工業(yè)硬脂酸生產(chǎn)方案對(duì)比

葉雅鋒

（輕工業(yè)杭州機(jī)電設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州 311121）

硬脂酸是一種重要的化工原料，其應(yīng)用領(lǐng)域很廣，在橡膠工業(yè)作為硫化劑，在塑料工業(yè)作穩(wěn)定劑，在造紙工業(yè)用作抗水劑、光亮劑，在紡織工業(yè)作為柔順劑、防水劑、洗毛劑，在食品工業(yè)作乳化劑，在潤(rùn)滑脂工業(yè)、化妝品、洗滌劑、金屬鹽、文教、制藥等工業(yè)各部門，都有廣泛的應(yīng)用。

目前工業(yè)生產(chǎn)中主要采用加氫的生產(chǎn)方式得到硬脂酸，硬脂酸的碘值一般為1.0及以下，極度氫化時(shí)碘值可至0.1。油脂水解得到脂肪酸的碳鏈中有不含雙鍵的飽和脂肪酸和含雙鍵的不飽和脂肪酸的混合物。不飽和酸的雙鍵穩(wěn)定性差，通過(guò)加氫，將不飽和酸變?yōu)轱柡退岷螅瘜W(xué)穩(wěn)定性得到提高；不飽和脂肪酸的碳碳雙鍵加氫反應(yīng)過(guò)程如圖1所示。工業(yè)硬脂酸生產(chǎn)的加氫工藝路線有兩種，一種是油脂先加氫得到氫化油（或稱“硬化油”），經(jīng)水解、蒸餾后得到工業(yè)硬脂酸；另一種是油脂先經(jīng)水解得到脂肪酸，然后蒸餾得到精脂肪酸再加氫得到工業(yè)硬脂酸；采用后者生產(chǎn)工業(yè)硬脂酸對(duì)加氫生產(chǎn)裝置的材質(zhì)要求較高。

圖1 加氫反應(yīng)過(guò)程

1 加氫方案

油脂加氫生產(chǎn)工業(yè)硬脂酸與脂肪酸加氫生產(chǎn)工業(yè)硬脂酸兩種工藝路線各有其優(yōu)勢(shì)，目前國(guó)內(nèi)兩種工藝路線在生產(chǎn)上均有應(yīng)用；兩種工藝生產(chǎn)路線都可采用間歇加氫和連續(xù)加氫的工藝方案，現(xiàn)以油脂加氫生產(chǎn)工業(yè)硬脂酸為例進(jìn)行介紹。

間歇加氫方案：間歇加氫又分為純機(jī)械攪伴氫化反應(yīng)器和噴射氫化反應(yīng)，前者是較傳統(tǒng)的氫化反應(yīng)方式，工業(yè)生產(chǎn)中也常用，但現(xiàn)在間歇加氫方案大都采用后者。間歇加氫工藝過(guò)程為油脂通過(guò)脫氣預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入脫氣器中除去油脂中的水分及不凝性氣體后，加熱到氫化反應(yīng)所需要的溫度后輸送至氫化反應(yīng)器；氫氣由氫氣壓縮機(jī)壓送至氫化反應(yīng)器；催化劑通過(guò)催化劑溶解罐溶解后由氫氣吹送至氫化反應(yīng)器。反應(yīng)在進(jìn)行的過(guò)程中采用“屏蔽泵+噴射器” 強(qiáng)制外循環(huán)以達(dá)到充分混合，進(jìn)行充分的反應(yīng)；反應(yīng)完成后依靠反應(yīng)釜內(nèi)的氫氣壓力壓送氫化油出料，氫化油在出料的過(guò)程中與原料進(jìn)行換熱，氫化油在分離器中分離出殘余溶解氫氣后流至過(guò)濾中間罐，在過(guò)濾中間罐中加入硅澡土作為助濾，氫化油經(jīng)過(guò)濾和精過(guò)濾兩次過(guò)濾后得到氫化油產(chǎn)品。氫氣依靠氫化油作液封，氫氣可作為后續(xù)生產(chǎn)循環(huán)使用。

噴射氫化反應(yīng)器是在釜式反應(yīng)器的基礎(chǔ)上增加噴射混合器，利用“文丘里”的原理，使得油脂、氫氣、催化劑三者進(jìn)行充分的混合，且通過(guò)屏蔽泵進(jìn)行強(qiáng)制外循環(huán)。由于加氫反應(yīng)是放熱反應(yīng)，設(shè)備設(shè)計(jì)溫度可依據(jù)原料的碘值確定，通常噴射氫化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度不低于260℃，設(shè)備設(shè)計(jì)壓力在2.5～10.0MPa；設(shè)備材質(zhì)可用碳鋼、不銹鋼或復(fù)合板材料。由于氫氣的循環(huán)使用，油脂進(jìn)料泵大多采用多級(jí)泵滿足原料油脂的進(jìn)料要求。

連續(xù)加氫方案：連續(xù)加氫工藝過(guò)程為油脂通過(guò)原料換熱器和脫氣預(yù)熱器加熱后，進(jìn)入脫氣器中除去油脂中的水分及不凝性氣體后，經(jīng)供料小部分油脂用于催化劑配料用，其他的大部分油脂都需經(jīng)過(guò)高壓進(jìn)料泵達(dá)到反應(yīng)所需要壓力。催化劑經(jīng)計(jì)量后在催化劑罐中溶解，用催化劑輸送泵與原料脂肪酸在靜態(tài)混合器中混合，含有催化劑的脂肪酸經(jīng)高壓泵輸送至氫化反應(yīng)器進(jìn)行加氫反應(yīng)，在進(jìn)入氫化反應(yīng)器之前脂肪酸與氫氣在噴射混合器中充分混合。三者混合后從塔底輸入至氫化反應(yīng)器進(jìn)行氫化反應(yīng)，反應(yīng)完成后物料從塔頂輸出，經(jīng)氣液分離器分離，氫氣從分離器頂部分離出來(lái)經(jīng)二次緩沖冷卻，經(jīng)循環(huán)氫壓縮機(jī)壓縮后氫氣循環(huán)使用；氫化油從分離器底部分離出來(lái)，輸送至過(guò)濾中間罐，在過(guò)濾中間罐中加入硅澡土作為助濾，氫化油經(jīng)過(guò)濾和精過(guò)濾后得到產(chǎn)品氫化油。氫氣與氫化油在油氫分離器中進(jìn)行分離，依靠氫化油作為液封介質(zhì)，分離出來(lái)的氫氣作為后續(xù)加氫生產(chǎn)循環(huán)使用。

連續(xù)氫化反應(yīng)器為塔式反應(yīng)器，反應(yīng)器的容積相對(duì)較大，設(shè)備相對(duì)較高。油脂、氫氣、催化劑三者經(jīng)充分混合后從連續(xù)氫化反應(yīng)器底部進(jìn)料，頂部出料。連續(xù)氫化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度可依據(jù)原料的碘值確定，通常連續(xù)氫化反應(yīng)器的設(shè)計(jì)溫度不低于240℃，設(shè)備設(shè)計(jì)壓力在2.5～4.0MPa，設(shè)備材質(zhì)大多采用復(fù)合板材料。油氫分離器是油脂連續(xù)加氫時(shí)氫化油與氫氣分離的重要場(chǎng)所，設(shè)備簡(jiǎn)圖如圖2所示，對(duì)整個(gè)裝置的安全產(chǎn)生起到至關(guān)重要的作用；油氫進(jìn)口采用特殊設(shè)計(jì)的切線離心進(jìn)料，氫氣從油氫分離器頂部分離出來(lái)，氫化油從底部分離出來(lái)；油氫分離器的材質(zhì)也大多數(shù)采用復(fù)合板材料。

油脂加氫的過(guò)程中催化劑是必不可少的，催化劑以金屬為主，鎳是油脂加氫最常用的催化劑；鎳的活性高、相對(duì)廉價(jià)，通常為2～10μm粒徑的精細(xì)粉末，為了防止氧化，通常把鎳催化劑與氫化油混合制成顆粒狀的油基鎳催化劑，加氫反應(yīng)使用時(shí)在熱油中加熱熔化即可。目前催化劑大多傾向于使用一次的，廢催化劑一般交給專門的公司處理。

圖2 分離器簡(jiǎn)圖

2 間歇加氫與連續(xù)加氫的比較

間歇加氫與連續(xù)加氫的方式有其各自的特點(diǎn)和不足之處，選擇加氫方案時(shí)，應(yīng)從多方面多角度進(jìn)行比選?，F(xiàn)用高、較高、低、較低等詞對(duì)兩者列表進(jìn)行定性比較，但方案選擇時(shí)比選的內(nèi)容不應(yīng)限于表1中所列。

由表1中可以看出，連續(xù)加氫方案適用于產(chǎn)品產(chǎn)量高的情況，其公用工程耗量低，節(jié)能效果好，產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)自動(dòng)化程度也高，但工程投資大；若產(chǎn)品產(chǎn)量低時(shí)可采用間歇加氫方案，其工程投資少回收快，但能耗相對(duì)較高，自動(dòng)化程度也低。一般產(chǎn)品產(chǎn)量大時(shí)采用連續(xù)加氫，產(chǎn)品產(chǎn)量小時(shí)可采用間歇加氫。

表1 間歇方式與連續(xù)方式的比較

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)是工業(yè)硬脂酸的需求大國(guó)，各種生產(chǎn)方都有其固有的特性，應(yīng)結(jié)合市場(chǎng)需求、產(chǎn)品質(zhì)量要求、工程投資等多方面多角度進(jìn)行比選，在已選定工藝路線的前提下，提高工藝生產(chǎn)水平，保證產(chǎn)品質(zhì)量，贏得產(chǎn)品市場(chǎng)份額。