用油脂废弃物生产脂肪酸甲酯的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种用油脂废弃物生产脂肪酸甲酯的工艺方法，它以油脂废弃物和甲醇为原料，以固体酸为催化剂，甲醇从催化蒸馏反应器的塔釜进入与催化蒸馏反应器顶部进入的油脂废弃物在催化蒸馏塔塔柱逆流接触，在固体酸催化剂的作用下反应生成脂肪酸甲酯，经减压蒸熘就可获得脂肪酸甲酯产品，余下甘油三酯可采用碱催化酯交换反应制备脂肪酸甲酯，该方法具有产品收率高、脂肪酸转化率高，油脂废弃物无需预处理，简化工艺流程，延长催化剂使用寿命的优点及效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是以固体酸为催化剂采用催化蒸馏反应器，使油脂废弃物中游离脂肪酸甲酯化制备脂肪酸甲酯的工艺方法。
技术介绍
油脂废弃物是在食用天然植物油、动物脂肪、餐饮业废油及油脂深加工过程中产生的一系列失去食用价值的含油皂脚。俗称为地沟油。据专家计算，这些废弃食用油脂的量约占食用油消费总量的20 30%。以我国年均消费食用油量2100万吨计，则每年产生油脂废弃物400 800万吨。可作为资源的油脂废弃物只有400万吨左右，目前，我国油脂废弃物食用没有得到合理利用。因此，成为一种环境污染物，并冲击食品安全。废弃油脂中含大量有机物，具有污染和回收利用双重性。这是一笔很重要的替代石油资源。在全球面临能源危机及环境污染日益严重的情况下，应对油脂废弃物进行合理回收利用，目前利用废弃食用油脂制备脂肪酸甲酯，也叫生物柴油，方法是首先对油脂废弃物进行脱胶、脱色预处理，然后以硫酸为催化剂，采用釜式反应进行甲酯化反应，再对反应产物进行分子蒸馏获得脂肪酸甲酯。用硫酸作为催化剂不仅腐蚀设备，而且产品需经水洗脱除硫酸，产生大量废水污染环境。，据文献报导，CN101338216A中报道了以固体超强酸 ZrO2 Ti02/S042—为催化剂，在醇油摩尔比为16 1、温度70 95°C的条件下，对经脱胶质和脱色处理后的酸化油进行甲酯化反应制备脂肪酸甲酯，在釜式反应器中反应4 8小时 CN101338214A中则以强酸性阳离子交换树脂A-15和固体杂多酸H3PO4. 12W03. XH2O为催化剂，对经脱胶质和脱色处理后的酸化油在釜式反应器中进行甲酯化反应，然后减压蒸馏获得脂肪酸甲酯。上述方法，虽避免了硫酸等液体酸催化剂对反应设备的釜式和水洗脱除作为催化剂液体酸的过程，但存在原料需要预处理、反应醇油比大、工艺流程长、能耗高等缺点；另外脂肪酸与甲醇进行酯化反应生成脂肪酸甲酯的同时会生成一分子水，水和酸性催化剂同时存在于反应体系中，脂肪酸甲酯又会水解为脂肪酸，导致反应产物脂肪酸甲酯单程收率低。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了克服上述己有技术的缺点与不足而提供一种以固体酸为催化剂，采用催化蒸馏反应器，以油脂废弃物为原料生产脂肪酸甲酯的工艺方法，从而可变废为宝，改善生态环境、缓解能源危机、促进经济可持续发展。本专利技术的目的是通过下列技术方案实现的，它以油脂废弃物和甲醇为原料，以固体酸为催化剂，甲醇与油脂废弃物的摩尔比为2 4 1，采用由蒸馏塔釜和催化蒸馏塔塔柱组成的催化蒸馏反应器，油脂废弃物从装有固体酸的催化剂的催化蒸馏塔塔柱顶进料， 塔柱顶部温度为60 70°C，甲醇在蒸馏塔塔釜进行汽化，温度为90 120°C，汽化后的甲醇从催化蒸馏塔塔柱底部进入与催化蒸馏塔塔柱顶部进入的油脂废弃物在催化蒸馏塔塔柱逆流接触，废弃食用油脂每小时进料质量与塔柱装填催化剂质量比为0. 5 1. OtT1，在固体酸催化剂的作用下反应生成脂肪酸甲酯，再经催化蒸馏塔塔柱流入蒸馏塔釜，脂肪酸与甲醇反应生成的水与未反应甲醇由催化蒸馏塔塔顶流出，塔釜为反应产物脂肪酸甲酯与废弃食用油脂含有的甘油三脂和微量磷脂、胶质等的混合物，塔釜产物经减压蒸馏就可获得脂肪酸甲酯，余下甘油三酯可采用碱催化酯交换反应制备脂肪酸甲酯。所述的催化蒸馏塔塔柱塔为填料塔，塔板数为20 35块，固体酸催化剂装填在催化蒸馏塔上部，顶部以实心瓷球覆盖，所述的油脂废弃物是在食用天然植物油、动物脂肪、 餐饮业废油及油脂深加工过程中产生的一系列失去食用价值的含油皂脚。所述的固体酸催化剂为强酸性阳离子交换树脂、磷钨杂多酸或固体超强酸；所述的塔顶甲醇进出料的回流比为3 4。本专利技术的方法以油脂废弃物和甲醇为原料，油脂废弃物酸值30 200mgK0H/g，它含有大量的脂肪酸，将甲醇汽化后，在固态酸催化剂作用下，如强酸性阳离子交换树脂、磷钨杂多酸或固体超强酸，在温度90 120°C可生成脂肪酸甲酯，由催化蒸馏塔柱顶部由计量泵泵入装有固体酸催化剂的催化蒸馏塔柱中；甲醇由催化蒸馏塔塔釜进料，甲醇在塔釜汽化后经催化蒸馏塔塔柱由下向上流动，与由塔顶进料的废弃食用油脂在催化蒸馏塔体逆流接触，在固体酸催化剂的作用下反应生成脂肪酸甲酯，经催化蒸馏塔塔柱流入催化蒸馏塔塔釜；脂肪酸与甲醇反应生成的水与未反应甲醇由催化蒸馏塔塔顶流出，从而消除了反应生成水对目标产物脂肪酸甲酯的水解，提高目标产品收率；塔釜甲醇蒸汽在催化蒸馏塔柱中冷凝、回流，使催化蒸馏塔柱反应段甲醇与脂肪酸的摩尔比远大于进料甲醇油脂废弃物比，从而大幅度提高脂肪酸转化率，同时降低反应进料的甲醇油脂废弃物比，降低原料甲醇循环量；由于采用催化蒸馏方式，催化剂连续受到甲醇和反应产物脂肪酸甲酯的淋洗，废弃食用油脂中的微量杂质，如磷脂、胶质不会附着在催化剂上，从而废弃食用油脂无需预处理脱磷脂、胶质，同时催化剂使用寿命延长；塔釜为反应产物脂肪酸甲酯与废弃食用油脂含有的甘油三脂和微量磷脂、胶质等的混合物，塔釜产物经减压蒸馏就可获得脂肪酸甲酯，余下甘油三酯可采用传统碱催化酯交换反应制备脂肪酸甲酯，由于采用催化蒸馏工艺，脂肪酸转化率高，甘油三脂中脂肪酸量低，碱催化酯交换反应完全。本专利技术采用由蒸馏塔塔釜和催化蒸馏塔塔柱组成的催化蒸馏反应器，催化蒸馏塔塔柱塔板数为20 35块，固体酸催化剂直接堆放在填料上。由于采取上述技术方案使本专利技术技术与有技术相比具有以下优点及效果(a)本专利技术的方法脂化反应生成的水与未反应甲醇由催化蒸馏塔塔顶流出，从而消除了反应生成水对目标产物脂肪酸甲酯的水解，提高目标产品收率；(b)甲醇蒸汽在催化蒸馏塔中冷凝、回流，使催化蒸馏塔反应段甲醇与脂肪酸的摩尔比远大于进料醇油比，从而大幅度提高脂肪酸转化率，同时降低反应进料的醇油比，降低原料甲醇循环量；(c)由于采用催化蒸馏方式，催化剂连续受到甲醇和反应产物脂肪酸甲酯的淋洗， 废弃食用油脂中的微量杂质，如磷脂、胶质不会附着在催化剂上，从而废弃食用油脂无需预处理脱磷脂、胶质预处理，简化工艺流程，同时催化剂使用寿命延长；(d)连续化生产，提高生产效率。具体实施例方式下面的实例将对本专利技术提供的方法予以进一步说明，但并不因此限制本专利技术。油脂废弃物由中粮集团天津油脂厂提供的含油皂脚，即酸化油，酸值13%igK0H/ g ；餐饮业废油由湖南绿源生物柴油公司提供，酸值125mgK0H/g。实施例1油脂废弃物来自中粮集团天津油脂厂提供的含油皂脚，即酸化油，酸值13%igK0H/ g和甲醇为原料，以A-15大孔强酸性阳离子交换树脂120克(干基)为催化剂装填催化蒸馏塔塔柱塔板数20块的填料塔的顶部，填料塔直径50mm，树脂床层高度120mm，树脂顶部以实心瓷球覆盖，瓷球高度IOmm ；酸化油以每小时进料120g从装有固体酸的催化剂的催化蒸馏塔塔柱顶进料，塔柱顶部温度为60°C，塔顶甲醇回流比2. 0，甲醇在蒸馏塔釜进行汽化， 温度为120°C，汽化后的甲醇每小时54g从催化蒸馏塔塔柱底部进入与催化蒸馏塔塔柱顶部进入的酸化油在催化蒸馏塔塔柱逆流接触，废弃食用油脂每小时进料质量与塔柱装填催化剂质量比为1. Oh—1，在固体酸催化剂的作用下反应生成脂肪酸甲酯，再经催化蒸馏塔塔柱流入蒸馏塔釜，脂肪酸与甲醇反应生成的水与未反应甲醇由催化蒸馏塔塔顶流本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用油脂废弃物生产脂肪酸甲酯的工艺方法，其特征在于：它以油脂废弃物和甲醇为原料，以固体酸为催化剂，甲醇与油脂废弃物的摩尔比为２～４∶１，采用由蒸馏塔釜和催化蒸馏塔塔柱组成的催化蒸馏反应器，油脂废弃物从装有固体酸催化剂的催化蒸馏塔塔柱顶进料，塔柱顶部温度为６０～７０℃，甲醇在蒸馏塔塔釜进行汽化，温度为９０～１２０℃，汽化后的甲醇从催化蒸馏塔塔柱底部进入与催化蒸馏塔塔柱顶部进入的油脂废弃物在催化蒸馏塔塔柱逆流接触，废弃食用油脂每小时进料质量与塔柱装填催化剂质量比为０．５～１．０ｈ－１，在固体酸催化剂的作用下反应生成脂肪酸甲酯，再经催化蒸馏塔塔柱流入蒸馏塔釜，脂肪酸与甲醇反应生成的水与未反应甲醇由催化蒸馏塔塔顶流出，塔釜为反应产物脂肪酸甲酯与废弃食用油脂含有的甘油三脂和微量磷脂、胶质等的混合物，塔釜产物经减压蒸馏就可获得脂肪酸甲酯，余下甘油三酯可采用碱催化酯交换反应制备脂肪酸甲酯。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚志龙，刘森，朱超，尹振晏，高俊斌，
申请(专利权)人：北京石油化工学院，
类型：发明
国别省市：11