體實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。
[0024] 請(qǐng)參閱圖1，一實(shí)施方式的酸化油酯化制備脂肪酸甘油酯的裝置，包括隔壁式反應(yīng) 精餾塔10、進(jìn)料混合器20、尾氣收集裝置30、輕油泵40、重質(zhì)油脂泵50和酯化產(chǎn)品泵60。
[0025] 其中，隔壁式反應(yīng)精餾塔10包括塔體100、豎直設(shè)置在塔體100內(nèi)中段的隔壁 110、豎直設(shè)置在塔體內(nèi)底部的隔板120以及設(shè)置在塔體100外的重沸器循環(huán)泵130和降膜 式酯化重沸器140。
[0026] 塔體100內(nèi)中段隔壁110的一側(cè)為進(jìn)料反應(yīng)及預(yù)分離段。進(jìn)料混合器20與進(jìn)料 反應(yīng)及預(yù)分離段相連。