使用脂肪酸制备脂肪酸烷基酯的方法和设备技术

本发明专利技术公开了制备用于生物柴油的脂肪酸烷基酯的方法和设备，其中脂肪酸，尤其是脂肪酸馏出液在无催化剂的条件下与醇反应。所述方法不需要催化剂和甘油的纯化过程，并且具有脂肪酸的高转化率。制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的所述方法中包含使脂肪酸原料与醇在２００℃至３５０℃的温度和大气压至１０ｂａｒ的压力下进行酯化反应的步骤。制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的所述设备包括：第一反应器，用于使脂肪酸原料与醇在２００℃至３５０℃的温度和大气压至１０ｂａｒ的压力下酯化并将总脂肪酸的８０％至９０％转化为脂肪酸烷基酯；第二反应器，用于将第一反应器中未发生转化的剩余脂肪酸转化为脂肪酸烷基酯。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用脂肪酸制备脂肪酸烷基酯的方法和设备，更具体地涉及通过使脂肪酸，尤其是脂肪酸馏出液在不引入催化剂的条件下，与醇反应而制备用于生物柴油的脂肪酸烷基酯的方法和设备。所述方法不需要用于除去催化剂和甘油的纯化过程，并且具有脂肪酸的高转化率。
技术介绍
在各种源于天然矿物油的燃料中，柴油具有例如良好的燃烧效率、低成本、低二氧化碳排放的优点。另一方面，问题是柴油的燃烧产生大量的空气污染，尤其是颗粒物。为了解决该问题，在具有与柴油类似的物理性质的、经济上优选的并且能够防止空气污染的替代燃料方面进行了很多研究。生物柴油具有与柴油相似的物理性质，显著降低空气污染，并且是可自然再生的能源。通常，通过诸如菜籽油，大豆油，葵花籽油，棕榈油等的植物油、动物脂肪、废弃的烹饪油等与醇在酸催化剂或碱催化剂的存在下进行酯交换反应生产生物柴油。在生物柴油的生产过程中，产生约为生物柴油总量10％重量比的甘油副产物。最近，由于生物柴油工厂的建设很迅速并且是全球发展的，可以预期甘油的供给过度。另一方面，油和脂肪中通常含有游离脂肪酸，这些脂肪酸以与脂肪酸甘油三酯混合的形式存在。在油和脂肪的精炼过程中，游离的脂肪酸作为副产物被分离出来。已知几种由被分离的游离脂肪酸制备脂肪酸烷基酯的方法。欧洲专利公开第127104A号、欧洲专利公开第No.184740A号和美国专利第4,164,506号等中公开了游离脂肪酸酯化反应的方法。在r>这些方法中，酯化反应是通过将脂肪酸和脂肪酸甘油三酯的混合物与甲醇在硫酸或磺酸催化剂的存在下于65℃加热而完成的。欧洲专利公开第708813A号公开了增加由油和脂肪制备脂肪酸烷基酯的产量的方法。在该方法中，从酯交换反应产物甘油相中分离出游离脂肪酸，然后将此分离出的游离脂肪酸酯化。在该方法中，通过甘油相的中和而得到游离脂-->肪酸，然后将得到的游离脂肪酸在强硫酸催化剂的存在下于85℃反应2小时，从而游离脂肪酸的量由50％降到12％。另外，还公开了提高脂肪酸酯化反应效率的方法(韩国专利未审查公开第2004-0101446号，国际公开第WO2003/087278号)，其利用机械设备或超声波在反应器中产生动态扰动。在该方法中，使用硫酸或离子交换树脂作为催化剂，在高压和高温下使脂肪酸和/或含脂肪酸的油和脂肪与醇反应而进行酯化反应。此外，韩国专利未审查公开第2004-87625号公开使用固体酸催化剂从废弃的烹饪油中除去游离脂肪酸的方法。上述方法普遍使用酸催化剂，例如硫酸等。如果反应后不将这些酸完全除去，则会降低生物柴油的品质。因此，对酸催化剂进行中和、过滤、洗涤和净化等复杂处理是必不可少的。并且，固体酸催化剂的寿命并不长，并且对其进行再生的成本是非常昂贵的。此外，在上述常规方法中，由于脂肪酸的酯化反应是在低温下进行的，反应过程中产生的水不能有效的排出反应体系。因此，由脂肪酸到脂肪酸烷基酯的转化率较低，并且所得到脂肪酸烷基酯的物理性质也不适合生物柴油。专利技术公开技术问题因此，本专利技术的目的是提供制备适用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方法。本专利技术的另一目的是提供在不使用催化剂的条件下，将脂肪酸在高温范围用醇进行酯化反应而制备脂肪酸烷基酯的方法，该方法不同于通过在催化剂存在下将植物油或动物脂肪与醇进行酯交换反应而制备脂肪酸烷基酯和甘油的常规方法。本专利技术的另一目的是提供方便经济的、通过使用脂肪酸馏出液作为原料制备脂肪酸烷基酯而不产生甘油的方法，所述脂肪酸馏出液作为副产物产生于植物油精炼过程中。本专利技术的另一目的是提供一种可以有效进行脂肪酸烷基酯制备的设备-->技术方案为了达到这些目的和其它目的，本专利技术提供了制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方法，所述方法包括在200℃至350℃的温度和大气压至10bar的压力下，使脂肪酸原料与醇进行酯化反应的步骤。本发明还提供了用于在200℃至350℃的温度和大气压至10bar的压力下制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的设备，所述设备包括第一反应器，用于使脂肪酸原料与醇进行酯化反应，其中总脂肪酸的80％至90％转化为脂肪酸烷基酯；以及第二反应器，用于将第一反应器中未发生转化的剩余脂肪酸转化为脂肪酸烷基酯。本专利技术还提供了制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的设备，所述设备包括：包含至少一个反应器的反应部分，用于使脂肪酸原料与醇反应生成粗脂肪酸烷基酯；第一精炼部分，用于通过蒸馏从脂肪酸烷基酯中除去低沸点的杂质以产生初步精炼的脂肪酸烷基酯；第二精炼部分，用于将初步精炼的脂肪酸烷基酯蒸馏以得到脂肪酸烷基酯，并除去残余物，其中在反应部分顶部连接有醇回收部分，用于循环过量的醇和除去反应部分产生的水。参考下文的详细描述和附图可以更好地理解本专利技术及其伴随的优点。图1显示了根据本专利技术的实施方案制备脂肪酸烷基酯的设备的整体配置。如图1所示，将脂肪酸原料(1，以下如果有必要简称为“脂肪酸”)和醇(2)引入反应部分(10)，然后在恒温恒压下进行酯化反应。将经过酯化反应中产生的粗脂肪酸烷基酯(4)转移到第一精炼部分(20)，并且能够通过蒸馏经过第一精炼部分(20)的蒸馏柱顶部除去低沸点的杂质(5)。将初步精炼的脂肪酸烷基酯(6)转移到第二精炼部分(30)，并蒸馏以在第二精炼部分(30)中留下残余物(残余物杂质，8)，并经第二精炼部分(30)的蒸馏柱的顶部抽出或排出二次精炼的脂肪酸烷基酯(7)。另一方面，反应部分(10)连接有醇回收部分(40)，以便将反应部分(10)中生成的水和反应部分(10)中未反应的过量的醇的混合物(醇/水，3)引入醇回收部分(40)。在醇回收部分(40)中，将醇(2)蒸馏后循环进入反应部分(10)，水(9)被转移到废水处理厂。本专利技术中，作为用于制备脂肪酸烷基酯(7)的脂肪酸原料(1)，能够使用脂肪部分(R)碳原子数为14至24的纯脂肪酸(RCOOH)。然而，优选使-->用脂肪酸馏出液作为原料。脂肪酸馏出液是精炼天然植物油以得到精练植物油的过程中作为副产物产出的，天然植物油源于一些蔬菜如油菜籽，大豆，向日葵，棕榈等，经过精炼得到精练的植物油如菜籽油，大豆油，葵花籽油，棕榈油等。根据需要，能够使用纯脂肪酸与脂肪酸馏出液的混合物。脂肪酸馏出液通常包含60％至95％，优选80％至85％的脂肪部分(R)碳原子数为14至24的脂肪酸。脂肪酸馏出液的剩余成分包括为β胡萝卜素、脂肪部分(R)碳原子数本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方法，所述方法包括在２００℃至３５０℃的温度和大气压至１０ｂａｒ的压力下，使脂肪酸原料与醇进行酯化反应的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方法，所述方法包括在
200℃至350℃的温度和大气压至10bar的压力下，使脂肪酸原料与醇
进行酯化反应的步骤。
2.如权利要求1所述的制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方
法，其中与醇反应的所述脂肪酸原料是在精炼天然植物油以得到精练植
物油的过程中作为副产物而产生的脂肪酸馏出液。
3.如权利要求2所述的制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方
法，其中所述脂肪酸馏出液包含65％至95％重量比的脂肪部分具有14至
24个碳原子数的脂肪酸。
4.如权利要求1所述的制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方
法，其还包括下列步骤：
第一，将脂肪酸与醇的所述酯化步骤中产生的粗脂肪酸烷基酯进行
精炼，所述精炼是通过将所述粗脂肪酸烷基酯加载至蒸馏柱，然后通过
在0.1torr至150torr的真空条件下保持蒸馏柱下部的温度为150℃至
250℃，从所述粗脂肪酸烷基酯中蒸馏低沸点的杂质；以及
第二，通过将第一步精炼的脂肪酸烷基酯加载至蒸馏柱，在0.1torr
至150torr的真空条件下保持蒸馏柱下部温度为200℃至300℃来精炼第
一步精炼的脂肪酸烷基酯，以通过蒸馏并除去残余物而得到脂肪部分具
有14至24个碳原子数的脂肪酸。
5.如权利要求1所述的制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方
法，其中相对于所述脂肪酸原料的引入量，引入0.5倍至5倍重量的所述
醇，所述酯化步骤的反应温度为250℃至320℃，并且所述酯化步骤的
反应压力为大气压至5bar。
6.如权利要求1所述的制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的方
法，其中将所述酯化反应中未反应的过量醇与所述酯化步骤中产生的水
从反应器的上部抽出，并引入安装在所述反应器外部的醇回收部分，并
通过蒸馏循环至所述反应器。
7.制备用于生物柴油燃料的脂肪酸烷基酯的设备，所述设备包括：
第一反应器，用于在200℃至350℃的温度和大气压至10bar的
压力下进行脂肪酸原料与醇的酯化反应，...

【专利技术属性】
技术研发人员：全新镐，赵显埈，卢恒德，林在凤，李钟寅，文灿佑，金柄熙，
申请(专利权)人：SK化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]