专利名称：一种去除酯类合成油中游离酸的装置和方法及应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及酯类合成油的精制工艺技术领域，尤其涉及一种去除酯类合成油中游离酸的装置和方法及应用。
背景技术：
酯类合成油是目前最主要的一种合成油品，其包括双酯、混合酯、复酯、多元醇酯等多种类型，其中多元醇酯合成油是酯类合成油发展至今的一类最新产品，它是一类可生物降解的合成油品种，是目前研究和应用最多的生物润滑剂。β碳原子上无氢原子的特殊结构赋予多元醇酯合成油非常优异的热氧化安定性，同时还具有良好的润滑性、耐低温性等性能。目前，多元醇酯合成油广泛应用于航空发动机、压缩机等重要机械部件的润滑。
多元醇酯合成油是由有机酸和多元醇(如三羟甲基丙烷、季戊四醇)催化酯化而成。多元醇酯粗产品一般经过除催化剂、除酸等精制工艺而最终获得高品质产品。其中多元醇酯粗产品的除酸是指去除反应剩余的有机游离酸。酯类油品在高温运行环境中可能发生水解，而油品中酸性物质的存在会进一步加剧酯类油品的水解，水解后的酸性物质将会侵蚀油品接触的关键部件，如发动机或压缩机等。因此，润滑油行业中多元醇酯的酸值是其重要的指标，要求酸值一般在< O. 3mgK0H/g的水平，作为压缩机润滑油酸值一般在O.05mgK0H/g以下。故多元醇酯生产时的除酸工艺对油品的品质有重大影响。
目前，常用的工业去除游离酸的方法是碱洗(采用氢氧化钠、碳酸钠等碱性物质的水溶液中和有机游离酸)，例如，美国专利US3694382A采用氢氧化钠水溶液和石油醚稀释后的三羟甲基丙烷酯或季戊四醇酯混合中和去除酸。碱洗精制是目前多元醇酯类合成油除酸的较为成熟工艺。该工艺简单，投资和操作费用较低，但也存在许多缺点，例如，需多次碱洗才能达到预期酸值，碱和有机酸皂化严重，皂料夹杂油品导致油品浪费产率相对较低且皂料后处理繁琐，排除的皂料和废水污染性较高，对环境不利，另外脱酸剂不能再生循环使用。为解决以上碱洗除酸的缺点，需创新多元醇酯游离酸的去除方法，提高油品产率降低环境污染。发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种去除酯类合成油中游离酸的装置和方法及应用，采用树脂去除多元醇酯类合成油中的游离酸，除酸工艺产率高并且降低了对环境的污染，旨在解决现有除酸工艺的产率相对较低、皂料对环境污染的问题。
本发明的技术方案如下一种去除酯类合成油中游离酸的装置，其中，所述去除酯类合成油中游离酸的装置包括通过管道依次连接的进液体系、树脂罐装置和出液体系；所述进液体系包括纯水罐、预处理液体罐、油品罐、液体加压装置和流量控制装置，所述纯水罐、预处理液体罐、油品罐通过管道分别与液体加压装置相连，所述液体加 压装置与所述流量控制装置相连；所述树脂罐装置包括树脂罐、用于连接进液体系与树脂罐的第五阀门、和用于连接出液体系与树脂罐的第六阀门；所述树脂罐内盛装有用于去除酯类合成油中游离酸的树脂； 所述出液体系包括用于检测产品酸值的产品酸值监测点和用于存储产品的产品储存te ；所述第五阀门通过管道与所述流量控制装置连接，所述第六阀门通过管道与所述产品酸值监测点连接。
所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其中，所述纯水罐与所述液体加压装置之间设置有一用于控制纯水罐与所述液体加压装置相通的第一阀门；所述预处理液体罐与所述液体加压装置之间设置有一用于控制预处理液体罐与所述液体加压装置相通的第二阀门，所述油品罐与所述液体加压装置之间设置有一用于控制油品罐与所述液体加压装置相通的第三阀门；所述液体加压装置与流量控制装置之间设置有用于控制进液体系与树脂罐装置相通的第四阀门。
所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其中，所述第五阀门和第六阀门为可拆卸设置于所述树脂罐上。
所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其中，所述树脂罐的内表面涂覆有耐酸碱、耐有机溶剂的涂层。
所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其中，所述树脂罐内填充有用于除酸的树脂；所述树脂为阴离子交换树脂；树脂的高分子骨架为苯乙烯系或丙烯酸系；树脂的碱性为强碱I型、强碱II型或弱碱型。
一种采用如上所述的去除酯类合成油中游离酸的装置去除酯类合成油游离酸的方法，其中，具体包括以下步骤A、待处理油品从油品罐内通过管道进入树脂罐，待处理油品与树脂罐内的树脂接触， 通过树脂除去油品中的游离酸；B、油品从树脂罐内流出，经产品酸值监测点检测油品的酸值，若油品的酸值符合要求则油品流入产品储存罐内，若油品的酸值不符合要求则将所得油品再次进行除酸，直到所得油品的酸值符合要求为止。
所述的去除酯类合成油游离酸的方法，其中，在进行步骤A以前，包括以下步骤 从纯水罐中引入去离子水或从预处理液体罐中引入预处理液，对树脂罐内的树脂进行预处理。
所述的去除酯类合成油游离酸的方法，其中，经过步骤B，所述去除酯类合成油游离酸的方法还包括以下步骤Cl、对树脂罐中的树脂进行反洗；C2、对树脂罐中的树脂进行再生。
一种如上所述的去除酯类合成油中游离酸的装置的应用，其中，将所述去除酯类合成油中游离酸的装置用于去除多元醇酯合成油中的小分子有机游离酸。
本发明具有明显的有益 效果，所提供的去除酯类合成油中游离酸的装置和方法具有以下优点1.树脂除酸过程无皂化现象，处理工艺的产率高，浪费少，降低了皂料对环境的污染；2.相比碱洗除酸，除酸后产品的后处理步骤更简洁；3.树脂具有可再生性，可重复使用，提高除酸的经济性。
图1为本发明去除酯类合成油游离酸的装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种去除酯类合成油中游离酸的装置和方法及应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明所提供的去除酯类合成油中游离酸的装置，包括通过管道依次连接的进液体系、树脂罐装置和出液体系，具体地如图1所示，所述进液体系包括纯水罐3、预处理液体罐4、油品罐5、液体加压装置一泵2和流量控制装置一流量计8，所述纯水罐3、预处理液体罐4、油品罐5通过管道分别与液体加压装置相连，所述液体加压装置与所述流量控制装置相连；所述树脂罐装置包括树脂罐1、用于连接进液体系与树脂罐I的第五阀门13和用于连接出液体系与树脂罐I的第六阀门14 ;所述出液体系包括用于检测产品酸值的产品酸值监测点6和用存储产品的产品储存罐7 ;所述第五阀门13通过管道与所述流量控制装置连接，所述第六阀门14通过管道与所述产品酸值监测点6连接。
进一步地，所述纯水罐3与所述液体加压装置之间设置有一用于控制纯水罐3与所述液体加压装置相通的第一阀门10，所述预处理液体罐4与所述液体加压装置之间设置有一用于控制预处理液体罐4与所述液体加压装置相通的第二阀门11，所述油品罐5与所述液体加压装置之间设置有一用于控制油品罐5与所述液体加压装置相通的第三阀门12 ； 所述液体加压装置与流量控制装置之间设置有用于控制进液体系与树脂罐装置相通的第四阀门9。这样，通过控制第一阀门10、第二阀门11、第三阀门12和第四阀门9就能控制进液体系流向树脂装置的液体种类，以及控制反应的开始。
其中，所述第五阀门13设置于树脂罐I的上方，所述第六阀门14设置于树脂罐I 的下方；所述第五阀门13和第六阀门14是可拆卸的，当需要进行反洗或类似操作时，进液体系和出液体系的位置可以互换。
所述树脂罐I内盛装有用于除酸的树脂和用于保存树脂的溶剂。所述树脂罐I 的内表面涂覆有耐酸碱、耐有机溶剂的涂层，用于防止酯类合成油中游离酸和有机溶剂对树脂罐造成腐蚀，所述耐酸碱、耐有机溶剂的涂层为现有技术，市面上即可购得，对除酸反应并不造成影响，因此在此不赘述。并且所述树脂罐I内均匀分布有用于均匀分布流经树脂罐流体的类似水帽装置，以便树脂罐I内的树脂能均匀接触流经的液体。所述适合用于保存树脂的溶剂为有机溶剂或水，所述有机溶剂优选为乙醚、石油醚、乙醇、异丙醇、乙酸乙酯。
所述树脂罐I内填充有用于除酸的树脂，所述树脂优选为阴离子交换树脂，树脂的高分子骨架优选苯乙烯系或丙烯酸系，树脂的碱性优选强碱I型、强碱II型、弱碱型。 符合以上要求的商业化树脂有国产D201、D202、D301、D311、D314、D317，国外DOffEX 44， DUOLITE A-7, IONAC A-260、Amberlite IRA-68 等。
所述进液体系中的纯`水罐3、预处理液体罐4、油品罐5分别盛放等离子水、树脂预处理使用溶液和待处理油品(或油品的稀释液体)，上述罐体分别通过第一阀门10、第二阀门11、第三阀门12与树脂罐I相通，流速可通过流量计8和泵2进行控制。其中，所述预处理液体罐4的数量是根据树脂预处理所需预处理液的种类进行设置的，如对树脂进行预处理需要3种溶液，则设置3个预处理液体罐。
所述出液体系中的产品酸值监测点6为酯类合成油除酸后油品的酸值检测平台， 酸值检测方法参考GB/T264-83石油产品酸值测定法。
本发明中还给出采用所述去除酯类合成油中游离酸的装置去除酯类合成油游离酸的方法，具体包括以下步骤51、将油品罐5中的待处理油品在泵2的作用下经流量计8调节流量后进入树脂罐1， 使待处理油品与树脂罐I内的树脂接触，通过树脂除去油品中的游离酸；52、油品从树脂罐I内流出，经产品酸值监测点6检测油品的酸值，若油品的酸值符合要求则油品流入产品储存罐7内，若油品的酸值不符合要求则将所得油品再次进行除酸， 直到所得油品的酸值符合要求为止。
其中，在所述步骤SI以前还包括以下步骤将树脂装入树脂te I中。
具体地，所述步骤SI中，打开第三阀门12、第四阀门9、泵2和流量计8，使油品罐 5中的待处理油品在泵2的作用下经流量计8调节流量后进入树脂罐1，并与树脂接触。通过所述流量计8和泵2可以控制待处理油品的流速。
优选地，在将树脂装入树脂罐I内后，进行步骤SI前，还包括以下步骤对树脂罐I内的树脂进行预处理。
所述预处理过程是采用纯水罐3中的去离子水和预处理液体罐4中的预处理液对树脂进行预处理，所述预处理的过程为树脂常用的预处理过程，在此不赘述，其过程一般为1、用水洗至没有泡沫和浮渣；2、浓度为2-4%Na0H溶液浸泡，水洗至中性；3、浓度为 2-3%HCl溶液浸泡，水洗至中性；4、浓度为4-6%NaOH水溶液再生树脂，水洗至中性，溶剂冲洗后即可使用。
步骤SI中，所述待 处理油品可以为油品原液或油品的稀释液，用于稀释油品的溶剂是待处理油品可以在其中良好溶解的溶剂，此溶剂优选为石油醚、乙醚、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯。当所述待处理油品为稀释液时，是先将油品与溶剂混合，再加入油品罐 5中。
步骤S2中，待处理油品与树脂接触，如果是油品的稀释液流经树脂罐I内的树脂柱，流速优选O. 2-lL/h，更优选O. 25-0. 6L/h ;如果是待处理油品的原液与树脂接触， 由于阻力较大，流速过慢，需泵2加压使液体与树脂接触，流速优选O. 1-0. 5L/h，更优选O.1-0. 4L/h。
当步骤S2中，待处理油品为油品的稀释液时，经过除酸后，还需进行产品的减压蒸馏除去溶剂获得最后产品。
所述步骤S2中收集产品时的酸值要求，根据酯类合成油的用途不同，对酸值的要求也不同。当酯类合成油用做链条油时，酸值优选O.1-ο. 35mgK0H/g,当酯类合成油用做于发动机油时，酸值优选O. 03-0. 15mgK0H/g,当酯类合成油用做于冷冻机油时，酸值优选O.009-0. 035mgK0H/go
经过步骤S2之后，还包括以下步骤对树脂罐I中的树脂进行再生。
具体地，所述树脂的再生方法是采用阴离子树脂公知的再生方法。树脂再生前，需要采用有机溶剂将树脂中残留的油品排除。
因此，在对树脂进行再生以前，还可以包括以下步骤回收树脂上所吸附的游离酸。
具体地，当需要回收树脂上所吸附的游离酸时，需采用无机酸或小分子有机酸的溶液将树脂中的高分子有机酸置换出来再进行回收处理。其中所述无机酸可以为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等，小分子有机酸可以为小分子的羧酸或磺酸等。所述无机酸或者小分子有机酸的溶液的浓度优选1%_6% (质量分数)，更优选1%_4%。所述无机酸或者小分子有机酸的溶液采用的溶剂优选为去离子水、乙醇、乙醚或乙酸乙酯等。所述回收树脂上所吸附的游离酸过程为反洗的过程，具体步骤为将所述第五阀门13与出液体系相连，将所述第六阀门14与进液体系相连，将进液体系和出液体系置换位置以便于树脂反洗；将配制好的质量浓度为2%的无机酸或小分子有机酸的溶液加入预处理液体罐4，打开第二阀门11、泵2、第四阀门9、流量计8，从第六阀门14往树脂罐I内引入无机酸或小分子有机酸的溶液，对树脂进行反洗。其中，无机酸或小分子有机酸的溶液的用量为2倍于树脂的体积的量。经过反洗树脂后，清水洗至树脂罐I流出的液体为中性。
本发明所提供的所述去除酯类合成油游离酸的装置及方法能有效降低酯类合成油的酸值，利用可重复利用的阴离子交换树脂吸附去除酯类合成油中的游离酸，将酯类合成油或其稀释液体引入树脂罐中，可以利用重力或泵加压装置使液体流经树脂进行吸附去除游离酸。所述去除酯类合成油游离酸的装置及方法适用于去除酯类合成油中的游离羧酸，尤其适用于去除三羟甲基丙烷酯、季戊四醇酯等多元醇酯合成油中的丙酸、丁酸、戊酸、 己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸等小分子有机游离酸。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下通过三个实际典型的例子对本发明的装置和除酸方法进行详细说明，表I给出了上述三个实际典型例子所用树脂的特征参数。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
表1、三个实施例中所用树脂的技术参数。
权利要求
1.一种去除酯类合成油中游离酸的装置，其特征在于，所述去除酯类合成油中游离酸的装置包括通过管道依次连接的进液体系、树脂罐装置和出液体系；所述进液体系包括纯水罐、预处理液体罐、油品罐、液体加压装置和流量控制装置，所述纯水罐、预处理液体罐、油品罐通过管道分别与液体加压装置相连，所述液体加压装置与所述流量控制装置相连；所述树脂罐装置包括树脂罐、用于连接进液体系与树脂罐的第五阀门和用于连接出液体系与树脂罐的第六阀门；所述树脂罐内盛装有用于去除酯类合成油中游离酸的树脂；所述出液体系包括用于检测产品酸值的产品酸值监测点和用存储产品的产品储存te ；所述第五阀门通过管道与所述流量控制装置连接，所述第六阀门通过管道与所述产品酸值监测点连接。
2.根据权利要求1所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其特征在于，所述纯水罐与所述液体加压装置之间设置一个用于控制纯水罐与所述液体加压装置相通的第一阀门； 所述预处理液体罐与所述液体加压装置之间设置有一个用于控制预处理液体罐与所述液体加压装置相通的第二阀门，所述油品罐与所述液体加压装置之间设置有一个用于控制油品罐与所述液体加压装置相通的第三阀门；所述液体加压装置与流量控制装置之间设置有用于控制进液体系与树脂罐装置相通的第四阀门。
3.根据权利要求1所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其特征在于，所述第五阀门和第六阀门为可拆卸设置于所述树脂罐上。
4.根据权利要求1所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其特征在于，所述树脂罐的内表面涂覆有耐酸碱、耐有机溶剂的涂层。
5.根据权利要求1所述的去除酯类合成油中游离酸的装置，其特征在于，所述树脂罐内填充有用于除酸的树脂；所述树脂为阴离子交换树脂；树脂的高分子骨架为苯乙烯系或丙烯酸系；树脂的碱性为强碱I型、强碱II型或弱碱型。
6.一种采用如权利要求1-5任一所述的去除酯类合成油中游离酸的装置去除酯类合成油游离酸的方法，其特征在于，具体包括以下步骤A、待处理油品从油品罐内通过管道进入树脂罐，待处理油品与树脂罐内的树脂接触， 通过树脂除去油品中的游离酸；B、油品从树脂罐内流出，经产品酸值监测点检测油品的酸值，若油品的酸值符合要求则油品流入产品储存罐内，若油品的酸值不符合要求则将所得油品再次进行除酸，直到所得油品的酸值符合要求为止。
7.根据权利要求6所述的去除酯类合成油游离酸的方法，其特征在于，在进行步骤A以前，包括以下步骤从纯水罐中引入去离子水或从预处理液体罐中引入预处理液，对树脂罐内的树脂进行预处理。
8.根据权利要求6所述的去除酯类合成油游离酸的方法，其特征在于，经过步骤B，所述去除酯类合成油游离酸的方法还包括以下步骤Cl、对树脂罐中的树脂进行反洗；C2、对树脂罐中的树脂进行再生。
9.一种如权利要求1-5任一所述的去除酯类合成油中游离酸的装置的应用，其特征在于，将所述去除酯类合成油中游离酸的装置用于去除多元醇酯合成油中的小分子有机游离酸。
全文摘要
本发明公开一种去除酯类合成油中游离酸的装置和方法及应用，所述去除酯类合成油中游离酸的装置包括通过管道依次连接的进液体系、树脂罐装置和出液体系；所述进液体系包括纯水罐、预处理液体罐、油品罐、液体加压装置和流量控制装置；所述树脂罐装置包括树脂罐、用于连接进液体系与树脂罐的第五阀门和用于连接出液体系与树脂罐的第六阀门；所述树脂罐内盛装有用于去除酯类合成油中游离酸的树脂；所述出液体系包括用于检测产品酸值的产品酸值监测点和用存储产品的产品储存罐。本发明所提供的装置能有效地降低酸值，并且油品的精制产率能保持在较高的水平，同时，树脂可重复利用，采用树脂去除酯类合成油中游离酸的方法具有明显的经济性。
文档编号C10L1/02GK103060024SQ20121058249
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者孙蓉, 张玲, 杨忠学, 杨瑞杰, 刘强, 赵涛 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院