[发明专利]从含有游离脂肪酸的原料生产产物

说明书

发明领域

本发明涉及从含有游离脂肪酸的原料生产精制的脂肪酸烷基酯 (FAAE)的改进的方法和系统。

发明背景

FAAE的生产已实践了许多年，而通常的FAAE工业以及特别是 生物柴油工业必须保持创新以便维持经济竞争力。例如，为了避免相 比于石油柴油的成本，以及为了使公众对将食用油用于燃料生产的担 忧减到最小，生物柴油的生产者必须适应原料，如脂肪酸馏份、用过 的烹饪用油、动物脂肪、家禽脂肪、玉米油、菥蓂油、棕榈油、海藻 油或其他新兴的原料。此外，随着生物柴油的使用越来越普遍，对商 业的生物柴油的质量要求不断地严格，并且目前必须精制FAAE产物 以销售为替代性生物柴油。

根据原材料的来源和加工或精制水平，FAAE原料的游离脂肪酸 (FFA)的含量可在0wt％和100wt％之间。对用于FAAE或生物柴油生 产的常规方法的经济分析表明：对于常规生产设施，原料成本是生产 成本的最大一部分。通常，具有较高FFA含量(例如，大于约0.5wt％) 的原料较便宜，因此可提供明显的经济优势。然而，许多FAAE生产 方法不能从全部范围的高级FFA原料生产商业上可接受的生物柴油， 因为这些生产方法不是为此而设计的。

FAAE原料中的FFA对采用常规碱催化的酯交换过程的精制 FAAE生产呈现挑战，所述酯交换过程被设计来加工具有低FFA含量 (例如，小于约0.5wt％)的甘油酯原料(即，甘油单酯、甘油二酯和甘 油三酯)。在这样的方法中，FFA被转化为肥皂，导致产量的损失和不 想要的加工结果(例如，乳状液的形成、不良的转化、不良的分离、不 良的产品质量等等)。酶催化的FFA和甘油酯的转化可避免肥皂的形成 和将来产量的损失，但是目前这样的方法不具有经济竞争力。可选地， 原料的预处理或精制过程可被用来减少和/或转化原料中的FFA，使得 剩余非常少的FFA，并且然后可使用碱催化的酯交换过程对精制的原 料进行加工。

去除少量FFA(即，至多约4wt％)的一种方法是，通过加入腐蚀剂 将FFA转化为肥皂，然后通过水洗、离心和过滤(或漂白)将所述肥皂 作为“皂料(soapstock)”流从脂或油中去除。然而该方法不适用于含有大 量FFA(即，多于约4wt％)的原料。该方法还造成所有皂化的FFA和 甘油酯的产量损失，所述甘油酯包括在皂料流和漂白滤液中，所述皂 料流具有非常低的商业价值，所述漂白滤液具有更低的商业价值。去 除原料中的FFA的另一方法是通过蒸馏。该过程能将蒸馏物流中的 FFA浓缩至大于80wt％，而将剩余原料中的FFA水平减少到低至0.1 wt％(即，至酸值为～0.2mgKOH/g)。然而，该过程也减少了原料至 FAAE的总收率，并且生成比FAAE的价值更低的浓缩FFA流。

而另一方法是使用酸催化的与醇的酯化作用，将FFA直接地转化 为FAAE。所述酯化反应受到许多变量的影响，所述变量包括温度、 醇与FFA的摩尔比、质量传递限制、催化剂浓度、反应时间和反应化 学计量学。因为酯化反应是可逆的，所以所述反应在单个反应步骤中 不会完成。因此，这些有限的平衡反应必须通过增加反应物的浓度或 降低产物的浓度进一步推动，通常通过采用具有用于水的去除以及醇 和催化剂的定量给料的其他工艺设备的多个反应器，所述其他工艺设 备在每个反应器之后。对于这样的系统，由于众多抗酸工艺设备的需 要，除高的资金费用之外，酸性酯化催化剂需具有足够低腐蚀性以避 免对工艺设备的不可接受的腐蚀率，不管是均相催化剂还是异相催化 剂，可证明太昂贵而不允许有利润的操作。

游离脂肪酸的甘油醇解更是另一转化FAAE原料中FFA的方法。 在某些条件下，可使FFA和甘油反应形成甘油单酯、甘油二酯和甘油 三酯(即，甘油酯)，然后所述甘油酯可被用来通过酯交换作用生成 FAAE。该组合方法具有成为针对不同原因从含有FFA的原料生成 FAAE的有益方法的潜能：包括与酸催化的酯化相比，降低的资金费 用和更高效的加工，因为在甘油醇解中，水(FFA的酯化和甘油醇解的 副产物)作为蒸气流可被不断地去除。不断地去除水的能力，避免了因 去除与低级一元醇直接酯化产生的游离水和溶解水所需的其他工艺设 备的需求，并且从而节约了资金成本和运行成本。