陈 娆,杨青松

(1.抚顺职业技术学院,抚顺 113006;2.抚顺石油一厂)

复合油脂加氢生产植物蜡工艺的研究

陈 娆1,杨青松2

(1.抚顺职业技术学院,抚顺 113006;2.抚顺石油一厂)

考察了在铜镍二元催化剂的作用下棕榈油-大豆油混合油脂的加氢工艺条件及原料配比对产品滴熔点和针入度的影响.结果表明,在棕榈油与大豆油质量比为1 : 1、反应压力0.5 MPa 、反应时间60 min、反应温度240 ℃、催化剂用量(w)为0.04%的最佳工艺条件下,制备复合氢化油脂的滴熔点为47.3 ℃,针入度(0.1 mm)为55.

铜镍催化剂 加氢 工艺条件 棕榈油 大豆油 复合油脂

1 前 言

目前国内外所见报道的油脂加氢研究用的原料仅限于单种油脂.由于各种油脂本身性能所固有的缺陷,导致加氢后虽然性能有所改善,但还达不到理想效果,如大豆油滴熔点较低,在一般工艺条件下大豆油加氢后滴熔点虽有所提高,但仍达不到实用效果,若想达到理想的加氢效果又势必大大增加加工费用,从经济上是得不偿失的.此外棕榈油在常温下发粘、硬度差,加氢后虽然其硬度增加,但其脆性也大大提高,因此导致其粘附性差.另一方面,从经济上来讲,由于各种油脂的丰富程度及获得的难易程度不同,导致其价格差异很大,作为加氢用的原材料,其价格的高低大大影响加氢产品的最终成本,从而影响加氢产品的市场竞争力.采用混合油脂取代单种油脂作为加氢用原料,一方面,从性能上可以使各种油脂互相弥补不足,达到较理想的效果;另一方面,从经济上可在保证性能的前提下,利用价格较低的油脂取代一部分价格较高的油脂,达到降低油脂加氢产品成本、增强其市场竞争力的目的.

2 实 验

2.1 原 料

实验所用原料性质见表1～2.

2.2 催化剂的制备

催化剂由铜-镍和白色硅藻土载体组成.首先将适量的硅藻土、Na2CO3及水加入烧杯中,制成浆液.然后将适量的Cu(NO3)2.3H2O与Ni(NO3)2.6H2O混合,溶于适量的水中,搅拌均匀,制成Cu-Ni混合溶液.在剧烈搅拌下将Cu-Ni混合溶液缓慢加入Na2CO3-硅藻土浆液中.待搅拌均匀后过滤,将滤饼用水洗至pH值接近7,将洗好的滤饼烘干、粉碎,筛选300～400目的催化剂即为成品.

表1 实验原料

表2 反应前棕榈油和大豆油的主要性质

2.3 实验方法

首先将加有一定量催化剂的棕榈油-大豆油混合油脂置于高压反应釜中,并抽真空至真空度9.81X104Pa[1],在搅拌条件下将反应釜温度升至反应温度,对反应釜充氮至0.5 MPa,约10 min后放氮泄压至压力稍高于大气压,继续对反应釜抽真空至真空度9.81X104Pa,随后对反应釜充氢至反应所需压力,在反应过程中通过补充加氢维持压力不变.保持反应所需温度及搅拌速度[2],达到反应时间后将上部空间的氢及积累的杂气通过阻火器放入大气,再将反应器抽真空,冷却盘管中通冷却水,同时开动搅拌器,将油温降至70～90 ℃,然后破真空.将釜体中的反应物在180 ℃下进行抽滤.

3 结果与讨论

3.1 原料组成对产品性质的影响

在反应温度240 ℃、反应压力0.5 MPa、催化剂用量(w)0.04%、搅拌速率650 r/min、反应时间60 min的条件下,原料组成对产品性质的影响见图1.由图1可见,当纯大豆油加氢后,所得产品呈半固态,针入度极大,不可测,滴熔点为39.5 ℃.随着原料中棕榈油所占比例的增大,滴熔点显著上升,针入度显著下降.当棕榈油所占比例达到50%时,滴熔点升至47.3 ℃,而针入度(0.1 mm)降至55.棕榈油所占比例超过50%后,针入度的下降趋势明显减缓,滴熔点的上升趋势虽然在棕榈油所占比例超过80%后急剧增大,但考虑到大豆油对改善加氢产物的性能所起的作用,选择棕榈油与大豆油质量比为1 : 1.

3.2 反应温度对产品性质的影响

棕榈油常用的加氢反应温度为180～200 ℃[3],大豆油工业加氢反应温度为150～200 ℃.在反应压力0.5 MPa、催化剂用量(w)0.04%、反应时间60 min、搅拌速率650 r/min、棕榈油与大豆油质量比为1 : 1的条件下,反应温度对产品性质的影响见图2.由图2可见,在220 ℃前,随着反应温度的升高,滴熔点呈上升趋势,针入度呈显著下降趋势;在220～240 ℃,虽然针入度稍有升高,但滴熔点却在继续显著升高;超过240 ℃后,变化趋势则与220 ℃前完全相反.尤其在240 ℃附近,这两个指标变化显著.相对于220 ℃,虽然240 ℃时针入度稍高,但滴熔点升高很多.综合考虑,选择反应温度为240 ℃.

3.3 反应压力对产品性质的影响

不同压力下,氢气在油脂中的溶解度不同,压力越高,油脂中氢气浓度越高,反应速率越快,相同反应时间下,加氢油脂的滴熔点越高,而针入度越低[4].在反应温度240 ℃、催化剂用量(w) 0.04%、反应时间60 min、搅拌速率650 r/min、棕榈油与大豆油质量比为1 : 1的条件下,反应压力对产品性质的影响见图3.由图3可见,随着反应压力的升高,总体趋势是氢化产物的针入度呈下降趋势,滴熔点呈上升趋势.在0.5 MPa之前,滴熔点快速上升,针入度快速下降,0.5 MPa之后,滴熔点升高趋势减缓,针入度下降趋势也趋缓,但增加反应压力需要大大提高对反应器材质的要求,考虑到工业生产投资,选择反应压力为0.5 MPa.

3.4 催化剂用量对产品性质的影响

在反应温度240 ℃、反应压力0.5 MPa、反应时间60 min、搅拌速率650 r/min、棕榈油与大豆油质量比为1 : 1的条件下,催化剂用量对产品性质的影响见图4.由图4可见,随着催化剂用量的升高,总体趋势是氢化产物的针入度呈降低趋势,滴熔点呈增大趋势;催化剂用量(w)小于0.03%时,滴熔点的上升趋势很明显,针入度的下降趋势也很明显;催化剂用量(w)在0.03%～0.04%之间,虽然滴熔点上升趋势减缓,但针入度下降趋势仍很明显;当催化剂用量(w)大于0.04%时,这两个指标的变化趋势都明显减缓,而且催化剂用量的提高意味着成本的增加.复合油加氢反应的催化剂用量(w)选择为0.04%.

3.5 反应时间对产品性质的影响

在反应温度240 ℃、反应压力0.5 MPa、催化剂用量(w)0.04%、搅拌速率650 r/min、棕榈油与大豆油质量比为1 : 1的条件下,反应时间对产品性质的影响见图5.由图5可见,在60 min前,随着反应时间的延长,反应产物的针入度急剧降低,滴熔点急剧增大,说明前60 min内大量二烯酸和三烯酸被加氢饱和[5];60 min后,趋势却恰恰相反,说明60 min前,原料还未来得及充分反应,60 min后,虽然反应压力不是很高,但高温导致的产物断链大大增加[6],由此使滴熔点急剧下降,针入度急剧上升.选择复合油加氢反应的时间为60 min.

4 结 论

对棕榈油、大豆油混合油脂的加氢反应研究表明,在较温和的反应条件下可以得到性能优良的复合氢化油脂.最佳反应条件为:棕榈油与大豆油质量比为1 : 1、反应温度240 ℃、反应压力0.5 MPa、催化剂用量(w)0.04%、反应时间60 min、搅拌速率650 r/min.最佳反应条件下复合氢化油脂的滴熔点为47.3 ℃,针入度(0.1 mm)为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.

陈娆(1968-),女,副教授.