專利名稱：酯化脂肪酸的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以低級(jí)一元醇，特別是甲醇酯化脂肪酸和/或酯化在脂肪和油中所含的脂肪酸的方法，其中在溶解于低級(jí)醇，特別是甲醇和/或僅溶于低級(jí)醇，特別是甲醇中的含強(qiáng)無機(jī)酸，如硫酸的脂肪酸中混入酸性離子交換樹脂。此外本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的設(shè)備。
從有機(jī)制劑化學(xué)教科書如“Organikum”第13版。1974，第441頁(yè)及以下或“Organisch-Chemische Experimentierkunst”第4版，1970，第377頁(yè)及以下已知，通過在有強(qiáng)酸，如鹽酸、硫酸或磺酸存在下用低級(jí)醇優(yōu)選在該醇的沸點(diǎn)溫度下酯化游離酸可酯化羧酸酯或脂肪酸酯。
在EP 708813 A中描述了酯化從“甘油相”中分離出的脂肪酸/脂肪酸酯混合物的方法，其中將從中和“甘油相”所得的游離脂肪酸與甲醇和在濃硫酸作為催化劑下加熱到85℃達(dá)2小時(shí)，這時(shí)游離脂肪酸含量從約50％降到12.5％，并且全部混合物無需進(jìn)一步處理可送入堿催化酯交換，該催化劑酸經(jīng)酯交換過程排出。
酯化游離脂肪酸的另一些方法描述于EP 127104 A、EP 184740 A和US 4164506 A中，其中該游離脂肪酸存在于含脂肪酸甘油三酯混合物中，通過與甲醇一起在65℃下加熱并以硫酸或磺酸作為催化劑來進(jìn)行酯化。
但是，所有這些已知方法的主要缺點(diǎn)在于，該酯化步驟需耗費(fèi)大量時(shí)間。因此在這類酯化中通常必須攪拌2-3小時(shí)。
本發(fā)明的目的在于，提供一種開頭所述類型的方法，該方法可在經(jīng)濟(jì)上合算的設(shè)備，優(yōu)選在大型工業(yè)設(shè)備中進(jìn)行合理的制備，但在小型設(shè)備中也是經(jīng)濟(jì)的。
該目的通過本發(fā)明來達(dá)到。
本發(fā)明方法的特征在于，在反應(yīng)段中通過高的或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)剪切力和/或擾動(dòng)來增大混合物的相界面，其中在高壓下開始酯化，并在酯化過程中降低壓力，其中，壓力損失保持高的相界面，并在反應(yīng)段中的反應(yīng)在高溫下進(jìn)行。
本發(fā)明首次可通過堿性催化酯交換提供一種適于制備生物柴油的前體產(chǎn)物。因此，提供了在最佳生態(tài)的生產(chǎn)條件下并具所有優(yōu)點(diǎn)地制備柴油燃料，即所謂生態(tài)-柴油或生物柴油的可能性。通過本發(fā)明提供了有利的經(jīng)濟(jì)策略的和生態(tài)的論據(jù)，它引起更深入地考慮再生能源和原料的作用。
通過本發(fā)明產(chǎn)生了另一驚人的優(yōu)點(diǎn)，即在廢物清除或危險(xiǎn)物質(zhì)處置領(lǐng)域中。通過本發(fā)明也可以生態(tài)性循環(huán)利用廢食用油(Altspeisel)，甚至高含脂肪酸組分的廢食用油。在本發(fā)明的方法中，通過最終產(chǎn)物的高純度使毫不猶豫地利用廢食物油成為可能。
本發(fā)明提供了通過增大界面和通過酯化時(shí)的動(dòng)態(tài)過程以加快反應(yīng)的可能性。通過高的或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)實(shí)際上使液相中的液滴明顯變小，由此形成非常小的液滴，因此產(chǎn)生大得多的表面，并較快地達(dá)到化學(xué)平衡。該化學(xué)平衡的建立有時(shí)小于1分鐘。這樣使反應(yīng)時(shí)間大大縮短。但本發(fā)明方法不適于所謂的沉降法(Absetzverfahren)，因?yàn)橛捎谝旱蔚募?xì)分布，其沉降需太長(zhǎng)的時(shí)間。
按本發(fā)明特別的特征，反應(yīng)段開始時(shí)的壓力為2-500bar，特別是50-200bar，更好是70-150bar。有利的是通過高的壓力可使醇維持在液態(tài)。
按本發(fā)明的另一特別特征，該反應(yīng)段的反應(yīng)在50-300℃，特別是80-150℃下進(jìn)行。由于高溫有利的是達(dá)到高的反應(yīng)速度。
按照本發(fā)明的一個(gè)方案，該高的剪切力或強(qiáng)的擾動(dòng)通過機(jī)械內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生。這類裝置在結(jié)構(gòu)上是簡(jiǎn)單的，由此在運(yùn)行中也是少維修的。該擾動(dòng)首先通過該內(nèi)構(gòu)件周圍的混合物的快速流動(dòng)形成。此外這類反應(yīng)器是廉價(jià)的且特別節(jié)省空間。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方案，通過超聲產(chǎn)生大的相界面。該超聲裝置的集成化是有利的，因?yàn)橛纱送ㄟ^大的界面可有目的地加速酯化。
按照本發(fā)明的另一特別特征，在該反應(yīng)段后接不擾動(dòng)的后反應(yīng)段。通過該反應(yīng)混合物在后反應(yīng)段的停留時(shí)間達(dá)到提高酯化度。
按照本發(fā)明的一個(gè)方案，在該后反應(yīng)段中維持壓力，優(yōu)選維持反應(yīng)段的起始?jí)毫蛉芜x地繼續(xù)降低該壓力。維持壓力也有助于改進(jìn)酯化度。但相應(yīng)于酯化過程的特定參數(shù)，繼續(xù)降壓也是有利的。
按照本發(fā)明的特別擴(kuò)展方案，該后反應(yīng)段充填有強(qiáng)酸牲離子交換劑。在含離子交換劑的過程中，以已知的方法略去用酸對(duì)脂肪的摻入。采用這類過程也可達(dá)引最佳的酯化工藝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種實(shí)施該方法的設(shè)備。
本發(fā)明的設(shè)備的特征在于，該反應(yīng)段是充填有相同或不同大小的球的管和/或任選地具有內(nèi)構(gòu)件，如導(dǎo)板、螺旋漿等。首先通過球或內(nèi)構(gòu)件周圍的混合物的快速流動(dòng)形成有利的擾動(dòng)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方案，在反應(yīng)段中設(shè)置有超聲裝置。該超聲裝置的集成化證明是有利的，因?yàn)橛纱送ㄟ^大的界面可有目的地加速酯交換。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方案，在該反應(yīng)段前設(shè)置有加熱器，任選地在反應(yīng)段或后反應(yīng)段后設(shè)置有冷卻器。通過加熱器可將反應(yīng)混合物加熱到所需的高溫，并相應(yīng)于過程參數(shù)用冷卻器冷卻。
按本發(fā)明的擴(kuò)展方案，為將液體送入反應(yīng)段，設(shè)置有泵，特別是高壓泵。高壓泵的集成也證明是有利的，因?yàn)橛糜邗ソ粨Q的擾動(dòng)可達(dá)高的動(dòng)態(tài)，并由此達(dá)大的界面。
下面以示于附圖
中的實(shí)施例來詳述本發(fā)明。
附圖示意給出實(shí)施酯化脂肪酸的方法的設(shè)備。
按附圖，從容器1，原料，如來自植物和/或動(dòng)物的較高飽和的和/或不飽和的含游離脂肪酸的脂肪經(jīng)管道2流入反應(yīng)段3。該方法特別適于含較高或高含量，優(yōu)選大于5％的游離酸的脂肪。該方法例如可用于制備脂肪酸甲酯，由此可確保高的經(jīng)濟(jì)性。
當(dāng)然該方法也可用于純脂肪酸。
由容器4經(jīng)管道2將含酸，特別是硫酸的低級(jí)醇，特別是甲醇以泵加入反應(yīng)段3。
該反應(yīng)混合物經(jīng)設(shè)置于反應(yīng)段3前的加熱器5加熱到相應(yīng)的溫度。該反應(yīng)段3中的反應(yīng)在50-300℃，特別是80-150℃下進(jìn)行。
該經(jīng)加熱的反應(yīng)混合物經(jīng)高壓泵6送入反應(yīng)段3。在反應(yīng)段3中，該反應(yīng)混合物經(jīng)受高剪切力，由此產(chǎn)生強(qiáng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。這導(dǎo)致該反應(yīng)混合物的相界面極大地增大。這種高的剪切力或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)是通過在反應(yīng)段3中的機(jī)械內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生的。
在反應(yīng)段3中的機(jī)械內(nèi)構(gòu)件可以是不同或相同大小的球7。但需要時(shí)也可有其它的內(nèi)構(gòu)件，如導(dǎo)板、螺旋漿等。
為增大該反應(yīng)混合物的相界面，也可采用超聲裝置。當(dāng)然除機(jī)械內(nèi)構(gòu)件外還可提供這種裝置。
通過高的或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)，該液體相的液滴實(shí)際上達(dá)到有效地變小，由此形成小得多的液滴，這就產(chǎn)生非常大的表面，并迅速地達(dá)到化學(xué)平衡。達(dá)平衡有時(shí)只需小于1分鐘。由此大大縮短了反應(yīng)時(shí)間。
在反應(yīng)段3中，在反應(yīng)段3的開始處的部分壓力下降了。
為提高酯化度，在反應(yīng)段3后接有不擾動(dòng)的后反應(yīng)段8，它任選地在反應(yīng)段3的起始?jí)毫ο率狗磻?yīng)混合物穩(wěn)定下來。為此，在該后反應(yīng)段8的端部接有恒壓調(diào)節(jié)閥9。但如果對(duì)過程進(jìn)行有利，則也可在后反應(yīng)段8中降低該壓力。
相應(yīng)于另一個(gè)在反應(yīng)段3開始時(shí)不加酸，特別是硫酸的工藝過程，在后反應(yīng)段8中提供有強(qiáng)酸離子交換劑，特別是離子交換樹脂。
在后反應(yīng)段8后接有冷卻器10，在將反應(yīng)混合物收集在容器11中進(jìn)一步加工之前對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)冷卻。
最后應(yīng)指出，為更好地理解本發(fā)明，在圖中的各構(gòu)件和組件未按比例和尺寸畫出，而是作了變化。
權(quán)利要求
1.一種以低級(jí)一元醇，特別是甲醇酯化脂肪酸和/或酯化在脂肪和油中所含的脂肪酸的方法，其中在溶解于低級(jí)醇，特別是甲醇和/或僅溶于低級(jí)醇，特別是甲醇中的含強(qiáng)無機(jī)酸，如硫酸的脂肪酸中混入酸性離子交換樹脂，其特征在于，在反應(yīng)段(3)中通過高的或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)剪切力和/或擾動(dòng)來增大混合物的相界面，其中在壓力下開始酯化，并在酯化過程中降低壓力，其中壓力損失保持高的相界面，并反應(yīng)段(3)中的反應(yīng)在高溫下進(jìn)行。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，反應(yīng)段(3)開始時(shí)的壓力為2-500bar，特別是50-200bar，更好是70-150bar。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該反應(yīng)段(3)中的反應(yīng)在50-300℃，特別是80-150℃下進(jìn)行。
4.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，該高的剪切力或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)擾動(dòng)通過反應(yīng)段(3)中的機(jī)械內(nèi)構(gòu)件產(chǎn)生。
5.權(quán)利要求1-3至少之一的方法，其特征在于，通過超聲產(chǎn)生大的相界面。
6.權(quán)利要求1-5至少之一的方法，其特征在于，在該反應(yīng)段(3)后接有不擾動(dòng)的后反應(yīng)段(8)。
7.權(quán)利要求1-6至少之一的方法，其特征在于，在該后反應(yīng)段(8)中維持壓力，優(yōu)選維持反應(yīng)段(3)的起始?jí)毫蛉芜x地繼續(xù)降低該壓力。
8.權(quán)利要求1-7至少之一的方法，其特征在于，在該后反應(yīng)段(8)中充填強(qiáng)酸性離子交換劑。
9.一種實(shí)施權(quán)利要求1-8至少之一的方法的設(shè)備，其特征在于，該反應(yīng)段(3)是充填有相同或不同大小的球(7)的管和/或任選地具有內(nèi)構(gòu)件，如導(dǎo)板、螺旋漿等。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其特征在于，在該反應(yīng)段(3)中設(shè)置有超聲波裝置。
11.權(quán)利要求9或10的設(shè)備，其特征在于，在該反應(yīng)段(3)前設(shè)置有加熱器(5)，任選地在反應(yīng)段(3)或后反應(yīng)段(8)后設(shè)置有冷卻器(10)。
12.權(quán)利要求9-11至少之一的設(shè)備，其特征在于，為將液體送入反應(yīng)段(3)，設(shè)置有泵，特別是高壓泵(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以低級(jí)一元醇，特別是甲醇酯化脂肪酸和/或酯化在脂肪和油中所含的脂肪酸的方法和設(shè)備。在溶解于低級(jí)醇，特別是甲醇和/或僅溶于低級(jí)醇，特別是甲醇中的含酸，如硫酸的脂肪酸中混入離子交換樹脂。在反應(yīng)段(3)中通過高的或強(qiáng)的動(dòng)態(tài)剪切力和/或擾動(dòng)來增大混合物的相界面。該酯化在高壓下開始，并在酯化過程中降低壓力，該壓力損失保持高的相界面，并該反應(yīng)段(3)中的反應(yīng)在高溫下進(jìn)行。
文檔編號(hào)C07B61/00GK1646670SQ03808273
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月12日
發(fā)明者N·艾爾格恩, P·潘寧 申請(qǐng)人:能源環(huán)境技術(shù)股份有限公司