Способ переработки липидов



Способ переработки липидов
Способ переработки липидов

 


Владельцы патента RU 2495915:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН) (RU)

Изобретение относится к способу переработки жиров и жиросодержащей биомассы. Способ может быть использован при производстве топлива и полупродуктов для органического синтеза. Способ осуществляют путем одновременного воздействия ионизирующим излучением и температурой на жировое сырье при нормальном или пониженном давлении в кипящем слое с получением хозяйственно ценных продуктов радиолиза, представляющих собой топливо (преимущественно дизельное топливо) и полупродукты для органического синтеза. Облучение сырья проводят электронным пучком с энергией 0.1-8 МэВ при мощности дозы выше 0.05 кГр/с при нагреве ниже температуры начала сухой перегонки (пиролиза). Дополнительными управляющими факторами в зависимости от состава исходного сырья может служить подщелачивание исходной массы, применение катализаторов и/или ультразвука. Технический результат - повышение степени утилизации сырья и выхода ценных фракций топливных углеводородов и полупродуктов для тяжелого органического синтеза. 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 пр.

 

Изобретение относится к области получения газообразных и жидких продуктов топливного назначения и полупродуктов для тяжелого органического синтеза и может быть использовано при переработке жиров и жиросодержащей биомассы растительного и животного происхождения и производственных отходов на основе липидов и продуктов их конверсии.

Известен способ переработки растительного сырья, выбранного из сырья на основе лигнина, крахмала, целлюлозы, полиозы, гуминовых соединений или их производных, в газообразные, жидкие и твердые топливные смеси посредством сухой перегонки (пиролиза), когда на растительное сырье одновременно воздействуют ионизирующим излучением и температурой, а летучие продукты отгоняют из зоны воздействия в токе газа или пара (прототип) (1) [патент РФ №233 8769].

Однако данным известным способом (1) получают углекислоту и трудноразделимую смесь воды и продуктов, относящихся к производным фуранов, фенолов, циклических и ациклических карбонильных соединений. Для преобразования жидкого смешанного продукта в стабильное топливо требуется дополнительное гидрирование и/или алкилирование в токе водорода или газобразных алканов. При этом в результате указанных операций стабилизации получают альтернативное топливо, содержащее кислород и, как следствие, отличающееся от топлива нефтяного происхождения. Для длительного хранения жидких продуктов сухой перегонки требуется добавление стабилизаторов.

Известен также способ переработки липидов (составляющих основу жиров и жиросодержащей биомассы) путем воздействия ионизирующим излучением и температурой с образованием продуктов радиолиза (2) [Писаревский А.Н., Габрилович И.М., Мережинский В.М., Сошин Л.Д., Позняк А.Л. Введение в радиационную биофизику. Под общ. ред. А.Н.Писаревского. Минск: «Вышейшая школа». 1968, 364 С.].

Однако данным известным способом можно получить уменьшение средней мольной массы облучаемых макромолекул липидов при сохранении их химической природы, а также небольшое количество летучих и жидких хозяйственно ценных углеводородов, причем только в смеси с неутилизируемыми продуктами радиолиза.

В известном способе (2), основанном на применении ионизирующего излучения и температуры, исходное сырье вводят в зону воздействия и выдерживают в ней в течение отрезка времени, достаточного для образования продуктов радиолиза, которые, оставаясь в этой зоне, участвуют в регенерации исходных молекул или вступают в новые реакции взаимодействия с образованием новых, зачастую нежелательных, продуктов. Только после завершения периода воздействия ионизирующего излучения реакционную массу выводят из реактора и выделяют из нее продукты радиолиза, сложная смесь которых требует проведения сложной процедуры их разделения. При этом наиболее ценная фракция углеводородов составляет лишь незначительную долю среди продуктов радиолиза (≤5 мас.%).

Техническим результатом, достигаемым при реализации настоящего изобретения, является:

- существенное повышение выхода конденсированных алканов и алкенов топливного назначения;

- расширение ассортимента и повышение выхода хозяйственно ценных продуктов - получение как топлива, так и ценных полупродуктов для тяжелого органического синтеза;

- расширение номенклатуры пригодного сырья за счет вовлечения в переработку нового перспективного типа сырья - липидов (жиров) растительного и животного происхождения;

- расширение применимости получаемых топливных продуктов за счет приближения их состава и свойств к топливу нефтяного происхождения;

- создание условий эффективного управления процессом переработки, составом и качеством конечного продукта;

- снижение температуры и давления переработки.

Технический результат достигается тем, что переработку нового типа сырья при одновременном воздействии ионизирующим излучением и температурой осуществляют при нормальном или пониженном давлении в кипящем слое при нагреве ниже температуры начала сухой перегонки (пиролиза).

Кипящий слой сырья создают путем барботажа газами, путем нагрева сырья или его компонентов до температуры кипения или путем выделения летучих продуктов разложения сырья.

В предлагаемом техническом решении принцип сухой перегонки исходного сырья, состоящий в его пирогенетическом разложении при высокой температуре без доступа воздуха, не используется. Более того, нагрев сырья до температуры начала сухой перегонки не допускается.

Облучение кипящего слоя сырья осуществляют при нормальном или пониженном давлении. На практике используют разрежение до 100-150 мм рт.ст.

В конкретном исполнении образование газовых пузырьков и вскипание сырья инициируют непосредственно ускоренными электронами с энергией 0.1-8 МэВ при мощности дозы выше 0.05 кГр/с.

Для повышения относительного выхода и качества жидких продуктов фрагментации сырья рекомендуется восстановительные газообразные продукты переработки смешивать с исходным сырьем, поступающим в зону воздействия.

Целесообразным приемом, регулирующим кислотность и молекулярно-массовое распределение в целевом продукте, является использование щелочного сырья.

В конкретном исполнении воздействие сочетают с гомогенным или гетерогенным катализом, что позволяет регулировать селективность воздействия и извлечение продуктов фрагментации.

Рациональным практическим приемом, повышающим степень конверсии исходного сырья, является дополнительное воздействие ультразвуком.

Авторами настоящего технического решения установлено, что как степень утилизации сырья, так и выход ценных фракций привычных топливных углеводородов можно значительно повысить, а технологию их получения можно значительно упростить, если переработку нового типа сырья - липидов - при одновременном воздействии ионизирующим излучением и температурой осуществлять при нормальном или пониженном давлении в кипящем слое при нагреве ниже температуры начала сухой перегонки (пиролиза).

Впервые установлено, что новое комбинированное воздействие обеспечивает возможность низкотемпературной переработки, селективность разложения исходных компонентов и целенаправленность процесса радиолиза липидного сырья. Хозяйственно ценная фракция топливных компонентов и полупродуктов для тяжелого органического синтеза, образующаяся в зоне воздействия, ингибирует процесс разложения сырья, и не следует допускать ее накопления в зоне воздействия.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие заявляемое техническое решение.

В таблице 1 приведены состав и выходы (мас.%) продуктов переработки сырья; а в таблице 2 - состав и выходы (мас.%) продуктов переработки сырья при дополнительных управляющих факторах. В таблицах 1 и 2 используются следующие обозначения:

Е - энергия электронов;

R - мощность поглощенной дозы;

В - кипящий слой («+» - вскипание за счет барботажа или нагрева; «-» - вскипание за счет радиолиза);

Т - максимальная температура в зоне воздействия;

Р - абсолютное давление.

Пример 1. В качестве сырья используют липиды, выделенные из водоросли (Neochloris oleoabundans). Жидкое сырье при температуре 270°С подают под вакуумом (~700 мм рт.ст.) в зону облучения ускоренными электронами, генерируемыми электронным ускорителем УРТ-1, при мощности дозы 0.11 кГр/с и максимальной энергии электронов 1 МэВ. В объем сырья впрыскивают рециркулируемый аргон, создавая кипящий слой. Летучие продукты, отходящие из зоны облучения, фракционируют. Образующиеся конденсируемые фракции включают жидкие углеводороды (преимущественно дизельного ряда), легкие глицериды, крупные спирты и эфиры - их совокупный выход 79% от массы исходного сырья. Газообразное топливо (5 вес.%) состоит преимущественно из осколочных алканов. Газообразные отходы (16 вес.%) представляют собой смесь СО, Н2 и СО2, которая, в принципе, может рассматриваться как сырье для получения синтез-газа. Непредельные углеводороды, спирты, глицериды и эфиры (их суммарный выход равен 34 вес.%) могут иметь двоякое применение - с одной стороны, они пригодны для использования в стандартном дизтопливе, а с другой стороны, они являются востребованными полупродуктами для тяжелого органического синтеза. Таким образом, при полной конверсии сырья получено 84 вес.% целевых продуктов. Результаты представлены в таблице 1.

Пример 2. По методике примера 1 подвергли переработке препарат рапсовое масло. В качестве источника ионизирующего излучения использован γ-изотоп 60Со. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 3. По методике примера 1 подвергли переработке масло, извлеченное из виноградных косточек. В качестве источника ионизирующего излучения использован γ-изотоп 137Cs. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 4. По методике примера 1 подвергли переработке масло Масличной пальмы. В качестве источника ионизирующего излучения использован линейный электронный ускоритель УЭЛВ-10-10Т. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 5. По методике примера 1 подвергли переработке животный жир (расплавленное сливочное масло). В качестве источника ионизирующего излучения использован линейный электронный ускоритель УЭЛВ-10-10Т. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 1.

Пример 6. Липиды, выделенные из водоросли (Neochloris oleoabundans), обрабатывали по методике примера 1, но вместо азота для создания кипящего слоя использовали фракцию синтезируемого газообразного топлива. В таблице 2 видно, что добавка газообразного топлива к сырью позволяет увеличить выход жидкого топлива, увеличить фракцию синтетических полупродуктов и понизить выход газообразных отходов. При этом общий выход целевых продуктов увеличился на 10 мас.%.

Пример 7. По методике примера 2 переработали рапсовое масло, подщелоченное этилатом натрия. Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о влиянии щелочи на повышение доли синтетических полупродуктов, снижение выхода газообразных отходов и рост выхода целевой конверсии до 87 вес.%.

Пример 8. Виноградное масло обработали по методике примера 3, но для создания кипящего слоя использовали фракцию синтезируемого газообразного топлива. При этом в масле был растворен никелевый катализатор. Эффект изменения управляющих воздействий, как видно в таблице 2, состоит в заметном перераспределении состава жидких продуктов в сторону увеличения фракции синтетических полупродуктов и росте выхода целевой конверсии. При этом выход газообразных отходов падает вдвое.

Пример 9. По методике примера 4 подвергали переработке пальмовое масло, в котором диспергировали никелевый катализатор. Создание кипящего слоя инициировалось исключительно излучением за счет выделения пузырьков газообразных и парообразных продуктов радиолиза. Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о влиянии катализатора на общий выход целевой конверсии при существенном росте выхода синтетических полупродуктов и снижении выхода газообразных отходов.

Пример 10. Животный жир обрабатывали по методике примера 5, но в сочетанием с воздействием генератора ультразвуковых колебаний. В результате в полтора раза возрос выход газообразного топлива за счет сокращения выхода жидких продуктов и газообразных отходов. Общий выход целевой конверсии слегка увеличился. Условия проведения процесса и полученные результаты представлены в таблице 2.

Аналогичные результаты получали при использовании различных газов - азота, аргона, гелия, метана, этана, пропана, бутанов, углекислого газа и топочных газов.

Во всех случаях реализации заявляемого способа при повышенном давлении и без кипящего слоя получали следующие негативные результаты:

- 2-3-кратный рост смолообразования и карбонизации;

- снижение выхода целевой конверсии, как минимум, в 1.5-2 раза, сопровождающееся повышением выхода токсичных и неутилизируемых соединений;

- образование продуктов, обладающих остаточной радиоактивностью, при Е≤10 МэВ.

- глубокую деструкцию летучих топливных соединений до CO2 и Н2О при Е≤0.1 МэВ.

Таким образом, способ согласно заявляемому техническому решению обеспечивает целенаправленное превращение жирового сырья в хозяйственно ценные газообразные и жидкие продукты. Это особенно ценно при утилизации крупнотоннажных отходов масличных растений и жировых производств.

В настоящее время промышленная утилизация липидов при производстве биодизельного топлива состоит преимущественно в их переэтерификации и удалении глицерина. Получаемый биодизель состоит преимущественно из метиловых эфиров жирных кислот. Эта смесь весьма нестабильна и имеет ограниченный срок хранения.

Заявляемый способ позволяет с помощью компактных установок максимально утилизировать жировое сырье, получая более широкий ассортимент ценных органических соединений, являющихся ключевым сырьем для новых разрабатываемых технологических платформ.

Заявляемый способ обеспечивает получение следующих результатов:

- выход утилизируемых топливных и синтетических продуктов превышает 80% и может достигать 95% от массы перерабатываемого сырья; жидкие целевые продукты имеют надежное бытовое и промышленное применение в качестве моторного топлива и полупродуктов для тяжелого органического синтеза.

- побочными продуктами являются окислы углерода, которые необходимы для воспроизводства исходного жирового сырья (липидов) растениями, прежде всего, биомассой водорослей (как в открытых водоемах, так и биореакторах);

- способ характеризуется экологической чистотой, поскольку не использует и не ориентирован на использование токсичных реагентов и его реализация не связана с появлением вредных воздействий на окружающую среду и производственный персонал;

- способ обеспечивает низкую энергоемкость и материалоемкость переработки сырья за счет полноты поглощения энергии в обрабатываемой смеси, низких давлений, возможности создавать умеренный нагрев и требуемый гидродинамический режим посредством поглощения энергии электронного излучения.

1. Способ переработки жиров и жиросодержащей биомассы путем одновременного воздействия ионизирующим излучением и температурой, отличающийся тем, что переработку сырья осуществляют при нормальном или пониженном давлении в кипящем слое при нагреве ниже температуры начала сухой перегонки исходного сырья.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кипение сырья инициируют непосредственно электронным пучком с энергией 0.1-8 МэВ при мощности дозы выше 0.05 кГр/с.

3. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что восстановительные газообразные продукты смешивают с исходным сырьем, поступающим в зону воздействия.

4. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что обрабатывают щелочное сырье.

5. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что воздействие сочетают с гомогенным или гетерогенным катализом.

6. Способ по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что воздействие излучением и температурой сочетают с ультразвуковым воздействием.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к смеси алкиловых эфиров жирных кислот для применения в качестве сырья для получения биотоплива, содержащей по меньшей мере 50% масс. .

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения сложных эфиров жирных кислот, используемых в качестве дизельного биотоплива, из цельных семян масличных растений, включающему следующие последовательные этапы: а) предварительное нагревание необрушенных и очищенных цельных семян; b) расплющивание масличных семян вместе с их оболочкой; с) сушка расплющенных семян до достижения содержания воды и летучих веществ от 0,5 до 2,5%; d) переэтерификация путем контакта расплющенных семян со спиртовой средой в присутствии катализатора; е) разделение жидкой и твердой фаз, получаемых в результате переэтерификации; f) нейтрализация жидкой фазы, полученной на этапе е); и g) удаление спирта и отделение глицерина от эфиров жирных кислот, которые затем очищают.

Изобретение относится к способам получения органических карбонатов и карбаматов. .

Изобретение относится к новым соединениям формулы (I), где X является карбоновой кислотой, карбоксилатом, карбоксильным ангидридом, диглицеридом, триглицеридом, фосфолипидом, или карбоксамидом, или к их любой фармацевтически приемлемой соли.

Изобретение относится к продукту, используемому в шоколаде, маргарине или шортенинге, полученному плавлением смеси компонентов (а) и (b), где компонент (а) содержит триглицерид динасыщенных среднецепочечных жирных кислот и мононасыщенной длинноцепочечной жирной кислоты и (b) содержит триглицерид 1,3-динасыщенных длинноцепочечных жирных кислот и 2-мононенасыщенной длинноцепочечной жирной кислоты, причем длина связи, определенная рентгенодифракцией, измеренная у продукта, составляет 65 Å или более, причем среднецепочечная жирная кислота(ы) имеет от 6 до 12 атомов углерода, и длинноцепочечная жирная кислота(ы) имеет от 14 до 24 атомов углерода.
Изобретение относится к усовершенствованному способу получения сложных эфиров карбоновых кислот путем этерификации карбоновых кислот и/или переэтерификации сложных эфиров карбоновых кислот метанолом или этанолом в присутствии металлического катализатора, в котором реакцию проводят при температуре выше чем 150°С, указанный металлический катализатор является солью щелочноземельного металла и алифатической карбоновой кислоты, содержащей от 10 до 24 атомов углерода, и по окончании этерификации или переэтерификации соответственно металлический катализатор выделяют и этот выделенный катализатор снова используют в качестве жидкого катализатора в способе получения сложных эфиров карбоновых кислот путем этерификации карбоновых кислот и/или переэтерификации сложных эфиров карбоновых кислот метанолом или этанолом в присутствии катализатора.
Изобретение относится к усовершенствованным способам получения сложных алкиловых эфиров, которые могут быть использованы в качестве дизельного топлива, реакцией переэтерификации или этерификации.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения сложных эфиров жирных кислот, применяемых для получения, например, фармацевтического, диетического и косметического продукта, дизельного топлива, а также как промежуточный продукт для получения жирных спиртов, поверхностно-активных веществ, смазочных материалов, путем переэтерификации триглицеридов жирных кислот рафинированных или нерафинированных натуральных масел, содержащих свободные жирные кислоты, низшими одноатомными спиртами при перемешивании в присутствии в качестве катализатора гидроокиси или алкоголята щелочного или щелочноземельного металла при температуре окружающей среды и атмосферном давлении с последующим отстоем, удалением тяжелой глицериновой фазы, добавлением воды для удаления оставшихся в сложноэфирной фазе примесей, смешением, отстоем, удалением водной фазы, причем процесс переэтерификации при смешении с последующим отстоем, отделением тяжелой глицериновой фазы, добавлением воды для удаления примесей при смешении, отстоем и удалением водной фазы осуществляют в установке для перемешивания в емкости с переменным уровнем заполнения, в которой исключена зона отстоя из процесса взаимодействия компонентов, а катализатор и спирт подают в режиме циркуляции, причем удаление тяжелой фазы и водной фазы осуществляют через дренажное отверстие в емкости с уклоном в ее нижней части, при этом соотношение исходных триглицеридов жирных кислот натурального масла и низшего одноатомного спирта берут в молях равным 1:3 соответственно.
Изобретение относится к усовершенствованному способу получения фталата железа (II) путем непосредственного взаимодействия железа или его сплава и карбоновой кислоты в присутствии кислорода воздуха и стимулирующей добавки йода при интенсивном механическом перемешивании реакционной смеси и раздробленного железосодержащего материала лопастной мешалкой, в котором содержание фталевой кислоты в исходной загрузке берут 1,55-2,0 моль/кг, в качестве растворителя жидкой фазы используют н-бутиловый спирт, а железа - измельченный серый чугун в количестве 30% от массы остальной загрузки, стимулирующую добавку йода дозируют в количестве 0,075-0,17 моль/кг, загрузку ведут в последовательности: растворитель, кислота, раздробленный чугун, стимулирующая добавка, а сам процесс начинают и ведут в бисерной мельнице вертикального типа с лопастной мешалкой, вращаемой со скоростью 960-1440 об/мин, при соотношении масс стеклянного бисера и загрузки 1:1 в отсутствие барботажа воздуха, но и в отсутствие препятствий на свободный контакт воздуха с интенсивно перемешиваемой реакционной смесью в реакторе в диапазоне температур 35-50°С и контроле по ходу методом отбора проб до накопления соли железа (II) в количестве 1,49-1,65 моль/кг, после чего, не прекращая перемешивания, изолируют зону реакции от доступа воздуха и подают азот на барботаж в течение 10-30 мин, по истечение которых перемешивание прекращают, отделяют суспензию реакционной смеси от стеклянного бисера и непрореагировавших частиц чугуна и направляют на фильтрование, осадок промывают 1-2 раза растворителем жидкой фазы и отправляют на вакуум-сушку, далее на дополнительную очистку, а фильтрат и промывной растворитель возвращают в повторный процесс, при этом операции фильтрования и последующей работы с осадком целевой соли проводят в атмосфере азота.

Изобретение относится к процессу утилизации попутного нефтяного газа в газогидратной форме с одновременной сепарацией нефти и воды и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности и в энергетике.
Изобретение относится к области стрелкового вооружения, а именно к пороховому заряду для легкогазового орудия или огнестрельного оружия. .
Изобретение относится к области стрелкового вооружения, а именно к пороховому заряду для легкогазового орудия или огнестрельного оружия. .
Изобретение относится к гражданским и особенно к военным взрывным зарядам. .
Изобретение относится к гражданским и, особенно, к военным взрывным зарядам. .

Изобретение относится к технологиям окисления и может быть использовано в системах сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, применяемых в промышленности (обжиг, плавка, пирометаллургия и т.п.), коммунальном хозяйстве (сжигание отходов, бойлерные и т.п.), энергетике (различные виды двигателей внутреннего сгорания, теплоэнергетические установки и т.п.) для получения работы и/или получения энергии.
Изобретение относится к области утилизации отходов животноводства, сельского и лесного хозяйств и может быть использовано в энергетике. .

Изобретение относится к реакторам риформинга для производства синтез-газа и касается реактора риформинга с низким перепадом давления. .

Изобретение относится к области энергетики, конкретнее, к газовой и нефтяной промышленности, в частности к способам комбинированной осушки и очистки газа от жидкости, серо- и углеводородов.

Изобретение относится к способу получения эфирной присадки, включающий смешение дикарбоновой кислоты со спиртом с получением воды, эфира и избыточного спирта с последующим отделением воды и спирта от эфира ректификацией, при этом в качестве кислоты используют щавелевую кислоту, а в качестве спирта-н-бутанол или 2-этилгексанол, при этом на смешение щавелевой кислоты со спиртом в качестве растворителя подают циклогексан, а ректификацию осуществляют в двух колоннах с получением в первой колонне растворителя-циклогексана, возвращаемого на стадию смешения с щавелевой кислотой и спиртом, и подачей остатка первой колонны во вторую с получением в ней спирта и целевого продукта-эфирной присадки.
Наверх