DE1467532C3 - Verfahren und Vorrichtung zur kon tinuierlichen Hydrierung von Ölen und Fetten - Google Patents

Description

Ölanteile nicht besser als eine Kaskadenanordnung mit drei bis fünf Stufen verhalten. Da bisher praktisch immer nur eine Verlängerung der Verweilzeit für wesentlich angesehen wurde, ist es infolge der ungleichmäßigen Verweilzeit der einzelnen Ölteilchen deshalb mit den bekannten Einrichtungen bisher nicht gelungen., eine einwandfrei selektive Hydrierung zu erreichen.

Die Erfindung beschreitet einen grundsätzlich anderen Weg, um die Nachteile der bisher bekanntgewordenen Verfahren in sicherer Weise zu vermeiden. Sie besteht darin, daß dem Öl zu Beginn eines im übrigen möglichst langen Behandlungsweges für die Wasserstoffanlagerung in Öl aufgeschwemmter gebrauchter Katalysator und erst später im Laufe des Behandlungsweges in Öl aufgeschwemmter frischer Katalysator zudosiert wird. Gebrauchter Katalysator hat die Eigenschaft, die Hydriergeschwindigkeit zu reduzieren. Insbesondere zu Beginn des Behandlungsweges, wenn frisches, unhydriertes Öl eingeführt wird, ist eine geringe Hydriergeschwindigkeit erwünscht, damit eine selektive Härtung eingeleitet wird, d. h. damit zuerst die mehrfach ungesättigten Fettsäuren hydriert werden. Die vorgeschlagene Maßnahme zielt also nicht auf eine Verlängerung der Verweilzeit, sondern erreicht in Verbindung mit einer langen Verweilzeit eine Einengung des Verweilzeitspektrums, die die angestrebte Selektivität zur Folge hat.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, und zwar veranschaulicht F i g. 1 die Gesamtanordnung der Anlage,

F i g. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Härtungskolonne,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie A-B der Fig. 2,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform des Bodens der Kolonne,

F i g. 5 einen Schnitt nach Linie C-D der F i g. 4.

In dem Fließbild zur Durchführung des Verfahrens gemäß F i g. 1 sei zunächst der Weg des zu hydrierenden Öles verfolgt. Das Öl tritt bei 1 in die Anlage ein und durchströmt den Wärmeaustauscher 2, in dem es von dem abfließenden Hartfett, das dabei einen Teil seiner Wärme abgibt, vorgewärmt wird. Anschließend passiert das öl einen Vorwärmer 3, der es soweit vorwärmt, daß der Härtungsvorgang anläuft, sodann tritt es bei 4 in die Härtungskolonne ein, nachdem ihm vorher durch die Dosierpumpe 5 aus dem mit einem Rührwerk versehenen Behälter 6 in Öl aufgeschwemmter gebrauchter Katalysator allein oder gebrauchter Katalysator und über die Dosierpumpe 7 in öl aufgeschwemmter frischer Katalysator aus dem ebenfalls mit einem Rührwerk versehenen Vorratsbehälter 8 zugeführt wurde. In der Härtungskolonne 9 passiert das öl alle eingebauten Siebboden 10, auf denen es intensiv von Wasserstoff durchperlt wird, und sammelt sich als fertiges Hartfett im Kolonnensumpf 11 an. Die bei der Härtung frei werdende Reaktionswärme wird zum Teil durch Kühlung des Kolonnenmantels mittels der Außenberohrung 12 abgeführt. Die zu diesem Zweck erforderliche Kühlwassermenge wird von einem Temperaturregler 13, der die Kolonnentemperatur konstant hält, gesteuert.

Aus dem Sumpf 11 wird das fertige Hartfett von der Produktpumpe 14 durch den Wärmeaustauscher 2 und den Nachkühler 15 in die Filtereinrichtung 16 gedrückt, die hier als Filterpressenpaar angedeutet ist. Vorzugsweise werden nach der Erfindung hierfür Filtereinrichtungen kontinuierlicher oder halbkontinuierlicher Arbeitsweise verwendet, die den gebrauchten Katalysator in Form einer dicken Suspension abscheiden. Diese Katalysatoraufschwemmung läuft von der Filtereinrichtung 16 zu den (oder einem) Rührwerksbehältern 6, 8, von denen sie zum Teil dem frisch zulaufenden Öl wieder zugeführt wird.

Der für die Hydrierung erforderliche Wasserstoff wird von dem Elektrolyseur 17 erzeugt, der vorzugsweise als Druckelektrolyseur für mittlere Drücke von 1 bis 10 atü ausgebildet ist. Der Elektrolyseur 17 wird über den Gleichrichter 18 und den Regeltrafo 19 gespeist. Nach der Erfindung wird die Energiezufuhr zum Elektrolyseur 17 durch einen vom Druck in der Härtungskolonne 9 gesteuerten Regler 20 so geregelt, daß der Druck in der Kolonne 9' konstant bleibt. Das bedeutet, daß in jedem Augenblick nur soviel Wasserstoff erzeugt wird, wie dem jeweiligen Verbrauch entspricht. Der Wasserstoff wird also, entgegen der bisher üblichen Technik, nicht zwischen Erzeugung und Verbrauch zwischengelagert. Hierdurch werden erhebliche Investitionskosten gespart. Der erzeugte Wasserstoff fließt vom Elektrolyseur 17 in einen Trockner 21, in dem er von anhaftenden Wasserspuren befreit wird. Aus dem Trockner 21 tritt er von unten bei 22 in die Kolonne 9 ein, passiert nacheinander, wie aus den F i g. 2 bis 5 ersichtlich, durch die Bohrungen 26 der Siebboden 10 die Ölschichten auf allen Böden. Hierbei wird er zum Teil gebunden, der überschüssige Anteil verläßt bei 23 die Kolonne 9. In einem Kühler 24 gibt er die von ihm beim Passieren der Ölschichten aufgenommene Reaktionswärme wieder ab, wird von einem Umlaufkompressor 25 wieder auf den Eintrittsdruck verdichtet und vereint sich mit dem frisch zutretenden Wasserstroffstrom. Das Verhältnis von rezirkuliertem zum frisch zutretenden Wasserstoff bestimmt sich im Minimum daraus, daß die Wasserstoffgeschwindigkeit in den Bohrungen 26 des obersten Bodens 10 noch so hoch sein muß, daß kein Öl durch die Bohrungen hindurchtreten kann. Vorzugsweise wird dieses Verhältnis 3 :1 bis 10 :1 betragen. In besonderen Fällen kann es zweckmäßig sein, mit einem so niedrigem Wasserstoffdruck zu arbeiten, daß er in den oberen Böden nicht mehr ausreichend sein könnte, um das öl am Durchtropfen durch die Löcher 26 des Siebbodens 10 zu hindern. In diesen Fällen kann der Härtungskolonne 9 einmalig eine bestimmte Menge Inertgas zugeführt werden, die dann den zirkulierenden Wasserstoff entsprechend verdünnt, so daß bei höherem Gesamtdruck ein geringerer Wasserstoffpartialdruck herrscht.

Durch Veränderung der Katalysatoraktivität und -menge sowie der Temperatur und des in der Kolonne herrschenden Druckes, lassen sich leicht die Bedingungen einstellen, die zur Erzielung des gewünschten Härtungsgrades sowie der gewünschten Selektivität erforderlich sind.

In F i g. 2 ist die Härtungskolonne mit den eingebauten Siebboden dargestellt. Das mit dem feinkörnigen Katalysator vermischte zu härtende Öl tritt bei 4 in die Kolonne 9 ein und passiert nacheinander

die eingebauten Siebböden 10. Der Wasserstoff tritt bei 22 in die Kolonne 9 ein und passiert nacheinander die Bohrungen 26 aller Siebböden 10 und die darüber befindlichen Ölschichten. Beim Passieren der Ölschichten wird ein Teil des Wasserstoffs verbraucht. Die bei 22 eintretende Wasserstoffmenge ist so gewählt, daß auch in den Bohrungen 26 des obersten Siebbodens 10 die Strömungsgeschwindigkeit noch so hoch ist, daß kein Öl durch die Bohrungen 26 treten kann. Der nicht gebundene Wasserstoff verläßt bei 23 die Kolonne 9. Vom untersten Boden 10 gelangt das jetzt hydrierte Fett in den Kolonnensumpf 11, der mit einem Niveauregler 27 ausgestattet ist, um die von der Produktpumpe 14 jeweils geförderte Fettmenge dem Zufluß anzupassen.

F i g. 3 zeigt einen der für das Verfahren verwandten besonders geeigneten Siebböden 10 im Grundriß. Gegenüber einem Siebboden, wie er in Rektifikationsund Waschkolonnen verwendet wird, weist der Siebboden 10 relativ wenige und kleine Bohrungen 26 auf, durch die Wasserstoff unter Druck von unten nach oben durchtritt. Das Öl steht in einer Höhe von 300 bis 1000 mm auf dem Siebboden und wird durch den durch die Bohrungen perlenden Wasserstoff daran gehindert, durch diese Bohrungen nach unten abzulaufen. Das zu härtende Öl, das mit dem dispersen Katalysator innig vermischt ist, tritt durch das Rohr 4 auf den Siebboden 10 und wird durch gegeneinander versetzte Schikanebleche 28, die die Fläche des Bodens in schmale parallele Kanäle aufteilen und über die Höhe des Ölspiegels hinausragen, gezwungen, auf dem Boden einen langen mäanderförmigen

ίο Weg zurückzulegen. Bei 29 verläßt das Öl über ein Überlaufwehr 30 den Boden, um seinen Weg auf dem nächsten Boden fortzusetzen.

Die F i g. 4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform des Siebbodens 10 mit ringförmig angeordneten Schikaneblechen 31. Auch hier tritt das Öl durch das Rohr 4 auf den Siebboden 10 und läuft über einen langen kreisförmigen Weg zur Mitte des Bodens, bis es über das Überlaufwehr 32 den Boden verläßt und durch den Ablauf 33 zum nächsten Boden läuft.

ao Zur Beheizung bzw. zur Abführung der Reaktionswärme ist jeweils in Höhe der Ölschicht die Außenwand der Härtungskolonne 9 mit einer aufgeschweißten Berührung 12 versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 klaven von unten eingeleitetem Wasserstoff durchPatentansprüche: perlt wird. Die Selektivität dieses Härteverfahrens läßt jedoch sehr zu wünschen übrig, da die Frische

1. Verfahren zur kontinuierlichen Hydrierung des Katalysators und damit die Neigung zur Hydrievon Ölen und Fetten in Gegenwart eines disper- 5 rung zunächst der noch stärker ungesättigten Gutsen Katalysators, dadurch gekennzeich- anteile von Behälter zu Behälter geringer wird. Es net, daß dem Öl zu Beginn eines im übrigen ist weiter die Verwendung eines einzigen Autoklaven möglichst langen Behandlungsweges für die Was- mit mehreren nacheinander zu durchlaufenden Abserstoffanlagerung in Öl aufgeschwemmter ge- teilungen vorgeschlagen worden, von denen jede mit brauchter Katalysator und erst später im Laufe io einer Umpumpeinrichtung zur Wiedervermischung des Behandlungsweges in Öl aufgeschwemmter von Öl-Katalysator-Aufschwemmung mit dem Wasfrischer Katalysator zudosiert wird. serstoff versehen ist. Auch hierbei wird trotz einer

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- besseren Ausnutzung des Katalysators noch keine .kennzeichnet, daß der umlaufende Wasserstoff Einengung des Hydrierungsspektrums erreicht. Andurch ein Inertgas verdünnt ist. 15 dere der bekannten Anordnungen arbeiten mit fest

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch angeordneten Katalysatoren, die in Gegenwart von gekennzeichnet, daß ein Teil der Reaktionswärme Wasserstoff mit dem zu härtenden Öl in Art einer durch Kühlung des Behandlungsgases abgeführt Rieselkolonne berieselt werden und insgesamt eine wird. ebenfalls recht ungünstige Selektivität ergeben. Bei

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- 20 der Herstellung partiell hydrierter pflanzlicher oder rens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn- tierischer Fette für Speisezwecke ist ein möglichst zeichnet, daß für die Behandlung mehrere in selektiver Hydrierungsverlauf erwünscht. Selektive ,/ einer Kolonne (9) übereinander angeordnete Sieb- Hydrierung bedeutet in diesem Fall, daß stufenweise boden (10) vorgesehen sind, die das öl nachein- zunächst die Moleküle mit mehreren Doppelbindunander passiert und auf denen jeweils lange Be- 25 den partiell hydriert werden, bevor die vollständige handlungswege bewirkende Trennbleche (28, 31) Absättigung zu gesättigten Produkten erfolgt. Durch vorgesehen sind, wobei die Siebboden (10) von selektive Hydrierung wird die vom Verbraucher und unten durch das im Überschuß durch die Kolonne Verarbeiter (z. B. von der Margarine-Industrie) er-

(9) zirkulierende Behandlungsgas beaufschlagt wünschte gleichmäßige Konsistenz des hydrierten werden, so daß auch bei dem obersten Siebboden 3° Fettes erreicht, die in gleichem Sinne auch von der kein Öl durch die Siebbodenlöcher treten kann. mit der Selektivität parallellaufenden Bildung von

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- Isosäuren beeinflußt wird.

kennzeichnet, daß Einrichtungen zur Zugabe des Ein selektiver Hydrierungsverlauf ist beim diskon-

gebrauchten Katalysators auf dem obersten Sieb- tinuierlichen Chargenverfahren, wie es heute allge-

boden und zur Zugabe frischen Katalysators auf 35 mein angewandt wird, durch Einstellung entsprechen-

einem der folgenden Siebböden" vorgesehen sind. der Reaktionsbedingungen, wie Wasserstoffdruck,

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, da- Temperatur, Katalysatormenge und -aktivität, zu erdurch gekennzeichnet, daß die Kolonne unter reichen. Das gleiche ist im Prinzip auch bei konti-Zwischenschaltung lediglich einer Trockenein- nuierlicher Durchführung des Verfahrens möglich, richtung an den wasserstofferzeugenden Elektro- 40 allerdings nur unter der Voraussetzung, daß, wie lyseur angeschlossen ist, der mit einer Regelein- beim Chargenverfahren, für alle ölteilchen gleiche richtung versehen ist, die die Wasserstoffentwick- Reaktionsmöglichkeiten bestehen, d. h., die Verweillung bzw. die Energiezufuhr zum Elektrolyseur zeit aller Ölteilchen im Reaktionsraum muß gleich

so steuert, daß der Wasserstoff unter dem für die sein. Alle bisher vorgeschlagenen kontinuierlichen t: Kolonne erforderlichen Druck erzeugt wird und 45 Härtungsverfahren haben den Nachteil, daß bei ihnen dieser Druck konstant bleibt. ' die Aufenthaltszeit der einzelnen ölteilchen keines-

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- wegs gleich lang ist. Dies muß selbst unter Reaktionskennzeichnet, daß die Trockeneinrichtung gleich- bedingungen, die beim Chargenverfahren ein selektiv zeitig der Trocknung des umlaufenden Wasser- hydriertes Fett zu erhalten gestatten, zu einem instoffs dient. 50 homogen oder, was im Effekt identisch ist, unselektiv hydrierten Fett führen. Die zu lange in der Apparatur verweilenden Teilchen werden bis zur Absätti-

gung aller Doppelbindungen hydriert, die zu schnell

die Apparatur passierenden Teilchen werden gar

55 nicht oder zu wenig hydriert. Das Endprodukt stellt

unter diesen Umständen ein inhomogenes Gemisch

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eines Öles oder Fettes mit verschiedenen Härtungseine Vorrichtung zur kontinuierlichen Hydrierung graden und einer entsprechend schlechten Konsistenz von Ölen und Fetten in Gegenwart eines dispersen dar. Die bekannten kontinuierlichen Hydrierungsver-Katalysators. 60 fahren verwenden üblicherweise Kaskaden von drei

Seit der Einführung der katalytischen Hydrierung bis fünf Stufen. Bei dieser schwankt jedoch die Vervon ölen und Fetten ist immer wieder versucht wor- weilzeit in sehr weiten Bereichen. Eine einigermaßen den, dieses Verfahren kontinuierlich zu gestalten. gleichmäßige Verteilung der Verweilzeit kann erst Einige der bisher bekanntgewordenen Verfahren zur bei Kaskadenanordnungen der geschilderten Art mit kontinuierlichen Hydrierung arbeiten mit mehreren 65 Stufenzahlen von dreißig bis fünfzig erwartet werden. Rührwerksautoklaven, die das zu härtende öl in Ähnlich ungünstig verhalten sich Anordnungen mit Mischung mit dem dispersen Katalysator nacheinan- Festkontakt nach Art einer Rieselkolonne, die sich der durchlaufen muß, während es von in die Auto- hinsichtlich der Verweilzeitverteilung der einzelnen