CN108727308A - 一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，该工艺包括如下步骤：以生物柴油为原料，在固体碱催化剂存在下，与异辛醇发生酯交换反应，反应结束后经蒸发脱除异辛醇、粗异辛酯精馏工序得到精馏异辛酯，所得异辛酯与甲酸、双氧水进行环氧化反应，反应结束后分层、水洗、闪蒸得到高品质产品环氧脂肪酸异辛酯。本发明工艺高效环保，油脂酯交换转化率高，固体催化剂可以重复使用，热量回收利用，环氧废水处理简单，适合工业化生产。本发明能稳定生产得到高品质的环氧脂肪酸异辛酯，作为绿色生物基助剂广泛用于塑料加工等领域，可以提高生物柴油的附加值，促进生物柴油产业快速发展。

Description

一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺
技术领域
本发明属于生物柴油下游产品开发技术领域，具体涉及一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺。
背景技术
随着生物柴油产业的大力发展，以生物柴油为平台化合物开发合成一系列高附加值化工产品成为当下热点。这不仅可以提高生物柴油附加值，也有利于国内生物柴油产业的健康持续发展。其中，环氧脂肪酸异辛酯作为一种绿色、环保的生物基助剂近年来受到国内外的广泛关注。它可以作为一种环保增塑剂，部分或完全取代邻苯酸酯类增塑剂（如DOP、DBP等），应用于PVC行业；也可以用作稳定剂、贴加剂和润滑剂等。另外，环氧脂肪酸异辛酯还可以用来合成众多化学品，包括多元醇类以及聚合物等。
中国专利CN 106588824A公开了一种利用生物柴油生产环保增塑剂的方法，以生物柴油和异辛醇为原料，经酯交换反应得到脂肪酸异辛酯，再和甲酸、双氧水通过环氧化反应得到环氧脂肪酸异辛酯。但该工艺中酯交换所用催化剂（KOH、NaOH、单丁基氧化锡）会造成反应物造化或者溶于原料中，导致后续产物分离较难处理；且该工艺还需要加入中和试剂磷酸、过滤剂硅藻土等，操作过程复杂。中国专利 CN10658825A公开了一种利用生物柴油生产环保增塑剂的装置，包括制备脂肪酸异辛酯***和制备环保增塑剂***两大部分，合成的环氧脂肪酸异辛酯具有密度小、闪点高、无毒性等优点。然而，上述方法使用的酯交换反应催化剂多为均相催化剂，这会导致产物和催化剂分离困难，且采用水洗方法会产生废水。中国专利CN 106381229 A公开了一种脂肪酸异辛酯的制备方法，利用静态混合反应装置进行生物柴油和异辛醇的酯交换反应，具有高效环保、操作过程简单等优点。生物柴油与异辛醇酯交换过程，为了使反应平衡向右进行需要加入过量的异辛醇，在酯交换完成后需要对辛酯进行分离提纯，为后续环氧化反应提供原料。而且，由于脂肪酸异辛酯的沸点较高，采用常规精馏方式会导致能耗较高。上述工艺均未考虑脂肪酸异辛酯精制过程及其能耗问题。
中国专利CN102936074A公开了一种环氧类增塑剂生产废水的预处理方法，方法包括酸化破乳、曝气除油、pH调节、气浮处理、过滤等步骤。中国专利CN 101224937A公开了化工增塑剂废水的回用处理方法，对属于高COD的废水（如环氧酯碱洗废水）进行预处理后需要再进入生化***处理。中国专利CN101891279A公开了环氧增塑剂生产废水处理***及其方法，对环氧大豆油废水进行预热，然后通过膜组件真空膜蒸馏后达到排放要求。中国专利CN 104291526A公开了一种能改善生化污泥性能的环氧增塑剂废水，该方法先对废水pH进行调节，然后加入硫酸亚铁加热，同时需要加入生化污泥。中国专利CN 106698783A公开了一种环氧油脂增塑剂生产废水的处理工艺，主要包括中和、热泵蒸馏、蒸发结晶和活性炭吸附四个部分。上述方法均实现了对环氧废水的处理，但工艺步骤较多、操作复杂、设备投入较大。且现有技术中具体有关环氧脂肪酸异辛酯生产废水的处理方法未有报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺。
所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于以生物柴油为原料，在固体碱催化剂存在下，与异辛醇发生酯交换反应，反应结束后经蒸发脱除异辛醇、粗异辛酯精馏工序得到精馏异辛酯，所得异辛酯与甲酸、双氧水进行环氧化反应，反应结束后分层、水洗、闪蒸得到高品质产品环氧脂肪酸异辛酯。
所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于酯交换反应中的固体碱催化剂采用碳酸钾，反应后催化剂沉降留在反应罐中进行重复使用，催化剂沉降时间小于30分钟。
所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于蒸发脱除异辛醇工序采用减压蒸馏方式，减压蒸馏条件为负压1000-2500Pa，塔釜温度控制在100-120℃，蒸发脱除的异辛醇返回酯交换工序进行酯交换反应。
所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于异辛酯精馏工序采用高温高真空精馏，精馏条件为负压200-500Pa，塔釜温度控制在230-260℃。
所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于精馏异辛酯工序得到的高温异辛酯汽相作为热载体通过蒸汽发生器回收部分热量，产生蒸汽压力表压在101-202kPa，用作脱除异辛醇工序的热源。
所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于异辛酯环氧化反应结束后经分层和水洗，分层得到的废水母液和水洗废水合并，加热由废水体系内的双氧水进行氧化反应处理达到排放标准，反应温度为70-90℃，处理时间为2-5小时。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明有益的效果如下：
1）本发明的酯交换工序采用固体碱催化剂进行催化反应，使其工艺高效环保，油脂酯交换转化率高，反应后催化剂容易回收重复利用，产品无需水洗，从而避免了污水的产生，符合绿色环保要求；
2）本发明异辛酯精馏工序产生的异辛酯蒸汽经蒸汽发生器回收热量，并将回收的热量用于蒸发脱异辛醇工序的热源进行加热，大幅度降低了生产能耗，减少成本；
3）本发明的异辛酯环氧化过程产生的废水，无需添加氧化剂，加热后通过废水体系内的双氧水进行氧化处理达到排放标准，其处理方式简单高效，使废水COD快速降到500 mg/L以下，达到国家三级排放标准；
4）本工艺适合工业化生产，能稳定生产得到高品质的环氧脂肪酸异辛酯。
附图说明
图1是一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺的工艺流程简图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1：
如图1所示，生物柴油和异辛醇在固体碱碳酸钾作为催化剂的条件下发生酯交换反应，反应条件为：醇油摩尔比为3:1，催化剂用量为油重的3wt.%，反应温度为180 ℃，反应时间为1 h，得到脂肪酸异辛酯。在该条件下，生物柴油转化率可以达到100%。且催化剂可以直接进行重复使用，重复使用5次转化率均高于99%。
实施例2：
脂肪酸异辛酯的沸点很高，需要进行高温高真空精馏来提纯得到产品。如图1所示，异辛酯精馏时，控制塔釜温度为230℃，塔顶温度为200℃，压力为200Pa。异辛醇的蒸出条件为控制塔釜温度在100℃，塔顶温度在70℃，压力为1000Pa。改变操作条件，如表1：
可见利用塔顶蒸出的脂肪酸异辛酯汽相经蒸汽发生器回收热量，产生蒸汽压力（表压）为101-202kPa，该步骤回收的热量用作酯交换反应结束后蒸馏脱除回收异辛醇的热源。产生的蒸汽足够加热回收过量异辛醇，从而避免了过程热能损失。
实施例3：
如图1所示，脂肪酸异辛酯和双氧水、甲酸进行环氧化反应，反应条件：脂肪酸异辛酯双键含量/双氧水/甲酸为1/1.5/0.25（摩尔比），反应温度为65℃，反应时间为10小时，环氧化反应后对反应物进行分层，上层油相为粗环氧脂肪酸异辛酯，下层水相为含甲酸废水母液，粗环氧脂肪酸异辛酯经热水洗涤至中性，然后经过闪蒸得到精制环氧脂肪酸异辛酯；含甲酸废水母液、水洗废水以及闪蒸出废水合并后利用废水体系内的双氧水进行高级氧化处理，体系中双氧水浓度约为废水量的5%，具体操作条件为：控制温度为90 ℃，处理时间为2小时，处理过程接单高效，废水COD降低到小于500 mg/g，可以达标排放。
上述实施例只用于解释本发明，但不限定本发明的保护范围，除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于以生物柴油为原料，在固体碱催化剂存在下，与异辛醇发生酯交换反应，反应结束后经蒸发脱除异辛醇、粗异辛酯精馏工序得到精馏异辛酯，所得异辛酯与甲酸、双氧水进行环氧化反应，反应结束后分层、水洗、闪蒸得到高品质产品环氧脂肪酸异辛酯。
2.根据权利要求1所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于酯交换反应中的固体碱催化剂采用碳酸钾，反应后催化剂沉降留在反应罐中进行重复使用，催化剂沉降时间小于30分钟。
3.根据权利要求1所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于蒸发脱除异辛醇工序采用减压蒸馏方式，减压蒸馏条件为负压1000-2500Pa，塔釜温度控制在100-120℃，蒸发脱除的异辛醇返回酯交换工序进行酯交换反应。
4.根据权利要求1所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于异辛酯精馏工序采用高温高真空精馏，精馏条件为负压200-500Pa，塔釜温度控制在230-260℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于精馏异辛酯工序得到的高温异辛酯汽相作为热载体通过蒸汽发生器回收部分热量，产生蒸汽压力表压在101-202kPa，用作脱除异辛醇工序的热源。
6.根据权利要求1所述的一种基于生物柴油制备环氧脂肪酸异辛酯的工艺，其特征在于异辛酯环氧化反应结束后经分层和水洗，分层得到的废水母液和水洗废水合并，加热由废水体系内的双氧水进行氧化反应处理达到排放标准，反应温度为70-90℃，处理时间为2-5小时。
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