我国基础油脂化工工艺

2011-08-15齐景杰

河南化工 2011年4期

齐景杰

(广州立德技术检测有限公司 ,广东广州 511453)

油脂化学工业包括油脂化学工艺和油脂化学工程。以往仅指以油脂为原料进行较简单化学加工的工业。油脂的化学组成主要成分为甘油三酸酯,甘三脂由甘油和脂肪酸组成。非甘三脂成分主要是:①磷脂:甘油与脂肪酸与磷酸酯化而形成的酯通常是甘油上连两分子脂肪酸,一分子磷酸 (磷酸上通常连有含氮化合物);②甾醇:熔点高,与胆甾醇结构相近;③蜡:主要长碳链一元醇与长碳链脂肪酸形成的酯在油中溶解度较低,易结晶析出;④游离脂肪酸 (FFA);⑤色素:类胡萝卜素、维生素 E;⑥其它一些微量物质:矿物质、气味等。

现代的油脂化工包括对含油脂的物料,如植物的种子、果实、根茎和动物的组织、骨骼等,通过各种物理的、化学的、生物的、物理化学的和 (或)生物化学的工艺方法进行油脂的制备、精炼和改质,生产各种油脂产品;以及从油脂出发,生产各种皂类产品、各种脂肪酸及脂肪酸衍生物的工业。

1 原料

脂肪酸特别是硬脂酸是一种应用很广泛的有机化工原料,是基础油脂化学品中总产量最高的。其应用涉及到橡胶工业、塑料工业、涂料工业、纺织工业、食品工业、表面活性剂工业、日化工业和医药工业等。原料主要是MVO和 Tallow,MVO分为MVO(ST)和 MVO(BST),即 ST∶PKO=9∶1,BST∶PKO=9∶1,其中 BST为 70%PO与 30%ST的混合。Tallow即为牛羊油 (OL),大豆油 (SBO),椰子油(CNO),非 KOCI的主要原料,但有时客户会有需求。油脂按熔点不同冷冻结晶分离,不同熔点产品分为固体脂、液体油,棕榈油 (PO)——从棕榈果肉中制取出 49%,棕榈仁油 (PKO)——从棕榈仁中制取出 50%,棕榈油 (PO)的熔点 37℃,分提后制得固体棕榈油 (ST)熔点 52℃,液体棕榈油 (OL)熔点20℃[1]。

2 常见脂肪酸结构及性质

C12-0月桂酸 ,CH3(CH2)10COOH,Ⅳ -0,熔点 44℃;C16-0软脂酸、棕榈酸,CH3(CH2)14COOH,Ⅳ-0,熔点 63℃;C18-0硬脂酸,碳十八酸,CH3(CH2)16COOH,Ⅳ -0;熔点 70℃;C18-1油酸,C-9十八碳烯酸CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH Ⅳ -90;熔点16℃;C18-2亚油酸,C-9,C-12十八碳二烯酸,CH3(CH2)4CHCHCH2CHCH(CH2)7COOH,Ⅳ-181;熔点 -5℃;C18-3亚麻酸,C-9,C-12,C-15十八碳三烯酸,Ⅳ-273,熔点 -11℃,CH3CH2CHCHCH2CHCHCH2CHCH(CH2)7COOH 。

3 主要生产工艺——水解

脂肪与水的混合物在一定条件下 (酸、碱或酶的催化下,一定温度)可以生成脂肪酸和甘油,部分水解还可生成单甘酯和二甘酯。脂肪酸生产过程由油预处理、水解、脂肪酸分馏、蒸馏和加氢等部分组成。

油压水解过程中常用的是常压催化水解法,催化和非催化中压水解 (1.03～3.5 MPa),非催化高压连续逆流水解 (2.7～6.0 MPa)三种形式。最先进的是酶催化水解,因为有些方面还不完善,例如费时,没有被广泛使用,且没有形成产业化规模。

常压水解法具有设备简单,所需的压力小,投资少的优点,缺点是生产周期长,占地面积大,蒸汽消耗大,水解率低,回收成本高和废物中甘油低等。催化压力或催化水解是常用的脂肪酸生产技术,优点是生产周期短,蒸汽消耗少,工艺用水少,生产成本低,操作简单,可生产浅色脂肪酸等,但设备投资和消费相对较大[2]。连续非催化高压回流酸水解是当代先进的生产工艺,其显著优点是实现了连续化工业生产,生产周期短,热效率高,蒸汽消耗少,生产成本较低,但设备投资昂贵。在脂肪酸加氢技术中,国外已经积极实施环管反应器技术,增加了气体、固体和液体相反应的质量,缩短反应时间,提高了产品产量的收益。

氢化是指在催化剂 (如镍)存在下,高压条件下,氢气和脂肪酸中的不饱和脂肪酸发生反应 (加成),氢加到双键上,使饱和度提高。蒸馏是指除去高沸点和低沸点杂质以及有气味的物质。分馏是指一些特殊产品需要 99%的纯度特制馏分,得到单离脂肪酸。蒸馏与分馏的方法都是在高真空,较低温度条件下,最短滞留时间内进行。

脂肪醇是基础油脂化学品中的主要产品,20世纪 80年代后期,虽然已看到脂肪醇对发展合成洗涤剂的重要性,由于种种原因,我国以石油为主要原料的脂肪醇未充分发挥装置能力。到目前为止,洗涤产品使用的仍然以天然脂肪醇脂肪醇为主[3-4]。天然脂肪醇生产方法有:油脂直接加氢、脂肪醇加氢和脂肪酸甲酯的高压加氢制醇。

油脂直接加氢是将经过脱胶、脱酸的油脂在310～325℃,24.5 MPa条件下加氢。期间,由于其易于发生脱水反应,脂肪醇生产企业目前已不使用此方法。脂肪酸甲酯高压制天然脂肪醇工艺在德国Henkel公司具有的更先进的技术,它使用 26 MPa,260～300℃制脂肪醇。宝洁公司是催化剂悬浮床加氢工艺应用的典型公司,因为传统工艺仍是脂肪醇生产厂世界的主宰。高压 (25～30 MPa)和甲醇毒性问题不可避免,所以出现了国外脂肪酸直接高压加氢和低压加氢制备脂肪醇的技术。

4 产品用途

4.1 硬脂酸

在橡胶行业主要以硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸酯的形式应用,在日化行业以硬脂酸、硬脂酸钠、硬脂酸钾、硬脂酸酯的形式应用,塑料工业以硬脂酸盐、酯、酰胺等形式在塑料产品中应用,抛光材料是以硬脂酸酯、硬脂酸盐及多种级别的硬脂酸形式应用,纺织、印染行业通常以钾盐 /钠盐、酯类、胺类等形式广泛应用在柔软剂、抗静电剂、消泡剂、印染助剂中,造纸与文教用品以酯类、酰胺、AKD(烷基烯酮二聚体)的形式作为消泡剂、表面施胶剂使用,蜡烛工业中硬脂酸起硬化、收缩作用,防止蜡烛在燃烧过程中滴泪及变软,并达到某些国家对蜡烛中可再生资源的使用要求,而在医药及食品工业主要以酯类的形式作为医药工业赋形剂,做膏、乳、栓剂的基质,以酯类的形式作为食品乳化剂使用,对于其他工业,硬脂酸在活性碳酸钙、铸造行业、蜡烛、防水剂、胶黏剂等行业得到广泛应用。