復(fù)合油脂加氫生產(chǎn)植物蠟工藝的研究

陳 嬈,楊青松

(1.撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院,撫順 113006;2.撫順石油一廠)

復(fù)合油脂加氫生產(chǎn)植物蠟工藝的研究

陳 嬈1,楊青松2

(1.撫順職業(yè)技術(shù)學(xué)院,撫順 113006;2.撫順石油一廠)

考察了在銅鎳二元催化劑的作用下棕櫚油-大豆油混合油脂的加氫工藝條件及原料配比對(duì)產(chǎn)品滴熔點(diǎn)和針入度的影響.結(jié)果表明,在棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1、反應(yīng)壓力0.5 MPa 、反應(yīng)時(shí)間60 min、反應(yīng)溫度240 ℃、催化劑用量(w)為0.04%的最佳工藝條件下,制備復(fù)合氫化油脂的滴熔點(diǎn)為47.3 ℃,針入度(0.1 mm)為55.

銅鎳催化劑 加氫 工藝條件 棕櫚油 大豆油 復(fù)合油脂

1 前 言

目前國(guó)內(nèi)外所見報(bào)道的油脂加氫研究用的原料僅限于單種油脂.由于各種油脂本身性能所固有的缺陷,導(dǎo)致加氫后雖然性能有所改善,但還達(dá)不到理想效果,如大豆油滴熔點(diǎn)較低,在一般工藝條件下大豆油加氫后滴熔點(diǎn)雖有所提高,但仍達(dá)不到實(shí)用效果,若想達(dá)到理想的加氫效果又勢(shì)必大大增加加工費(fèi)用,從經(jīng)濟(jì)上是得不償失的.此外棕櫚油在常溫下發(fā)粘、硬度差,加氫后雖然其硬度增加,但其脆性也大大提高,因此導(dǎo)致其粘附性差.另一方面,從經(jīng)濟(jì)上來講,由于各種油脂的豐富程度及獲得的難易程度不同,導(dǎo)致其價(jià)格差異很大,作為加氫用的原材料,其價(jià)格的高低大大影響加氫產(chǎn)品的最終成本,從而影響加氫產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力.采用混合油脂取代單種油脂作為加氫用原料,一方面,從性能上可以使各種油脂互相彌補(bǔ)不足,達(dá)到較理想的效果;另一方面,從經(jīng)濟(jì)上可在保證性能的前提下,利用價(jià)格較低的油脂取代一部分價(jià)格較高的油脂,達(dá)到降低油脂加氫產(chǎn)品成本、增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的.

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 原 料

實(shí)驗(yàn)所用原料性質(zhì)見表1～2.

2.2 催化劑的制備

催化劑由銅-鎳和白色硅藻土載體組成.首先將適量的硅藻土、Na2CO3及水加入燒杯中,制成漿液.然后將適量的Cu(NO3)2.3H2O與Ni(NO3)2.6H2O混合,溶于適量的水中,攪拌均勻,制成Cu-Ni混合溶液.在劇烈攪拌下將Cu-Ni混合溶液緩慢加入Na2CO3-硅藻土漿液中.待攪拌均勻后過濾,將濾餅用水洗至pH值接近7,將洗好的濾餅烘干、粉碎,篩選300～400目的催化劑即為成品.

表1 實(shí)驗(yàn)原料

表2 反應(yīng)前棕櫚油和大豆油的主要性質(zhì)

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

首先將加有一定量催化劑的棕櫚油-大豆油混合油脂置于高壓反應(yīng)釜中,并抽真空至真空度9.81X104Pa[1],在攪拌條件下將反應(yīng)釜溫度升至反應(yīng)溫度,對(duì)反應(yīng)釜充氮至0.5 MPa,約10 min后放氮泄壓至壓力稍高于大氣壓,繼續(xù)對(duì)反應(yīng)釜抽真空至真空度9.81X104Pa,隨后對(duì)反應(yīng)釜充氫至反應(yīng)所需壓力,在反應(yīng)過程中通過補(bǔ)充加氫維持壓力不變.保持反應(yīng)所需溫度及攪拌速度[2],達(dá)到反應(yīng)時(shí)間后將上部空間的氫及積累的雜氣通過阻火器放入大氣,再將反應(yīng)器抽真空,冷卻盤管中通冷卻水,同時(shí)開動(dòng)攪拌器,將油溫降至70～90 ℃,然后破真空.將釜體中的反應(yīng)物在180 ℃下進(jìn)行抽濾.

3 結(jié)果與討論

3.1 原料組成對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

在反應(yīng)溫度240 ℃、反應(yīng)壓力0.5 MPa、催化劑用量(w)0.04%、攪拌速率650 r/min、反應(yīng)時(shí)間60 min的條件下,原料組成對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見圖1.由圖1可見,當(dāng)純大豆油加氫后,所得產(chǎn)品呈半固態(tài),針入度極大,不可測(cè),滴熔點(diǎn)為39.5 ℃.隨著原料中棕櫚油所占比例的增大,滴熔點(diǎn)顯著上升,針入度顯著下降.當(dāng)棕櫚油所占比例達(dá)到50%時(shí),滴熔點(diǎn)升至47.3 ℃,而針入度(0.1 mm)降至55.棕櫚油所占比例超過50%后,針入度的下降趨勢(shì)明顯減緩,滴熔點(diǎn)的上升趨勢(shì)雖然在棕櫚油所占比例超過80%后急劇增大,但考慮到大豆油對(duì)改善加氫產(chǎn)物的性能所起的作用,選擇棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1.

3.2 反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

棕櫚油常用的加氫反應(yīng)溫度為180～200 ℃[3],大豆油工業(yè)加氫反應(yīng)溫度為150～200 ℃.在反應(yīng)壓力0.5 MPa、催化劑用量(w)0.04%、反應(yīng)時(shí)間60 min、攪拌速率650 r/min、棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1的條件下,反應(yīng)溫度對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見圖2.由圖2可見,在220 ℃前,隨著反應(yīng)溫度的升高,滴熔點(diǎn)呈上升趨勢(shì),針入度呈顯著下降趨勢(shì);在220～240 ℃,雖然針入度稍有升高,但滴熔點(diǎn)卻在繼續(xù)顯著升高;超過240 ℃后,變化趨勢(shì)則與220 ℃前完全相反.尤其在240 ℃附近,這兩個(gè)指標(biāo)變化顯著.相對(duì)于220 ℃,雖然240 ℃時(shí)針入度稍高,但滴熔點(diǎn)升高很多.綜合考慮,選擇反應(yīng)溫度為240 ℃.

3.3 反應(yīng)壓力對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

不同壓力下,氫氣在油脂中的溶解度不同,壓力越高,油脂中氫氣濃度越高,反應(yīng)速率越快,相同反應(yīng)時(shí)間下,加氫油脂的滴熔點(diǎn)越高,而針入度越低[4].在反應(yīng)溫度240 ℃、催化劑用量(w) 0.04%、反應(yīng)時(shí)間60 min、攪拌速率650 r/min、棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1的條件下,反應(yīng)壓力對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見圖3.由圖3可見,隨著反應(yīng)壓力的升高,總體趨勢(shì)是氫化產(chǎn)物的針入度呈下降趨勢(shì),滴熔點(diǎn)呈上升趨勢(shì).在0.5 MPa之前,滴熔點(diǎn)快速上升,針入度快速下降,0.5 MPa之后,滴熔點(diǎn)升高趨勢(shì)減緩,針入度下降趨勢(shì)也趨緩,但增加反應(yīng)壓力需要大大提高對(duì)反應(yīng)器材質(zhì)的要求,考慮到工業(yè)生產(chǎn)投資,選擇反應(yīng)壓力為0.5 MPa.

3.4 催化劑用量對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

在反應(yīng)溫度240 ℃、反應(yīng)壓力0.5 MPa、反應(yīng)時(shí)間60 min、攪拌速率650 r/min、棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1的條件下,催化劑用量對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見圖4.由圖4可見,隨著催化劑用量的升高,總體趨勢(shì)是氫化產(chǎn)物的針入度呈降低趨勢(shì),滴熔點(diǎn)呈增大趨勢(shì);催化劑用量(w)小于0.03%時(shí),滴熔點(diǎn)的上升趨勢(shì)很明顯,針入度的下降趨勢(shì)也很明顯;催化劑用量(w)在0.03%～0.04%之間,雖然滴熔點(diǎn)上升趨勢(shì)減緩,但針入度下降趨勢(shì)仍很明顯;當(dāng)催化劑用量(w)大于0.04%時(shí),這兩個(gè)指標(biāo)的變化趨勢(shì)都明顯減緩,而且催化劑用量的提高意味著成本的增加.復(fù)合油加氫反應(yīng)的催化劑用量(w)選擇為0.04%.

3.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響

在反應(yīng)溫度240 ℃、反應(yīng)壓力0.5 MPa、催化劑用量(w)0.04%、攪拌速率650 r/min、棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1的條件下,反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品性質(zhì)的影響見圖5.由圖5可見,在60 min前,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),反應(yīng)產(chǎn)物的針入度急劇降低,滴熔點(diǎn)急劇增大,說明前60 min內(nèi)大量二烯酸和三烯酸被加氫飽和[5];60 min后,趨勢(shì)卻恰恰相反,說明60 min前,原料還未來得及充分反應(yīng),60 min后,雖然反應(yīng)壓力不是很高,但高溫導(dǎo)致的產(chǎn)物斷鏈大大增加[6],由此使滴熔點(diǎn)急劇下降,針入度急劇上升.選擇復(fù)合油加氫反應(yīng)的時(shí)間為60 min.

4 結(jié) 論

對(duì)棕櫚油、大豆油混合油脂的加氫反應(yīng)研究表明,在較溫和的反應(yīng)條件下可以得到性能優(yōu)良的復(fù)合氫化油脂.最佳反應(yīng)條件為:棕櫚油與大豆油質(zhì)量比為1 : 1、反應(yīng)溫度240 ℃、反應(yīng)壓力0.5 MPa、催化劑用量(w)0.04%、反應(yīng)時(shí)間60 min、攪拌速率650 r/min.最佳反應(yīng)條件下復(fù)合氫化油脂的滴熔點(diǎn)為47.3 ℃,針入度(0.1 mm)為55.

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AbstractThe effect of hydrogenation conditions over copper-nickel catalyst and the palm oil to soy bean oil ratios on the melting point and needle penetration degree of product were studied. Results showed that under the optimal process conditions of a palm oil to soy bean oil weight ratio of 1,a reaction pressure of 0.5 MPa, a reaction time of 60 min,a reaction temperature of 240 ℃ and a catalyst dosage of 0.04%,the melting point and the needle penetration degree of the hydrogenated composite oils were 47.3 ℃ and 55/0.1mm,respectively.

Key Words:copper-nickel catalyst;hydrogenation;process condition;palm oil;soybean oil;composite oil

STUDY ON THE HYDROGENATION PROCESS OF USING COMPOSITE OILS FOR PRODUCING PLANT WAX

Chen Rao1,Yang Qingsong2
(1.Fushun Vocational Technology Institute,Fushun 113006;2. No. 1 Fushun Ref i nery)

2009-09-29;修改稿收到日期:2009-11-25.

陳嬈(1968-),女,副教授.