酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置及利用其制备脂肪酸甘油酯的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油脂化工技术领域，特别是涉及一种酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的 装置及利用其制备脂肪酸甘油酯的方法。
【背景技术】
[0002] 动物油脂生产的柴油称为生物柴油，它是一种长链脂肪酸的单烷基酯，在工业应 用上主要是指脂肪酸甲酯，它是一种可替代石化柴油的再生型能源。
[0003] 国内生物柴油的主要制备工艺为生物酶法、酸/碱催化法、超临界法与两步酸碱 催化法等，由于前几种方法各存在转化率低、成本高等缺点，目前大部分生物柴油的生产过 程都是采用的两步酸碱催化法。
[0004] 由于酸化油中脂肪酸甘油酯容易分解、皂化，因此制备生物柴油的原料(各种废弃 油脂)酸值较高，目前市面上获得的原料均含有大量的脂肪酸且含较多的重质组分。两步酸 碱催化法是采用甘油在酸性催化剂作用下将脂肪酸酯化成脂肪酸甘油酯，其反应式如下： 3ItCOOff+CjHA 5 + 3H2Q， 上述反应生成的脂肪酸甘油酯随同原料中未分解的脂肪酸甘油酯，在甲醇与碱性催化 剂作用下进行下一步的酯交换反应制取生物柴油产品一一脂肪酸甲酯。
[0005] 上述方法的关键在于第一步反应的转化率。若转化率不够高，则纯度不高的脂肪 酸甘油酯将直接影响第二步生物柴油产品的质量。从上述反应式可以看出，受制于平衡转 化率影响，第一步的酯化反应产品水与脂肪酸甘油酯(包括原料中不反应的脂肪酸甘油酯） 会极大的限制平衡朝正方向进行，此外，水的含量增加将明显减小酸性催化剂的活性。部分 工艺考虑采用间歇式减压蒸发的模式脱除反应的水，但蒸发水汽极易带走原料脂肪酸并且 对正反应转化率的增强也不够。此外，产品脂肪酸甘油酯与原料脂肪酸的性质相近，普通分 离方法也很难将之分开以进一步增加转化率。同时，酸化油中还含有一定比例的沸点高于 脂肪酸甘油酯的重质和皂化组分，对第二步的酯交换反应也有一定影响。
[0006] 因此，寻找一种能有效提高脂肪酸转化率、减少产品中重质和皂化组分的酸化油 酯化制备脂肪酸甘油酯的工艺成为研宄的热点。
【发明内容】
[0007] 基于此，有必要针对传统的酸化油制备脂肪酸甘油酯的工艺，转化率较低、产品中 重质和皂化组分含量高的问题，提供一种转化率高、产品中重质和皂化组分含量较少的酸 化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置。
[0008] 此外，本发明还提供一种利用上述装置制备脂肪酸甘油酯的方法。
[0009] -种酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置，包括隔壁式反应精馏塔、进料混合器、 尾气收集装置、轻油泵、重质油脂泵和酯化产品泵；所述隔壁式反应精馏塔包括塔体、竖直 设置在塔体内中段的隔壁、竖直设置在塔体内底部的隔板以及设置在塔体外的重沸器循环 泵和降膜式酯化重沸器； 所述塔体内中段隔壁的一侧为进料反应及预分离段，所述塔体内中段隔壁的另一侧为 侧线产品精制段，所述进料混合器与所述进料反应及预分离段相连，所述酯化产品泵与所 述侧线产品精制段相连； 所述塔体内隔壁的上方为公共精馏段，所述塔体内隔壁的下方隔板的上方为公共提馏 段，所述尾气收集装置与所述公共精馏段的顶部相连，所述轻油泵的一端与所述尾气收集 装置相连，另一端与所述公共精馏段相连； 所述塔体内底部隔板的一侧为重沸器进料液缓冲空间，所述塔体内底部隔板的另一侧 为塔釜抽出液缓冲空间，所述重质油脂泵与所述塔釜抽出液缓冲空间的底部相连； 所述降膜式酯化重沸器的一端通过重沸器循环泵与所述塔体内重沸器进料液缓冲空 间的底部相连，另一端伸入所述塔体内越过所述隔板的顶端到达塔釜抽出液缓冲空间。 [0010] 在其中一个实施例中，所述进料反应及预分离段从上至下依次设有第一填料段、 第一分布器、催化反应段和第二填料段； 所述公共精馏段从上至下依次设有冷凝器、第二分布器、第三填料段和第一收集再分 配器； 所述公共提馏段从上至下依次设有第二收集再分配器和第四填料段； 所述侧线产品精制段从上至下依次设有第五填料段和第六填料段。
[0011] 在其中一个实施例中，所述进料混合器与所述第一分布器相连。
[0012] 在其中一个实施例中，所述尾气收集装置包括依次相连的一级罗茨泵、二级罗茨 泵、水环泵、冷却器和分液罐，且所述水环泵与所述分液罐相连，所述公共精馏段的顶部与 所述一级罗茨泵相连； 所述轻油泵的一端与所述分液罐相连另一端与所述第二分布器相连。
[0013] 在其中一个实施例中，所述催化反应段包括交替层叠的固体酸性催化剂和金属丝 网波纹填料。
[0014] 在其中一个实施例中，所述第一填料段、第二填料段、第三填料段、第四填料段、第 五填料段和第六填料段均采用金属丝网波纹填料或金属孔板波纹填料。
[0015] 在其中一个实施例中，所述第一填料段的高度为0. 5m~2m，所述第二填料段的高度 为0. 5m~2m，所述第三填料段的高度为0. 5m~3m，所述第四填料段的高度为lm~4m，所述第五 填料段的高度为〇. 5m~3m，所述第六填料段的高度为0. 5m~3m。
[0016] 在其中一个实施例中，所述第一填料段、第二填料段、第三填料段、第四填料段、第 五填料段和第六填料段的压降分别为0. 2kPa/m填料~0. 6kPa/m填料、理论板数分别为10 块/m填料~12块/m填料。
[0017] -种利用上述酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置制备脂肪酸甘油酯的方法，包 括以下步骤： 酸化油和甘油从进料反应及预分离段进入隔壁式反应精馏塔反应，由于精馏作用，含 脂肪酸甘油酯的轻组分上升，含脂肪酸甘油酯的重组分下降； 含脂肪酸甘油酯的轻组分上升进入公共精馏段后，由于精馏作用，含水的塔顶尾气上 升由尾气收集装置采出、含脂肪酸甘油酯的酯化油脂下降进入侧线产品精制段； 含脂肪酸甘油酯的重组分下降进入公共提馏段后，由于精馏作用，含重质油脂的重组 分下降进入重沸器进料液缓冲空间，含脂肪酸甘油酯的酯化油脂上升进入侧线产品精制 段； 进入重沸器进料液缓冲空间的含重质油脂的重组分由重沸器循环泵送至降膜式酯化 重沸器加热后气液两相直接返回塔釜抽出液缓冲空间进行气液分离，液相塔底重质组分由 重质油脂泵采出；及 下降进入侧线产品精制段的含脂肪酸甘油酯的酯化油脂和上升进入侧线产品精制段 的含脂肪酸甘油酯的酯化油脂在侧线产品精制段富集，由酯化产品泵采出。
[0018] 在其中一个实施例中，公共精馏段的绝对压力为0.3KPa~L5KPa，温度为 140°C ~200°C ;公共提馏段的绝对压力为I. 5KPa~5KPa，温度为220°C ~300°C ;甘油与酸化 油中脂肪酸的摩尔比为〇. 3~0. 5:1。
[0019] 上述酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置及利用其制备脂肪酸甘油酯的方法，采 用隔壁式反应精馏塔，使反应与分离同时进行，将含水的塔顶尾气由尾气收集装置采出、含 脂肪酸甘油酯的酯化油脂由酯化产品泵采出，促进反应平衡正向进行，大大增加了反应速 率和转化率。此外，塔底重质组分由重质油脂泵采出，大大减少了产品中重质和皂化组分。
【附图说明】
[0020] 图1为一实施方式的酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0022] 需要说明的是，当元件被称为"设置"在另一个元件，它可以是直接在另一个元件 上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件"相连"，它可以是直接 相连到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。
[0023] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0024] 请参阅图1，一实施方式的酸化油酯化制备脂肪酸甘油酯的装置，包括隔壁式反应 精馏塔10、进料混合器20、尾气收集装置30、轻油泵40、重质油脂泵50和酯化产品泵60。
[0025] 其中，隔壁式反应精馏塔10包括塔体100、竖直设置在塔体100内中段的隔壁 110、竖直设置在塔体内底部的隔板120以及设置在塔体100外的重沸器循环泵130和降膜 式酯化重沸器140。
[0026] 塔体100内中段隔壁110的一侧为进料反应及预分离段。进料混合器20与进料 反应及预分离段相连。