NO176361B - Fremgangsmåte og utstyr for herding av olje, fett og fettsyrer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og prosessutstyr for hydrogenering eller herding av olje, fett og fettsyrer ved tilsetting av hydrogen under anvendelse av en katalysator i en semikontinuerlig eller kontinuerlig prosess der katalysatoren blandes med forvarmet fett eller olje i en blandeinnretning idet eventuelt oljen, katalysatoren, inertgassen og overskytende hydrogengass etter herdeprosessen resirkuleres.

Ved en kjent metode for herding og stabilisering av olje, fett eller fettsyrer, benyttes en stor, lukket tank eller beholder med en røreinnretning. Oljen eller fettet blir behandlet batchvis ved tilførsel av hydrogen i hvirvel st rømmen som skapes ved et mekanisk røreverk, utført som en rotor med flere sett av propeller-blader eller som en skrue.

Det er åpenbart at hydrogeneringseffektiviteten ved et slikt system er meget lav fordi kontaktarealet mellom gass, væske og katalysator er lite og turbulensen dårlig.

Dette er også bekreftet gjennom de resultater som er oppnådd i praksis ved at reaksjonshastighet definert som jodtalls-reduksjon (AJ) pr. tidsenhet er lav, eksempelvis 0,3 AJ/min.

Med lav reaksj onshastighet kreves et stort, plasskrevende og kostbart prosessutstyr for å oppnå ønsket behandlingskapasitet. En annen vesentlig svakhet ved batch-systemer er at hydrogenforbruket blir meget ujevnt. I første fase av prosessen er hydrogenforbruket meget høyt, men synker radikalt etterhvert som andelen av umettede molekyler i oljechargen blir lav.

I enkelte tilfeller utgjør hydrogenforbruket i første halvtime ca. 80% av det totale forbruk, mens det kan ta 4-6 timer før hydrogeneringen er fullført.

Andre ulemper er at det er vanskelig å styre prosessf orløpet i en stor autoklav hvor temperaturforskjeller og ulikt herdeforløp fra sted til sted i autoklaven vil forekomme. Energiforbruk for mekanisk omrøring vil også være relativt høyt og optimal omrøring kan vanligvis ikke forsvares p.g.a. energiforbruket.

Utstyr av ovennevnte, kjente type er nærmere omtalt i publikasjonen INFORM, Vol. 3, Nr. 7, Juli 1992.

Et annet kjent anlegg av batchtype er Sullivan-systemet (Alfa-Laval) . Det virker i hovedtrekk som ovennevnte beskrevne anlegg, men høyere reaksj onshastighet oppnås ved at hydrogen som strømmer til toppen av autoklaven resirkuleres ved hjelp av en kompressor gjennom en perforert ring tilbake til bunnen av tanken.

Reaksjonshastigheten ved Sullivan-systemet oppgis til 1.5 -

2 A J/min., men bortsett fra denne forbedring er svakhetene ved systemet de samme som for den konvensjonelle batch-prosess.

Det har derfor vært et formål med foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en løsning for herding eller hydrogenering av fett eller olje som i sin helhet er vesentlig mer effektiv enn de kjente løsninger.

Formålet har bl.a. vært å oppnå

høyere reaksj onshastighet

jevnt hydrogenforbruk

enkel og sikker prosesskontroll

selektiv hydrogenering

lavt katalysatorforbruk

reduksjon av energiforbruk (kW)

I henhold til oppfinnelsen er angitte formål oppnådd ved en fremgangsmåte for herding av olje eller fett som er karakterisert ved at blandingen føres gjennom en fortrinnsvis serpentinlignende vertikalt montert rørsløyfe eller en eller flere statiske miksere ved tilsetting av hydrogen og eventuelt inertgass, slik at det oppnås en turbulent medstrøm, idet blandingen kjøles under hydrogener ingen.

Oppfinnelsen omfatter videre prosessutstyr for herding av olje eller fett som er karakterisert ved at reaktoren utgjøres av en fortrinnsvis serpentinlignende vertikalt-montert rørsløyfe, eller en eller flere statiske miksere og kjøleinnretninger med tilførselsinnretninger for hydrogengass og eventuell inertgass.

De uselvstendige kravene 2 - 3 og 5 -12, definerer fordelaktige trekk ved oppfinnelsen.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere ved hjelp av eksempel og med henvisning til vedheftede tegninger hvor Fig. 1 viser et kontinuerlig prosessutstyr for herding eller hydrogenering av olje eller fett og Fig. 2 viser et alternativt utstyr som f .eks. kan anvendes som retrofit i eksisterende hydrogeneringsanlegg.

Utstyret omfatter, som det fremgår av Fig. 1 en mate- og blandeandordning A) , en serpentinlignende rørsløyfe B) , samt

innretninger C) for utskilling og resirkulering av en katalysator, tilførsel og resirkulasjon av eventuell inertgass, og tilførsel og resirkulasjon av eventuell overskytende hydrogengass. Mate- og blandeanordningen A) består i sin tur av en holde- og resirkulasjonstank 1 med en røreinnretning 2 for katalysator-suspensjonen, en varmeveksler 3 og mate- og omrøringstank 4 for oljen eller fettet, og pumper 6,7 med tilhørende rør-ledninger 9,10 for transport av respektive oljen og katalysa-torsuspensjonen til et blandepunkt 10 hvor rørledningene 8,9 møtes. Katalysatoren er fortrinnsvis Ni, utfelt på bærere av mineraler eller kunststoff i form av kornformige partikler og hensikten med røreinnretningen 2 i tanken 1 er å holde denne suspensjonen homogen og hindre utfelling av katalysatorpar-tikler på tankbunnen. På lignende måte er det også hensikten med røreinnretningen 5 å holde en jevn temperatur på oljen eller fettet i tanken 4.

Olje, fett eller fettsyre, avhengig av hva som skal herdes, føres fra en lagertank e.l. (ikke vist) via rørledningene 8, først gjennom varmeveksleren 3 hvor den blir oppvarmet, og deretter til omrøringstanken 4. Fra tanken 4 kan oljen ved hjelp av pumpen 6 resirkuleres gjennom varmeveksleren 3. Under hydrogeneringsprosessen pumpes oljen fra tanken 4 videre til blandepunktet 10 hvor den blandes med katalysatorsuspensj onen fra holdetanken 1. Herfra transporteres blandingen gjennom en serpentinlignende rørsløyfe 11 i hydrogeneringsanordningen B) . Hydrogen i ønskede mengder tilføres rørsløyfen 11 ved flere punkter 12 via tilførselsrørledninger 13 og strømmer med oljen i turbulent meds trøm (bubble-flow) , samtidig som reaksjonen med olje foregår.

På tilsvarende måte tilføres event. inertgass, f .eks. nitrogen på ulike punkter 14 via tilførselsledninger 15.

Tilførsel av eventuell intergass har til hensikt å regulere hydrogendekningen på katalysator og derved styre reaksj onshastigheten og oppnå selektiv hydrogenering, samtidig som turbulent gass-væskestrøm opprettholdes.

I rørsløyfen er det for øvrig anordnet en eller flere kjølere eller varmevekslere 21. Hensikten med disse er trinnvis å fjerne varme som genereres under den eksoterme herdeprosessen og holde optimal reaksjonstemperatur. Denne varmen kan hensiktsmessig anvendes til forvarming av ubehandlet olje som skal mates inn i prosessanleggets del A) . Herved oppnås en vesentlig reduksjon i energiforbruket.

Fra rørsløyfen går olje-, katalysator- og gassblandingen til prosessanleggets del C) , som omfatter en oppsamlings tank 16 med en røreinnretning 17, et rørsystem 18 med en kompressor 19 for resirkulasjon av overskytende inert- og hydrogengass, samt et rørsystem 20, eventuelt med sentrifuge og/eller filter e.l. innebygget for utskilling og resirkulasjon av katalysatorslurry. Hensikten med røreinnretningen 17 i oppsamlings tanken 16 er å hindre at katalysatoren skal felles ut og legge seg på bunnen. Oppsamlings tanken virker for øvrig som gassutskiller, og oppsamlet gass suges av fra toppen av tanken ved hjelp av kompressoren 19. Det bør i denne forbindelse legges merke til at gassen som suges av tanken 16 avhengig av reaksj onsforløpet, kan være ren inertgass, eller en blanding av inertgass og hydrogen, og denne gassen blandes med hydrogen fra hydrogenforrådet (ikke vist) via ledningen 18. Den gassen som tilføres rørsløyfen 11 gjennom punktene 12 er således en blanding av hydrogen og inertgass og blandingsforholdet kan som tidligere nevnt reguleres på en nøyaktig måte for å oppnå ønsket herdehastighet og herdingsgrad.

01 je-/katalysatorblandingen føres ut fra bunnen av tanken 16 og eventuelt gjennom en sentrifuge e.l. Via rørledningen 22 føres den herdede oljen til en lagertank (ikke vist), mens katalysatoren føres tilbake til holdetanken 1 via rørledningen 23.

Når det for øvrig gjelder Fig. 1 skal bemerkes at oppfinnelsen slik den er definert i kravene ikke er begrenset til denne løsning. Således kan det viste utstyret brukes uten anvendelse av inertgass.

Videre kan det istedenfor to separate tanker 1 og 4 anvendes en felles tank for katalysator og olje, derved at katalysatoren resirkuleres til tanken 4 istedenfor tanken 1. Ytterligere kan det være aktuelt å ikke resirkulere katalysatoren etter hydrogeneringen, men la den føres ut gjennom utløpsledningen 22 sammen med oljen for senere separasjon.

Fig. 2 viser et alternativt prosessanlegg i henhold til oppfinnelsen som enkelt vil kunne benyttes for ombygging av konvensjonelle batch-anlegg, men som også vil kunne anvendes for nye anlegg. Denne løsningen vil kunne betegnes som semikontinuerlig, idet oljen fylles batchvis i autoklaven eller beholderen 24, mens selve hydrogeneringen foregår kontinuerlig.

Nærmere bestemt viser Fig. 2 en stor, lukket beholder 24 som er innrettet til å inneholde en bestemt mengde olje tilsatt en beregnet mengde katalysator, fortrinnsvis Ni-katalysator. En bunn-omrører sørger for at katalysatoren som i det vesentlige befinner seg i oljevolumet i nedre del av beholderen holdes i suspensjon og ikke felles ut på bunnen av beholderen. Olje iblandet katalysator pumpes ut av tanken ved hjelp av en pumpe 26 via et rørsystem 2 7 gjennom et serpentinrørsystem som beskrevet for det kontinuerlige hydrogeneringssystem eller gjennom et sett av statiske miksere/varmevekslere tilbake til toppen av tanken, og ut i denne via en diffusør 29 som bremser hastighet og fordeler olj e/gass-strømmen.

Hydrogeneringen foregår på nøyaktig samme måte som ved det kontinuerlige system som således er beskrevet foran. Overflødig hydrogen og inertgass suges av fra toppen av tanken og resirkuleres som ved det kontinuerlige system. På det system som er vist på Fig. 2 har tanken ingen innebygget oppvarmings - anordning.

Når herdeprosesen skal settes i gang benyttes varmevekslerne i den kombinerte statiske mikseren/varmeveksleren til oppvarming av oljen i beholderen, men så snart temperaturen er tilstrekkelig høy (ca. 160 ° C ) og herdeprosessen har startet, benyttes varmevekslerne til kjøling av oljen. Henvisningsbetegnelsene 32 og 33 viser henholdsvis innløpet og utløpet for varmevekslerens varmevekslingsmedie som under oppvarmingen kan være damp og under kjølingen kan være vann.

Under herdeprosessens gang vil katalysatorpartiklene synke mot bunnen slik at katalysatorkonsentrasjonen vil være høyest i det område hvor omrøringen foregår. Omrøringen er for øvrig konsentrert om bunnvolumet slik at den ikke påvirker den overliggende oljen (over den stiplete linje). Herved vil den herdede oljen som returneres til beholderen gjennom diffusøren 29 synke relativt raskt mot bunnen. På denne måten vil man kunne benytte en langt mindre katalysator-charge enn ved konvensjonelle baten-anlegg.

Når herdeprosessen er ferdig kan oljen pumpes ut og beholderen tømmes gjennom utløpsledningen 34. Ny, uherdet olje og katalysator tilføres beholderen gjennom påfyllingsledningen 35, respektive 36. 1 de to foregående eksempler, Fig. 1 og Fig. 2 er det benyttet henholdsvis en serpentinlignende rørsløyfe og statiske miksere. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til disse to eksempler, idet det istedenfor en rørsløyfe som vist i Fig. 1 kan benyttes statiske miksere, og istedenfor de statiske mikserne vist i Fig. 2 kan benyttes en rørsløyfe med separat anordnede varme-vekslere.

Lengden av rørsløyfe, respektivt antall og lengde av statiske miksere og varmevekslere kan tilpasses hydrogeneringsprosessen for å gi optimale driftsforhold.

De to viste eksempler er således alternativer som holdes på ønsket temperatur ved hjelp av innebyggede varmevekslere/kjølere i sløyfen 8.

Eksempel

180 1 raffinert soya-olje ble behandlet i et mindre anlegg i en kontinuerlig prosess i hovedtrekk som beskrevet i det foranstående. Oljen ble oppvarmet til 160°C ved hjelp av en ekstra varmekolbe i omrøringstanken 4 under en inert atmosfære av nitrogen. Katalysatoren ble tilsatt i samme tank.

Som katalysator ble benyttet 324 gram Ni-katalysator av typen Pricat 9910 med 20% ANi. Mengden tilsvarer 0,04% Ni i olje som er normal katalysatormengde ved herding av soyaolje i batchreaktor. Hydrogentilførselen var 3 x 44 Nl/min og trykket i rørsløyfen var 8 bar.

Forsøket ble gjennomført i løpet av 45 min. Midlere oljestrøm var 3,8kg/min og midlere oppholdstid for oljen i rørsatsen var 7 min. Det såkalte Jod-tallet (JT) ble før herdingen målt til 129, og etter herdingen målt til 59,7, dvs. en differanse på (AJT) på ca. 70 .

Med en gjennomsnittlig oppholdstid på 7 min gir dette en reaksj onshastighet AJT/min. på ca. 10. Sammenlignet med de beste konvensjonelle anlegg representerer dette en 5-6 dobling av reaksj onshastigheten.

Med foreliggende oppfinnelse er det imidlertid ikke bare effek-tiviteten som er bedre, men også andre viktige forhold såsom vesentlig lavere investeringskostnader, bedre og mer nøyaktig prosesskontroll, lavere energiforbruk, enklere og rimeligere drift, lavere katalysatorforbruk, jevnt hydrogenforbruk og mulighet for å oppnå bedre produktkvalitet.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved hydrogenering av olje, fett eller fettsyrer ved tilsetting av hydrogen i en reaktor under anvendelse av en katalysator i en semikontinuerlig eller kontinuerlig prosess der katalysatoren blandes med forvarmet fett eller olje i en blandeinnretning (9/10,24) idet eventuelt oljen, katalysatoren, inertgassen og overskytende hydrogengass etter herdeprosessen resirkuleres,karakterisert ved at blandingen føres gjennom en fortrinnsvis serpentinlignende vertikalt montert rørsløyfe eller en eller flere statiske miksere (11,28) ved tilsetting av hydrogen og eventuelt inertgass, slik at det oppnås en turbulent medstrøm, idet blandingen kjøles under hydrogeneringen. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at hydrogen- og inertgassen tilsettes i ønskede mengder ved flere punkter i rørsløyfen (11) eller i flere statiske miksere (28). Fremgangsmåte ifølge krav 1 og 2,karakterisert ved at inertgassen er nitrogen. Prosessutstyr for herding av olje, fett eller fettsyrer omfattende mate- og blandeinnretninger (A) for tilførsel og blanding av olje og en katalysator, en reaktor (B) samt innretninger (C) for oppsamling av oljen, utskilling og resirkulasjon av eventuell inertgass og tilførsel, utskilling og eventuell resirkulasjon av brukt hydrogengass, samt eventuelt utskilling og resirkulasjon av katalysatoren,karakterisert ved at reaktoren (B) utgjøres av en fortrinnsvis serpentin-lignende vertikalt-montert rørsløyfe, eller en eller flere statiske miksere og kj øleinnretninger med tilførselsinnretninger for hydrogengass og eventuell inertgass (B) . Prosessutstyr iflg. krav 4,karakterisert ved at blande- og mateinnretningene (A) utgjøres av en beholder eller autoklav (24) , med en bunnomrører (25) , idet oljen og katalysatoren blandes i autoklaven batch-vis og fremmates til den serpentinlignende rørsløyfen eller statiske mikseren/e (2 8) ved hjelp av en pumpe (20) via en rørledning (27) . Prosessutstyr ifølge krav 5,karakterisert ved at blandingen av olje og katalysator og eventuell gass føres fra mikseren/e (28) tilbake til autoklaven (24) gjennom en rørledning (37), fortrinnsvis via an diffusør (2 0) anordnet øverst i autoklaven (24). Prosessutstyr ifølge krav 4,karakterisert ved at blande og mateinnretningene (A) , omfatter et første rørsystem (8) hvori er innkoblet en varmeveksler (3) for oppvarming av oljen, en holdetank med en røreinnretning (5) for omrøring av oljen, en pumpe (6) for fremmating og utporsjonering av oljen, et andre rørsystem (9) med en pumpe (7) for fremmating av katalysatoren fra en holde- og omrørings tank (1,2), samt en blandeanordning (10) som rørsystemene (8,9) er koblet til og som er anordnet umiddelbart før den serpentinlignende rørsløyfen eller statiske mikseren/e (11). Prosessutstyr ifølge krav 4-6karakterisert ved. at den serpentinlignende rørsløyfen eller statiske mikseren/e (11,28) tilføres hydrogengass og inertgass i blanding eller hver for seg ved flere punkter. Prosessutstyr ifølge krav 4-8karakterisert ved at det i rørsløyfen eller statiske mikseren/e (11) er anordnet en eller flere varmevekslere (21,28). Prosessutstyr ifølge krav 4 og 7karakterisert ved at blandingen av olje, katalysator og gass etter rørsløyfen eller statiske mikseren/e (11) føres inn på en oppsam-lingstank (16) med rørinnretning (12) . Prosessutstyr ifølge krav, de foregående krav 4-10 karakterisert ved at gass som utskilles i oppsaml ing stanken (16,24) suges av ved hjelp av en kompressor og sirkuleres tilbake til rør-sløyfen eller statiske mikseren/e (11,28) via et tredje rørsystem (18,31). Prosessutstyr ifølge krav, de foregående krav 4-11 karakterisertvedat katalysatoren separeres fra oljen ved hjelp av en separator, et filter e.l. og føres tilbake til holdetanken (1) via et fjerde rørsystem (20,25) eller rørledning (36) .