一種棕櫚酸異丙酯的合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物柴油的衍生產(chǎn)品，屬于有機(jī)化學(xué)中酯類化合物的合成技術(shù)領(lǐng)域；更具體地說(shuō)，涉及一種棕櫚酸異丙酯的合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物柴油于1988年誕生于德國(guó)，我國(guó)從2001年開始生產(chǎn)生物柴油。生物柴油是由動(dòng)、植物油脂與醇經(jīng)酯交換反應(yīng)制得的脂肪酸單烷基脂，最典型的生物柴油是脂肪酸甲脂。生物柴油以其優(yōu)越的環(huán)保性能已在世界范圍內(nèi)成為新能源開發(fā)的熱點(diǎn)。絕大部分生物柴油是作為燃料使用，但生物柴油也是很好的化工中間體。其衍生物的開發(fā)，也將成為各企業(yè)今后高速發(fā)展的必由之路。繼能源的可持續(xù)性發(fā)展成為國(guó)家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之后，化工行業(yè)的可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)也日益受到重視與廣泛應(yīng)用。因此，利用廢棄油脂生產(chǎn)的脂肪酸甲酯(生物柴油)及其衍生產(chǎn)品，具有廣闊的市場(chǎng)前景。
[0003]棕櫚酸異丙酯(十六酸異丙酯，IPP)，是一種低粘度親油性非離子型表面活性劑，是化妝品中極有價(jià)值的輔助原料，為膏霜、護(hù)發(fā)素等高級(jí)化妝品中重要的添加劑和活性劑。IPP不溶于水，能與醇、醚、亞甲基氯、油脂等有機(jī)溶劑混溶，一般用量為2%?10% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))就可使膏體和乳液潔白、光亮、細(xì)膩，提高產(chǎn)品質(zhì)量。工業(yè)中還常用作調(diào)濕劑、滲透劑以及香料和色料的溶劑等。在制品成型時(shí)，還起到增粘劑、增塑劑及遮光劑的作用，用以配制的產(chǎn)品被認(rèn)為是滲透力最好的產(chǎn)品之一，有極佳的保水潤(rùn)濕性能，隨著人民生活水平的日益提高，這類產(chǎn)品的需求量將會(huì)不斷增加。鑒于IPP的這些物理和化學(xué)特性，可以預(yù)料IPP必將成為未來(lái)化妝品行業(yè)應(yīng)用的重要原料之一。
[0004]最早從天然油脂中提取IPP，產(chǎn)量極為有限。為了適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的工業(yè)和民用需求，各種化學(xué)合成技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，至今已開發(fā)出來(lái)多種生產(chǎn)方法和合成工藝路線。
[0005]目前國(guó)內(nèi)外棕櫚酸異丙酯的制備方法主要以棕櫚酸和異丙醇為原料，采用有酰氯法、直接酯化法等傳統(tǒng)方法進(jìn)行合成。由于存在S02、HC1、H2SO4等化學(xué)物質(zhì)，上述方法存在強(qiáng)烈的毒性和化學(xué)腐蝕性，整個(gè)系統(tǒng)的防泄漏和防腐要求都極其嚴(yán)格，且存在生產(chǎn)工藝復(fù)雜，一次性投資大，操作控制繁瑣；生產(chǎn)成本高、選擇性差、副反應(yīng)多、產(chǎn)品質(zhì)量差、不利于清潔生廣等諸多缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種以固體酸作催化劑，以棕櫚酸甲酯和異丙醇為原料，制備高品質(zhì)棕櫚酸異丙酯的方法；本發(fā)明利用在生產(chǎn)生物柴油過(guò)程中經(jīng)分餾工藝得到的高純度棕櫚酸甲酯為原料，通過(guò)連續(xù)催化反應(yīng)，連續(xù)移除反應(yīng)產(chǎn)物甲醇，縮短工藝流程、降低過(guò)程能耗和原料消耗，提高了棕櫚酸異丙酯的得率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0008]2.技術(shù)方案
[0009]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0010]本發(fā)明的一種棕櫚酸異丙酯的合成方法，采用酯交換反應(yīng)一步法制得棕櫚酸異丙酯。一是縮短了工藝流程、避免了強(qiáng)烈的毒性和化學(xué)腐蝕性，降低了投資和操作難度；二是解決了選擇性差、副反應(yīng)多、產(chǎn)品質(zhì)量差、不利于清潔生產(chǎn)的難題；三是采用連續(xù)自動(dòng)控制系統(tǒng)減少了能耗損失，降低了生產(chǎn)成本。與常規(guī)傳統(tǒng)工藝相比，由于存在脂肪酸與脂肪酸甲酯被替換基團(tuán)的變化，催化劑及反應(yīng)條件的選擇是本發(fā)明的核心。
[0011]本發(fā)明的主要步驟如下:
[0012]步驟一、酯交換反應(yīng):將質(zhì)量百分比濃度為99.5%以上的高純度棕櫚酸甲酯和異丙醇按一定比例在管道混合器內(nèi)混合，混合均勻并加熱至一定溫度后進(jìn)入附著有催化劑的連續(xù)反應(yīng)器，控制在一定壓力下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，同時(shí)連續(xù)分離反應(yīng)產(chǎn)物甲醇。
[0013]步驟一中所述棕櫚酸甲酯和異丙醇的摩爾比為1:3?8，優(yōu)選摩爾比為1:4，上述配比下超量的醇能夠加快反應(yīng)速度，同時(shí)稀釋反應(yīng)產(chǎn)物甲醇的濃度，提高反應(yīng)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。所述反應(yīng)溫度為60?120°C，優(yōu)選80?90°C，該反應(yīng)溫度是連續(xù)移除反應(yīng)產(chǎn)物甲醇，加快反應(yīng)速度的關(guān)鍵。所述催化劑的選擇是實(shí)現(xiàn)連續(xù)反應(yīng)、提高產(chǎn)物選擇性、回避傳統(tǒng)工藝弊端的關(guān)鍵，本發(fā)明選擇催化劑為負(fù)載型固體催化劑Zr (SO4)2/Si02、SO42 /ZrO2, SO42 /Ti02+Zr02或磺酸型離子交換樹脂中的一種。所述反應(yīng)器壓力為0.5?0.8MPa，優(yōu)選0.15?0.35MPa，該壓力是加快反應(yīng)速度、實(shí)現(xiàn)連續(xù)移除反應(yīng)產(chǎn)物甲醇的關(guān)鍵。所述反應(yīng)器為管道反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、釜式反應(yīng)器中的一種。
[0014]步驟二、脫醇:步驟一反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)混合物進(jìn)入異丙酯脫醇塔，在一定壓力和溫度下除去過(guò)量的異丙醇及反應(yīng)過(guò)程中生成而未移除的甲醇，塔釜物料即為棕櫚酸異丙酯產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)換熱器冷卻后作為棕櫚酸異丙酯成品輸出。步驟二中所述壓力為20?SOKPaA，優(yōu)選30?50KPaA ;所述脫醇溫度為80?160°C，優(yōu)選110?140°C。
[0015]步驟三、醇精制:步驟二結(jié)束后，異丙酯脫醇塔塔頂分離得到的混合醇與甲醇冷凝器冷凝后的甲醇一起進(jìn)入混合醇分離塔，將混合醇在一定溫度、常壓下進(jìn)行分離，塔頂回收甲醇作為生產(chǎn)生物柴油的原料，塔釜回收異丙醇供循環(huán)使用。步驟三中所述混合醇分離溫度為90?140°C，優(yōu)選100?130°C。
[0016]3.有益效果
[0017]采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果:
[0018](I)本發(fā)明的一種棕櫚酸異丙酯的合成方法，在酯交換反應(yīng)階段，應(yīng)用棕櫚酸甲酯和異丙醇為原料，利用了棕櫚酸甲酯與醇的良好互溶性，突破了傳統(tǒng)工藝使用脂肪酸與醇不能形成勻相體系的缺點(diǎn)，且打破常規(guī)使用了高碳醇置換低碳醇的合成路線，提高了棕櫚酸異丙酯產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率；
[0019](2)本發(fā)明的一種棕櫚酸異丙酯的合成方法，鑒于相對(duì)傳統(tǒng)工藝，存在棕櫚酸與棕櫚酸甲酯被取代基團(tuán)的變化，催化劑及反應(yīng)條件的選擇在很大程度上影響著棕櫚酸異丙酯的選擇性及棕櫚酸甲酯的轉(zhuǎn)化程度，本發(fā)明開發(fā)了適合的催化劑及工藝條件，利用附著的固體催化劑、在一定工藝條件下連續(xù)脫除反應(yīng)產(chǎn)物甲醇的手段打破了反應(yīng)平衡，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和收率，降低了生產(chǎn)成本，解決了傳統(tǒng)工藝中存在的強(qiáng)烈毒性和化學(xué)腐蝕性，及生產(chǎn)工藝復(fù)雜，一次性投資大，操作控制繁瑣、生產(chǎn)成本高、選擇性差、副反應(yīng)多、產(chǎn)品質(zhì)量差、不利于清潔生產(chǎn)等諸多缺點(diǎn)；本發(fā)明的合成方法科學(xué)環(huán)保，得到的棕櫚酸異丙酯質(zhì)量指標(biāo)完全滿足企標(biāo)要求。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為進(jìn)一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例的一種棕櫚酸異丙酯的合成方法，利用在生產(chǎn)生物柴油過(guò)程中經(jīng)分餾工藝得到的高純度棕櫚酸甲酯作為生產(chǎn)高質(zhì)量棕櫚酸異丙酯的原料。所述高純度棕櫚酸甲酯的質(zhì)量百分比濃度為99.5%。從生物柴油的生產(chǎn)工藝中，獲得高純度棕櫚酸甲酯的分餾工藝參見專利號(hào)CN200610112322.0。棕櫚酸異丙酯的合成機(jī)理為:
[0023]棕櫚酸甲酯和異丙醇在催化劑存在條件下發(fā)生反