破解脂肪酸甲酯分離提純難題：同心管精餾柱技術助力生物柴油餾分精制

4月7日報道，隨著航運降碳需求日益旺盛，全球船舶運輸正掀起“生物熱”。 消耗的生物燃料總量從2021年的約30萬噸增長至2024年的160萬噸以上，船用生物柴油獲得市場普遍關注。在航運業燃料需求持續增長的當下，具有低碳屬性的生物燃料已經成為市場的“潮流之選”。

Q

那么問題來了，什么是生物柴油？生物柴油又如何而來？

生物柴油是以動植物油脂、餐飲業廢油等原料制成的高級脂肪酸甲酯，具有可再生、可生物降解、安全、污染少等優點，是一種環保的綠色能源，可以作為化石柴油和煤油的優良替代品。

生物柴油的各項理化性質和化石柴油相近，燃燒熱值和功效都與化石柴油類似。同時，生物柴油具有高閃點、高十六烷值、低黏度和可生物降解的優點，可直接替代化石柴油，或與化石柴油調和使用，從而有效降低發動機尾氣顆粒物、二氧化碳、硫化物等污染物的排放。

而船用領域最為常見的生物柴油是脂肪酸甲酯，其具競爭力的特點是“即供即用”，使用傳統燃料油的船舶可直接添加生物燃料實現混合使用，進而達成降碳目標。

Q

那么，為什么脂肪酸甲酯可以作為生物柴油的主要組成？

脂肪酸甲酯在常溫下是一種具有較好穩定性的化合物，具有一般酯類物質的化學性質，來源廣泛，易于制備（高級脂肪酸甲酯的工業合成有酯化和酯交換兩種方法），同時是脂肪酸的衍生物，是脂肪酸工業的重要組成部分。和脂肪酸相比，具有穩定性好、沸點低、精餾容易、腐蝕性小等特點。除直接以生物柴油用作柴油機燃料外，還被作為溶劑和化工中間體廣泛應用于工業清洗、涂料、油漆、表面活性劑等眾多領域。

Q

脂肪酸甲酯的分離提純對于生物柴油有什么用處？

由動植物油脂制備得到的天然脂肪酸甲酯是多種甲酯的混合物，是由C10到C22不等的直鏈脂肪酸甲酯組成，相對分子質量在200到400之間。脂肪酸甲酯的黏度低于同等碳數的脂肪醇和烷烴，并隨著相對分子量的增加而逐漸升高。

將動植物油混合甲酯分離成單個脂肪酸甲酯，研究單個脂肪酸甲酯的物理化學特性，從動植物油脂本身或其加工過程中的副產品中大程度地去開發長鏈脂肪酸甲酯在能源、化工中間體、表面活性劑等方面的用途，減少對石油化工產品的依賴，具有可觀的社會經濟效益和可持續發展的戰略意義[1]。

常見的脂肪酸甲酯有月桂酸甲酯（C12）、十四酸甲酯（C14）、棕櫚酸甲酯（C16）、硬脂酸甲酯（C18）、花生酸甲酯（C20）、油酸甲酯（C18）、亞油酸甲酯（C18）等。

TEGENT

如何對脂肪酸甲酯進行分離提純？

脂肪酸甲酯因其碳鏈長度的不同，其沸點和揮發度也不同，每增加一個碳原子，其沸點上升10℃左右，而飽和度對脂肪酸甲酯的沸點影響有限，同碳數不同飽和度的脂肪酸甲酯的沸點相差微小。在常壓下，C12以上脂肪酸甲酯的沸點都在250℃以上，常壓精餾很難實現。高溫下脂肪酸甲酯穩定性減弱，塔釜物料的分解和聚合等副反應增加，大大影響餾出脂肪酸甲酯的純度和收率。因此，分離不同碳數的脂肪酸甲酯要進行減壓精餾操作才能實現。

在減壓條件下，根據不同碳鏈長度脂肪酸甲酯的沸點不同的特點，從低到高依次分離，并利用精餾柱的柱效，配合回流比控制，提純至較高純度，最終得到較高收率的單鏈脂肪酸甲酯。

表1：常見脂肪酸甲酯在不同壓力下的沸點[1]

圖1：生物柴油減壓精餾實驗裝置[2]

1-電源 2-調壓器 3-塔釜加熱 4-加熱保溫 5-精餾填料柱 

6-塔頂取樣 7塔釜取樣 8,9,10-溫度計 11-回流比控制器 

12,13,14-真空系統

由以上得知，動植物油脂制備得到的天然脂肪酸甲酯是多種甲酯的混合物，且多為熱敏性物質。需通過較低的真空度下精制，配合較高理論塔板數的精餾柱才能將這些成分依次分離，從而達到可供生物柴油使用的標準，實現替代化石能源的目的。

那么，德國Pilodist同心管精餾柱技術可以給脂肪酸甲酯分離提純帶來什么便利呢？

TEGENT

德國Pilodist同心管精餾柱技術

同心管精密分餾柱由兩根經精巧設計和精密校準的同心管玻璃柱融合而成，垂直上升的蒸氣與同心環形間隙中的液體薄膜之間高效傳質，使得精密分餾柱具有很高的分離效率。

同心管的外圓內壁和內圓外壁均設計成為精密設計的螺旋刮痕形式，使得在冷凝器冷凝的液體通過刮痕可以順流而下，并形成液膜加大熱交換接觸面積，直至蒸餾釜。

同心管技術具有如下的技術優勢：

● 壓力降小

● 滯留量小

● 適用于熱敏性物質

● 高分離效率

● 極少量蒸餾（低至1mL）

● 極少工作流量

而且，Pilodist精餾線產品主要有精密分餾裝置PD104/PD105和微型精餾系統QD500等，都可以配備同心管精餾柱，特別適合熱敏性物質在真空條件（低至1mbar）下的柔性蒸餾分離提純。其中，QD500理論塔板數高達 60 塊理論塔板，PD104和PD105的理論塔板數高達90塊理論塔板數。可針對客戶不同處理量、不同實驗需求等選擇不同的儀器配置方案。

PD104精密分餾裝置

PD105精密分餾裝置

微型精餾系統 QD500

如果您對上述產品或方案感興趣，歡迎咨詢。

參考文獻：

[1] 余國艷.脂肪酸甲酯混合物的分離研究[D].20110422.浙江工業大學.

[2] 劉玉花，張志恒，肖紅.脂肪酸甲酯精制分離裝置設計要點[J].煤炭與化工，2015，38（12）：134-136

[3] 孫永利，盧 偉，肖曉明，等. C16、C18 混合脂肪酸分離技術研究進展[J ]. 化工進展，2014，33（12）：3139-3143.

PILODIST

德國PILODIST是德祥集團資深合作伙伴之一。德國PILODIST公司源自于全球優質蒸餾及精餾設備供應商。公司傳承原Fischer公司專業的蒸餾及精餾設備制造技術，為全球石油化工、精細化工行業及科研院所客戶提供高品質的原油蒸餾系統、精餾系統、溶劑回收系統、汽液相平衡和分子蒸餾等。

德祥科技

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