Способ обработки таллового масла и устройство для его осуществления
Настоящее изобретение относится к способу обработки сырья, содержащего талловое масло (105), включающему отделение потока легких фракций (129) от сырья (101) с последующим удалением тяжелой фракции (108) из сырья (101), отличающийся тем, что при отделении потока легких фракций (129) от сырья используется ректификационная колонна (105) и что ректификационная колонна включает один или несколько нагревателей ректификационной колонны и устройство для конденсации паров с получением дистиллята и флегмовой жидкости, при этом дистиллят содержит скипидар и воду, а кроме того указанный способ включает выделение скипидара из дистиллята для получения продукта в виде скипидара (106). Способ позволяет получить продукты с высоким выходом. 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к способу обработки сырья, содержащего талловое масло. В частности, настоящее изобретение относится к способу обработки таллового масла, где способ включает отделение потока легких фракций от исходного сырого таллового масла с последующим удалением тяжелой фракции из сырья.
Сырое талловое масло представляет собой маслянистый продукт, получаемый в качестве побочного продукта процесса получения древесной массы. Сырое талловое масло является источником различных органических компонентов и включает в себя, помимо прочего, канифольные кислоты (или смоляные кислоты), жирные кислоты, жирные спирты и смолы. Различные компоненты извлекают из сырого таллового масла главным образом с помощью различных методов дистилляции и выпаривания. Высока потребность в источниках биоматериалов для различных органических компонентов, и сырое талловое масло является пригодным биоматериалом.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сохраняется повышенная потребность в возобновляемых источниках биоматериалов для различных химических веществ и органических компонентов. Сырое талловое масло (CTO), которое обычно называют талловым маслом, является побочным продуктом процесса варки крафт-целлюлозы, в частности, когда используются хвойные деревья. Талловое масло представляет собой смесь различных органических компонентов, таких как канифольные кислоты, жирные кислоты, стеролоподобные компоненты, и не испаряющейся фракции, обычно называемой смолой. Таким образом, талловое масло является отличным источником широкого спектра различных компонентов и может использоваться в качестве сырья во многих различных процессах.
Одной из областей техники, где талловое масло нашло применение в качестве возобновляемого биоматериала, является производство возобновляемого топлива и компонентов возобновляемого топлива. Жирные кислоты, такие как неочищенные жирные кислоты (CFA) и жирные кислоты таллового масла (TOFA), могут быть преобразованы в компоненты возобновляемого топлива, например, с помощью процессов гидроочистки с получением различных углеводородов или путем производства метиловых эфиров жирных кислот (FAME). При производстве CFA и/или TOFA другой высокоценный продукт, канифоль таллового масла (TOR), обычно отделяется от продукта CFA/TOFA, тем самым придавая дополнительную ценность процессу очистки CTO. TOR, как и другие два коммерческих продукта канифоли, камедь и древесная канифоль, содержит смесь многих изомерных дитерпеновых кислот. Продукты процесса переработки СТО могут использоваться в качестве топлива, промежуточных химических реагентов для других химических веществ, сырья для производства возобновляемого топлива или производства биохимических соединений. Хотя необработанное талловое масло в некоторых процессах может быть использовано непосредственно в качестве сырья, обычно целесообразнее подвергнуть СТО различным стадиям очистки и фракционирования. На стадиях очистки и фракционирования талловое масло очищается и подвергается перегонке с получением различных ценных потоков, которые могут быть использованы в качестве сырья для процесса обогащения или же использоваться непосредственно в качестве продукта. Талловое масло обычно содержит примеси, такие как металлы и соли, которые могут вызвать инактивацию катализаторов, используемых в процессах обогащения, или снизить ценность продуктов.
Публикация US 3644179 описывает пример фракционирования таллового масла, раскрывая метод непрерывного фракционирования таллового масла, который включает непрерывное введение таллового масла в первую зону испарения тонкой пленки с последующим введением тяжелой фракции после первого процесса испарения во второй процесс испарения тонкой пленки. В описанном способе из первой зоны испарения отводится поток легких фракций, а вторая зона испарения позволяет отделить тяжелые фракции таллового масла. Остатки направляют в зону фракционирования, где из таллового масла отделяется, по меньшей мере, поток, содержащий канифольные кислоты, и поток, содержащий жирные кислоты.
Пример процесса очистки вещества таллового масла приведен в публикации US 9181494, где способ включает испарение вещества таллового масла на первой стадии выпаривания с получением первой фракции, содержащей легкие углеводороды и воду, и второй фракции, содержащей жирные кислоты, смоляные кислоты, нейтральные вещества и остаточные компоненты. Вторая фракция подвергается второму выпариванию, включающему две стадии выпаривания, с получением третьей фракции, содержащей жирные кислоты, смоляные кислоты и легкие нейтральные вещества, а также остаточную фракцию. В процессе осуществления стадий выпаривания примеси, такие как металлы и твердые вещества, удерживаются в концентрате, а конденсат, полученный в результате выпаривания, готов к подаче в установку гидроочистки.
Публикация US 9719047 описывает способ очистки сырого таллового масла, где очищенный СТО, т.е. подвергнутый предварительной обработке СТО, из которого были вымыты и отделены примеси, фракционируется под вакуумом с образованием, по меньшей мере, одного потока очищенного таллового дизельного топлива или жирной кислоты таллового масла. В описанном способе очищенный СТО загружают на первую стадию фракционирования, с целью выделения TOFA и смоляных кислот из смолы таллового масла, а затем направляют на вторую стадию фракционирования, где поток, обогащенный очищенным дизельным топливом из таллового масла или TOFA, отделяют от потока, обогащенного смоляными кислотами. Поток, обогащенный очищенным дизельным топливом из таллового масла или TOFA, может быть дополнительно подвергнут обескислороживанию с получением углеводородных соединений.
Публикация US 2894880 описывает способ фракционирования таллового масла для получения из него фракции, представляющей собой практически чистые жирные кислоты, и других фракций, содержащих коммерчески привлекательные примеси жирных кислот и канифольных кислот. Описанный способ включает введение сырого таллового масла через нагреватели в колонну, которая играет роль дезодорирующей колонны, с целью удаления влаги, низкокипящих окрашенных веществ и неомыляемого остатка из исходного сырья. Кроме того, описывается использование испарителя пленочного типа.
Когда источник возобновляемого биоматериала, такой как талловое масло, используется в качестве сырья в процессах обогащения, важно, чтобы все полезные компоненты могли быть отделены от менее ценных продуктов, а выход ценных продуктов был как можно выше. Известные способы очистки таллового масла не способны отделить все ценные продукты от биоматериала таллового масла, и выход наиболее ценных продуктов в виде жирных кислот талового масла (TOFA), неочищенных жирных кислот (CFA) и канифоли таллового масла (TOR) все еще может быть низким. В процессе очистки для получения возобновляемого биоматериала также важно, чтобы этот процесс был надежным и малочувствительным к изменениям в исходном биоматериале. Когда сырье имеет биологическое происхождение, например, представляет собой талловое масло, всегда существуют различия в составе и качестве биоматериала. Процесс очистки биоматериалов должен быть способен справляться с изменениями в сырье и не приводить к изменениям в конечных продуктах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, объектом настоящего изобретения является разработка способа очистки возобновляемого биоматериала, содержащего талловое масло, и устройство для его осуществления, в котором в процессе очистки можно отделять и собирать различные ценные продукты без ущерба для выхода других ценных продуктов, например, TOFA, CFA, TOR, в частности, TOFA. Объектом настоящего изобретения является решение описанных выше задач. Объекты настоящего изобретения можно реализовать с помощью способа и устройства, которые охарактеризованы в независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Таким образом, в настоящем изобретении предложен способ обработки сырья, содержащего талловое масло, включающий выделение потока легких фракций из сырья с последующим удалением из сырья тяжелой фракции, в котором для выделения потока легких фракций из сырья используют ректификационную колонну и отбирают, по меньшей мере, один продукт из потока легких фракций.
В настоящем изобретении также предложено устройство для осуществления способа по настоящему изобретению, при этом указанное устройство включает:
- устройство для введения сырья в ректификационную колонну,
- ректификационную колонну для выделения потока легких фракций из сырья, при этом ректификационная колонна имеет систему нагревателей на дне ректификационной колонны,
- устройство для отбора продукта в виде дистиллята из выделенного потока легких фракций,
- устройства для сбора и обработки кубового продукта ректификационной колонны, с целью выделения тяжелых фракций из сырья.
В настоящем изобретении дополнительно предложено использование ректификационной колонны в способе обезвоживания сырья, содержащего талловое масло.
Преимущество способа по настоящему изобретению заключается в том, что указанный способ обеспечивает надежный процесс очистки таллового масла, при этом в указанном способе из исходного таллового масла могут быть выделены и собраны различные ценные продукты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно с помощью предпочтительных вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, где
На фигуре 1 показан вариант осуществления настоящего изобретения; и
На фигуре 2 показан общий процесс по настоящему изобретению для обработки сырья, содержащего талловое масло.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к способу обработки сырья, содержащего талловое масло. Под термином "талловое масло" подразумевается талловое масло вообще. Альтернативным термином для таллового масла, используемым в данном описании, является "сырое талловое масло", т.е. необработанные вещества таллового масла. Талловое масло образуется в качестве побочного продукта в процессе варки крафт-целлюлозы. Талловое масло обычно содержит фракцию, обладающую кислыми свойствами, которые обеспечивает карбоксильная группа COOH, и нейтральную фракцию, которую иногда называют неомыляемой фракцией. Указанная нейтральная фракция может составлять до 25% масс. от совокупного количества таллового масла. Кислую фракцию таллового масла можно разделить на две основные подгруппы: фракцию жирных кислот и фракцию смоляных кислот. Каждая из указанных фракций и групп таллового масла содержит ряд различных индивидуальных соединений и компонентов. Таким образом, очевидно, что талловое масло является привлекательным сырьем и содержит много потенциально ценных и полезных компонентов, которые могут быть отделены от биоматериала.
Сырье для способа по настоящему изобретению содержит талловое масло, что означает, что сырье может также содержать другие потоки помимо таллового масла. В одном варианте осуществления настоящего изобретения сырье содержит другие биоматериалы, такие как жиры и масла биологического происхождения. Сырье может также содержать другие потоки или фракции биологического происхождения. Таким образом, сырье может также включать фракции или потоки из процессов превращения биомассы в жидкость (BTL), в которых используются различные количества биоматериала. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения сырье может также содержать рециклируемые потоки, взятые из процесса ректификации, такие как легкие масла из вакуумных систем и/или потоки, взятые из процессов переработки ископаемого топлива или возобновляемых материалов, таких как потоки гидрированных легких фракций или средних дистиллятов.
Указанный способ включает стадии отделения от сырья потока легких фракций с последующим удалением из сырья тяжелой фракции. Поток легких фракций состоит в основном из органических молекул с количеством атомов углерода в пределах С10. Тяжелая фракция состоит из органических молекул с количеством атомов углерода более С10. В соответствии с настоящим изобретением, для отделения потока легких фракций используют ректификационную колонну и, по меньшей мере, один продукт отбирают из потока легких фракций либо непосредственно из ректификационной колонны, либо после ректификационной колонны с помощью фазового сепаратора.
Поток легких фракций, выделенный из сырья, представляет собой любой поток летучих веществ, включая легкие органические вещества и воду. Легким органическим веществом может быть в целом любое органическое соединение с температурой кипения вплоть до 200°С. Некоторые органические соединения из легких органических веществ могут иметь температуру кипения больше 200°С. Выделение потока легких фракций из сырого таллового масла также называют стадией дегидратации, т.е. удаления воды. Летучие вещества включают различные органические молекулы, в том числе скипидар.
Согласно настоящему изобретению, по меньшей мере, один продукт собирают из потока легких фракций после выделения потока легких фракций из сырья, содержащего талловое масло. Поток легких фракций может состоять из различных органических молекул, а продукт может быть любым пригодным для использования органическим компонентом или соединением, которое может быть собрано в виде продукта. В одном варианте осуществления настоящего изобретения продуктом, собираемым из потока легких фракций, является скипидар.
Скипидар, также называемый скипидарным маслом, обычно представляет собой смесь C10H16 монотерпеновых углеводородов, таких как альфа-пинен. Скипидар также содержит моноциклические терпены, ароматические вещества, кислородсодержащие соединения и полимерные вещества. Скипидар широко используется в химической промышленности и находит широкое применение, в основном в качестве растворителя, например, в красках, лаках, резине и пластмассах.
Указанный способ также включает удаление тяжелой фракции из сырого таллового масла. Тяжелую фракция или не поддающуюся перегонке фракцию обычно называют смолой. Тяжелую фракцию или смолу обычно удаляют любыми способами с помощью пригодных методов дистилляции или выпаривания, с целью выделения кислой фракции таллового масла. Остаток, который не поддается дистилляции, собирается в виде тяжелой фракции. Стадии удаления тяжелой фракции обычно называют обессмоливанием. Способная дистиллироваться кислая фракция обычно дополнительно перерабатывается с помощью различных процессов обогащения.
Согласно настоящему изобретению, при выделении потока легких фракций из сырья используется ректификационная колонна. Разделение потока легких фракций осуществляется с помощью ректификационной колонны, способной разделять компоненты смеси, в данном случае сырья, содержащего талловое масло, основываясь на различии в температурах кипения компонентов.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения ректификационная колонна содержит один или несколько нагревателей на дне ректификационной колонны, а также устройство для конденсации пара и получения дистиллята и флегмы.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство для конденсации паров и получения дистиллята представляет собой холодильник прямого действия или отдельный теплообменник, расположенный вне ректификационной колонны.
Загрузку исходных веществ в ректификационную колонну осуществляют в среднюю или нижнюю секцию ректификационной колонны, где они обычно частично испаряются. В качестве альтернативы, для создания потоков пара и жидкости, которые вводятся в среднюю или нижнюю часть ректификационной колонны, может быть использован отдельный испарительный резервуар. В одном альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения подачу исходных веществ осуществляют непосредственно в зону нагревателя на дне ректификационной колонны. Загружаемые в ректификационную колонну исходные вещества можно, в качестве альтернативы, предварительно нагреть, чтобы уменьшить рабочие требования к нагревателю на дне ректификационной колонны.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения устройство для конденсации пара содержит одну или несколько массообменных секций
Независимо от механизма подачи, испаренная газообразная часть направляется вверх по ректификационной колонне к одной или нескольким массообменным секциям. Массообменная секция может включать тарелки, насыпную насадку, структурированную насадку, сборники жидкости, опорные сетки, распределители сырья и перераспределители для пара, жидкости или двухфазного потока или любой их комбинации. Массообменная секция должна обеспечивать достаточный контакт между жидкостью и паром. Вышеуказанное массообменное оборудование также используется в качестве конденсационной секции, с целью конденсации восходящего потока пара путем подачи охлажденной жидкости в колонну. Массообменные секции расположены, по крайней мере, над секцией подачи, и жидкость собирается в нижней части ректификационной колонны. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения массообменная секция может также располагаться под секцией подачи, с целью уменьшения доли легких фракций в потоках, отводимых из нижней части колонны.
Ректификационная колонна содержит систему нагревателей на дне ректификационной колонны, где поток жидкости, стекающий вниз по ректификационной колонне, который называют в данном описании флегмовой жидкостью (или флегмой), собирается и вновь испаряется. В одном варианте осуществления настоящего изобретения жидкие исходные вещества, подаваемые в ректификационную колонну, также направляют в зону нагревателя на дне ректификационной колонны. Таким образом, на практике нагреватель на дне ректификационной колонны формирует пары, необходимые для работы ректификационной колонны. Нагрев может быть организован с использованием одного или нескольких нагревателей на дне ректификационной колонны, которые используют горячий теплоноситель или горячий поток из процесса в качестве нагревательной среды. Устройство нагревателя на дне ректификационной колонны включает тарелку или нижний сборник, из которого собранная жидкость, состоящая из флегмовой жидкости и загружаемых жидких исходных веществ, поступает самотеком или перекачивается в зону нагревателя на дне колонны. Часть жидкости в нагревателе испаряется. В зависимости от типа нагревателя на дне ректификационной колонны пар и жидкость затем возвращают обратно в общую двухфазную проточную трубу или раздельно в виде пара и жидкости. В одном варианте осуществления настоящего изобретения собирающийся внизу продукт выгружают непосредственно из нагревателя на дне ректификационной колонны.
Дно ректификационной колонны может иметь отводящее устройство, позволяющее вводить свежее жидкое сырье и флегмовую жидкость из ректификационной колонны непосредственно в узел нагревателя ректификационной колонны. Горячий пар или смесь пар-жидкость из нагревателя ректификационной колонны возвращаются в нижнюю часть ректификационной колонны. Горячий пар поднимается вверх к массообменной(ым) секции(ям). Дно ректификационной колонны может быть разделено на два или больше сегментов, каждый из которых может быть снабжен отдельным нагревателем. Свежее сырье может быть введено непосредственно в один или несколько нагревателей ректификационной колонны или же отдельный нагреватель ректификационной колонны может быть использован для свежего сырья, в то время как другие нагреватели ректификационной колонны используются только для повторного испарения флегмы из колонны.
Поднимающийся вверх пар из системы подачи и нагревателя(ей) ректификационной колонны контактирует с флегмой, подаваемой в верхнюю часть массообменной секции. Массообменная(ые) секция (ии) имеет(ют) несколько тарелок, обеспечивающих равновесие между паром и жидкостью для концентрирования потока легких фракций, включая воду. Кислая фракция, включающая жирные кислоты, канифольные кислоты и более тяжелые нейтральные вещества, которые может содержать пар или смесь пар-жидкость, концентрируется в жидкости, покидающей массообменную секцию.
Поток легких фракций, содержащий скипидар и воду, конденсируется либо в холодильнике прямого действия, либо в отдельном теплообменнике, расположенном вне ректификационной колонны. Холодильник прямого действия может представлять собой массообменную секцию, которая создает контактную зону для конденсации пара в жидкость путем подачи охлажденной жидкости в верхнюю часть секции. Можно также использовать внутренний холодильник внутри ректификационной колонны. Сконденсированная жидкость отводится из нижней части массообменной секции и оттуда может быть извлечена для отделения продукта от потока легких фракций. В одном варианте осуществления настоящего изобретения конденсированную жидкость извлекают из нижней части массообменной секции и перекачивают в фазовый сепаратор для удаления воды из органической фазы. Органическая фаза может быть разделена на три потока; один из потоков может быть использован в качестве флегмы в верхней части массообменной секции, другой поток может быть использован в качестве рециклируемого охлаждающего потока, а продукт дистилляции может быть выделен из одного из потоков. При использовании внутреннего холодильника конденсат будет стекать вниз внутри ректификационной колонны.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения продукт, собираемый из потока легких фракций, представляет собой скипидар, который может быть отделен от воды потока легких фракций путем фракционной перегонки. Кроме того, можно использовать и другие методы разделения. Если используется разделение фаз жидкость-жидкость, то его можно осуществить с помощью фазового сепаратора, находящегося вне корпуса ректификационной колонны. Конденсированная жидкость закачивается в фазовый сепаратор в нижней части массообменной секции. Водная фаза опускается на дно, откуда воду можно вывести в виде сточных вод. Органическая фаза, отделенная от водной фазы, в основном содержит скипидар и может быть собрана с верхней части фазового сепаратора. В качестве альтернативы, разделение фаз жидкость-жидкость можно провести в ректификационной колонне. Разделение внутри колонны осуществляют одновременно с разделением фаз пар-жидкость, используя внутрикорпусные устройства для разделения фаз, расположенных ниже секции конденсации ректификационной колонны.
Содержащую скипидар органическую фазу можно собрать как таковую или, если это необходимо, подвергнуть дальнейшей обработке. Концентрация скипидара в органической фазе, которая отделяется от сконденсированной жидкости со дна разделительного слоя, может быть больше 75%, предпочтительно, больше 85%, более предпочтительно, больше 95% и, наиболее предпочтительно, 99% или больше.
Рециклируемый охлаждающий поток охлаждается с помощью холодного теплоносителя или холодного технологического потока и подается в верхнюю часть массообменной секции либо напрямую, либо через соответствующий распределитель сырья.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения нагреватель ректификационной колонны встроен в тот же корпус, что и остальная часть ректификационной колонны. В другом варианте осуществления настоящего изобретения нагреватель(и) ректификационной колонны расположен(ы) вне остальной части ректификационной колонны. Если нагреватель(и) ректификационной колонны расположен(ы) вне ректификационной колонны, ректификационная колонна может иметь отдельную линию, соединяющую нижнюю часть ректификационной колонны и нагреватель ректификационной колонны.
Ректификационная колонна в способе по настоящему изобретению работает в диапазоне температур от 100°С до 250°С, предпочтительно, от 120°С до 230°С. Температура должна быть достаточно высокой для испарения летучих веществ, образующих поток легких фракций. Помимо фактической рабочей температуры, также важно, чтобы сырье не содержалось при слишком высокой температуре в течение длительного времени. Если сырье слишком долго держать при слишком высокой температуре, то компоненты таллового масла начнут вступать во взаимодействие и могут деградировать в нежелательные побочные продукты. Ректификационная колонна работает при низком давлении для облегчения испарение летучих веществ при более низкой температуре с тем, чтобы избежать нежелательного разложения таллового масла. Ректификационная колонна в способе по настоящему изобретению работает при давлении в диапазоне от 2 кПа до 20 кПа, предпочтительно, от 4 кПа до 12 кПа.
Авторы настоящего изобретения с удивлением обнаружили, что при использовании ректификационной колонны с определенной конструкцией нагревателя на дне ректификационной колонны можно отобрать ценный органический продукт из потока легких фракций и одновременно увеличить выход кислой фракции в виде канифольных кислот и жирных кислот. Указанный результат не может быть достигнут с помощью испарительной системы, которая лишь отделяет поток легких фракций, включая воду, от сырого таллового масла. Собранный органический продукт, предпочтительно скипидар, обладает большой ценностью, а когда используют испарительную систему для получения масла для эжекторных насосов, этот ценный продукт теряется. Кроме того, при использовании ректификационной колонны вместо испарительной системы количество кислой фракции, теряемой в масле для эжекторных насосов, сводится к минимуму, при этом кислая фракция собирается в массообменных секциях в виде дистиллята из ректификационной колонны.
Применение ректификационной системы предоставляет преимущества за счет создания буфера для нивелирования колебаний концентраций компонентов в сырье, поскольку она имеет несколько тарелок, обеспечивающих равновесие пар-жидкость, с целью сглаживания всплесков концентраций легких или наиболее тяжелых фракций дистиллята или кубовых продуктов. Указанный буфер позволяет предотвратить более сильные нарушения в нормальной работе для тех последующих процессов, с которыми соединена ректификационная система. Для ректификационных установок является типичным, что некоторые исходные материалы накапливают легкие или тяжелые вещества вследствие нарушений в проведении операций на предыдущих стадиях производства.
Кубовый продукт ректификационной колонны направляют в процесс удаления тяжелой фракции из сырья. Удаление тяжелой фракции можно осуществить любым способом, известным из данной области техники. Удаление тяжелой фракции из сырья включает испарение сырья, по меньшей мере, в одном испарителе или ректификационной колонне для получения освобожденной от смол паровой фракции и/или фракции жидких кислот и более тяжелой фракции смол, сбор освобожденной(ых) от смол фракции(ий) и ректификацию освобожденной(ых) от смол фракции(ий) с целью получить
i) фракцию более легких органических кислот и нейтральных органических компонентов, фракцию неочищенных жирных кислот, CFA (114)
ii) первую фракцию более тяжелых органических кислот и фракцию нейтральных органических компонентов, фракцию, содержащую канифоль (115, 116), в жидкой форме и
iii) вторую фракцию более тяжелых органических кислот и нейтральных компонентов, фракцию, содержащую канифоль (115), в газообразной форме.
Отделение тяжелой фракции можно осуществить с помощью испарителя, такого как тонкопленочный испаритель, испаритель на "коротком пути", или с помощью любого другого пригодного метода испарения. Фракция, обогащенная канифольными кислотами, подвергается дальнейшей очистке или дробной перегонке (113). Дробная перегонка фракции, обогащенной канифольными кислотами, дает поток канифольных кислот, практически не содержащих жирные кислоты или содержащих, по крайней мере, меньше 5% жирных кислот.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, удаление тяжелой фракции осуществляют по способу, включающему:
выпаривание сырья в тонкопленочном испарителе (TFE) с получением верхней паровой фракции TFE и остаточной фракции TFE,
выпаривание остатка TFE в испарителе на "коротком пути" (SPE) с получением обессмоленной кислой фракции и фракции более тяжелых смол,
сбор и объединение верхней паровой фракции TFE и обессмоленной кислой фракции, а также
ректификацию объединенной верхней паровой фракции TFE и обессмоленной кислой фракции с получением фракций i), ii) и iii).
В одном варианте осуществления настоящего изобретения после удаления тяжелой фракции из сырья способ дополнительно включает одну или несколько следующих стадий:
извлечение тяжелой фракции (112), фракции CFA (114) и фракции, содержащей канифоль (115, 116);
повторная ректификация канифольной фракции (116) в жидкой форме в колонне повторной ректификации (124) с получением дополнительно очищенной канифольной фракции (126) и донной фракции смоляных кислот (127);
ректификация в колонне головных фракций (119), по меньшей мере, части фракции CFA (114), содержащей сырую жирную кислоту, с получением легкой головной фракции (118) в качестве дистиллята колонны головных фракций и дополнительной фракции сырой жирной кислоты (117) в качестве кубового продукта колонны головных фракций;
ректификация в колонне жирных кислот (120) дополнительной фракции сырой жирной кислоты (117) с образованием фракции жирных кислот (121), которую получают в качестве дистиллята колонны жирных кислот, и донного масла (122), которое получают в качестве кубового продукта колонны жирных кислот;
извлечение легкой головной фракции (118), фракции жирной кислоты (121) и донного масла (122); и
гидрирование фракции CFA (114), легкой головной фракции (118) и/или продукта в виде смоляных кислот (125).
Остатки после очистки или дробной перегонки фракции, обогащенной смоляными кислотами, удаляют из процесса. Эту оставшуюся тяжелую фракцию обычно называют смолой (или фракцией тяжелой смолы). Процесс разделения потоков жирных кислот и потоков, обогащенных смоляными кислотами, обычно называют обессмоливанием. Помимо тяжелой фракции извлекают также фракцию CFA и фракцию, содержащую канифоль. Поток, обогащенный CFA и канифолью, может быть подвергнут ректификации для разделения фракции CFA, фракции канифоли и легкой головной фракции. По меньшей мере, часть фракции CFA, содержащей CFA, может быть повергнута перегонке в колонне головных фракций для получения легкой головной фракции в качестве дистиллята колонны головных фракций и дополнительной фракции CFA в качестве кубового продукта колонны головных фракций. Фракцию CFA также можно подвергнуть перегонке в ректификационной колонне жирных кислот для разделения фракции жирных кислот, которую получают в качестве продукта колонны жирных кислот, и донного масла, образующегося в качестве кубового продукта колонны ректификации жирных кислот. В качестве побочного потока также может быть отделена фракция, представляющая собой комбинацию жирных кислот и канифольных кислот. Извлекают легкую(ие) головную(ые) фракцию(и), фракцию жирных кислот, комбинированную фракции жирных кислот и канифольных кислот, а также донное масло. Канифольная фракция, отделенная от фракции неочищенных жирных кислот, может быть подвергнута дополнительной повторной перегонке в ректификационной колонне для очистки канифольной фракции в жидкой форме с получением дополнительно очищенной канифольной фракции и донной канифольной фракции. Поток, обогащенный канифолью, из колонны повторной ректификации собирают как ценный продукт.
Выделенная фракция неочищенных жирных кислот и/или фракция жирных кислот таллового масла могут быть собраны и использованы в производстве возобновляемого дизельного топлива или компонентов возобновляемого дизельного топлива. Фракцию неочищенных жирных кислот и/или фракцию жирных кислот таллового масла можно подвергнуть гидрированию, такому как процесс гидродезоксигенации. Под процессом гидрирования в данном описании понимается любой процесс обработки жирных кислот водородом с получением углеводородов. Процессу гидрирования может предшествовать очистка соединений жирных кислот.
Способ по настоящему изобретению относится к очистке и переработке веществ биологического происхождения. В зависимости от его происхождения биоматериал всегда содержит различное количество примесей. Поэтому в приведенных в данном описании процессах сырье и различные потоки и фракции могут быть очищены, с целью удаления примесей, таких как твердые вещества, металлы и соли. Способы очистки включают, однако этим не ограничиваясь, различные стадии промывки, с добавлением или без добавления компонентов, способствующих образованию частиц, таких как кислоты или комплексообразующие компоненты, такие как щавелевая кислота, лимонная кислота, серная кислота, фосфорная кислота и/или этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) или другая слабая органическая кислота. Твердые частицы могут быть удалены центрифугированием, фильтрацией, отстаиванием, седиментацией и/или декантацией. Кроме того, очистку можно проводить при повышенной температуре для улучшения вязкости и растворимости солей. Очистку можно поводить до обезвоживания или на более поздней стадии, например, для потока обезвоживания сточных вод, тяжелой фракции и/или для CFA или потока головных легких фракций.
Объектом настоящего изобретения является также устройство для осуществления процесса по настоящему изобретению, при этом указанное устройство включает:
- устройства для введения сырья в ректификационную колонну,
- ректификационную колонну для выделения потока легких фракций из сырья, при этом ректификационная колонна имеет систему нагревателей на дне ректификационной колонны,
- приспособление для отбора продукта в виде дистиллята из выделенного потока легких фракций,
- устройства для сбора и обработки кубового продукта ректификационной колонны, с целью выделения тяжелых фракций из сырья.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фигуре 1 приведена примерная последовательность технологических операций представленного в данном описании способа.
В соответствии с фигурой 1, сырье, содержащее талловое масло (101), вводят в ректификационную колонну (105). Сырье (101) можно предварительно нагреть с помощью теплообменника (136), в результате чего получают предварительно нагретое сырье, содержащее талловое масло (102). Из ректификационной колонны (105) отводится поток легких фракций (129) и вводится в фазовый сепаратор (130) для отделения продукта (скипидара) от водной фазы. Водную фазу удаляют из фазового сепаратора (130) через линию сточных вод (128). Из фазового сепаратора отводится линия органических продуктов (131). Линия органических продуктов (131) может включать соединительную вставку, после которой линия разделяется на три различные линии. Продукт (скипидар) собирается через продуктовую линию (106) для возможной дальнейшей переработки или очистки (не показано). Поток (133) может быть удален из линии органического продукта (131) в качестве орошения в верхнюю часть массообменной секции. Кроме того, отдельная линия (132) должна быть отведена из линии органического продукта (131) через теплообменник (134) для использования в качестве рециклируемого охлаждающего потока (135) и повторного введения в ректификационную колонну (105).
Из нижней части ректификационной колонны (105) нижняя линия нагревателя ректификационной колонны (103) отводится в систему нагревателей ректификационной колонны (137). В системе нагревателей ректификационной колонны (137) кубовый продукт повторно нагревается и вновь возвращается через возвратную линию (104) в ректификационную колонну (105). Тяжелая фракция кубовых продуктов (108) извлекается из ректификационной колонны (105) и подвергается дальнейшей обработке, такой как удаление тяжелой фракции, обессмоливание (не показано). В качестве альтернативы, фракция кубового продукта ректификационной колонны (105) может быть извлечена из нижней части системы нагревателей ректификационной колонны (137); этот вариант на чертеже не показан.
Ректификационная колонна (105) также включает линию для подачи вакуума (пониженного давления) (107) в ректификационную колонну (105).
Фигура 2 представляет собой общую схему процесса переработки таллового масла. В соответствии с фигурой 2, сырье, содержащее талловое масло (101), вводят в ректификационную колонну (105). Из ректификационной колонны отводится линия продуктов (106), а также линия сточных вод (128). Линия из нижней части ректификационной колонны (108) соединяется со стадией обессмоливания, где удаляют фракцию тяжелой смолы (112) и, возможно, некоторое количество легких летучих веществ (109).
По меньшей мере, один или несколько потоков (110, 111), содержащих жирные и канифольные кислоты в газовой фазе, жидкой фазе или их комбинацию, подвергают переработке в колонне ректификации канифоли (113). Дистиллят, т.е. фракция более легких органических кислот и нейтральных органических компонентов, неочищенная фракция жирных кислот CFA (114) из ректификационной колонны (113) извлекается в виде фракции биоматериалов (123) и, по меньшей мере, некоторая их часть подается в колонну головных фракций (119) для удаления легких головных фракций (118) в виде фракции биоматериалов (123). Дополнительно перегнанная/очищенная фракция сырых жирных кислот (117) получается из колонны головных фракций (119), а затем может подаваться в ректификационную колонну жирных кислот (120). Неочищенная фракция жирных кислот (117) перегоняется в ректификационной колонне жирных кислот (120), при этом получают поток жирных кислот таллового масла (121) и фракцию донного масла (122).
Продукт в виде канифоли (115) может быть выведен через боковую линию из ректификационной колонны канифоли (113). Кубовый продукт ректификационной колонны канифоли (113) отводится в качестве линии канифольных продуктов (116) и может быть направлен в колонну повторной перегонки канифоли (124). Подвергнутые повторной перегонке продукты в виде канифоли могут быть извлечены из колонны (124) по двум отдельным линиям продуктов в виде канифоли (125, 126). Кубовый продукт ректификационной колонны канифоли отводится по линии (127).
ПРИМЕР 1: ОДНОСТАДИЙНАЯ ДЕГИДРАТАЦИЯ В СРАВНЕНИИ С ДЕГИДРАТАЦИЕЙ В РЕКТИФИКАЦИОННОЙ КОЛОННЕ
Пример 1 выявляет различия в способе дегидратации CTO между обычной одностадийной дегидратацией, такой как дегидратация в сосуде мгновенного испарения, испарителе с падающей пленкой или тонкопленочном испарителе, и вариантом осуществления настоящего изобретения, описанном на фигуре 1.
Были проведены имитационные исследования для альтернативных вариантов обезвоживания. Сырье для обезвоживания состояло из сырого таллового масла, содержащего 37% масс. свободных канифольных кислот, 44% масс. свободных жирных кислот, 3% масс. терпенов, 2% масс. воды и 14% масс. других нейтральных компонентов.
При наличии только одной стадии разделения в процессе дегидратации некоторые летучие жирные и канифольные кислоты случайно попадают в головной поток в способе дегидратации. Подобные потери снижают выход канифоли и продуктов TOFA. Добавление стадий разделения и введение в процесс потока флегмы позволяет эффективно очищать головной поток от жирных и канифольных кислот.
В таблице 1 суммированы различия в выходах продукта между одностадийной дегидратацией и дегидратацией с использованием ректификационной колонны. Из полученных результатов можно сделать вывод, что компоновка ректификационной колонны минимизирует потери свободных жирных и канифольных кислот в процессе дегидратации, что приводит к повышению выхода как канифоли, так и продуктов TOFA. Кроме того, получают новый важный побочный продукт - сырой скипидар.
Таблица 1. Сравнение одностадийной дегидратации и дегидратации в ректификационной колонне. Значения в % описывают разницу в выходе продукта при использовании ректификационной колонны в сравнении с одностадийной дегидратацией
| Выходы продукта | Обезвоживание с помощью ректификационной колонны (отличие от одностадийной дегидратации) |
| Сырое талловое масло | 0,0% |
| Канифоль | 1,5% |
| Смола | 0,0% |
| TOFA | 4,5% |
| Головные фракции | 8,9% |
| Эжекторное масло | -85,0% |
| Сырой скипидар | 74% терпенов в сырье |
Специалисту в данной области техники очевидно, что по мере развития техники концепция настоящего изобретения может быть реализована различными способами. Изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются примерами, описанными выше, но могут меняться в пределах объема притязаний формулы изобретения.
1. Способ обработки сырья, содержащего талловое масло (105), включающий отделение потока легких фракций (129) от сырья (101) с последующим удалением тяжелой фракции (108) из сырья (101), отличающийся тем, что при отделении потока легких фракций (129) от сырья используется ректификационная колонна (105) и что ректификационная колонна включает один или несколько нагревателей ректификационной колонны и устройство для конденсации паров с получением дистиллята и флегмовой жидкости, при этом дистиллят содержит скипидар и воду, а кроме того указанный способ включает выделение скипидара из дистиллята для получения продукта в виде скипидара (106).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что устройство для конденсации паров для получения дистиллята представляет собой прямой холодильник или отдельный теплообменник, размещенный вне ректификационной колонны (105).
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что устройство для конденсации паров включает одну или несколько массообменных секций.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что одна или несколько массообменных секций включают, по меньшей мере, одну из следующих частей: тарелки, насыпную насадку, структурированную насадку, сборники жидкости, опорные сетки, распределители сырья и перераспределители для пара, жидкости или двухфазного потока или любой их комбинации.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что нагреватель (137) ректификационной колонны (105) интегрирован в тот же корпус, что и остальная часть ректификационной колонны (105).
6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что продукт, собираемый из потока легких фракций, представляет собой скипидар, а сбор продукта включает отделение продукта в виде скипидара от воды в жидкостно-жидкостном фазовом сепараторе.
7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что продукт, собранный из потока легких фракций (129), содержит скипидар в концентрации больше 75%, предпочтительно, больше 85%, более предпочтительно, больше 95% и, наиболее предпочтительно, 99% или больше.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что остаток из ректификационной колонны (105) направляют в один или несколько испарителей или ректификационную колонну для удаления тяжелой фракции из сырья, с целью получения потока, содержащего канифольные кислоты и жирные кислоты, и тем, что собирают тяжелую фракцию, содержащую смолу талового масла.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что ректификационная колонна (105) работает при температуре в диапазоне от 100°С до 250°С, предпочтительно, при температуре в диапазоне от 120°С до 230°С.
10. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что ректификационная колонна (105) работает при давлении в диапазоне от 2 кПа до 20 кПа, предпочтительно, от 4 кПа до 12 кПа.
11. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что удаление тяжелой фракции из сырья включает
испарение сырья, по меньшей мере, в одном испарителе или ректификационной колонне с получением обессмоленной паровой и/или жидкой кислой фракции и фракции более тяжелых смол,
сбор обессмоленной(ых) фракции(ий) и
перегонку обессмоленной(ых) фракции(ий), с целью получения i) фракции более легких органических кислот и нейтральных органических компонентов, фракции неочищенных жирных кислот, CFA, ii) первой фракции более тяжелых органических кислот и нейтральных органических компонентов, фракции, содержащей канифоль, в жидком виде, и iii) второй фракции более тяжелых органических кислот и нейтральных органических компонентов, фракции, содержащей канифоль, в газообразной форме.
12. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что после удаления тяжелой фракции из сырья указанный способ дополнительно включает одну или несколько следующих стадий:
извлечение тяжелой фракции, фракции CFA, и фракции, содержащей канифоль;
повторная ректификация канифольной фракции в жидкой форме в колонне повторной ректификации с получением дополнительно очищенной канифольной фракции и кубовой канифольной фракции;
ректификация в колонне головных фракций, по меньшей мере, части фракции CFA, содержащей сырые жирные кислоты, с получением легкой головной фракции в качестве дистиллята колонны головных фракций и дополнительной фракции сырых жирных кислот в качестве кубового продукта колонны головных фракций;
ректификация в колонне жирных кислот дополнительной фракции сырых жирных кислот с образованием фракции жирных кислот, которую получают в качестве дистиллята колонны жирных кислот, и донного масла, которое получают в качестве кубового продукта колонны жирных кислот;
извлечение легкой головной фракции, фракции жирных кислот и донного масла; и
гидрирование фракции CFA, головной легкой фракции и/или продукта в виде канифоли.
