减压精馏法在生物柴油精制中的应用

2024-04-16 11:36:54, Pilodist 德祥科技有限公司

3月13日，国务院印发《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》。《行动方案》提出，再生材料在资源供给中的占比进一步提升。支持建设一批废钢铁、废有色金属、废塑料等再生资源精深加工产业集群。积极有序发展以废弃油脂、非粮生物质为主要原料的生物质液体燃料。

什么是生物柴油？

别急，本文德祥将为您解析生物柴油组成物质-脂肪酸甲酯的分离提纯方案。

生物柴油

生物柴油是以动植物油脂、餐饮业废油等原料制成的高级脂肪酸甲酯，具有可再生、可生物降解、安全、污染少等优点，是一种环保的绿色能源，可以作为化石柴油和煤油的优良替代品。

生物柴油的各项理化性质和化石柴油相近，燃烧热值和功效都与化石柴油类似。同时，生物柴油具有高闪点、高十六烷值、低黏度和可生物降解的优点，可直接替代化石柴油，或与化石柴油调和使用，从而有效降低发动机尾气颗粒物、二氧化碳、硫化物等污染物的排放。

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为什么脂肪酸甲酯可以作为生物柴油的主要组成？

脂肪酸甲酯在常温下是一种具有较好稳定性的化合物，具有一般酯类物质的化学性质，来源广泛，易于制备（高级脂肪酸甲酯的工业合成有酯化和酯交换两种方法），同时是脂肪酸的衍生物，是脂肪酸工业的重要组成部分。和脂肪酸相比，具有稳定性好、沸点低、精馏容易、腐蚀性小等特点。除直接以生物柴油用作柴油机燃料外，还被作为溶剂和化工中间体广泛应用于工业清洗、涂料、油漆、表面活性剂等众多领域。

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脂肪酸甲酯分离提纯对于生物柴油有什么用处？

由动植物油脂制备得到的天然脂肪酸甲酯是多种甲酯的混合物，是由C10到C22不等的直链脂肪酸甲酯组成，相对分子质量在200到400之间。脂肪酸甲酯的黏度低于同等碳数的脂肪醇和烷烃，并随着相对分子量的增加而逐渐升高。

将动植物油混合甲酯分离成单个脂肪酸甲酯，研究单个脂肪酸甲酯的物理化学特性，从动植物油脂本身或其加工过程中的副产品中最大程度地去开发长链脂肪酸甲酯在能源、化工中间体、表面活性剂等方面的用途，减少对石油化工产品的依赖，具有可观的社会经济效益和可持续发展的战略意义[1]。

图1：硬脂酸甲酯（C18）

常见的脂肪酸甲酯有月桂酸甲酯（C12）、十四酸甲酯（C14）、棕榈酸甲酯（C16）、硬脂酸甲酯（C18）、花生酸甲酯（C20）、油酸甲酯（C18）、亚油酸甲酯（C18）等。

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减压精馏法在脂肪酸甲酯分离纯化中的应用

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脂肪酸甲酯因其碳链长度的不同，其沸点和挥发度也不同，每增加一个碳原子，其沸点上升10℃左右，而饱和度对脂肪酸甲酯的沸点影响有限，同碳数不同饱和度的脂肪酸甲酯的沸点相差微小。在常压下，C12以上脂肪酸甲酯的沸点都在250℃以上，常压精馏很难实现。高温下脂肪酸甲酯稳定性减弱，塔釜物料的分解和聚合等副反应增加，大大影响馏出脂肪酸甲酯的纯度和收率。因此，分离不同碳数的脂肪酸甲酯要进行减压精馏操作才能实现。

在减压条件下，根据不同碳链长度脂肪酸甲酯的沸点不同的特点，从低到高依次分离，并利用精馏柱的柱效，配合回流比控制，提纯至较高纯度，最终得到较高收率的单链脂肪酸甲酯。

表1：常见脂肪酸甲酯在不同压力下的沸点[1]

图2：生物柴油减压精馏实验装置[2]

1-电源；2-调压器；3-塔釜加热；4-加热保温；5-精馏填料柱；6-塔顶取样；7-塔釜取样；

8,9,10-温度计；11-回流比控制器；12,13,14-真空系统

由以上得知，动植物油脂制备得到的天然脂肪酸甲酯是多种甲酯的混合物，且多为热敏性物质。需通过较低的真空度下精制，配合较高理论塔板数的精馏柱才能将这些成分依次分离，从而达到可供生物柴油使用的标准，实现替代化石能源的目的。

那么，德国Pilodist同心管精馏柱技术可以给脂肪酸甲酯分离提纯带来什么便利呢？

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Pilodist同心管精馏柱技术助力脂肪酸甲酯分离提纯

同心管精密分馏柱由两根经精巧设计和精密校准的同心管玻璃柱融合而成，垂直上升的蒸气与同心环形间隙中的液体薄膜之间高效传质，使得精密分馏柱具有很高的分离效率。

同心管的外圆内壁和内圆外壁均设计成为精密设计的螺旋刮痕形式，使得在冷凝器冷凝的液体通过刮痕可以顺流而下，并形成液膜加大热交换接触面积，直至蒸馏釜。

同心管技术具有如下的技术优势：

压力降小

滞留量小

适用于热敏性物质

高分离效率

极少量蒸馏（低至1mL）

极少工作流量

Pilodist精馏线产品

Pilodist精馏线产品主要有精密分馏装置PD104/PD105和微型精馏系统HRS500C等，都可以配备同心管精馏柱，特别适合热敏性物质在真空条件（最低至1mbar）下的柔性蒸馏分离提纯。其中，HRS500理论塔板数高达 60 块理论塔板，PD104和PD105的理论塔板数高达90块理论塔板数。可针对客户不同处理量、不同实验需求等选择不同的仪器配置方案。

PD104精密分馏装置

PD105精密分馏装置

微型精馏系统HRS500C

如果你对上述产品或方案感兴趣，欢迎随时联系德祥科技，可拨打热线400-006-9696或点击填写表单咨询。

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参考文献：

[1] 余国艳.脂肪酸甲酯混合物的分离研究[D].20110422.浙江工业大学.

[2] 刘玉花，张志恒，肖红.脂肪酸甲酯精制分离装置设计要点[J].煤炭与化工，2015，38（12）：134-136

[3]孙永利，卢伟，肖晓明，等. C16、C18 混合脂肪酸分离技术研究进展[J ]. 化工进展，2014，33（12）：3139-3143.

PILODIST

德国PILODIST是德祥集团资深合作伙伴之一。德国PILODIST公司源自于全球优质蒸馏及精馏设备供应商。公司传承原Fischer公司专业的蒸馏及精馏设备制造技术，为全球石油化工、精细化工行业及科研院所客户提供高品质的原油蒸馏系统、精馏系统、溶剂回收系统、汽液相平衡和分子蒸馏等。

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