CN110268041A - 从棕榈仁油中蒸馏脂肪酸以使废物最少化的方法 - Google Patents

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Abstract

在第一塔中蒸馏包含链长为C6至C20的脂肪酸的进料流，以提供C6‑C8顶部馏分、C8‑C10中部馏分和C12+底部馏分，所述C12+底部馏分在第二塔中蒸馏，以提供C12‑C14顶部馏分和C16+底部馏分，所述C16+底部馏分在第三塔中蒸馏，以提供C16‑C18顶部馏分和C18+底部馏分。

Description

从棕榈仁油中蒸馏脂肪酸以使废物最少化的方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求2016年12月12日提交的美国临时专利申请No.62/432,789的优先权，其出于所有目的全文经此引用并入本文。
背景
脂肪酸是商业上重要的工业商品。消耗大量脂肪酸的工业包括油脂和润滑剂工业、橡胶工业、皂和化妆品工业和纺织工业。脂肪酸可充当活化剂、加速剂、软化剂、蜡、烹调油和许多其它商业上重要的产品。
脂肪酸的蒸馏在工程方面提出了许多挑战。例如，脂肪酸蒸馏通常需要许多中间分离步骤，它们产生不想要的次要产物。这些不想要的馏分必须随后通过冗长和低效的外部工艺再循环。此外，当工艺步骤数增加时，废物、资源和工厂设备如管道、罐和阀门的量也增加。脂肪酸蒸馏工艺在控制上也复杂。通常只能通过控制许多变量，如温度、流量、压力和料流组成来实现所需产物纯度水平。这导致工艺的运行需要更多的时间和资源。
因此，需要可在最低数量的工艺步骤中生产高纯脂肪酸产物并且只需要用于控制的最低输入的简化蒸馏方法。
概述
某些实施方案涉及使用间接蒸馏和推理控制(inferential control)的脂肪酸蒸馏方法。所述方法包含：使包含甘油酯或脂肪酸的进料料流经过第一塔；将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部；将C8-C10馏分分配到第一塔的中部或侧臂；从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔；将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部；从第二塔的底部取出C16+馏分并使C16+馏分经过第三塔；将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部；和将C18+馏分分配到第三塔的底部。在某些方面中，所述进料料流包含植物油。在一个特定方面中，所述进料料流包含棕榈仁油。
该方法可进一步包含从第一塔的顶部取出C6-C8馏分；和从第一塔的中部或侧臂取出C8-C10馏分。在某些方面中，C8-C10馏分的纯度大于或等于99.0重量％。在特定方面中，C8-C10的纯度大于或等于99.8重量％。
该方法可进一步包含从第二塔的顶部取出C12-C14馏分。在某些方面中，C12-C14馏分的纯度大于或等于99.0重量％。
在另一方面中，该方法可进一步包含从第三塔的顶部取出C16-C18馏分。在某些方面中，C16-C18馏分的纯度大于或等于99.0重量％。在一个特定方面中，优选其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.9重量％。
在某些方面中，该方法可包含基于在第一塔内的某一方便位置的温度读数设置C8-C10馏分的流量的温度控制器。在进一步方面中，该方法可进一步包含基于在第二塔内的某一方便位置的温度设置C16+馏分的流量的温度控制器。在再进一步方面中，该方法可进一步包含基于在第三塔内的某一方便位置的温度设置C18+馏分的流量的温度控制器。
在另一些方面中，该方法可对第一塔使用小于或等于240℃的再沸器温度。在再进一步方面中，第一塔可在9至15kPa的压力和140至235℃的温度下运行。在某些方面中，第二塔可在1至4kPa的压力和175至232℃的温度下运行。在进一步方面中，第三塔可在0.3至1kPa的压力和187至224℃的温度下运行。
某些实施方案涉及脂肪酸蒸馏方法，其包含：使包含棕榈仁油的进料料流经过第一塔；将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部和从第一塔的顶部取出C6-C8馏分；将C8-C10馏分分配到第一塔的中部和从第一塔的中部取出C8-C10馏分，其中C8-C10馏分的纯度大于或等于99.8重量％；从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔；将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部和从第二塔的顶部取出C12-C14馏分，其中C12-C14馏分的纯度大于或等于99重量％；从第二塔的底部取出C16+馏分并使C16+馏分经过第三塔；将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部和从第三塔的顶部取出C16-C18馏分，其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.9重量％；和将C18+馏分分配到第三塔的底部。
在本申请通篇论述了本发明的另一些实施方案。对于本发明的一个方面论述的任何实施方案也适用于本发明的其它方面，反之亦然。本文所述的各实施方案被理解为是适用于本发明的所有方面的本发明的实施方案。本文中论述的任何实施方案预计可对本发明的任何方法或组合物实施，反之亦然。此外，本发明的组合物和套件可用于实现本发明的方法。
词语“一”当在权利要求书和/或说明书中与术语“包含”结合使用时可以是指“一个”，但其也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义相符。
本申请通篇的术语“大约”用于表示数值包括用于测定该数值的装置或方法的标准偏差。
在权利要求书中使用术语“或”是用于表示“和/或”，除非明确地指出仅是指备选方案之一或备选方案互相排斥，尽管本公开支持指代备选方案之一和“和/或”的定义。
本说明书和权利要求书中所用的词语“包含”(和“包含”的任何形式)、“具有”(和“具有”的任何形式)、“包括”(和“包括”的任何形式)或“含有”(和“含有”的任何形式)是可兼性的或开放的并且不排除附加的未列举的要素或方法步骤。
在本发明中，现在描述十七个实施方案。实施方案1是一种脂肪酸蒸馏方法，所述方法包括步骤使含有具有C6至C20链长的脂肪酸的进料料流经过第一塔；将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部；将C8-C10馏分分配到第一塔的中部；从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔；将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部；从第二塔的底部取出C16+馏分并使C16+馏分经过第三塔；将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部；和将C18+馏分分配到第三塔的底部。实施方案2是实施方案1的方法，其中所述进料料流含有植物油。实施方案3是实施方案2的方法，其中所述进料料流含有棕榈仁油。实施方案4是前述实施方案任一项的方法，其进一步包括从第一塔的顶部取出C6-C8馏分；和从第一塔的中部取出C8-C10馏分。实施方案5是实施方案4的方法，其中C8-C10馏分的纯度大于或等于99.0重量％，优选其中所述纯度大于或等于99.8重量％。实施方案6是实施方案1至5任一项的方法，其进一步包括从第二塔的顶部取出C12-C14馏分。实施方案7是实施方案6的方法，其中C12-C14馏分的纯度大于或等于99.0重量％，优选其中C12-C14馏分的纯度大于或等于99.6重量％。实施方案8是实施方案1至7任一项的方法，其进一步包括从第三塔的顶部取出C16-C18馏分。实施方案9是实施方案8的方法，其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.0重量％，优选其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.9重量％。实施方案10是实施方案1至9任一项的方法，其中所述方法与推理组成控制相容。实施方案11是实施方案1至10的方法，其进一步包括与第一塔和C8-C10馏分连通的温度控制器。实施方案12是实施方案1至11任一项的方法，其进一步包括与第二塔和C16+馏分连通的温度控制器。实施方案13是实施方案1至12任一项的方法，其进一步包括与第三塔和C18+馏分连通的温度控制器。实施方案14是实施方案1至13任一项的方法，其中用于第一塔、第二塔、第三塔或包括上述至少一个塔的组合的再沸器温度小于或等于240℃。实施方案15是实施方案1至14任一项的方法，其中第一塔在10至12kPa的压力和140至238℃的温度下运行；第二塔在1.2至2.5kPa的压力和175至234℃的温度下运行；且第三塔在0.3至0.7kPa的压力和187至224℃的温度下运行。
实施方案16是一种脂肪酸蒸馏方法。实施方案17的方法包括步骤使含有棕榈仁油的进料料流经过第一塔；将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部和从第一塔的顶部取出C6-C8馏分；将C8-C10馏分分配到第一塔的中部和从第一塔的中部取出C8-C10馏分，其中C8-C10馏分的纯度大于或等于99.8重量％；从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔；将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部和从第二塔的顶部取出C12-C14馏分，其中C12-C14馏分的纯度大于或等于99.6重量％；从第二塔的底部取出C16+馏分并使C16+馏分经过第三塔；将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部和从第三塔的顶部取出C16-C18馏分，其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.9重量％；和将C18+馏分分配到第三塔的底部。
本发明的其它目的、特征和优点从下列详述中显而易见。但是，应该理解的是，详述和具体实施例在指示本发明的具体实施方案的同时，仅作为举例说明给出，因为本领域技术人员由这一详述显而易见在本发明的精神和范围内的各种变动和修改。
附图描述
下列附图构成本说明书的一部分并且用于进一步示范本发明的某些方面。与本文给出的具体实施方案的详述结合，参考这些附图的一个或多个可以更好地理解本发明。
图1是代表脂肪酸蒸馏方法的示意图。
图2A-2D是来自脂肪酸蒸馏模拟的结果的图示。
图3A-3D是来自脂肪酸蒸馏模拟的结果的图示。
描述
本文中公开的方法可提供使用用于控制的最低输入在最低数量的工艺步骤中生产高纯脂肪酸产物的简化蒸馏方法。本文中公开的方法可显著减少生产高纯脂肪酸所需的中间步骤的数量。在某些方面中，产生较少的废物料流和二次料流。在另一方面中，需要少于或等于三个蒸馏步骤。在特定方面中，不生成或不需要C10-C12和C14-C16。因此，较少资源花费在不想要的料流的再循环中。在某些配置中，该方法需要较少的外部再循环工艺。此外，由于总料流数减少且二次料流仅含太轻或太重以致不包含在最终产物中的组分，整个工艺以最少化的废物和最大化的效率运行。本文中公开的方法需要较少的整体工艺设备。某些配置采用更少的塔、管道、阀门、罐、控制器和其它组件以实现运行。本文中公开的方法也需要较少的用于控制的输入。在某些方面中，该方法与推理组成控制相容并包含推理组成控制。推理组成控制是指通过控制与组成表现出一一对应关系的温度而间接控制该组成的控制机制。在某些方面中，可以仅使用蒸馏塔温度测量保持产物纯度。因此，运行所需的时间较少且资源较少。本文中公开的方法可生产高纯脂肪酸产物。可以实现大于或等于90％、99％、99.6％、99.8％或99.9％纯度的脂肪酸产物。
一种脂肪酸蒸馏方法可包括使包含甘油酯或脂肪酸的进料料流经过第一塔。可将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部，可将C8-C10馏分分配到第一塔的中部或侧臂，并可将C12+馏分分配到第一塔的底部。一种脂肪酸蒸馏方法可包括从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔。可将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部并可将C16+馏分分配到第二塔的底部。可进一步从第二塔的底部取出C16+馏分并经过第三塔。一种脂肪酸蒸馏方法可包括将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部和将C18+馏分分配到第三塔的底部。
本文中公开的方法可包括进料料流。在某些方面中，进料料流可包含甘油酯、甘油酯的混合物、脂肪酸或脂肪酸的混合物。在某些方面中，进料料流可包含C6+脂肪酸，例如C6-C20+脂肪酸。在进一步方面中，进料料流可包含辛酸脂肪酸、癸酸脂肪酸、十二烷酸脂肪酸、十四烷酸脂肪酸、十六烷酸脂肪酸、十八烷酸脂肪酸或包含上述至少一种的组合。在某些方面中，进料料流可包含植物油。在特定方面中，进料料流可包含椰子油、玉米油、棉籽油、棕榈油、花生油、菜籽油、红花油、芝麻油、葵花油、棕榈仁油或包含上述至少一种的组合。在某些方面中，进料料流可包含棕榈仁油。
本文中描述的一种方法可包含使进料料流经过第一蒸馏塔。第一塔可将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部。C6-C8馏分可包含己酸至辛酸脂肪酸。第一塔可将C8-C10馏分分配到第一塔的中部或侧臂。C8-C10馏分可包含辛酸至癸酸脂肪酸。可以使用推理组成控制方案基于在第一塔内的某一方便位置的温度设置C8-C10馏分料流的流量。如所附模拟结果中证实，仅使用温度测量就可使C8-C10馏分料流的纯度水平在进料组成和进料流量的典型变化下保持在大于或等于99.8重量％。
第一塔可将C12+馏分分配到第一塔的底部。C12+馏分可包含十二烷酸、十四烷酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸脂肪酸。第一塔内的压力可为9至15kPa不等。第一塔内的温度可为140至235℃不等。第一塔的再沸器温度可小于或等于240℃。在特定方面中，再沸器温度小于或等于238℃。
可使C12+馏分料流经过第二蒸馏塔。第二塔可将C12-C14馏分分配到该塔的顶部。C12-C14馏分可包含十二烷酸至十四烷酸脂肪酸。第二塔可将C16+馏分分配到该塔的底部。C16+馏分可包含棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸脂肪酸。
可以使用推理组成控制方案基于在第二塔内的某一方便位置的温度设置C16+馏分料流的流量。如所附模拟结果中证实，仅使用温度测量就可使C12-C14馏分料流的纯度水平在进料组成和进料流量的典型变化下保持在大于或等于99重量％。第二塔内的压力可为1至4kPa不等。这一塔内的温度可为174至232℃不等。第二塔的再沸器温度可小于或等于240℃。在特定方面中，再沸器温度小于或等于234℃。
可使C16+料流经过第三蒸馏塔。第三塔可将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部。C16-C18馏分可包含棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸脂肪酸。第三塔可将C18+馏分分配到第三塔的底部。C18+馏分可包含硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸脂肪酸。
可以使用推理组成控制方案基于在第三塔内的某一方便位置的温度设置C18+馏分料流的流量。如所附模拟结果中证实，仅使用温度测量就可使C16-C18馏分料流的纯度水平在进料组成和进料流量的典型变化下保持在大于或等于99.9重量％。第三塔内的压力可为0.3至1kPa不等。这一塔内的温度可为187至224℃不等。在进一步的方面中，第三塔的再沸器温度可小于或等于228℃。在再进一步的方面中，第三塔的再沸器温度可小于或等于225℃。
可以参考附图获得本文中公开的组件、方法和装置的更全面理解。某些图仅是基于方便和易于示范本公开的示意图，因此无意指示该装置或其组件的相对大小和维度和/或限定或限制示例性实施方案的范围。尽管为清楚起见在下列说明中使用具体术语，但这些术语意在仅指示选择在附图中注解的实施方案的特定结构，并且无意限定或限制本公开的范围。在附图和下列说明中，要理解的是，类似的数字标识是指类似功能的组件。
现在参考图1，这一简化示意图代表脂肪酸蒸馏方法10。该方法可包括使进料料流12经过第一塔14。在某些方面中，进料料流12可包含甘油酯、甘油酯的混合物、脂肪酸或脂肪酸的混合物的一种或多种。在某些方面中，进料料流12可包含棕榈仁油。第一蒸馏塔14可将C6-C8馏分分配到塔14的顶部。例如，C6-C8馏分可包含己酸至辛酸脂肪酸。可经由C6-C8馏分料流16从第一塔14取出C6-C8馏分。
第一塔可将C8-C10馏分分配到第一塔14的中部。例如，C8-C10馏分可包含辛酸至癸酸脂肪酸。可经由C8-C10馏分料流32从第一塔取出C8-C10馏分。可存在用于推理组成控制的第一温度控制器34并与第一塔14和C8-C10馏分料流32连通。例如，C12+馏分可包含十二烷酸、十四烷酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸脂肪酸。可经由C12+馏分料流18从第一塔14的底部取出C12+馏分。
可使C12+馏分料流18经过第二蒸馏塔20。第二塔20可将C12-C14馏分分配到塔20的顶部。例如，C12-C14馏分可包含十二烷酸至十四烷酸脂肪酸。可经由C12-C14馏分料流22从第二塔20取出C12-C14馏分。第二塔20可将C16+馏分分配到塔20的底部。例如，C16+馏分可包含棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸脂肪酸。可经由C16+馏分料流24从第二塔20的底部取出C16+馏分。可存在用于推理组成控制的第二温度控制器36并与第二塔20和C16+馏分料流24连通。
可使C16+馏分料流24经过第三蒸馏塔26。第三塔26可将C16-C18馏分分配到塔26的顶部。例如，C16-C18馏分可包含棕榈酸至十八烷酸脂肪酸。可经由C16-C18馏分料流28从第三塔26取出C16-C18馏分。第三塔26可将C18+馏分分配到塔26的底部。例如，C18+馏分可包含硬脂酸、油酸、亚油酸和花生酸脂肪酸。可经由C18+馏分料流30从第三塔26的底部取出C18+馏分。可存在用于推理组成控制的第三温度控制器38并与第三塔26和C18+馏分料流30连通。
下列实施例仅例示本文中公开的分离方法并且无意限制本文中描述的发明范围。
使用Aspen Plus模拟计算机软件进行根据本公开(如图1中描绘)的脂肪酸蒸馏方法的模拟。使用稳态和动态模型。不需要除这三个温度控制器外的调节，其中它们固有的测量滞后建模为5分钟死时间(dead time)。
图2描绘进料流量的+/-15％斜坡变化(ramped variation)对该方法的影响。图2B表明对C8-C10和C16-C18馏分可保持大于或等于99.8重量％的纯度水平。在C12-C14馏分的情况下，图2C表明可使纯度水平保持高于99重量％。通过如之前论述的温度控制器保持这些纯度水平，而不需要改变它们相应的设定点或重新调节。图2D表明所有塔的再沸器温度不超过240℃。
图3描绘进料组成变化的影响，其中以在+/-6％范围内的斜坡变化改变C12-C14的比例。图3B表明对C8-C10和C16-C18馏分可保持大于或等于99.8重量％的纯度水平。在C12-C14馏分的情况下，图3C表明可使纯度水平保持高于99重量％。通过如之前论述的温度控制器保持这些纯度水平，而不需要改变它们相应的设定点或重新调节。图2D表明所有塔的再沸器温度不超过240℃。

Claims (16)

1.一种脂肪酸蒸馏方法，其包含：
使包含具有C6至C20链长的脂肪酸的进料料流经过第一塔；
将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部；
将C8-C10馏分分配到第一塔的中部；
从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔；
将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部；
从第二塔的底部取出C16+馏分并使C16+馏分经过第三塔；
将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部；和
将C18+馏分分配到第三塔的底部。
2.权利要求1的方法，其中所述进料料流包含植物油。
3.权利要求2的方法，其中所述进料料流包含棕榈仁油。
4.权利要求1或2任一项的方法，其进一步包含：
从第一塔的顶部取出C6-C8馏分；和
从第一塔的中部取出C8-C10馏分。
5.权利要求4的方法，其中C8-C10馏分的纯度大于或等于99.0重量％。
6.权利要求1或2的方法，其进一步包含从第二塔的顶部取出C12-C14馏分。
7.权利要求6的方法，其中C12-C14馏分的纯度大于或等于99.0重量％。
8.权利要求1或2的方法，其进一步包含从第三塔的顶部取出C16-C18馏分。
9.权利要求8的方法，其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.0重量％。
10.权利要求1或2的方法，其中所述方法与推理组成控制相容。
11.权利要求1或2的方法，其进一步包含与第一塔和C8-C10馏分连通的温度控制器。
12.权利要求1或2的方法，其进一步包含与第二塔和C16+馏分连通的温度控制器。
13.权利要求1或2的方法，其进一步包含与第三塔和C18+馏分连通的温度控制器。
14.权利要求1或2的方法，其中用于第一塔、第二塔、第三塔或包括上述至少一个塔的组合的再沸器温度小于或等于240℃。
15.权利要求1或2的方法，其中第一塔在9至15kPa的压力和140至235℃的温度下运行；第二塔在1至4kPa的压力和175至232℃的温度下运行；且第三塔在0.3至1kPa的压力和187至224℃的温度下运行。
16.一种脂肪酸蒸馏方法，其包含：
使包含棕榈仁油的进料料流经过第一塔；
将C6-C8馏分分配到第一塔的顶部和从第一塔的顶部取出C6-C8馏分；
将C8-C10馏分分配到第一塔的中部和从第一塔的中部取出C8-C10馏分，其中C8-C10馏分的纯度大于或等于99.8重量％；
从第一塔的底部取出C12+馏分并使C12+馏分经过第二塔；
将C12-C14馏分分配到第二塔的顶部和从第二塔的顶部取出C12-C14馏分，其中C12-C14馏分的纯度大于或等于99重量％；
从第二塔的底部取出C16+馏分并使C16+馏分经过第三塔；
将C16-C18馏分分配到第三塔的顶部和从第三塔的顶部取出C16-C18馏分，其中C16-C18馏分的纯度大于或等于99.9重量％；和
将C18+馏分分配到第三塔的底部。
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