RU2800416C1 - Method for producing biooil from fat acid with high acid numbers - Google Patents

Method for producing biooil from fat acid with high acid numbers Download PDF

Info

Publication number
RU2800416C1
RU2800416C1 RU2022122586A RU2022122586A RU2800416C1 RU 2800416 C1 RU2800416 C1 RU 2800416C1 RU 2022122586 A RU2022122586 A RU 2022122586A RU 2022122586 A RU2022122586 A RU 2022122586A RU 2800416 C1 RU2800416 C1 RU 2800416C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oil
reactor
bio
reaction
fatty acid
Prior art date
Application number
RU2022122586A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ми Нан ЛИ
Хён Чон ЧО
Хан Сок КИМ
Original Assignee
Ск Эко Прайм Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ск Эко Прайм Ко., Лтд. filed Critical Ск Эко Прайм Ко., Лтд.
Application granted granted Critical
Publication of RU2800416C1 publication Critical patent/RU2800416C1/en

Links

Abstract

FIELD: biooil.
SUBSTANCE: method for producing biooil is described, which includes the following stages: esterification of a source of raw materials comprising glycerol and fatty acid is carried out to obtain biooil and water in a column-type reactor, which has a plurality of trays installed in it, forming a plurality of compartments in the vertical direction inside the reactor, whereas each of the plurality of trays has a hole formed in it, through which the vertically adjacent compartments communicate with each other, and the holes in adjacent plates are formed in a cross order, whereas the raw material source comprising glycerine and fatty acid are fed through respective material inlets located in the centre of the column reactor to carry out esterification on each tray of the reaction zone; the resulting bio-oil is removed through the bottom of the reactor; and the water generated by esterification is removed by evaporation, the generated water vapours are transferred to the distillation zone located at the top of the reactor, together with the effective ingredients, including the raw material source and the bio-oil, which turn into steam when evaporated, the steam is separated into water and effective ingredients including the raw material source and the bio-oil, and the effective ingredients are allowed to pass into the reaction zone, and the separated water is removed in a vapor state through the top of the reactor, whereas the bio-oil has an acid value of 30 mg KOH/g or lower, and the esterification reaction is carried out at a temperature of 170 to 350°C at atmospheric pressure without the use of a catalyst.
EFFECT: obtaining bio-oil from fat and oil with high acid numbers.
13 cl, 5 dwg, 4 tbl, 16 ex

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее раскрытие относится к способу получения биомасла из жира и масла с высокими кислотными числами, а более конкретно, к способу получения биомасла, применимого в качестве тяжёлого биомасла и судового топливного биомасла из жира и масла с высокими кислотными числами.The present disclosure relates to a process for producing bio-oil from high acid number fat and oil, and more specifically, to a method for producing bio-oil applicable as heavy bio-oil and marine fuel bio-oil from high acid number fat and oil.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

В Корее недавно начато осуществление главного проекта по производству тяжёлого биомасла для выработки электроэнергии, и потребность в тяжёлом биомасле неуклонно возрастает. В дополнение к этому, ожидается, что под влиянием IMO (Международная морская организация) 2020 рост потребности в низкосернистом топливном масле для применения на судах приобретёт взрывной характер, при этом повышенное внимание уделяется судовому топливному биомаслу в виде низкосернистого масла.In Korea, a major project for the production of heavy bio-oil for power generation has recently been launched, and the demand for heavy bio-oil is steadily increasing. In addition, under the influence of IMO (International Maritime Organization) 2020, the demand for low sulfur fuel oil for marine applications is expected to explode, with increased attention being paid to marine biofuel oil in the form of low sulfur oil.

Тяжёлое биомасло для выработки электроэнергии получают с использованием в качестве сырья жировых и масляных биоресурсов, таких как животные и растительные масла, а также побочные продукты производства дизельного биотоплива и т.д., и оно является топливом, альтернативным тяжёлому маслу (бункерное масло C). В настоящее время тяжёлое биомасло используют в качестве топлива на основе тяжёлого масла для силовых генераторов. Пилотный проект по производству тяжёлого биомасла запустили в 2014 г., а после оценки возможности его воплощения в 2019 г. начали реализовывать основной проект.Heavy bio-oil for power generation is produced using fat and oil bio-resources such as animal and vegetable oils as raw materials, as well as by-products of biodiesel production, etc., and is an alternative fuel to heavy oil (bunker oil C). Currently, heavy bio-oil is used as a heavy oil-based fuel for power generators. A pilot project for the production of heavy biooil was launched in 2014, and after assessing the possibility of its implementation in 2019, the main project began to be implemented.

IMO 2020 является приложением к Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL), принятой Международной морской организацией (IMO). 01 января 2020 г. вступило в силу новое ограничение по серной среде (содержанию серы) в топливном масле, используемом на судах. Конкретно, максимальное содержание серы в судовом топливном масле снижено от 3,5% до 0,5%. Соответственно, увеличивается потребность в использовании низкосернистого судового топливного масла как одна из мер для уменьшения выбросов оксида серы. В связи с этим, биомасло в своей основе имеет низкое содержание серы и как таковое при сжигании в двигателе внутреннего сгорания образует меньшее количество оксида серы, чем традиционное масло угольного происхождения.IMO 2020 is an annex to the International Convention for the Prevention of Pollution from Ships (MARPOL) adopted by the International Maritime Organization (IMO). On January 01, 2020, a new limit on the sulfur environment (sulfur content) in fuel oil used on ships came into force. Specifically, the maximum sulfur content of marine fuel oil has been reduced from 3.5% to 0.5%. Accordingly, there is an increasing demand for the use of low sulfur marine fuel oil as one of the measures to reduce sulfur oxide emissions. As such, bio-oil is inherently low in sulfur and as such, when burned in an internal combustion engine, produces less sulfur oxide than conventional coal-based oil.

Следует производить тяжёлое биомасло или судовое топливное биомасло с кислотным числом ниже определённого уровня, поскольку высокое кислотное число может вызывать коррозию внутренних устройств и оборудования. По этой причине источники сырья для получения тяжёлого биомасла или судового топливного биомасла должны характеризоваться пониженным кислотным числом, а исходные материалы с высокими кислотными числами можно использовать только после принятия мер по снижению кислотных чисел.Bio-heavy oil or bio marine fuel oil should be produced with an acid number below a certain level, as a high acid number can cause corrosion of internal devices and equipment. For this reason, feedstock sources for heavy biooil or marine biofuel oil must have a low acid number, and high acid number feedstocks can only be used after acid number reduction measures have been taken.

Известны различные способы снижения высоких кислотных чисел жиров и масел. Способы удаления свободных жирных кислот для понижения кислотных чисел жира и масла в рамках общего процесса нефтепереработки включают удаление свободных жирных кислот посредством нейтрализации водным щелочным раствором и удаление свободных жирных кислот путём дистилляции. Однако, чем выше кислотное число, тем большее количество свободных жирных кислот подлежит удалению, что делает удаление свободных жирных кислот менее экономичным. Способ нейтрализации водным раствором щелочи сопряжён с проблемой, заключающейся в том, что образуется большое количество сточных вод. В целях использования свободных жирных кислот, содержащихся в масле и жире с высоким кислотным числом, без их удаления, предлагается способ превращения свободных жирных кислот в биомасло.Various methods are known for reducing the high acid numbers of fats and oils. Methods for removing free fatty acids to lower the acid numbers of fat and oil as part of the overall refining process include removing free fatty acids by neutralization with an aqueous caustic solution and removing free fatty acids by distillation. However, the higher the acid number, the more free fatty acids are to be removed, making the removal of free fatty acids less economical. The aqueous alkali neutralization method has the problem that a large amount of waste water is generated. In order to use the free fatty acids contained in oil and fat with a high acid number without removing them, a process is proposed for converting free fatty acids into bio-oil.

В качестве примера можно привести способ получения биомасла без удаления свободных жирных кислот из жира и масла с высокими кислотными числами путём взаимодействия жирных кислот с глицерином для производства биомасла (глицерида). В данном случае подразумевается, что термин «глицерид» охватывает все моно-, ди- и триглицериды.An example is a process for producing bio-oil without removing free fatty acids from fat and oil with high acid numbers by reacting fatty acids with glycerol to produce bio-oil (glyceride). As used herein, the term "glyceride" is intended to encompass all mono-, di-, and triglycerides.

Получение биомасла по реакции жирных кислот с глицерином известно как один из способов предварительной обработки перед использованием обогащённого жирными кислотами масла (жир и масло с высокими кислотными числами) в качестве дизельного (FAME) биоматериала. Обычно дизельное биотопливо (FAME) получают трансэтерификацией между биомаслом (глицерид) и метанолом (MeOH). При высоком содержании жирных кислот в исходном материале жирные кислоты не могут принимать участия в трансэтерификации, поскольку жирные кислоты реагируют с щелочными ингредиентами, извлекаемыми из катализатора реакции, с образованием увеличенного количества ингредиентов омыления (мыла), что в результате приводит к снижению выхода.The production of bio-oil by the reaction of fatty acids with glycerol is known as one of the pre-treatment methods before using fatty acid-enriched oil (fat and oil with high acid numbers) as a diesel (FAME) biomaterial. Typically biodiesel (FAME) is produced by transesterification between bio-oil (glyceride) and methanol (MeOH). With a high content of fatty acids in the starting material, fatty acids cannot take part in transesterification, since fatty acids react with alkaline ingredients extracted from the reaction catalyst to form an increased amount of saponification ingredients (soap), resulting in a decrease in yield.

Для решения этой проблемы предложен способ получения биодизельного алкилового эфира жирной кислоты (трансэтерификацией), в котором жирная кислота и глицерин вначале реагируют в условиях процесса предварительной обработки с образованием глицерида, который затем подвергается вторичному взаимодействию с метанолом в присутствии основного катализатора, как проиллюстрировано на следующей ниже схеме реакции 1:To solve this problem, a process has been proposed for the production of a biodiesel fatty acid alkyl ester (transesterification) in which the fatty acid and glycerol are first reacted under pretreatment conditions to form a glyceride, which is then re-reacted with methanol in the presence of a basic catalyst, as illustrated in the following. reaction scheme 1:

[Схема реакции 1][Reaction Scheme 1]

С целью повышения реакционной способности процесса превращения жирной кислоты в биомасло (глицерид) используют катализатор или непрерывно удаляют воду, образующуюся как продукт реакции в течение реакционного процесса.In order to increase the reactivity of the process of converting fatty acid into bio-oil (glyceride), a catalyst is used or water generated as a reaction product during the reaction process is continuously removed.

В заявке на патент США № 13/92435 раскрыто, что реакцию проводят в присутствии твёрдого катализатора. Реакция с использованием катализатора имеет недостаток, заключающийся в высокой стоимости производства не только вследствие того, что катализатор является дорогостоящим, но также и потому, что сокращается срок службы катализатора, так как он отравляется примесями или отложениями углерода. В дополнение к этому, для стимулирования гладкого протекания реакции удаляют воду в форме паров.US Patent Application No. 13/92435 discloses that the reaction is carried out in the presence of a solid catalyst. The reaction using a catalyst has the disadvantage of high production cost, not only because the catalyst is expensive, but also because the service life of the catalyst is shortened because it is poisoned by impurities or carbon deposits. In addition, water is removed in the form of vapour, in order to promote the smooth running of the reaction.

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение реактора периодического действия, обычно используемого для производства биомасла. Как показано на фиг. 1, один реактор (1) снабжён одной мешалкой (3). Хотя в ходе реакции в него не подают и из него не отводят ни реагенты, ни продукты, реактор периодического действия сконструирован для непрерывного удаления побочного продукта, воды, образующейся в результате этерификации, через конденсатор (5).Fig. 1 is a schematic representation of a batch reactor commonly used for biooil production. As shown in FIG. 1, one reactor (1) is equipped with one stirrer (3). Although no reactants or products are fed into or removed from the reaction during the reaction, the batch reactor is designed to continuously remove the by-product, water resulting from the esterification, through the condenser (5).

В китайских патентах №№ CN 2012-10580909 и CN 2018-10088660 предлагается способ, в котором реакцию без катализатора проводят в условиях слабого вакуума/пониженного давления или в потоке азота в условиях атмосферного давления, при этом воду тщательно удаляют. В корейском патенте № 10-1073721 раскрывается способ, в котором реакцию проводят в присутствии катализатора в условиях слабого вакуума/пониженного давления или в потоке азота в условиях атмосферного давления, при этом удаляют побочный продукт, воду. По существу, реактору периодического действия необходимо устройство для лёгкого удаления побочной воды в целях повышения реакционной способности. Периодический реакционный процесс требует времени для подачи сырья, отведения продукта, повышения температуры и т.д., что обусловливает наличие недостатка, заключающегося в проблеме выпуска меньшего объёма продукции, повышенной стоимости производства и большего количества рабочего персонала, по сравнению с непрерывным реакционным процессом.Chinese Patent Nos. CN 2012-10580909 and CN 2018-10088660 propose a method in which the reaction without a catalyst is carried out under a low vacuum/reduced pressure or in a stream of nitrogen under atmospheric pressure, while water is carefully removed. Korean Patent No. 10-1073721 discloses a process in which the reaction is carried out in the presence of a catalyst under a low vacuum/reduced pressure or under a stream of nitrogen under atmospheric pressure while removing a by-product, water. As such, a batch reactor needs a device to easily remove by-product water in order to increase reactivity. The batch reaction process takes time to feed the raw material, withdraw the product, raise the temperature, etc., which has the disadvantage of lower output, higher production cost, and more labor than the continuous reaction process.

Для решения проблемы, связанной с периодическими реакционными процессами, а также для увеличения объёма выпуска продукции и выхода процесса предложен непрерывный реакционный процесс. Фиг. 2 представляет собой схематичный вид реактора непрерывного действия с перемешиванием (CSTR). Как показано на фиг. 2, сырьё подают насосом (2) в реактор (6) при нагревании нагревательным устройством (4). Продукт, образующийся в реакторе (6), выпускают из нижней части реактора при одновременном охлаждении холодильником (7). В дополнение к этому, побочный продукт, вода, образующаяся по реакции этерификации, отгоняется наверх реактора и может удаляться при помощи конденсатора (8).To solve the problem associated with periodic reaction processes, as well as to increase the volume of production and process yield, a continuous reaction process has been proposed. Fig. 2 is a schematic view of a continuously stirred reactor (CSTR). As shown in FIG. 2, the feedstock is pumped (2) into the reactor (6) while being heated by the heating device (4). The product formed in the reactor (6) is discharged from the bottom of the reactor while being cooled by the condenser (7). In addition, a by-product, water formed by the esterification reaction, is distilled off to the top of the reactor and can be removed using a condenser (8).

Поскольку в реакторе CSTR затруднено осуществление взаимодействия реагентов в порядке их поступления, затруднительно достичь цели реакции при использовании только одного реакторного блока. Для компенсации этого, в некоторых патентах раскрыто осуществление непрерывных реакций во множестве соединённых между собой реакторных блоков. Для достижения целевого уровня реакции в китайском патенте № CN 2017-10598802 раскрыт способ, в котором реакции проводят в четырёх реакторных блоках котлового типа, соединённых последовательно, а в заявке на патент США № 13/924235 раскрыто, что непрерывные реакции проводят в двух блоках реакторов CSTR, соединённых друг с другом. По существу, в случае соединения друг с другом множественные блоки реакторов CSTR делают возможным проведение непрерывных реакций при более высокой химической активности, по сравнению с одиночными блоками реакторов CSTR.Since it is difficult to react the reactants in the order in which they are received in the CSTR reactor, it is difficult to achieve the goal of the reaction using only one reactor block. To compensate for this, some patents disclose the implementation of continuous reactions in a plurality of interconnected reactor blocks. To achieve the target level of reaction, Chinese Patent No. CN 2017-10598802 discloses a method in which reactions are carried out in four boiler-type reactor blocks connected in series, and US Patent Application No. 13/924235 discloses that continuous reactions are carried out in two reactor blocks. CSTR connected to each other. As such, when connected to each other, multiple CSTR stacks allow continuous reactions to be carried out at a higher reactivity than single CSTR stacks.

Однако в предложенных реакторах периодического действия и реакторах CSTR имеются потери реагентов и продуктов вместе с высвобождающейся водой при удалении побочной воды в форме паров.However, in the proposed batch reactors and CSTRs, there are losses of reactants and products along with the liberated water when side water is removed in the form of vapours.

Согласно заявке на патент США № 13/92435 воду удаляют в форме паров для гладкого протекания реакции. Однако, поскольку поток паров содержит воду, источник сырья и глицерин, имеет место даже уменьшение выхода. Таким образом, источник сырья и глицерин необходимо выделять из удаляемого потока паров.According to the application for US patent No. 13/92435 water is removed in the form of vapors for a smooth reaction. However, since the vapor stream contains water, the feedstock and glycerol, there is even a decrease in yield. Thus, the raw material source and the glycerol must be separated from the vapor stream to be removed.

Согласно корейскому патенту № 10-1073721, в результате взаимодействия 583,9 г мыла, выделяли 654,68 г глицерида, а суммарное количество продуктов дистилляции составляет 58,58 г примерно с 3,5 мл содержащихся в них низкомолекулярных жирных кислот. Это указывает на то, что жирные кислоты терялись в виде паров в количестве около 0,5 % масс. от упомянутого продукта, что составляет около 5,5 % масс. от общего количества продуктов дистилляции.According to Korean Patent No. 10-1073721, by reacting 583.9 g of soap, 654.68 g of glyceride was isolated, and the total amount of distillation products is 58.58 g with about 3.5 ml of low molecular weight fatty acids contained therein. This indicates that fatty acids were lost in the form of vapors in an amount of about 0.5% of the mass. from the mentioned product, which is about 5.5% of the mass. from the total amount of distillation products.

В отличие от реактора колонного типа, реактор с перемешиванием (реактор периодического действия, реактор CSTR) выполнен так, что в нём невозможно извлекать реагент и продукт, выделяющиеся в форме паров вместе с водой в ходе удаления побочного продукта - воды, с потерей в результате основных веществ в процессе реакции. Вследствие отсутствия возможности эффективного удаления воды без потери реагента и продукта, в реакторе содержится влага от источников сырья. В дополнение к этому, в реакторе с перемешиванием невозможно в полной мере проводить процесс по мере поступления реагентов, так что возможно, что источник сырья не принимает участия в реакции, но при этом высвобождается из реактора. В отличие от этого, реактор колонного типа делает возможным проведение процесса по мере поступления реагентов, так что даже одиночный реактор может гарантировать достаточную реакционную способность.In contrast to the column reactor, the stirred reactor (batch reactor, CSTR reactor) is designed in such a way that it is impossible to extract the reactant and product that are released in the form of vapors along with water during the removal of the by-product - water, with the loss as a result of the main substances during the reaction. Due to the inability to effectively remove water without loss of reactant and product, the reactor contains moisture from sources of raw materials. In addition, in a stirred reactor, it is not possible to fully process as reactants are received, so it is possible that a feedstock source does not take part in the reaction, but is released from the reactor. In contrast, the column reactor makes it possible to carry out the process as the reactants arrive, so that even a single reactor can guarantee sufficient reactivity.

[Документы уровня техники][Prior Art Documents]

Патентный документ 1 Patent document 1

Заявка на патент США 13/92435US Patent Application 13/92435

Патентный документ 2Patent Document 2

Корейский патент № 10-1073721Korean Patent No. 10-1073721

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В некоторых вариантах осуществления настоящего раскрытия предлагается способ непрерывного получения биомасла (глицерида) при взаимодействии жирной кислоты с глицерином без применения катализатора.In some embodiments, the implementation of the present disclosure provides a method for the continuous production of biooil (glyceride) by reacting a fatty acid with glycerol without the use of a catalyst.

В других вариантах осуществления настоящего раскрытия предлагается способ получения биомасла, в котором используют реактор колонного типа для того, чтобы эффективно удалять побочный продукт - воду, и сделать необязательной очистку сырьевого глицерина, за счёт чего можно использовать глицерин как источник сырья, безотносительно к содержанию в нём влаги, и повышать выход реакции при одновременно достигаемом в результате этого экономичном производстве биомасла.In other embodiments of the present disclosure, a process for producing biooil is provided that utilizes a column reactor to effectively remove the water by-product and make it unnecessary to purify the raw glycerin, whereby glycerol can be used as a source of raw materials, regardless of its content. moisture, and increase the yield of the reaction, while at the same time achieving economical production of bio-oil as a result.

Согласно настоящему раскрытию, в некоторых вариантах осуществления предлагается способ получения биомасла, включающий следующие стадии: осуществляют этерификацию источника сырья, содержащего глицерин и жирную кислоту, с получением биомасла и воды в реакторе колонного типа, имеющем множество установленных в нём тарелок, образующих множество отделений в вертикальном направлении внутри реактора, при этом каждая из множества тарелок имеет сформированное в ней отверстие, через которое сообщаются друг с другом соседние по вертикали отделения, причём отверстия в соседних тарелках сформированы в перекрёстном порядке, при этом источник сырья, содержащий глицерин и жирную кислоту, подают через соответственные входные каналы для материала, размещённые в центре реактора колонного типа, для проведения этерификации на каждой тарелке реакционной зоны; выводят образующееся биомасло через нижнюю часть реактора; и удаляют воду, образующуюся при этерификации, путём её испарения, перемещают образующиеся пары воды в дистилляционную зону, находящуюся в верхней части реактора, вместе с эффективными ингредиентами, включающими источник сырья и биомасло, которые превращаются в пар при испарении, разделяют пар на воду и эффективные ингредиенты, включающие источник сырья и биомасло, и позволяют эффективным ингредиентам проходить в реакционную зону, а отделённой воде удаляться в парообразном состоянии через верхнюю часть реактора, при этом биомасло характеризуется кислотным числом 30 мг KOH/г или ниже, и реакцию этерификации осуществляют при температуре от 170 до 350°C при атмосферном давлении без использования катализатора.According to the present disclosure, in some embodiments, a method for producing biooil is provided, comprising the following steps: esterification of a feedstock source containing glycerol and fatty acid is carried out to obtain biooil and water in a column-type reactor having a plurality of trays installed therein, forming a plurality of compartments in a vertical direction inside the reactor, wherein each of the plurality of trays has a hole formed in it, through which vertically adjacent compartments communicate with each other, and the holes in adjacent trays are formed in a cross order, while the raw material source containing glycerol and fatty acid is fed through respective material inlets located in the center of the column reactor for esterification on each plate of the reaction zone; remove the resulting bio-oil through the bottom of the reactor; and remove the water generated by esterification by evaporation, transfer the generated water vapor to the distillation zone located at the top of the reactor, together with the effective ingredients, including the raw material source and the bio-oil, which turn into steam when evaporated, separate the steam into water and effective ingredients including the raw material source and the bio-oil, and allow the effective ingredients to pass into the reaction zone, and the separated water to be removed in a vapor state through the top of the reactor, while the bio-oil has an acid value of 30 mg KOH/g or lower, and the esterification reaction is carried out at a temperature of 170 to 350°C at atmospheric pressure without the use of a catalyst.

Способ получения биомасла из жира и масла с высоким кислотным числом, соответствующий варианту осуществления настоящего раскрытия, разработан с возможностью производства биомасла (глицерида) в непрерывном режиме при взаимодействии жирной кислоты и глицерина без использования какого-либо катализатора в реакторе колонного типа, конструкция которого выполнена с возможностью эффективного удаления побочного продукта - воды, что делает необязательной очистку сырьевого глицерина, в результате чего можно использовать глицерин как источник сырья, безотносительно к содержанию влаги в нём, и повышать выход реакции при одновременно достигаемом в результате этого экономичном производстве биомасла.The process for producing biooil from fat and oil with a high acid number according to an embodiment of the present disclosure is designed to produce biooil (glyceride) continuously by reacting a fatty acid and glycerol without using any catalyst in a column reactor constructed with the ability to effectively remove the by-product - water, which makes it unnecessary to purify the raw glycerin, as a result of which it is possible to use glycerol as a source of raw materials, regardless of the moisture content in it, and increase the reaction yield while simultaneously achieving economical production of biooil as a result of this.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение реактора периодического действия, обычно используемого для производства биомасла.Fig. 1 is a schematic representation of a batch reactor commonly used for biooil production.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вид реактора непрерывного действия с перемешиванием (CSTR), обычно используемого для производства биомасла.Fig. 2 is a schematic view of a continuously stirred reactor (CSTR) typically used for biooil production.

Фиг. 3 представляет собой общее схематичное изображение реактора колонного типа, используемого для производства биомасла согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.Fig. 3 is a general schematic view of a column type reactor used for biooil production according to an embodiment of the present disclosure.

Фиг. 4 представляет собой схематичный вид деталей реактора колонного типа согласно варианту осуществления настоящего раскрытия.Fig. 4 is a schematic view of details of a column reactor according to an embodiment of the present disclosure.

Фиг. 5 представляет собой графическую зависимость кислотных чисел в соответствии с внутренними температурами и временем удерживания в реакторе согласно примеру настоящего раскрытия.Fig. 5 is a plot of acid numbers according to internal temperatures and retention times in a reactor according to an example of the present disclosure.

Подробное описаниеDetailed description

Варианты осуществления настоящего раскрытия проиллюстрированы для изложения технического объёма настоящего раскрытия. Объём формулы изобретения, соответствующей настоящему раскрытию, не ограничивается вариантами осуществления, описанными ниже, или подробными описаниями указанных вариантов осуществления.Embodiments of the present disclosure are illustrated to set forth the technical scope of the present disclosure. The scope of the claims corresponding to the present disclosure is not limited to the embodiments described below or the detailed descriptions of said embodiments.

Все технические или научные термины, употребляемые в настоящем документе, имеют значения, которые, как правило, понятны специалисту, обладающему обычными знаниями в данной области техники, к которой относится настоящее раскрытие, если не указано иного. Термины, употребляемые в настоящем документе, выбраны только для более четкого пояснения настоящего раскрытия и не предназначены для ограничения объёма формулы изобретения в соответствии с настоящим раскрытием.All technical or scientific terms used herein have the meanings generally understood by one of ordinary skill in the art to which this disclosure pertains, unless otherwise indicated. The terms used in this document are chosen only to more clearly explain the present disclosure and are not intended to limit the scope of the claims in accordance with the present disclosure.

Выражения «включают», «снабжённый чем-либо», «имеют» и им подобные, употребляемые в настоящем документе, следует воспринимать как неограничивающие термины, означающие возможность включения других вариантов осуществления, если иное не упомянуто в фразе или предложении, включающих данные выражения.The expressions "include", "provided with", "have" and the like used in this document should be taken as non-limiting terms, meaning the possibility of including other embodiments, unless otherwise mentioned in the phrase or sentence that includes these expressions.

Для понимания объёма настоящего раскрытия следует понимать, что термин «состоящий из» и его производные, употребляемые в настоящем документе, являются ограничивающими терминами, которые определяют присутствие указанных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или стадий, а также исключают наличие других неуказанных признаков, элементов, компонентов, групп, целых чисел и/или стадий.To understand the scope of this disclosure, it should be understood that the term "consisting of" and its derivatives, as used herein, are limiting terms that define the presence of the specified features, elements, components, groups, integers and / or stages, and also exclude the presence other unspecified features, elements, components, groups, integers and/or stages.

Выражение в форме единственного числа может включать в себя значения множественного числа, если не упомянуто иного, и то же самое применимо к выражению в форме единственного числа, изложенному в формуле изобретения.The singular expression may include plural values unless otherwise noted, and the same applies to the singular expression set forth in the claims.

Подразумевается, что употребляемый в настоящем документе термин «около» включает в себя приемлемый с точки зрения производственного процесса диапазон погрешностей для конкретной величины или небольшое числовое изменение конкретной величины в пределах масштаба технического объёма настоящего раскрытия. Например, термин «около» обозначает диапазон ±10% от заданной величины, ±5% от заданной величины в одном аспекте и ±2% от заданной величины в другом аспекте. Для области данного раскрытия указанный уровень приближения является обоснованным, если только конкретно не указана величина, требующая более узкого диапазона.As used herein, the term "about" is intended to include a manufacturing process acceptable range of error for a particular value, or a small numerical change in a particular value within the scope of the technical scope of this disclosure. For example, the term "about" means a range of ±10% of a given value, ±5% of a given value in one aspect, and ±2% of a given value in another aspect. For the scope of this disclosure, the specified level of approximation is reasonable unless a value is specifically indicated requiring a narrower range.

Ниже будет приведено подробное описание настоящего раскрытия в сочетании с сопроводительными чертежами.Below will be a detailed description of the present disclosure in conjunction with the accompanying drawings.

Фиг. 3 представляет собой общую схему конфигурации производственного устройства, используемого в способе получения биомасла согласно варианту осуществления настоящего раскрытия. Как показано на фиг. 3, устройство для осуществления реакции, используемое в настоящем раскрытии, представляет собой реактор колонного типа, имеющий множество установленных в нём тарелок, которые образуют множество отделений в вертикальном направлении внутри реактора. Множество тарелок имеют соответственные, сформированные в них отверстия, через которые сообщаются друг с другом соседние по вертикали тарелки. Отверстия в соседних тарелках расположены в перекрёстном порядке. Способ получения биомасла согласно настоящему раскрытию включает следующие стадии: осуществление этерификации источника сырья (10’) (далее в настоящем документе при необходимости называемого просто жирной кислотой), содержащего глицерин (10) и жирную кислоту, для получения биомасла (глицерида) и воды путём подачи источника сырья в реактор колонного типа по соответственным входным каналам для материала, размещённым в центре реактора колонного типа, для проведения этерификации на каждой тарелке реакционной зоны (13b), расположенной ниже входных каналов для материала; выведение полученного биомасла (глицерида) через нижнюю часть реактора; и удаление воды, образующейся при этерификации, путём её испарения, перемещение образующихся паров воды в дистилляционную зону, находящуюся в верхней части реактора, вместе с эффективными ингредиентами, включающими источник сырья и биомасло, которые превращаются в пар при испарении, разделение пара на воду и эффективные ингредиенты (источник сырья и биомасло), обеспечение возможности эффективным ингредиентам проходить в реакционную зону, а отделённой воде удаляться в парообразном состоянии через верхнюю часть реактора. Биомасло (глицерид) образуется в результате проведения этерификации при температуре от 170 до 350°C в течение 2 часов или дольше при атмосферном давлении без использования катализатора, и может иметь кислотное число 30 мг KOH/г или ниже.Fig. 3 is a general configuration diagram of a manufacturing device used in a biooil production method according to an embodiment of the present disclosure. As shown in FIG. 3, the reaction apparatus used in the present disclosure is a column type reactor having a plurality of trays installed therein, which form a plurality of compartments in the vertical direction within the reactor. The plurality of trays have corresponding holes formed therein through which vertically adjacent trays communicate with each other. Holes in adjacent plates are arranged in a cross order. The method for producing bio-oil according to the present disclosure includes the following steps: performing esterification of a raw material source (10') (hereinafter referred to as simply fatty acid if necessary) containing glycerol (10) and a fatty acid to obtain bio-oil (glyceride) and water by supplying source of raw material to the column reactor through respective material inlet channels located in the center of the column reactor to carry out esterification on each plate of the reaction zone (13b) located below the material inlet channels; removal of the resulting bio-oil (glyceride) through the lower part of the reactor; and removal of water generated by esterification by evaporation, transferring the resulting water vapor to the distillation zone located at the top of the reactor, together with effective ingredients, including a source of raw materials and bio-oil, which turn into steam during evaporation, separation of steam into water and effective ingredients (raw material source and bio-oil), allowing the effective ingredients to pass into the reaction zone and the separated water to be removed as a vapor through the top of the reactor. Bio-oil (glyceride) is formed by carrying out esterification at 170 to 350° C. for 2 hours or longer at atmospheric pressure without the use of a catalyst, and may have an acid number of 30 mg KOH/g or lower.

В настоящем раскрытии глицерин (10) включает в себя очищенный глицерин и сырой глицерин. Подробнее, глицерин может иметь концентрацию от 3 до 100% масс., в частности, от 5 до 99% масс., а конкретнее, может включать сырой глицерин с концентрацией в диапазоне от 5 до 85% масс. и очищенный глицерин с концентрацией в диапазоне от 99 до 100% масс. В дополнение к этому, сырой глицерин, образующийся в традиционных процессах получения жирных кислот или процессах получения дизельного биотоплива, можно с лёгкостью использовать без дополнительного концентрирования, и жидкое состояние может быть предпочтительным.In the present disclosure, glycerin (10) includes purified glycerin and crude glycerin. More specifically, glycerin may have a concentration of 3 to 100 wt. -%, in particular, from 5 to 99 wt. -%, and more specifically, may include crude glycerol with a concentration in the range of 5 to 85 wt. and purified glycerin with a concentration in the range from 99 to 100% of the mass. In addition, crude glycerol produced in traditional fatty acid or biodiesel processes can be easily used without additional concentration, and a liquid state may be preferred.

В некоторых конкретных вариантах осуществления источник сырья (10’), включающий жирную кислоту, может иметь содержание жирной кислоты в диапазоне от 15 до 100% масс., а предпочтительно от 20 до 97% масс.In some specific embodiments, the implementation of the source of raw material (10'), including fatty acid, may have a fatty acid content in the range from 15 to 100% wt., and preferably from 20 to 97% of the mass.

Конкретно, источник сырья, включающий жирную кислоту, содержит кислое масло, полученное при переработке мыла. Мыло представляет собой мыльное вещество, образующееся в результате протекания реакции свободной жирной кислоты с щелочью, добавляемой во время очистки растительного масла. Для получения кислого масла мыло обрабатывают серной кислотой.Specifically, the raw material source comprising the fatty acid contains an acidic oil derived from soap processing. Soap is a soapy substance resulting from the reaction of a free fatty acid with an alkali added during the refining of vegetable oil. Soap is treated with sulfuric acid to make sour oil.

Подразумевается, что источник сырья, включающий жирную кислоту, охватывает сырьё, содержащее жирные кислоты, среди множества продуктов или побочных продуктов (например, жирнокислотная смола), образующихся при переработке олеохимических продуктов. Термин «олеохимические продукты» относится к растительным и животным маслам и жирам или полученным из них химическим продуктам. Источник сырья, включающий жирную кислоту, может являться продуктом или побочным продуктом, образующимся в процессе получения олеохимических продуктов, и предпочтительно может находиться в диапазоне содержания жирных кислот от 15 до 100% масс.It is understood that the source of raw materials, including fatty acid, includes raw materials containing fatty acids, among the many products or by-products (for example, fatty acid resin) formed during the processing of oleochemical products. The term "oleochemical products" refers to vegetable and animal oils and fats or chemical products derived from them. The raw material source, including the fatty acid, may be a product or by-product formed during the production of oleochemical products, and preferably may be in the range of fatty acids content from 15 to 100 wt%.

В дополнение к этому, источник сырья, включающий жирную кислоту, дополнительно может содержать масло, имеющее в своём составе жирную кислоту в результате отжима масла и очистки растительных/животных масел и жиров (например, шлам (фуз) пальмового масла, жидкие отходы производства пальмового масла, дистиллят пальмовой жирной кислоты и т.д.), извлекаемое масло (например, отходы пищевого масла, тёмный жир и т.д.) и предпочтительно может быть растительным и животным маслом и жиром с содержанием жирной кислоты от 15 до 100% масс.In addition to this, the raw material source, including fatty acid, may additionally contain oil, which has fatty acid in its composition as a result of oil extraction and refining of vegetable/animal oils and fats (for example, palm oil sludge, palm oil production liquid waste , palm fatty acid distillate, etc.), the oil to be recovered (for example, edible oil waste, dark fat, etc.) and preferably can be vegetable and animal oil and fat with a fatty acid content of 15 to 100 wt%.

Перед поступлением в реактор источник сырья, включающий жирную кислоту, может быть нагрет с использованием нагревателя (12). В этой связи, температура нагревателя (12) может составлять от 100 до 250°C, а предпочтительно от 150 до 250°C. Жирная кислота может иметь кислотное число больше 30 мг KOH/г (высокое кислотное число), и её можно использовать предпочтительно в жидком состоянии. После подачи нагретый источник сырья может равномерно поддерживать температуру внутри реактора. Жирную кислоту можно нагревать до подачи, поскольку её входящее количество больше чем количество глицерина.Before entering the reactor, the feedstock containing the fatty acid may be heated using the heater (12). In this regard, the temperature of the heater (12) may be from 100 to 250°C, and preferably from 150 to 250°C. The fatty acid may have an acid value greater than 30 mg KOH/g (high acid value) and may preferably be used in a liquid state. Once supplied, the heated feedstock can evenly maintain the temperature inside the reactor. The fatty acid can be heated prior to serving since its input is greater than the amount of glycerol.

Коэффициент смешения (мольное соотношение) источника сырья, включающего жирную кислоту, к глицерину относится к мольному соотношению жирной кислоты, содержащейся в источнике сырья, к глицерину и может находиться в диапазоне от 3:0,5 до 3:2, а предпочтительно от 3:0,75 до 3:1. При количестве глицерина меньше нижнего предела диапазона коэффициента смешения (мольного соотношения) желаемое кислотное число не может быть достигнуто. Когда количество глицерина превышает верхний предел диапазона коэффициента смешения (мольного соотношения), в конечном продукте остаётся непрореагировавший избыточный глицерин. Конкретно, в случае подачи избытка глицерина полученное биомасло (глицерид) и глицерин разделяются на разные слои, что делает необходимым осуществление дополнительного процесса отделения глицерина.The mixing ratio (molar ratio) of the raw material source comprising the fatty acid to glycerol refers to the molar ratio of the fatty acid contained in the raw material source to glycerol, and may range from 3:0.5 to 3:2, and preferably from 3: 0.75 to 3:1. When the amount of glycerol is less than the lower limit of the range of the mixing ratio (molar ratio), the desired acid number cannot be achieved. When the amount of glycerol exceeds the upper limit of the range of mixing ratio (molar ratio), unreacted excess glycerol remains in the final product. Specifically, in the case of supplying an excess of glycerol, the obtained bio-oil (glyceride) and glycerol are separated into different layers, which makes it necessary to carry out an additional glycerol separation process.

Способом получения биомасла согласно настоящему раскрытию, масло и жир с высоким кислотным числом можно использовать для получения биомасла с низким кислотным числом. Употребляемый в настоящем документе термин «масло и жир с высоким кислотным числом» относится к маслу и жиру, характеризующимся кислотным числом больше 30 мг KOH/г, больше 40 мг KOH/г, больше 50 мг KOH/г, больше 60 мг KOH/г, больше 70 мг KOH/г, больше 80 мг KOH/г, больше 90 мг KOH/г, больше 100 мг KOH/г, больше 110 мг KOH/г, больше 120 мг KOH/г или больше 130 мг KOH/г, или, конкретно, маслу и жиру, характеризующимся кислотным числом больше 150 мг KOH/г, или 180 мг KOH/г.By the process for producing biooil according to the present disclosure, a high acid value oil and fat can be used to produce a low acid value biooil. As used herein, the term “high acid value oil and fat” refers to an oil and fat with an acid value greater than 30 mg KOH/g, greater than 40 mg KOH/g, greater than 50 mg KOH/g, greater than 60 mg KOH/g , more than 70 mg KOH/g, more than 80 mg KOH/g, more than 90 mg KOH/g, more than 100 mg KOH/g, more than 110 mg KOH/g, more than 120 mg KOH/g or more than 130 mg KOH/g, or, specifically, oil and fat having an acid value greater than 150 mg KOH/g, or 180 mg KOH/g.

Согласно приведённому в качестве примера варианту осуществления настоящего раскрытия, в способе получения биомасла настоящего раскрытия использовали кислое пальмовое масло (РАО) с кислотным числом 139 мг KOH/г или дистиллят пальмовой жирной кислоты (ДПЖК) с кислотным числом 189 мг KOH/г для производства биомасла с кислотным числом всего лишь 22 мг KOH/г или 26,2 мг KOH/г в соответствии с временем удерживания в реакторе.According to an exemplary embodiment of the present disclosure, the biooil production process of the present disclosure used acid palm oil (PAO) with an acid value of 139 mg KOH/g or palm fatty acid distillate (DPFA) with an acid value of 189 mg KOH/g to produce bio oil. with an acid number of only 22 mg KOH/g or 26.2 mg KOH/g according to the retention time in the reactor.

Далее в настоящем документе будут подробно пояснены условия реакции (образования) получения биомасла (глицерида). До непрерывного проведения реакции в реакторе колонного типа были описаны условия реакции для периодического режима, что является эффективным в целях оптимизации условий реакции. Конкретно, поскольку этерификацию, согласно настоящему раскрытию, проводят в высокотемпературном диапазоне, могут достигаться высокая скорость реакции и высокая степень превращения жирной кислоты. Этерификацию проводят при температуре от 170 до 350°C, а предпочтительно от 200 до 250°C и атмосферном давлении. Даже без использования вакуума достигаются высокая скорость реакции и высокая степень превращения. При температуре, находящейся за границами верхнего и нижнего пределов диапазона температур реакции, снижаются скорость реакции и эффективность превращения жирной кислоты или нелегко удалять воду, образующуюся по реакции этерификации между жирной кислотой и глицерином, что может вызывать обратную реакцию.Hereinafter, reaction conditions (formation) for producing bio-oil (glyceride) will be explained in detail. Prior to carrying out the reaction continuously in the column reactor, batch reaction conditions have been described, which is effective for optimizing the reaction conditions. Specifically, since the esterification according to the present disclosure is carried out in a high temperature range, a high reaction rate and a high fatty acid conversion can be achieved. The esterification is carried out at a temperature of from 170 to 350°C, and preferably from 200 to 250°C and atmospheric pressure. Even without the use of vacuum, a high reaction rate and a high degree of conversion are achieved. At a temperature outside the upper and lower limits of the reaction temperature range, the reaction rate and the conversion efficiency of the fatty acid are reduced, or the water generated by the esterification reaction between the fatty acid and glycerol is not easily removed, which may cause a reverse reaction.

Настоящее раскрытие воплощают предпочтительно без какого-либо катализатора. В присутствии катализатора реакционная способность может дополнительно повышаться. Однако, даже если не использовать катализаторы, можно удалять побочную воду в достаточной степени эффективно для повышения реакционной способности. В случае каталитической реакции катализатор трудно использовать повторно, и он является дорогостоящим, за счёт чего повышается стоимость производства. Кроме того, дополнительно требуется процесс удаления катализатора (например, процесс фильтрования). Иначе говоря, отсутствие катализатора приводит к отсутствию процессов удаления катализатора, понижая таким образом стоимость производства и обеспечивая экономичное получение биомасла. В дополнение к этому, реакцию осуществляют в течение 2 часов или дольше, либо 2 часов 15 минут или дольше, и считается, что она завершается в пределах около 6 часов. С учётом вышесказанного, время реакции, согласно настоящему раскрытию, может составлять от 2 до 6 часов.The present disclosure is preferably carried out without any catalyst. In the presence of a catalyst, the reactivity can further increase. However, even if catalysts are not used, by-product water can be removed efficiently enough to increase reactivity. In the case of a catalytic reaction, the catalyst is difficult to recycle and expensive, thereby increasing the production cost. In addition, a catalyst removal process (eg, a filtration process) is additionally required. In other words, the absence of a catalyst results in the absence of catalyst removal processes, thus lowering the cost of production and enabling the economical production of biooil. In addition, the reaction is carried out for 2 hours or longer, or 2 hours 15 minutes or longer, and is considered to be completed within about 6 hours. In view of the foregoing, the reaction time, according to the present disclosure, can be from 2 to 6 hours.

Степень превращения традиционно повышают путём создания условий вакуума/пониженного давления или пропускания потока азота с целью облегчения удаления воды, побочного продукта этерификации жирной кислоты. Воплощение процесса в таких условиях требует установки оборудования для работы в вакууме/при пониженном давлении или для впрыскивания азота. Однако, поскольку в настоящем раскрытии реакцию проводят при довольно высокой температуре от 170 до 350°C, а предпочтительно, от 200 до 250°C, и атмосферном давлении, вода, образующаяся по реакции, непрерывно удаляется из реакционной системы без применения дополнительного оборудования. Следовательно, этерификация, в соответствии с настоящим описанием, демонстрирует превосходную скорость реакции превращения, близкую к идеальной реакции за пределами равновесия реакции, даже без использования дополнительного оборудования. Conversion is traditionally increased by applying vacuum/reduced pressure conditions or by passing a stream of nitrogen to facilitate the removal of water, a by-product of fatty acid esterification. The implementation of the process in such conditions requires the installation of equipment for operation in vacuum / under reduced pressure or for injection of nitrogen. However, since in the present disclosure the reaction is carried out at a rather high temperature of 170 to 350°C, and preferably 200 to 250°C, and atmospheric pressure, the water generated by the reaction is continuously removed from the reaction system without the use of additional equipment. Therefore, the esterification according to the present disclosure exhibits an excellent near-ideal conversion reaction rate beyond reaction equilibrium, even without the use of additional equipment.

Биомасло (18), полученное в настоящем описании, включает в себя моно-, ди-, триглицерид или их смесь. Кислотное число биомасла (глицерида), хотя и отличается в соответствии с целевым назначением продукта, может составлять 30 мг KOH/г или меньше, а предпочтительно 25 мг KOH/г или меньше.The bio-oil (18) obtained in the present description includes mono-, di-, triglyceride, or a mixture thereof. The acid value of the bio-oil (glyceride), although different according to the intended use of the product, may be 30 mg KOH/g or less, and preferably 25 mg KOH/g or less.

Фиг. 4 представляет собой схематичный вид деталей реактора колонного типа для получения биомасла согласно настоящему раскрытию. Как показано на фиг. 4, реактор этерификации, используемый в настоящем раскрытии, представляет собой реактор колонного типа, который работает в условиях атмосферного давления. В реакторе колонного типа установлено множество тарелок (14a), которые образуют множество отделений в вертикальном направлении, при этом каждая из множества тарелок имеет сформированное в ней отверстие, через которое сообщаются друг с другом соседние по вертикали отделения, причём отверстия в соседних тарелках сформированы в перекрёстном порядке для того, чтобы позволять реагентам последовательно проходить через всё множество отделений.Fig. 4 is a schematic view of details of a biooil column reactor according to the present disclosure. As shown in FIG. 4, the esterification reactor used in the present disclosure is a column type reactor that operates at atmospheric pressure. A plurality of trays (14a) are installed in the column reactor, which form a plurality of compartments in the vertical direction, each of the plurality of trays having an opening formed therein, through which vertically adjacent compartments communicate with each other, and the openings in adjacent trays are formed in a crosswise pattern. in order to allow the reagents to pass sequentially through the entire plurality of compartments.

Пространства, находящиеся внутри реактора колонного типа выше и ниже места впрыскивания источника сырья, соответственно называются верхней частью (13a) и нижней частью (13b), и верхняя часть ответственна за дистилляционную зону, а нижняя часть за реакционную зону. Реакционная зона представляет собой пространство полностью жидкостного типа, целиком заполненное жидкофазным источником сырья и продуктом - биомаслом. В такой реактор колонного типа глицерин и жирная кислота подают через соответственные входные каналы, расположенные в средней области реактора, и стекают в нижнюю часть для последовательного прохождения через различные тарелки (14a) в реакционной зоне (13b), при этом непрерывно подвергаясь этерификации, в результате чего может предотвращаться быстрое прохождение реагентов, и реакция может осуществляться в порядке поступления реагентов для достижения достаточного времени реакции.The spaces inside the column reactor above and below the injection site of the feed source are respectively called the upper part (13a) and the lower part (13b), and the upper part is responsible for the distillation zone and the lower part for the reaction zone. The reaction zone is a space of a completely liquid type, completely filled with a liquid-phase source of raw materials and a bio-oil product. In such a column-type reactor, glycerol and fatty acid are fed through respective inlets located in the middle region of the reactor and flow down to the bottom to sequentially pass through various trays (14a) in the reaction zone (13b), while being continuously esterified, as a result whereby the rapid passage of the reactants can be prevented, and the reaction can be carried out in the order in which the reactants arrive to achieve a sufficient reaction time.

На каждой тарелке реакционной зоны осуществляется этерификация глицерина жирной кислотой с образованием биомасла (глицерида) и воды. Вода (17), образующаяся как побочный продукт, испаряется при высокой температуре реакции и перемещается в парообразном состоянии по паровому каналу (14b), сформированному на каждой тарелке, такому как отверстие, клапан или барботажный колпачок, в дистилляционную зону (13b) в верхней части реактора колонного типа. Поскольку вода испаряется и перемещается в направлении дистилляционной зоны, которой является верхняя часть реактора, эффективные ингредиенты, включающие источник сырья и биомасло, поднимаются вместе с ней восходящим потоком. Таким образом, вода, подлежащая удалению, и эффективные ингредиенты (источник сырья и биомасло), подлежащие удержанию, сосуществуют в парах, перемещающихся в направлении верхней части реактора.On each plate of the reaction zone, glycerol is esterified with a fatty acid to form bio-oil (glyceride) and water. The water (17) formed as a by-product evaporates at the high reaction temperature and travels in the vapor state through the steam channel (14b) formed on each tray, such as an orifice, valve or bubble cap, to the distillation zone (13b) at the top. column reactor. As the water evaporates and moves towards the distillation zone, which is the top of the reactor, the effective ingredients, including the raw material source and the bio-oil, rise with it in the upward flow. Thus, the water to be removed and the effective ingredients (feedstock source and bio-oil) to be retained coexist in vapor moving towards the top of the reactor.

Дистилляционная зона в верхней части реактора имеет ту же конструкцию, что и дистилляционная колонна, состоящая из тарелок, используемых для общих химических процессов. По мере осуществления контакта газ-жидкость на каждой тарелке в дистилляционной зоне, пары, уходящие из реакционной зоны, разделяются на источник сырья и биомасло, находящиеся в жидкой фазе вследствие их высокой температуры кипения, и воду в газовой фазе вследствие её низкой температуры кипения. Отделённый источник сырья и биомасло протекают нисходящим потоком по тарелкам в реакционную зону в нижней части реактора, тогда как вода высвобождается в форме паров сверху реактора. В связи с этим, вода, высвобождающаяся в форме паров сверху реактора, охлаждается в конденсаторе. Некоторое количество воды частично возвращают обратно в реактор в виде орошения, а остальное удаляют. Воду и следовое количество эффективных ингредиентов, охлаждённых в конденсаторе, подвергают дефлегмации для повышения эффективности разделения воды и эффективных ингредиентов (источник сырья и биомасло) в дистилляционной зоне.The distillation zone at the top of the reactor is of the same design as the tray distillation column used for general chemical processes. As gas-liquid contact occurs on each plate in the distillation zone, the vapors leaving the reaction zone are separated into feedstock and bio-oil, which are in the liquid phase due to their high boiling point, and water in the gas phase, due to its low boiling point. The separated feedstock and bio-oil flow down the trays into the reaction zone at the bottom of the reactor, while water is released as vapor from the top of the reactor. In this regard, the water released in the form of vapors from the top of the reactor is cooled in the condenser. Some of the water is partly returned back to the reactor as a reflux and the rest is removed. The water and trace amounts of effective ingredients cooled in the condenser are subjected to reflux to improve the separation efficiency of water and effective ingredients (raw material source and bio-oil) in the distillation zone.

В условиях реакции этерификации вода, образующаяся по реакции, удаляется в форме паров, и только полученное биомасло стекает по тарелкам колонны в нижнюю часть реактора. Таким образом, на тарелках в нижней части (13b) реактора колонного типа почти не существует никакой воды, что обеспечивает возможность завершения реакции без протекания какой-либо обратной реакции. Эффективные ингредиенты, которые могут теряться в виде паров, образующихся в ходе реакции, возвращаются из дистилляционной зоны в реакционную зону реактора, за счёт чего может сводиться к минимуму потеря эффективного ингредиента.Under the conditions of the esterification reaction, the water formed by the reaction is removed in the form of vapors, and only the resulting bio-oil flows down the trays of the column to the bottom of the reactor. Thus, almost no water exists on the trays in the bottom part (13b) of the column reactor, which makes it possible to complete the reaction without any reverse reaction occurring. Effective ingredients that may be lost as reaction vapors are returned from the distillation zone to the reaction zone of the reactor, whereby the loss of effective ingredient can be minimized.

Внутри реактора колонного типа установлено множество тарелок, причём каждая тарелка (14a) заключает в себе множество паровых каналов (14b). В соответствии с типами тарелки, для паровых каналов можно использовать различные формы, такие как барботажные колпачки, сита, клапаны и т.д.A plurality of trays are installed inside the column reactor, each tray (14a) enclosing a plurality of steam channels (14b). According to the tray types, different shapes can be used for the steam channels such as bubbling caps, sieves, valves, etc.

В настоящем раскрытии биомасло, полученное в результате реакции этерификации между глицерином (10) и жирной кислотой (10'), выводится из нижней части реактора (15a) вместе с непрореагировавшими исходными веществами, глицерином (10) и жирной кислотой (10’). Конкретно, продукт - биомасло (глицерид, 18) и непрореагировавшие вещества, глицерин и жирную кислоту, перед извлечением охлаждают в холодильнике (16). В дополнение к этому, каждая тарелка действует как препятствие, мешающее быстрому проходу непрореагировавшего глицерина (10) и жирной кислоты (10’), и позволяет источнику сырья проходить в порядке поступления, что в результате гарантирует достижение достаточного времени удерживания и повышение степени превращения. Указанные преимущества могут приводить к установлению оптимальных условий для получения биомасла с низким кислотным числом.In the present disclosure, the bio-oil resulting from the esterification reaction between glycerol (10) and fatty acid (10') is removed from the bottom of the reactor (15a) along with unreacted starting materials, glycerol (10) and fatty acid (10'). Specifically, the product - bio-oil (glyceride, 18) and unreacted substances, glycerol and fatty acid, are cooled in a refrigerator (16) before extraction. In addition, each plate acts as an obstacle to the rapid passage of unreacted glycerol (10) and fatty acid (10') and allows the feedstock to pass in order, thereby ensuring that sufficient retention times are achieved and conversions are increased. These advantages can lead to the establishment of optimal conditions for obtaining bio-oil with a low acid number.

Скорость потока в реакционной зоне устанавливается для достижения времени удерживания от 2 до 6 часов, необходимых для протекания реакции.The flow rate in the reaction zone is set to achieve a retention time of 2 to 6 hours required for the reaction to proceed.

Использование такого реактора колонного типа позволяет производить биомасло (глицерид), характеризующееся требуемым низким кислотным числом, даже в случае одностадийной этерификации между жирной кислотой и глицерином.The use of such a column-type reactor makes it possible to produce a bio-oil (glyceride) having the desired low acid number, even in the case of a one-step esterification between fatty acid and glycerol.

Кроме того, можно сводить к минимуму количество источника сырья, включающего жирную кислоту и глицерин, а также готового биомасла (глицерид), которые выходят из реактора в форме паров вместе с водой и таким образом теряются. Можно эффективно удалять только воду. Поскольку реактор выполнен с возможностью эффективного удаления только воды, в нём можно использовать источник сырья без ограничений, безотносительно к содержанию в нём воды. Полученное таким образом биомасло (глицерид) можно использовать как тяжёлое биомасло и в качестве альтернативы бункерному маслу C, такому как судовое топливное масло, промышленное масло и т.д.In addition, it is possible to minimize the amount of raw material source, including fatty acid and glycerol, as well as finished bio-oil (glyceride), which leave the reactor in the form of vapors along with water and are thus lost. Only water can be effectively removed. Because the reactor is designed to effectively remove only water, it can use the source of raw materials without limitation, regardless of its water content. The bio oil (glyceride) obtained in this way can be used as a heavy bio oil and as an alternative to C bunker oil such as marine fuel oil, industrial oil, etc.

В приведённом в качестве примера варианте осуществления настоящего раскрытия, в колонном реакторе непрерывного действия настоящего описания, как было обнаружено, снижается доля потерь глицерида и жирной кислоты и получается биомасло с пониженными кислотными числами даже в том случае, что реакция проводится при более низких температурах, по сравнению с традиционными реакторами CSTR (пример 15).In an exemplary embodiment of the present disclosure, the continuous column reactor of the present disclosure has been found to reduce the proportion of glyceride and fatty acid loss and produce a bio-oil with reduced acid numbers, even if the reaction is carried out at lower temperatures, compared to traditional CSTR reactors (example 15).

Далее в настоящем документе может достигаться лучшее понимание настоящего раскрытия при помощи следующих ниже примеров и сравнительных примеров, которые изложены с целью пояснения, но не должны истолковываться для ограничения настоящего раскрытия.Further herein, a better understanding of the present disclosure may be achieved by the following examples and comparative examples, which are set forth for the purpose of explanation, but should not be construed to limit the present disclosure.

Методы анализаAnalysis Methods

(1) Кислотные числа (мг KOH/г) определяли методом титрования с индикатором в соответствии со стандартом KSM ISO 6618.(1) Acid numbers (mg KOH/g) were determined by the indicator titration method according to KSM ISO 6618.

(2) Анализ влажности проводили с использованием метода Карла Фишера.(2) Moisture analysis was performed using the Karl Fischer method.

(3) Концентрацию глицерина в воде, образовавшейся в ходе реакции, определяли методом в соответствии со стандартом KSM 2708-6.7.(3) The concentration of glycerol in the water formed during the reaction was determined by the method in accordance with the KSM standard 2708-6.7.

(4) Содержание глицерина и масла анализировали количественно с использованием калибровочных кривых, построенных по внутренним стандартам в соответствии с KSM 2412, при внесении в них изменения. Внутренние стандарты включат бутантриол для глицерина и трикаприн для моно-, ди- и триглицерида. С использованием внутренних стандартов определяли содержание глицерина, моноглицерида (олеина, пальмитина), диглицерида и триглицерида (содержание масла = сумма моно-, ди-, триглицерида).(4) The content of glycerol and oil were analyzed quantitatively using internal standard calibration curves in accordance with KSM 2412 when they were modified. Internal standards will include butanetriol for glycerol and tricaprin for mono-, di-, and triglyceride. Using internal standards, the content of glycerol, monoglyceride (olein, palmitin), diglyceride and triglyceride (oil content = sum of mono-, di-, triglyceride) was determined.

(5) Жирную кислоту анализировали методом газовой хроматографии ГХ (Внутренний стандарт: кислота C17).(5) Fatty acid was analyzed by GC gas chromatography (Internal standard: C17 acid).

РеагентыReagents

Источник сырья, содержащий жирную кислотуRaw material source containing fatty acid

(1) Шлам пальмового масла или жидкие отходы производства пальмового масла (POME), также известные как кислое пальмовое масло (РАО), которое представляет собой пальмовое масло, извлечённое посредством отделения слоя воды, образующегося при отжиме масла из плодов пальмы.(1) Palm oil sludge or palm oil waste liquid (POME), also known as acid palm oil (PAO), which is palm oil extracted by separating the water layer formed by pressing oil from palm fruit.

(2) Дистиллят пальмовой жирной кислоты (ДПЖК), который является побочным продуктом, образующимся в процессе производства пальмового масла.(2) Palm fatty acid distillate (PFA), which is a by-product from the palm oil production process.

Очищенный глицерин: х. ч. глицерин с чистотой 99% или выше.Purified glycerin: x. h. glycerin with a purity of 99% or higher.

Сырой глицерин: глицерин низкой степени чистоты, образующийся в олеохимических процессах (процессах получения дизельного биотоплива, жирных кислот).Crude Glycerin: Low purity glycerin from oleochemical processes (biodiesel processes, fatty acids).

[испытательные примеры 1-4] Получение биомасла в соответствии с температурой реакции (периодический режим).[Test Examples 1-4] Production of bio-oil according to reaction temperature (batch mode).

В эксперименте с целью установления рабочих условий для реакции периодического типа в качестве источников сырья использовали жирную кислоту (РАО) и глицерин (очищенный или сырой глицерин). Вместе с кислотными числами жирной кислоты (РАО), в таблице 1 ниже приведено содержание масла (глицерида), влаги и жирной кислоты. Использовали различные глицерины с чистотой в диапазоне от 9 до 99% масс. Применяли очищенный глицерин в испытательном примере 1 и сырой глицерин в испытательных примерах 2-4. Концентрации глицерина, использованного в реакции, приведены ниже в таблице 1.Fatty acid (PAO) and glycerol (purified or crude glycerol) were used as raw materials in an experiment to establish operating conditions for a batch type reaction. Together with the fatty acid acid numbers (PAO), Table 1 below shows the content of oil (glyceride), moisture and fatty acid. Used various glycerols with a purity in the range from 9 to 99% of the mass. Purified glycerol was used in Test Example 1 and crude glycerol in Test Examples 2-4. The concentrations of glycerol used in the reaction are shown in Table 1 below.

Вместе с 200 г сырья (РАО), содержащего жирную кислоту, в реактор подавали глицерин в количестве, соответствующем мольному соотношению жирная кислота : глицерин, равному 3:2. Температуру реактора повышали до 170-250°C. Время реакции отсчитывали от момента достижения температуры реакции. Побочный продукт, воду (в парообразном состоянии) охлаждали в верхней части реактора и непрерывно удаляли. Кислотные числа биомасла (глицерида), полученного в конечном итоге при заданных температурах реакции, приведены ниже в таблице 1.Together with 200 g of raw material (RAO) containing fatty acid, glycerol was fed into the reactor in an amount corresponding to the molar ratio of fatty acid : glycerol, equal to 3:2. The reactor temperature was raised to 170-250°C. The reaction time was counted from the moment the reaction temperature was reached. The by-product, water (in the vapor state) was cooled at the top of the reactor and continuously removed. The acid numbers of the bio-oil (glyceride) ultimately obtained at the given reaction temperatures are shown in Table 1 below.

Таблица 1Table 1

Tемп.
[°C]
Temp.
[°C]
Содержание глицерина в исходном сыром глицеринеContent of glycerin in the original raw glycerin Время реакцииReaction time Конечное
кислотное число
[мг KOH/г]
final
acid number
[mg KOH/g]
РАОRAO -- -- -- 154,7154.7 Испытательный
пример 1
Test
example 1
250250 99% или больше99% or more 2 ч2 h 1,711.71
Испытательный
пример 2
Test
example 2
250250 35%35% 2 ч2 h 5,265.26
Испытательный
пример 3
Test
example 3
200200 9%9% 2 ч2 h 30,030.0
Испытательный
пример 4
Test
example 4
170170 35%35% 2 ч2 h 73,473.4

Как показано в таблице 1, в испытательных примерах 1-4 кислотное число уменьшалось, поскольку жирная кислота превращалась в глицериды при температурах от 170 до 250°C. Конкретно, в испытательных примерах 1-3, температура реакции 200 - 250°C повышала реакционную способность, что в результате приводило к достижению кислотных чисел 30 мг KOH/г или меньше по окончании реакции. В отличие от этого, конечное кислотное число испытательного примера 4 не удовлетворяло требованию настоящего раскрытия.As shown in Table 1, in Test Examples 1-4, the acid number decreased as the fatty acid was converted to glycerides at temperatures of 170 to 250°C. Specifically, in Test Examples 1 to 3, a reaction temperature of 200 to 250° C. increased the reactivity, resulting in acid numbers of 30 mg KOH/g or less at the end of the reaction. In contrast, the final acid value of Test Example 4 did not satisfy the requirement of the present disclosure.

[испытательные примеры 5-9] Получение биомасла в соответствии со временем реакции (периодический режим).[Test Examples 5-9] Production of bio-oil according to reaction time (batch mode).

В качестве источников сырья использовали жирную кислоту (РАО) и сырой глицерин с чистотой 8,8% масс. Кислотные числа жирной кислоты (РАО) и содержание масла (глицерида), влаги и жирной кислоты приведены ниже в таблице 2.Fatty acid (PAO) and crude glycerol with a purity of 8.8 wt % were used as raw material sources. Fatty acid acid numbers (PAO) and oil (glyceride), moisture and fatty acid content are shown in Table 2 below.

Вместе с 200 г жирнокислотного сырья (РАО) в реактор подавали сырой глицерин (9% масс.) в количестве, соответствующем мольному соотношению жирная кислота : глицерин, равному 3:2. Температуру реактора повышали до 200°C. По достижении температуры реакции отбирали пробы и анализировали по времени. Побочный продукт, воду (в парообразном состоянии) охлаждали в верхней части реактора и непрерывно удаляли. Кислотные числа биомасла (глицерида), полученного в конечном итоге при заданном времени реакции, приведены ниже в таблице 2 вместе с содержаниями продуктов.Together with 200 g of fatty acid raw materials (RAO) crude glycerol (9% wt.) was fed into the reactor in an amount corresponding to the molar ratio of fatty acid : glycerol, equal to 3:2. The reactor temperature was raised to 200°C. Upon reaching the reaction temperature, samples were taken and analyzed over time. The by-product, water (in the vapor state) was cooled at the top of the reactor and continuously removed. The acid numbers of the bio-oil (glyceride) ultimately obtained at a given reaction time are shown in Table 2 below, along with the product contents.

Таблица 2table 2

Время реакцииReaction time Конечное кислотное число
[мг KOH/г]
Final acid number
[mg KOH/g]
Глицерин
[масс. %]
Glycerol
[mass. %]
Масло
[масс. %]
Oil
[mass. %]
Вода
[масс. %]
Water
[mass. %]
ИЖК
[масс. %]
HML
[mass. %]
РАОRAO -- 154,7154.7 00 23,0223.02 1,4021.402 75,0375.03 Испытательный
пример 5
Test
example 5
0 ч0 h 141,2141.2 1,41.4 35,4635.46 -- 68,4668.46
Испытательный
пример 6
Test
example 6
1 ч1 hour 86,586.5 3,343.34 56,556.5 0,5670.567 41,9541.95
Испытательный
пример 7
Test
example 7
1 ч 45 мин1 h 45 min 47,647.6 4,614.61 71,4871.48 0,4440.444 23,0823.08
Испытательный
пример 8
Test
example 8
2ч 15 мин2h 15 min 30,030.0 5,155.15 79,7679.76 0,450.45 14,5314.53
Испытательный
пример 9
Test
example 9
2 ч 30 мин2 h 30 min 21,821.8 5,315.31 84,1384.13 0,280.28 10,5910.59

Как показано в таблице 2, при температуре реакции 200°C в испытательных примерах 5-7 кислотное число быстро уменьшалось по истечении времени реакции вплоть до 1 часов 45 минут, но не смогло достичь 30 мг KOH/г. В отличие от этого, в испытательном примере 8 кислотное число достигало 30 мг KOH/г по истечении времени реакции, равного 2 часам 15 минутам, и снижалось далее до 21,8 мг KOH/г по истечении 2 часов 30 мнут в испытательном примере 9. Таким образом, обнаружено, что требуется время реакции, равное двум часам или больше.As shown in Table 2, at a reaction temperature of 200° C., in Test Examples 5 to 7, the acid number rapidly decreased after a reaction time of up to 1 hour 45 minutes, but could not reach 30 mg KOH/g. In contrast, in Test Example 8, the acid number reached 30 mg KOH/g after a reaction time of 2 hours and 15 minutes, and decreased further to 21.8 mg KOH/g after 2 hours and 30 minutes in Test Example 9. Thus, it has been found that a reaction time of two hours or more is required.

[испытательные примеры 10-14] Получение биомасла в соответствии с коэффициентом смешения (мольное соотношение) жирной кислоты и глицерина (периодический режим)[Test Examples 10-14] Production of Bio-Oil According to Mixing Ratio (Molar Ratio) of Fatty Acid and Glycerin (Batch Mode)

В качестве источников сырья использовали жирную кислоту (РАО) и сырой глицерин с чистотой 35% масс. Ниже в таблице 3 представлены кислотные числа жирной кислоты (РАО) и содержание масла (глицерида), влаги и жирной кислоты. Вместе с 200 г РАО, в реактор подавали сырой глицерин. В связи с этим, количество компонента сырья реакции, сырого глицерина определяли в соответствии с мольными соотношениями, приведёнными ниже в таблице 3.Fatty acid (PAO) and crude glycerol with a purity of 35 wt % were used as raw material sources. Table 3 below shows fatty acid acid numbers (PAO) and oil (glyceride), moisture and fatty acid content. Together with 200 g of radioactive waste, crude glycerol was fed into the reactor. In this regard, the amount of the reaction raw material component, crude glycerol, was determined in accordance with the molar ratios given in Table 3 below.

Температуру реакции устанавливали равной 250°C, но 200°C для испытательного примера 11. Время реакции отсчитывали после нагрева реактора до заданных температур реакции.The reaction temperature was set to 250°C, but 200°C for Test Example 11. The reaction time was counted after the reactor was heated to the desired reaction temperatures.

Таблица 3Table 3

Мольное соотно-шение
ИЖК: глицерин
Molar ratio
IFA: glycerin
Темп.
[°C]
Pace.
[°C]
Время реакции
[ч]
Reaction time
[h]
Конечное
кислотное число
[мг KOH/г]
final
acid number
[mg KOH/g]
Глицерин
[масс. %]
Glycerol
[mass. %]
Масло
[масс.%]
Oil
[wt%]
Влага
[масс.%]
Moisture
[wt%]
ИЖК
[масс.%]
HML
[wt%]
РАОRAO -- 154,7154.7 00 23,0223.02 1,4021.402 75,075.0 Испытательный
пример 10
Test
example 10
3: 23:2 250250 2,52.5 2,822.82 4,034.03 88,3188.31 0,260.26 1,41.4
Испытательный
пример 11
Test
example 11
3: 1,53:1.5 200200 3,53.5 10,6410.64 3,163.16 89,5889.58 0,3960.396 5,25.2
Испытательный
пример 12
Test
example 12
3: 13:1 250250 5,55.5 4,504.50 0,030.03 97,3597.35 0,170.17 2,182.18
Испытательный
пример 13
Test
example 13
3: 0,753:0.75 250250 4,54.5 10,4910.49 0,0000.000 96,93196.931 -- 5,15.1
Испытательный
пример 14
Test
example 14
3: 0,53:0.5 250250 33 46,9746.97 0,0000.000 76,53576.535 -- 22,822.8

Как показано в таблице 3, в случае испытаний мольных соотношений (коэффициентов смешения) жирной кислоты и глицерина, кислотное число уменьшалось до уровня ниже 50 мг KOH/г во всех условиях испытательных примеров 10-14 и конкретно до 30 мг KOH/г или меньше в испытательных примерах 10-13, где мольное соотношение (коэффициент смешения) жирной кислоты (ИЖК) к глицерину было установлено равным 3:0,75-2. В случае испытательных примеров 10-12 было обнаружено, что конечные продукты содержат следовые количества глицерина. Большее входящее количество глицерина с более высокой вероятностью снижает кислотное число, но указанный компонент обнаруживается в большем избытке в конечном продукте, для которого требуется дополнительный процесс отделения глицерина.As shown in Table 3, in the case of testing the molar ratios (mixing ratios) of fatty acid and glycerol, the acid number decreased to below 50 mg KOH/g under all conditions of Test Examples 10-14, and specifically to 30 mg KOH/g or less in Test Examples 10-13, where the mole ratio (mixing ratio) of fatty acid (FFA) to glycerol was set to 3:0.75-2. In the case of Test Examples 10-12, the final products were found to contain trace amounts of glycerol. More glycerol input is more likely to lower the acid number, but the specified component is found in greater excess in the final product, which requires an additional glycerol separation process.

[Пример 15] Сравнение непрерывного реактора колонного типа и реактора CSTR для получения биомасла (исходное масло РАО).[Example 15] Comparison of a continuous column reactor and a CSTR reactor for producing bio-oil (raw oil feedstock).

Проводили сравнение между кислотными числами и долями потерь для биомасел, полученных при помощи реактора колонного типа непрерывного действия и реактора CSTR (таблица 4, ниже). Проценты потерь глицерида и жирной кислоты, представленные в таблице 4, рассчитывали по уравнению 2, отражающему отношение количества глицерида и жирной кислоты, удаляемых в виде паров, к количеству биомасла, выводимого из нижней части реактора.A comparison was made between acid numbers and loss fractions for bio-oils produced with a continuous column reactor and a CSTR reactor (Table 4 below). The percentage loss of glyceride and fatty acid, presented in table 4, was calculated according to equation 2, reflecting the ratio of the amount of glyceride and fatty acid removed in the form of vapors to the amount of biooil removed from the bottom of the reactor.

[Уравнение 2][Equation 2]

(1) Пример. Применение реактора непрерывного действия колонного типа(1) Example. Application of a continuous column reactor

Применяли рабочие условия испытательных примеров 1-14 для реакции в периодическом режиме. Биомасло получали при температуре реакции 250°C и атмосферном давлении. Не использовали никаких катализаторов. Источник сырья включал жирнокислотное сырьё РАО (кислотное число 139 мг KOH/г) и сырой глицерин (содержание глицерина 48% масс.). РАО подавали в реактор при нагревании, тогда как сырой глицерин подавали в реактор без нагревания.The operating conditions of Test Examples 1-14 were used for batch reaction. Bio-oil was obtained at a reaction temperature of 250°C and atmospheric pressure. No catalysts were used. The raw material source included fatty acid feedstock PAO (acid value 139 mg KOH/g) and crude glycerol (glycerol content 48 wt. %). RAO was fed into the reactor with heating, while crude glycerol was fed into the reactor without heating.

Устанавливали следующие условия: скорость потока сырья: РАО 13,6 г/мин, сырой глицерин 1,8 г/мин [мольное соотношение ИЖК: глицерин = 3: прибл. 0,8], скорость потока продуктов 14,0 г/мин и время удерживания в реакторе 4,5 часа. Пары удаляли из верхней части реактора. Физические свойства биомасла (глицерида), полученного в конечном итоге, приведены ниже в таблице 4.The following conditions were set: feed flow rate: PAO 13.6 g/min, crude glycerol 1.8 g/min [molar ratio of IFA: glycerol = 3: approx. 0.8], product flow rate 14.0 g/min and retention time in the reactor 4.5 hours. Vapors were removed from the top of the reactor. The physical properties of the final bio-oil (glyceride) are shown in Table 4 below.

(2) Сравнительный пример. Использование реактора CSTR(2) Comparative example. Using the CSTR Reactor

Биомасло получали при температуре реакции 250°C и атмосферном давлении. Не использовали никаких катализаторов. Источник сырья включал жирнокислотное сырьё РАО (кислотное число 139 мг KOH/г), сырой глицерин (СГ, содержание глицерина 48% масс.) при мольном соотношении 3: прибл. 0,8. Смешанный источник сырья (РАО и СГ) подавали в реактор при нагревании.Bio-oil was obtained at a reaction temperature of 250°C and atmospheric pressure. No catalysts were used. The raw material source included fatty acid raw material PAO (acid value 139 mg KOH/g), crude glycerin (SG, glycerol content 48% wt.) at a molar ratio of 3: approx. 0.8. A mixed source of raw materials (RAW and SG) was fed into the reactor when heated.

Устанавливали следующие условия: скорость потока сырья (РАО и СГ в смеси) 9,5 г/мин, скорость потока продуктов 8,6 г/мин и время удерживания в реакторе 2 часа. Пары удаляли из верхней части реактора. Физические свойства биомасла (глицерида), полученного в конечном итоге, приведены ниже в таблице 4.The following conditions were set: feed flow rate (RAW and SG in the mixture) 9.5 g/min, product flow rate 8.6 g/min, and retention time in the reactor 2 hours. Vapors were removed from the top of the reactor. The physical properties of the final bio-oil (glyceride) are shown in Table 4 below.

(3) Результаты(3) Results

Таблица 4Table 4

Пример
(реактор колонного типа)
Example
(column type reactor)
C. Пример
(реактор CSTR)
C. Example
(CSTR reactor)
Кислотное число
[мг KOH/г]
Acid number
[mg KOH/g]
22 (Время удерживания 4,5 ч)22 (Retention time 4.5 h) 46,5
(Время удерживания 2 ч)
46.5
(Retention time 2 h)
34,6 (Время удерживания 2,25 ч)34.6 (Retention time 2.25 h) -- Процент потерь глицерида и жирной кислоты (масс. %)Percentage Loss of Glyceride and Fatty Acid (wt %) 0,2~0,250.2~0.25 2,822.82

Фиг. 5 представляет собой графическую зависимость кислотных чисел в соответствии с температурами внутри реактора и временем удерживания в реакторе для данного примера. В реакционной зоне внутри реактора колонного типа, использованного в данном примере, поддерживали температуру на уровне от 140 до 243°C в области от верха до середины реактора и 245°C в области от середины до низа реактора. Как изображено на фиг. 5, было определено, что проба биомасла (глицерида), отобранная из средней области реакционной зоны в реакторе колонного типа при времени удерживания 2,25 часов (пример) характеризовалась кислотным числом 34,6 мг KOH/г, которое является близким к целевому кислотному числу 30 мг KOH/г, несмотря на более низкую температуру секции по сравнению с температурой реакции, равной 250°C. Кислотное число составляло ниже 46,5 мг KOH/г, что представляло собой кислотное число, измеренное при времени удерживания 2 часа в реакторе CSTR (сравнительный пример) (в течение времени удерживания поддерживали температуру реакции 250°C). В дополнение к этому, кислотное число достигало величины 30 мг KOH/г или меньше при времени удерживания 4,5 часа в реакторе колонного типа (пример). Результаты проведения реакции в реакторе колонного типа (пример) в условиях более низкой температуры были аналогичными или лучше показателей реактора CSTR (сравнительный пример), полученных в условиях более высокой температуры, а это указывает на то, что реактор колонного типа (пример) является лучшим по эффективности реакции.Fig. 5 is a plot of acid numbers versus reactor core temperatures and reactor retention time for this example. The reaction zone inside the column-type reactor used in this example was maintained at a temperature of 140 to 243°C from the top to the middle of the reactor and 245°C from the middle to the bottom of the reactor. As shown in FIG. 5, it was determined that a sample of bio-oil (glyceride) taken from the middle region of the reaction zone in a column reactor at a retention time of 2.25 hours (example) had an acid value of 34.6 mg KOH/g, which is close to the target acid value 30 mg KOH/g despite the lower section temperature compared to the reaction temperature of 250°C. The acid number was below 46.5 mg KOH/g, which was the acid number measured at a retention time of 2 hours in a CSTR reactor (comparative example) (the reaction temperature was maintained at 250° C. during the retention time). In addition, the acid number reached 30 mg KOH/g or less at a retention time of 4.5 hours in a column reactor (example). The results of the reaction in the column reactor (Example) under lower temperature conditions were similar or better than those of the CSTR reactor (Comparative Example) obtained under higher temperature conditions, indicating that the column reactor (Example) is better reaction efficiency.

[Пример 16] Получение биомасла при помощи реактора колонного типа непрерывного действия (сырьё ДПЖК)[Example 16] Production of Bio-Oil Using a Continuous Column Reactor (FPFA Feedstock)

Тяжёлое биомасло получали при 250°C в условиях атмосферного давления, без катализатора при последовательной подаче ДПЖК и сырого глицерина в реактор колонного типа. Источники сырья, ДПЖК (кислотное число 189 мг KOH/г; масло со сверхвысоким кислотным числом) и сырой глицерин (содержание глицерина 36%), использовали при мольном соотношении жирная кислота (ИЖК) : глицерин, равном 3:0,9, со скоростями подачи 12,8 г/мин для ДПЖК и 3,3 г/мин для сырого глицерина. ДПЖК подавали в реактор при нагревании, тогда как сырой глицерин подавали в реактор без нагревания.Heavy biooil was obtained at 250°C at atmospheric pressure, without a catalyst, by sequentially feeding FPFA and crude glycerol into a column reactor. Raw materials, DPFA (acid value 189 mg KOH/g; ultra-high acid number oil) and crude glycerol (glycerol content 36%), were used at a fatty acid (FAA) : glycerol molar ratio of 3:0.9 at rates feed 12.8 g/min for DPFA and 3.3 g/min for crude glycerin. FPFA was fed into the reactor with heating, while crude glycerol was fed into the reactor without heating.

Воду, образующуюся как продукт реакции, и воду, содержащуюся в сыром глицерине, удаляли в виде паров в верхней части реактора, в то время как биомасло (глицерид), а также непрореагировавший глицерин и жирную кислоту выводили со скоростью 13,3 г/мин из нижней части реактора. Время удерживания составляло около 5 часов.The water formed as a reaction product and the water contained in the crude glycerol were removed as vapors in the upper part of the reactor, while the bio-oil (glyceride), as well as unreacted glycerol and fatty acid, were removed at a rate of 13.3 g/min from bottom of the reactor. The retention time was about 5 hours.

Биомасло, полученное при времени удерживания, равном 5 часам, характеризовалось кислотным числом 26,2 мг KOH/г, а это демонстрирует то, что в реакторе колонного типа непрерывного действия настоящего раскрытия можно получать биомасло с кислотным числом 30 мг KOH/г или меньше даже при использовании источников сырья со сверхвысокими кислотными числами (высокое содержание жирных кислот).The bio-oil obtained at a retention time of 5 hours had an acid value of 26.2 mg KOH/g, which demonstrates that a bio-oil with an acid value of 30 mg KOH/g or less can be produced in the continuous column reactor of the present disclosure even when using sources of raw materials with ultra-high acid numbers (high content of fatty acids).

Хотя технический объём настоящего раскрытия описан при помощи примеров, изложенных в некоторых вариантах осуществления и проиллюстрированных с помощью сопроводительных чертежей, следует отметить, что можно выполнять различные замены, модификации и изменения без отступления от объёма настоящего раскрытия, которое может быть понятным для специалистов в данной области техники, к которой относится настоящее раскрытие. В дополнение к этому следует отметить, подразумевается, что такие замены, модификации и изменения попадают в пределы объёма прилагаемой формулы изобретения.While the technical scope of the present disclosure has been described by way of the examples set forth in some embodiments and illustrated with the accompanying drawings, it should be noted that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the scope of the present disclosure, which may be understood by those skilled in the art. technique to which the present disclosure relates. In addition, it should be noted that such substitutions, modifications and alterations are intended to fall within the scope of the appended claims.

Claims (17)

1. Способ получения биомасла, включающий следующие стадии, на которых: 1. A method for producing biooil, including the following stages, in which: осуществляют этерификацию источника сырья, содержащего глицерин и жирную кислоту, с получением биомасла и воды в реакторе колонного типа, который имеет множество установленных в нём тарелок, образующих множество отделений в вертикальном направлении внутри реактора, при этом каждая из множества тарелок имеет сформированное в ней отверстие, через которое сообщаются друг с другом соседние по вертикали отделения, причём отверстия в соседних тарелках сформированы в перекрёстном порядке, при этом источник сырья, содержащий глицерин и жирную кислоту, подают через соответствующие входные каналы для материала, размещённые в центре реактора колонного типа, для проведения этерификации на каждой тарелке реакционной зоны; carry out the esterification of the source of raw materials containing glycerol and fatty acid, to obtain bio-oil and water in a column-type reactor, which has a plurality of trays installed in it, forming a plurality of compartments in the vertical direction inside the reactor, while each of the plurality of trays has a hole formed in it, through which vertically adjacent compartments communicate with each other, with holes in adjacent trays formed in a cross pattern, while the source of raw material containing glycerol and fatty acid is fed through the corresponding material inlet channels located in the center of the column reactor, for carrying out esterification on each plate of the reaction zone; выводят образующееся биомасло через нижнюю часть реактора; и remove the resulting bio-oil through the bottom of the reactor; And удаляют воду, образующуюся при этерификации, путём её испарения, перемещают образующиеся пары воды в дистилляционную зону, находящуюся в верхней части реактора, вместе с эффективными ингредиентами, включающими источник сырья и биомасло, которые превращаются в пар при испарении, разделяют пар на воду и эффективные ингредиенты, включающие источник сырья и биомасло, и позволяют эффективным ингредиентам проходить в реакционную зону, а отделённой воде удаляться в парообразном состоянии через верхнюю часть реактора,remove the esterification water by evaporation, transfer the generated water vapor to the distillation zone located at the top of the reactor, together with the effective ingredients, including the raw material source and the bio-oil, which turn into steam upon evaporation, separate the steam into water and effective ingredients , including a source of raw materials and bio-oil, and allow effective ingredients to pass into the reaction zone, and the separated water is removed in a vapor state through the top of the reactor, при этом биомасло характеризуется кислотным числом 30 мг KOH/г или ниже, и реакцию этерификации осуществляют при температуре от 170 до 350°C при атмосферном давлении без использования катализатора.wherein the bio-oil has an acid value of 30 mg KOH/g or lower, and the esterification reaction is carried out at a temperature of 170 to 350° C. at atmospheric pressure without using a catalyst. 2. Способ по п. 1, в котором вода проходит через паровой канал, сформированный в каждой тарелке, отделяется и удаляется в дистилляционной зоне верхней части реактора колонного типа.2. The process of claim 1, wherein water passes through a steam channel formed in each tray, is separated, and removed in a distillation zone at the top of the column reactor. 3. Способ по п. 2, в котором множество паровых каналов, сформированных в каждой тарелке, выбрано из группы, состоящей из барботажных колпачков, клапанов и отверстий.3. The method of claim 2, wherein the plurality of steam channels formed in each tray is selected from the group consisting of bubbling caps, valves, and orifices. 4. Способ по п. 1, в котором нижняя часть реактора колонного типа представляет собой реакционную зону, в которой глицерин этерифицируют жирной кислотой для получения глицерида как продукта, а верхняя часть реактора колонного типа представляет собой дистилляционную зону, в которой испаряют воду как побочный продукт этерификации и удаляют её в парообразном состоянии.4. The method of claim 1, wherein the bottom of the column reactor is a reaction zone in which glycerol is esterified with a fatty acid to produce glyceride as a product, and the top of the column reactor is a distillation zone in which water is evaporated as a by-product esterification and remove it in the vapor state. 5. Способ по п. 4, в котором глицерин и жирная кислота остаются в реакционной зоне в течение времени удерживания, равного 2 ч или дольше.5. The method of claim 4 wherein the glycerol and fatty acid remain in the reaction zone for a retention time of 2 hours or longer. 6. Способ по п. 1, в котором жирную кислоту и глицерин используют при коэффициенте смешения в мольном соотношении от 3:0,5 до 3:2.6. The method according to claim 1, in which the fatty acid and glycerol are used at a mixing ratio in a molar ratio of from 3:0.5 to 3:2. 7. Способ по п. 1, в котором источник сырья, включающий жирную кислоту, характеризуется кислотным числом больше 30 мг KOH/г.7. The method according to claim 1, wherein the raw material comprising the fatty acid has an acid number greater than 30 mg KOH/g. 8. Способ по п. 1, в котором этерификацию осуществляют при температуре реакции от 170 до 350°C.8. Process according to claim 1, wherein the esterification is carried out at a reaction temperature of 170 to 350°C. 9. Способ по п. 1, в котором биомасло как продукт реакции характеризуется кислотным числом 25 мг KOH/г или меньше.9. The method according to claim 1, wherein the bio-oil as a reaction product has an acid value of 25 mg KOH/g or less. 10. Способ по п. 1, в котором глицерин имеет концентрацию глицерина от 3 до 100% масс.10. The method according to p. 1, in which the glycerol has a concentration of glycerol from 3 to 100% of the mass. 11. Способ по п. 1, в котором воду и эффективные ингредиенты, включающие источник сырья и биомасло, разделяют по температуре кипения.11. The method of claim. 1, in which water and effective ingredients, including the source of raw materials and biooil, are separated by boiling point. 12. Способ по п. 7, в котором источник сырья, включающий жирную кислоту, выбран из группы, состоящей из жирнокислотного масла, полученного из мыла, которое представляет собой мыльное вещество, образующееся после удаления свободной жирной кислоты в ходе процесса очистки растительного масла; продуктов или побочных продуктов, образующихся в процессе с вовлечением животного и растительного жира и масла или олеохимических продуктов, которые являются химическими продуктами, полученными из животного и растительного жира и масла; содержащего жирные кислоты масла, образующегося в результате отжима масла и очистки растительных/животных масел и жиров; извлекаемого масла, включающего отходы пищевого масла и тёмный жир; а также их сочетания.12. The method of claim 7, wherein the raw material source comprising the fatty acid is selected from the group consisting of a soap-derived fatty acid oil, which is a soapy substance resulting from the removal of the free fatty acid during a vegetable oil refining process; products or by-products resulting from a process involving animal and vegetable fat and oil, or oleochemical products, which are chemical products derived from animal and vegetable fat and oil; oil containing fatty acids resulting from the extraction of oil and the refining of vegetable/animal oils and fats; recoverable oil, including waste edible oil and dark fat; as well as their combinations. 13. Способ по п. 1, в котором реакцию осуществляют в течение времени реакции, равного 2 ч, или дольше.13. The method of claim 1, wherein the reaction is carried out for a reaction time of 2 hours or longer.
RU2022122586A 2020-01-31 2021-01-29 Method for producing biooil from fat acid with high acid numbers RU2800416C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0012109 2020-01-31
KR10-2021-0012281 2021-01-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2800416C1 true RU2800416C1 (en) 2023-07-21

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU721410A1 (en) * 1978-03-09 1980-03-15 Ереванский Завод Химических Реактивов Method of preparing concentrated highest aliphatic acids monoglycerides
SU1680688A1 (en) * 1989-05-03 1991-09-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетического волокна Method for obtaining esters of carboxylic acids
WO2014084938A1 (en) * 2012-11-27 2014-06-05 Menlo Energy Management, LLC Production of biodiesel from feedstock
RU2558364C2 (en) * 2011-04-14 2015-08-10 Альфа Лаваль Корпорейт Аб Method of autocatalytic ethrification of fatty acids
KR102043442B1 (en) * 2019-02-01 2019-11-11 주식회사 천강 Method for manufacturing low-valuable Glyceride for Biodiesel Feedstock

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU721410A1 (en) * 1978-03-09 1980-03-15 Ереванский Завод Химических Реактивов Method of preparing concentrated highest aliphatic acids monoglycerides
SU1680688A1 (en) * 1989-05-03 1991-09-30 Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетического волокна Method for obtaining esters of carboxylic acids
RU2558364C2 (en) * 2011-04-14 2015-08-10 Альфа Лаваль Корпорейт Аб Method of autocatalytic ethrification of fatty acids
WO2014084938A1 (en) * 2012-11-27 2014-06-05 Menlo Energy Management, LLC Production of biodiesel from feedstock
KR102043442B1 (en) * 2019-02-01 2019-11-11 주식회사 천강 Method for manufacturing low-valuable Glyceride for Biodiesel Feedstock

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10526564B2 (en) System and methods for making bioproducts
CN101198677B (en) Method and equipment for producing fatty acid alkyl-ester by using fatty acid
US7767839B2 (en) Process of making alkyl esters of free fatty acids
EP1889899B1 (en) Production of biodiesel and glycerin from high free fatty acid feedstocks
US7871448B2 (en) Production of biodiesel and glycerin from high free fatty acid feedstocks
US7872149B2 (en) Biodiesel processes in the presence of free fatty acids and biodiesel producer compositions
KR101265759B1 (en) Method and apparatus for preparing fatty acid alkyl ester using fatty acid
CN103502410A (en) A process for autocatalytic esterification of fatty acids
US9909077B2 (en) Production of products from feedstocks containing free fatty acids
JP2022544550A (en) Feedstock pretreatment process by fat hydrolysis at high temperature and pressure to produce biofuels
RU2800416C1 (en) Method for producing biooil from fat acid with high acid numbers
KR101390754B1 (en) Method for preparing fatty acid alkyl ester using fatty acid
US20240124785A1 (en) Method for the removal of chlorine from fats, oils and greases
JP7493042B2 (en) Method for producing bio-oil from high acid value oils and fats
KR102507702B1 (en) Method for manufacturing bio oil from oils and fats with high free fatty acids
RU2412979C2 (en) Method and apparatus for producing alkyl ethers of fatty acids
US20230063878A1 (en) Process for producing biodiesel from acidic charges
KR100787495B1 (en) Process for preparing biodiesel
US20240076575A1 (en) Methods and apparatus for producing biodiesel and products obtained therefrom
US20120288906A1 (en) Process For Obtaining Fatty Acid Lower Alkyl Esters From Unrefined Fats And Oils
US9234158B2 (en) Process for pretreatment of vegetable oils by heterogeneous catalysis of the esterification of fatty acids
CN115873907A (en) Method for preparing biodiesel by lipase catalysis
WO2008129415A2 (en) Biofuel production and transport installation
US20100163400A1 (en) Method of distillation and/or a distillation column