[发明专利]纯化粗甘油的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及作为天然油和脂肪的工业过程如皂化、水解和与短链醇的酯基转移作用的副产物而获得的粗甘油的纯化方法。本发明尤其涉及作为从植物油和动物脂肪生产生物柴油的副产物而获得的粗甘油的纯化处理方法，其目的在于获得浓缩的纯化产物。

背景技术

在下文中，提到甘油作为生物柴油生产的副产物，仅仅是从任何植物油或动物脂肪的转化过程中获得甘油并且其中甘油是副产物的一个说明性举例。

已知的生物柴油的生产方法涉及，例如在均相或非均相的碱性催化剂存在时，含甘油三酯的植物油(例如椰子油、大豆油、蓖麻油、葵花油和花生油)或动物脂肪与短链醇(通常为甲醇或乙醇)的酯基转移反应。

在这个过程中，从原材料天然的油和脂肪中包含的甘油三酯中获得了脂肪酸烷基酯，同时产生副产物粗甘油。该反应的通用方程式为：

甘油三酯+3烷基醇→甘油+3脂肪酸烷基酯。

在如氢氧化物或醇盐等碱性催化剂存在下，在均相或非均相催化作用下，这种甘油三酯与短链醇发生转酯作用。

通常在转酯反应中使用过量的烷基醇。反应完成后，例如通过倾析，将粗甘油从生物柴油相中分离出来。通常1000kg原材料产生90％生物柴油和10％粗甘油。

不互溶的粗甘油相中有含量经常可变的主要成分甘油，以及用于转酯反应的过量烷基醇，除了甘油酯和类甘油酯化合物之外，还有一些烷基酯、无机盐和水。

通过蒸发回收过量烷基醇后，剩余的粗甘油通常包含30-88％甘油、3-20％水、非甘油有机材料(NGOM)、1-10％无机盐(通常为钠盐或钾盐)、残余的脂肪酸、甘油酯和少量醇。

下面表1显示了从不同初始原材料的生产过程中获得的粗甘油的典型示例，其中观察到杂质和质量水平的很大差异。

表1：生物柴油生产过程产生的粗甘油中典型的甘油百分比和主要杂质。

(*)＝低于检测下限

生物柴油生产过程中获得的粗甘油组成的这种差别，以及杂质、尤其无机盐的存在，给这种甘油用作工业生产中的原材料的用途或与之类似用途造成了困难。

在技术文献中记载了一些纯化粗甘油的技术，其包括常规过滤、用膜超滤、蒸馏、用离子交换树脂处理、各种化学处理等等步骤。

常用的纯化粗甘油的方法是通过蒸馏，这需要特别小心控制条件，因为加热至大约170-180℃高温的甘油会分解或聚合，导致不良杂质的形成以及甘油回收产量随之损失。

而且，通过蒸馏纯化粗甘油需要昂贵的处理设备，既费钱又费能量。

技术文献中记载了许多已知的纯化方法，例如Ullman′s Encyclopaedia of Chemical Technology卷A12第481页的示例。

专利文件US4655879中记载了一种非常费劲的粗甘油纯化方法，涉及大量步骤，其中粗甘油在氧化气体存在时被碱化，在薄层蒸发器中165-180℃和10-20毫巴时蒸馏。此后，残留物进一步蒸馏，随后在降膜蒸发器中的低流阻柱中精馏，活性炭处理去除色素。

在巴西专利文件PI8904007中，结合一些操作来纯化粗甘油，例如pH调整至9-12的范围内，在60-100℃加热，随后微滤和超滤。将获得的含水甘油蒸馏产生技术等级的甘油，或在蒸馏前进行离子交换处理以获得药品等级的甘油。

在另一个示例专利文件US 7126032中，pH约为11.6的粗甘油被酸化至5.8-6.8的pH，在氮气喷射气流存在时加热至125-160℃以除去醇、水和非醇有机产物。在上部区域为156-160℃、下部区域维持173-176℃的闪蒸塔中进一步蒸馏。系统中的绝对压力维持在7-9mm Hg。副产物是淡琥珀色产物，馏出物是水白色产物，总回收率为50％。

专利文件EP0358255记载了一种用陶瓷材料中支持的氧化铝和/或氧化锆的微滤步骤来纯化从油和脂肪的高压分裂物中获得的粗甘油的方法。需要如蒸馏和/或交换树脂处理等额外步骤，如果被纯化的是来自例如生物柴油生产过程中的粗甘油，所述方法需要水稀释。

专利文件WO 2008/156612中所述方法包括通过连续连接的两个或多个纳滤系统或反渗透过滤器而过滤粗甘油组合物。至少一种滤膜包含接触角度为约44-约56度的过滤介质。