專利名稱：酯化脂肪酸的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以低級一元醇，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，其中在溶解于低級醇，特別是甲醇和/或僅溶于低級醇，特別是甲醇中的含強無機酸，如硫酸的脂肪酸中混入酸性離子交換樹脂。此外本發(fā)明還涉及實施該方法的設備。
從有機制劑化學教科書如“Organikum”第13版。1974，第441頁及以下或“Organisch-Chemische Experimentierkunst”第4版，1970，第377頁及以下已知，通過在有強酸，如鹽酸、硫酸或磺酸存在下用低級醇優(yōu)選在該醇的沸點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2小時，這時游離脂肪酸含量從約50％降到12.5％，并且全部混合物無需進一步處理可送入堿催化酯交換，該催化劑酸經酯交換過程排出。
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行酯化。
但是，所有這些已知方法的主要缺點在于，該酯化步驟需耗費大量時間。因此在這類酯化中通常必須攪拌2-3小時。
本發(fā)明的目的在于，提供一種開頭所述類型的方法，該方法可在經濟上合算的設備，優(yōu)選在大型工業(yè)設備中進行合理的制備，但在小型設備中也是經濟的。
該目的通過本發(fā)明來達到。
本發(fā)明方法的特征在于，在反應段中通過高的或強的動態(tài)剪切力和/或擾動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，并在反應段中的反應在高溫下進行。
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物。因此，提供了在最佳生態(tài)的生產條件下并具所有優(yōu)點地制備柴油燃料，即所謂生態(tài)-柴油或生物柴油的可能性。通過本發(fā)明提供了有利的經濟策略的和生態(tài)的論據，它引起更深入地考慮再生能源和原料的作用。
通過本發(fā)明產生了另一驚人的優(yōu)點，即在廢物清除或危險物質處置領域中。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的動態(tài)過程以加快反應的可能性。通過高的或強的動態(tài)擾動實際上使液相中的液滴明顯變小，由此形成非常小的液滴，因此產生大得多的表面，并較快地達到化學平衡。該化學平衡的建立有時小于1分鐘。這樣使反應時間大大縮短。但本發(fā)明方法不適于所謂的沉降法(Absetzverfahren)，因為由于液滴的細分布，其沉降需太長的時間。
按本發(fā)明特別的特征，反應段開始時的壓力為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，該反應段的反應在50-300℃，特別是80-150℃下進行。由于高溫有利的是達到高的反應速度。
按照本發(fā)明的一個方案，該高的剪切力或強的擾動通過機械內構件產生。這類裝置在結構上是簡單的，由此在運行中也是少維修的。該擾動首先通過該內構件周圍的混合物的快速流動形成。此外這類反應器是廉價的且特別節(jié)省空間。
按照本發(fā)明的另一個方案，通過超聲產生大的相界面。該超聲裝置的集成化是有利的，因為由此通過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，在該反應段后接不擾動的后反應段。通過該反應混合物在后反應段的停留時間達到提高酯化度。
按照本發(fā)明的一個方案，在該后反應段中維持壓力，優(yōu)選維持反應段的起始壓力或任選地繼續(xù)降低該壓力。維持壓力也有助于改進酯化度。但相應于酯化過程的特定參數，繼續(xù)降壓也是有利的。
按照本發(fā)明的特別擴展方案，該后反應段充填有強酸牲離子交換劑。在含離子交換劑的過程中，以已知的方法略去用酸對脂肪的摻入。采用這類過程也可達引最佳的酯化工藝。
本發(fā)明的另一目的是提供一種實施該方法的設備。
本發(fā)明的設備的特征在于，該反應段是充填有相同或不同大小的球的管和/或任選地具有內構件，如導板、螺旋漿等。首先通過球或內構件周圍的混合物的快速流動形成有利的擾動。
按照本發(fā)明的另一個方案，在反應段中設置有超聲裝置。該超聲裝置的集成化證明是有利的，因為由此通過大的界面可有目的地加速酯交換。
按照本發(fā)明的另一個方案，在該反應段前設置有加熱器，任選地在反應段或后反應段后設置有冷卻器。通過加熱器可將反應混合物加熱到所需的高溫，并相應于過程參數用冷卻器冷卻。
按本發(fā)明的擴展方案，為將液體送入反應段，設置有泵，特別是高壓泵。高壓泵的集成也證明是有利的，因為用于酯交換的擾動可達高的動態(tài)，并由此達大的界面。
下面以示于附圖
中的實施例來詳述本發(fā)明。
附圖示意給出實施酯化脂肪酸的方法的設備。
按附圖，從容器1，原料，如來自植物和/或動物的較高飽和的和/或不飽和的含游離脂肪酸的脂肪經管道2流入反應段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，由此可確保高的經濟性。
當然該方法也可用于純脂肪酸。
由容器4經管道2將含酸，特別是硫酸的低級醇，特別是甲醇以泵加入反應段3。
該反應混合物經設置于反應段3前的加熱器5加熱到相應的溫度。該反應段3中的反應在50-300℃，特別是80-150℃下進行。
該經加熱的反應混合物經高壓泵6送入反應段3。在反應段3中，該反應混合物經受高剪切力，由此產生強的動態(tài)擾動。這導致該反應混合物的相界面極大地增大。這種高的剪切力或強的動態(tài)擾動是通過在反應段3中的機械內構件產生的。
在反應段3中的機械內構件可以是不同或相同大小的球7。但需要時也可有其它的內構件，如導板、螺旋漿等。
為增大該反應混合物的相界面，也可采用超聲裝置。當然除機械內構件外還可提供這種裝置。
通過高的或強的動態(tài)擾動，該液體相的液滴實際上達到有效地變小，由此形成小得多的液滴，這就產生非常大的表面，并迅速地達到化學平衡。達平衡有時只需小于1分鐘。由此大大縮短了反應時間。
在反應段3中，在反應段3的開始處的部分壓力下降了。
為提高酯化度，在反應段3后接有不擾動的后反應段8，它任選地在反應段3的起始壓力下使反應混合物穩(wěn)定下來。為此，在該后反應段8的端部接有恒壓調節(jié)閥9。但如果對過程進行有利，則也可在后反應段8中降低該壓力。
相應于另一個在反應段3開始時不加酸，特別是硫酸的工藝過程，在后反應段8中提供有強酸離子交換劑，特別是離子交換樹脂。
在后反應段8后接有冷卻器10，在將反應混合物收集在容器11中進一步加工之前對其進行相應冷卻。
最后應指出，為更好地理解本發(fā)明，在圖中的各構件和組件未按比例和尺寸畫出，而是作了變化。
權利要求
1.一種以低級一元醇，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，其中在溶解于低級醇，特別是甲醇和/或僅溶于低級醇，特別是甲醇中的含強無機酸，如硫酸的脂肪酸中混入酸性離子交換樹脂，其特征在于，在反應段(3)中通過高的或強的動態(tài)剪切力和/或擾動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，并反應段(3)中的反應在高溫下進行。
2.權利要求1的方法，其特征在于，反應段(3)開始時的壓力為2-500bar，特別是50-200bar，更好是70-150bar。
3.權利要求1或2的方法，其特征在于，該反應段(3)中的反應在50-300℃，特別是80-150℃下進行。
4.權利要求1或2的方法，其特征在于，該高的剪切力或強的動態(tài)擾動通過反應段(3)中的機械內構件產生。
5.權利要求1-3至少之一的方法，其特征在于，通過超聲產生大的相界面。
6.權利要求1-5至少之一的方法，其特征在于，在該反應段(3)后接有不擾動的后反應段(8)。
7.權利要求1-6至少之一的方法，其特征在于，在該后反應段(8)中維持壓力，優(yōu)選維持反應段(3)的起始壓力或任選地繼續(xù)降低該壓力。
8.權利要求1-7至少之一的方法，其特征在于，在該后反應段(8)中充填強酸性離子交換劑。
9.一種實施權利要求1-8至少之一的方法的設備，其特征在于，該反應段(3)是充填有相同或不同大小的球(7)的管和/或任選地具有內構件，如導板、螺旋漿等。
10.權利要求9的設備，其特征在于，在該反應段(3)中設置有超聲波裝置。
11.權利要求9或10的設備，其特征在于，在該反應段(3)前設置有加熱器(5)，任選地在反應段(3)或后反應段(8)后設置有冷卻器(10)。
12.權利要求9-11至少之一的設備，其特征在于，為將液體送入反應段(3)，設置有泵，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備。在溶解于低級醇，特別是甲醇和/或僅溶于低級醇，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。在反應段(3)中通過高的或強的動態(tài)剪切力和/或擾動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，并該反應段(3)中的反應在高溫下進行。
文檔編號C07B61/00GK1646670SQ03808273
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月7日 優(yōu)先權日2002年4月12日
發(fā)明者N·艾爾格恩, P·潘寧 申請人:能源環(huán)境技術股份有限公司