[发明专利]用于酯化脂肪酸的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在合成生物柴油的方法中用于酯化脂肪酸的方法和装置。

背景技术

生物柴油通过动物或植物油/脂肪的酯交换作用制备。这样的油和脂肪包括含有长链脂肪酸部分的甘油三酯酯类。在生物柴油的合成中，这样的甘油三酯与短链醇类（通常是甲醇，有时是乙醇，虽然也使用其它醇类）酯交换。该反应可以在酸或碱催化剂的存在下实施，并且通常碱催化剂会更快，氢氧化钠或氢氧化钾是最常见的。典型地，将具有相对低水含量的氢氧化钠或氢氧化钾（尤其以粉末或丸粒形式）与醇，例如甲醇混合，然后与油脂混合。典型地，油或脂肪还包括一定量的作为游离脂肪酸，而非作为酯的长链脂肪酸。当使用碱催化剂时，此类游离脂肪酸的存在是个问题，因为碱通常会与游离脂肪酸形成皂，并生成水。这两种都是杂质，这些杂质降低所生产的生物柴油的质量。因此，在发生酯交换之前，需要从天然油脂中除去游离脂肪酸。

已知游离脂肪酸可通过使用短链醇酯化它来除去。游离脂肪酸的酯化产生短链醇酯，即生物柴油。这提高了生物柴油的产量，并且同时，除去了有问题的游离脂肪酸。

典型地，该反应可以由酸催化剂催化。

反应的速率取决于反应温度，并且当反应温度升高时快速增加。然而，在热的酸性液体中，存在的问题是极高的腐蚀性。如果接触液体的部件由极高规格的耐酸不锈钢，诸如哈斯特洛伊耐蚀镍基合金（hastelloy）制备，或配置有保护衬里，例如PTFE，该反应通常仅在高反应温度（约70℃以上）下实施。然而，这些高规格不锈钢是非常昂贵的，并且某些复杂的部件例如泵和阀门不能容易地配备保护衬里。因此，非常难设计用于酯化在天然油脂中的脂肪酸的系统，该系统要能够在高温下操作并且不那么昂贵。

本发明的目的是提供一种用于酯化在天然油脂中的脂肪酸的方法和装置，其中，至少一些前述问题得到解决。

发明内容

本发明基于以下认识：加热和酸化步骤能有效地保持分离。也就是说，在加入酸催化剂之前，可将天然油脂加热至高于反应温度的温度。热的天然油脂不具有高腐蚀性并且能够通过常规设备进料。酸催化剂不需要很大的量。可供应未被加热的酸催化剂，并在反应器中与天然油脂混合。由于天然油脂比酸催化剂多很多，通过加入相对冷的酸，温度仅轻微降低。因此，通过将油加热至稍高于反应温度，然后加入冷的酸催化剂，就可使混合物具有所需的反应温度而不直接加热酸催化剂。

反应器可以是衬有耐酸材料诸如PTFE的简单管式反应器。反应器上游的阀门和泵不需要由能够耐高温酸的材料制造，因为它们将接触热油或冷酸。

因此，本发明提供一种酯化在天然油脂中的游离脂肪酸的方法，该方法包括加热天然油脂至高于反应温度的第一温度，将加热过的天然油脂进料入耐酸管式反应器，提供在低于反应温度的第二温度下的酸催化剂和短链醇的混合物，然后将酸催化剂和短链醇的混合物进料入在管式反应器中的天然油脂中以在反应温度下引起短链醇和游离脂肪酸反应从而形成酯。

有利地，反应温度在100℃-200℃，优选120℃-170℃。

有利地，第一温度高于反应温度10℃-50℃，优选20℃-40℃的温度差。

有利地，第二温度低于70℃，优选低于60℃。

有利地，在大于0.5巴表压（gauge），优选1-20巴表压范围的压力下将酸催化剂和短链醇的混合物进料入在管式反应器中的天然油脂中。

有利地，与天然油脂的流动方向成一角度，将酸催化剂和短链醇的混合物进料入在管式反应器中的天然油脂中。

有利地，该方法包括在管式反应器的出口处降低反应物的压力。

本发明进一步提供一种用于酯化在天然油脂中的游离脂肪酸的装置，所述装置包括用于将天然油脂加热至高于反应温度的第一温度的加热器，用于将加热过的天然油脂进料入耐酸管式反应器的进料器，用于在低于反应温度的第二温度下的酸催化剂和短链醇的混合物的进料器，该用于酸催化剂和短链醇的混合物的进料器被配置为将该混合物进料入在管式反应器中的天然油脂中以引起短链醇和游离脂肪酸在反应温度下反应从而形成酯。

有利地，所述装置包括用于减小在管式反应器出口处的反应物压力的减压阀。

有利地，所述管式反应器包括耐腐蚀衬里。

下文中将进一步描述本发明的优选和任选特征。

本发明中使用的天然油脂可以包括获自天然来源诸如动物或植物来源的脂肪，油类或其混合物。

这样的脂肪和油类包括具有至少一个相对长链羧酸酯部分（例如，但不限于，具有12-22个碳原子）的甘油三酯酯类。此类材料对本领域技术人员而言是熟知的。