专利摘要

本发明提供了一种油脂纯化方法，包括以下步骤：S1、将原料粗油脂通入油脂水解塔中进行水解，得到水相、有机相和中间层物质；S2、将油脂水解塔中的有机相和中间层物质通入闪蒸汽提塔进行闪蒸气化，得到气化物和非气化物；S3、将闪蒸汽提塔的气化物通入分离塔分离得到脂肪酸。通过该方法在得到高纯度脂肪酸的同时副产甘油，并将油脂中高附加值的营养物质富集，显著增加油脂的利用价值。

权利要求

1.一种油脂纯化方法，包括以下步骤：

S1、将原料粗油脂通入油脂水解塔中进行水解，得到水相、有机相和介于水相和有机相之间的中间层物质；

S2、将油脂水解塔中的有机相和中间层物质通入闪蒸汽提塔进行闪蒸气化，得到气化物和非气化物；

S3、将闪蒸汽提塔的气化物通入分离塔分离得到脂肪酸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水相包括甘油和水，油脂水解塔的水相从油脂水解塔排出流经第一换热器与原料粗油脂进行热交换，原料粗油脂进入油脂水解塔水解，水相经第二换热器加热后返回至油脂水解塔参与水解；优选地，所述第二换热器以第二太阳能集热装置获得的温度为150-200℃的热流体作为热源。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述水相中甘油的质量浓度达到50％-75％时，优选60％-70％时，排出部分水相并补充水以保持油脂水解塔中水相的上端面所处位置位于油脂水解塔的中部。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述粗油脂分为不饱和脂肪酸质量浓度为15％-50％的高不饱和脂肪酸体系粗油脂和不饱和脂肪酸质量浓度低于15％的低不饱和脂肪酸体系粗油脂，高不饱和脂肪酸体系的粗油脂采用中压水解，低不饱和脂肪酸体系的粗油脂采用高压水解；优选地，所述高压水解的压力为4.5MPa-5.5MPa，和/或高压水解的温度245-300℃；所述中压水解的压力2.5MPa-4.0MPa，和/或中压水解的温度为210-240℃。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述油脂水解塔中粗油脂与水相的质量比为1:2-1:4；和/或进入油脂水解塔中原料的质量空速为0.1-1h^-1，优选0.15-1h^-1。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述闪蒸汽提塔中操作条件为：温度210-240℃；和/或压力0.3-0.5KPa。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述分离塔为冷却塔，优选冷却塔操作温度为100-115℃，和/或所述冷却塔以水为冷却介质；优选地，所述冷却塔的冷却水流出后与油脂水解塔中排出的水相混合后再经第二换热器加热返回至油脂水解塔参与水解。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述油脂水解塔和闪蒸汽提塔的热量由来自第三换热器的蒸汽提供，优选地，所述第三换热器以太阳能集热装置获得的温度为250-350℃的热流体作为热源；更优选所述来自第三换热器的蒸汽分为两股，第一股蒸汽流经闪蒸汽提塔并与第二股蒸汽合并后流经油脂水解塔再返回第一换热器。

9.一种用于权利要求1-8中任一项所述方法的装置，所述装置包括第一太阳能集热装置、第二太阳能集热装置、水相循环系统和油脂纯化制备脂肪酸系统，所述油脂纯化制备脂肪酸系统包括依次连接的油脂水解塔、闪蒸汽提塔和冷却塔；所述第一太阳能集热装置与第三换热器相连，第三换热器通过蒸汽管道与油脂水解塔和闪蒸汽提塔相连；所述水相循环系统按照水相的流动方向依次包括第一换热器、水相储罐、第二换热器和油脂水解塔；其中，第一换热器设置在粗油脂进料管道上，用于水相与粗油脂换热。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述冷却塔的冷凝水出口与水相储罐通过管道相连；和/或所述油脂水解塔的蒸汽管道出口与闪蒸汽提塔的蒸汽管道进口相连；所述第一太阳能集热装置或第二太阳能集热装置包括集热器，优选所述集热器为槽式聚光集热器，所述槽式聚光集热器包括槽式反光镜、真空玻璃集热管和支架，集热器先串联成集热器组，然后集热器组再并联。

说明书

技术领域

本发明属于油脂纯化领域，具体涉及一种通过水解、闪蒸和分离将油脂纯化的方法以及用于该方法的装置，通过该方法可以制备高纯度脂肪酸并副产甘油和甾醇、维生素、色素、不饱和脂肪酸等营养物质。

背景技术

生物油脂(包括动物油脂和植物油脂)主要包括甘油酯，并伴有糖脂、磷脂、甾醇、维生素和色素类(主要存在于植物油脂中)物质。在废弃油脂中不仅有上述类油脂有机物还有大量无机盐。为了得到高品质生物燃料，无论生物航油还是生物柴油都对作为原料的油脂品质有严格要求，即需要对生物油脂、废气油脂等进行预处理以去除金属、磷脂、维生素、不饱和脂肪酸等不利于加氢脱杂原子反应的物质，去除这些物质还可以显著降低精制过程的能耗和氢耗。传统的纯化甘油酯方法主要有溶剂萃取分离技术或高温水洗技术。溶剂萃取由于萃取剂与油脂分离过程需要大量能耗，并且溶剂挥发容易造成环境污染而限制了其使用。采用高温水洗技术，虽然容易将盐等易溶于水的物质去除，但由于维生素、甾醇、色素类物质的水溶解性低，采用水洗技术水量消耗大，不仅造成油脂损失，并且加工过程还产生大量废水。目前还有超临界萃取、分子蒸馏等纯化技术，虽然其效率高，但其成本也高，目前大规模应用还存在技术和经济的制约。另外，甘油酯中的氧在加氢过程主要通过消耗氢气生成水而脱除，氢耗较大。如果在加氢过程前脱除甘油骨架形成脂肪酸，将显著降低氢耗。因此，急需开发一种绿色的油脂纯化技术和降低甘油酯中氧含量的方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种通过水解、闪蒸和冷却分离将油脂纯化的方法，该方法通过利用太阳能提供系统所需的热量，绿色环保，通过该方法在得到高纯度脂肪酸的同时副产甘油，并将油脂中高附加值的营养物质富集，显著增加油脂的利用价值。

根据本发明的第一方面，提供了一种油脂纯化方法，所述方法包括以下步骤：

S1、将原料粗油脂通入油脂水解塔中进行水解，得到水相、有机相和介于水相和有机相之间的中间层物质；

S2、将油脂水解塔中的有机相和中间层物质通入闪蒸汽提塔进行闪蒸气化，得到气化物和非气化物；

S3、将闪蒸汽提塔的气化物通入分离塔分离得到脂肪酸。

根据本发明，在S1中，原料粗油脂中的甘油脂在油脂水解塔中水解为脂肪酸和甘油；糖脂、磷脂等水解为脂肪酸和小分子物质。水相中包括甘油和水，还含有一些水溶性盐，其位于油脂水解塔的下层；有机相中包括脂肪酸、醛和酮，有机相位于塔的上层，粗油脂中含有的甾醇、色素类、维生素类、不饱和脂肪酸等大分子营养物质粘度高，密度比水小，介于水相和有机相之间，位于中间层，即为所述的介于水相和有机相之间的中间层物质。

根据本发明的优选实施方式，所述油脂水解塔的水相从油脂水解塔排出流经第一换热器与粗油脂进料进行热交换，然后水相经第二换热器加热返回至油脂水解塔参与水解。粗油脂与油脂水解塔排出的水相换热后，水相作为热介质将粗油脂加热，从而提高进入油脂水解塔的原料粗油脂的温度，减少了油脂水解塔的能量消耗。水相然后经第二换热器加热，水相的温度升高，由此提高了进入油脂水解塔中水相的温度，也同样减少了油脂水解塔中的热量需求。根据本发明的优选实施方式，第二换热器以太阳能集热装置获得的温度为150-200℃的热流体作为热源。

从油脂水解塔中流出的水相经过换热后再循环进入水解塔参与水解反应，水解过程使甘油浓缩。根据本发明的优选实施方式，在水相中甘油的质量浓度达到50％-75％时，优选60％-70％时，定期排出部分水相并向剩余的水相中补充水，以保持油脂水解塔中水相的上端面(或有机相的下端面或中间层物质所处界面)位于油脂水解塔的中部。收集排出的水相即得到高质量浓度甘油。

在有些情况下，粗油脂中盐的含量比较高，为了防止水相中盐的积累对系统的腐蚀，需定期更换水相。

根据本发明的优选实施方式，根据不饱和脂肪酸在粗油脂中质量浓度的差异，将所述粗油脂分为不饱和脂肪酸质量浓度为15％-50％的高不饱和脂肪酸体系粗油脂和不饱和脂肪酸质量浓度低于15％的低不饱和脂肪酸体系粗油脂，高不饱和脂肪酸体系的粗油脂采用中压水解，低不饱和脂肪酸体系的粗油脂采用高压水解；优选地，所述高压水解的压力为4.5MPa-5.5MPa，和/或高压水解的温度245-300℃，优选250-275℃；所述中压水解的压力2.5MPa-4.0MPa，和/或中压水解的温度为210-240℃。

根据本发明的优选实施方式，所述油脂水解塔中粗油脂和水相的质量比为1:2-1:4，优选为1:3；和/或进入油脂水解塔中原料的质量空速为0.1h^-1-1h^-1，优选0.15h^-1-1h^-1。所述“粗油脂和水相的质量比”是指进入油脂水解塔中的粗油脂的质量与进入油脂水解塔中的水相的质量比例。本发明中“水相”是指水和甘油以及少量的水溶性盐的混合物。“进入油脂水解塔中原料的质量空速”是指进入油脂水解塔的粗油脂和从第二换热器返回至油脂水解中的水相的总的质量空速。

根据本发明的一个优选实施方式，油脂水解塔中的操作条件为，水解温度为220-240℃，压力为3.0-4.0MPa，进入油脂水解塔中原料的质量空速为0.15-1h^-1，粗油脂和水相的质量比例为1:3。在油脂水解塔中，油脂水解率为95％-99％。在油脂水解塔中，影响水解的因素包括温度、压力、时间等，这些因素相互制约，共同作用影响水解的速度效率。水解的温度是主要因素，水解的温度过低则油脂无法完全水解成脂肪酸和甘油，水解的温度过高虽然水解速度加快，但是温度过高会伴随着粗油脂与脂肪酸的进一步分解或结焦。温度、压力同时影响着水解过程中水相和有机相的平衡气液物理状态。

根据本发明的优选实施方式，所述闪蒸汽提塔中操作条件为：温度210-240℃，和/或压力0.3-0.5KPa。在闪蒸汽提塔中，由于压力迅速降低导致脂肪酸闪蒸气化，非气化物则留在闪蒸汽提塔的底部。闪蒸汽提塔非气化物包括甾醇、维生素、不饱和脂肪酸(如DHA(二十二碳六烯酸)、EPA(二十碳五烯酸))、色素类物质(如叶绿素、叶黄素)等，通过闪蒸汽提塔可以将这些高附加值的营养物质富集，增加了油脂的利用价值。

根据本发明的优选实施方式，所述分离塔为冷却塔，优选冷却塔操作温度为100-115℃，和/或所述冷却塔以水为冷却介质；闪蒸汽提塔的气化物通入冷却塔以后，通过冷却水盘管降温分离出低馏分的酸、醛、酮从冷却塔顶排出，从而在塔底可以得到高纯度的脂肪酸。

根据本发明的优选实施方式，以所述冷却塔的冷却水作为前述水相的补充水，冷却水从冷却塔中流出后进入水相储罐中与油脂水解塔中排出的水相混合后再经第二换热器加热返回至油脂水解塔参与水解。使用冷却塔的冷却水作为水相的补充用水一方面能够降低整个过程水的用量，另一方面由于冷却塔内的冷凝水在冷却塔内吸收了热量，水的温度提高，利用冷却塔的冷却水作为补充水与水相混合，减少了后续的能量消耗。

根据本发明的优选实施方式，所述油脂水解塔和闪蒸汽提塔的热量由来自第三换热器的蒸汽提供，优选地，所述第三换热器以太阳能集热装置获得的250-350℃的热流体作为热源。

根据本发明的优先实施方式，所述来自第三换热器的蒸汽分为两股，第一股蒸汽流经闪蒸汽提塔并与第二股蒸汽合并后流经油脂水解塔再返回第一换热器。采用这种方法，能够充分利用蒸汽的热量，第一股蒸汽同时为闪蒸汽提塔和油脂水解塔提供热量。

根据本发明的优选实施方式，在将粗油脂制备粗油脂的反应之前，先使用氮气吹扫系统以排除氧气对水解的影响。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于所述油脂制备脂肪酸方法的装置，所述装置包括第一太阳能集热装置、第二太阳能集热装置、水相循环系统和油脂纯化制备脂肪酸系统，所述油脂纯化制备脂肪酸系统包括依次连接的油脂水解塔、闪蒸汽提塔和冷凝塔；所述第一太阳能集热装置与第三换热器相连，第三换热器通过蒸汽管道与油脂水解塔和闪蒸汽提塔相连；所述水相循环系统按照水相的流动方向依次包括第一换热器、水相储罐、第二换热器和油脂水解塔；其中，换热器I设置在粗油脂进料管道上，用于水相与粗油脂换热，所述冷凝塔的冷凝水出口与甘油水罐通过管道相连。

根据本发明的优选实施方式，水相储罐设有排水口，以便于当水相中的甘油的质量浓度达到一定浓度后，将部分水相排出。

根据本发明的优选实施方式，所述油脂水解塔的蒸汽管道出口与闪蒸汽提塔的蒸汽管道进口相连。

根据本发明的优选实施方式，所述第一太阳能集热装置和第二太阳能集热装置包括集热器，所述槽式聚光集热器包括槽式反光镜、真空玻璃集热管和支架，所述集热器先串联成集热器组，然后集热器组再并联。其中并联的集热器依据油脂量调整，串联的集热器依据集热温度和太阳能辐照强度进行调整。例如，当处理的油脂量大时，相应的增加并联的集热器的数量。当太阳辐射强度较小和/或系统所需能量较高时，添加串联的太阳能集热器的数量，当太阳辐射强度较大和/或系统所需能量较低时，减少串联的和/或并联的太阳能集热器的数量。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过水解、闪蒸和分离步骤，得到90％-98％的高纯度脂肪酸，同时得到50％-72％的高浓度甘油，并且富集了高附加值产物甾醇、维生素、DHA、EPA、叶绿素和/或叶黄素等营养物质。本发明通过调节水解、闪蒸工艺可适用于不同油脂制备脂肪酸并副产甘油同时获得营养物质。

(2)本发明在纯化油脂的过程中利用可再生能源太阳能作为热源，整个过程没有使用任何的化石能源，也没有使用溶剂，可再生能源的利用降低了化石能源的消耗，不使用溶剂减少了环境污染，该方法绿色环保。

(3)通过将油脂水解塔中流出的水相与原料粗油脂换热，利用水相作为热交换的介质，提高粗油脂的温度，然后利用太阳能集热装置获得的热流体加热水相返回至油脂水解塔，充分利用了水相的能量。另一方面，本发明利用从冷却塔中流出的冷却水作为水相的补充用水，从冷却塔中流出的冷却水在冷却塔中充分吸收热量，充分利用了冷却塔中物质冷却过程释放的热量。在一方面，本发明中将来自第三换热器的蒸汽分为两股，第一股蒸汽流经闪蒸汽提塔并与第二股蒸汽合并后流经油脂水解塔再返回第一换热器。本发明通过采用逐级利用热能的方式，使能量充分利用，减少了能源消耗，更节能环保。

(4)本发明采用两个太阳能集热装置，能够大量削减集热器受太阳光集热过程瞬态变化的影响，并可互相补充保证系统的热量需求。

(5)本发明中采用油脂水解塔中得到的水相作为热交换的介质，水相经过循环又返回油脂水解塔参与水解反应，使甘油得到浓缩，获得浓度较高的甘油，并且大幅度降低了水的用量。

(6)本发明在获取脂肪酸的基础上，将油脂中高附加值的营养物质有效的与其他物质分离，显著增加油脂的利用价值。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施方式的流程图；

其中，1粗油脂，2有机相和中间层物质，3水相，4气化物，5非气化物(包括甾醇、维生素、色素等)，6低馏分酸、醛、酮，7脂肪酸，8冷却水，9蒸汽，10第二股蒸汽，11第一股蒸汽，12第一太阳能集热装置获得的250-350℃的热流体，13第二太阳能集热装置获得的150-200℃的热流体。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不受下述实施例限定。

图1显示了本发明的一个优选实施方式的流程图。原料粗油脂经过第一换热器与水相换热后进入油脂水解塔，粗油脂在油脂水解塔中水解，在油脂水解塔中，不饱和脂肪酸质量浓度为15％-50％的高不饱和脂肪酸体系粗油脂采用中压水解，不饱和脂肪酸质量浓度低于15％的低不饱和脂肪酸体系粗油脂采用高压水解，其中，高压水解的压力为4.5MPa-5.5MPa，高压水解的温度245-300℃；中压水解的压力2.5MPa-4.0MPa，中压水解的温度为210-240℃。粗油脂在油脂水解塔中水解后得到上层含有脂肪酸的有机相，下层含有甘油的水相，以及介于水相和有机相之间的大分子不溶物中间层物质。油脂水解塔的上层有机相和中间层物质(非水相)通入闪蒸汽提塔得到气化物和非气化物，闪蒸汽提塔的操作条件为：温度210-240℃，压力0.3-0.5KPa。闪蒸汽提塔的气化物进入冷却塔，冷却塔的操作温度为100-115℃，低馏分酸、醛和酮从塔顶排出，从而在塔底得到高纯度的脂肪酸，冷却塔以水作为冷凝介质。在该过程中，油脂水解塔和闪蒸汽提塔所需热量由来自第三换热器蒸汽提供，第三换热器以第一太阳能集热装置获得的温度为250-350℃的热流体作为热源。来自第三换热器的高温蒸汽从第三换热器流出后分为两股，其中一股流入闪蒸汽提塔为闪蒸汽提塔提供热量，然后从闪蒸汽提塔流出与另一股蒸汽混合后流入油脂水解塔为油脂水解塔提供所需热量，然后由油脂水解塔流出进入第三换热器。

油脂水解塔的下层水相从油脂水解塔排出，流经第一换热器与粗油脂原料换热，粗油脂原料被加热流入油脂水解塔，水相循环使用，在水相循环过程中当水相中甘油的质量浓度达到60％-70％时，从水相储罐中排出部分水相，剩余的水相与来自冷却塔的冷凝水混合后进入第二换热器，经第二换热器加热返回至油脂水解塔参与水解。第二换热器以第二太阳能集热装置获得的温度为150-200℃的热流体作为热源。

实施例1

一种利用太阳能将废气油脂(不饱和脂肪酸含量为7-15％，属于低不饱和脂肪酸体系油脂)纯化制备脂肪酸并副产甘油和营养物质的方法，包括以下步骤：在进行废气油脂的纯化之前，使用氮气吹扫系统以排除氧气对水解反应的影响。废气油脂由油脂水解塔中排除的水相经热交换后进入油脂水解塔，油脂水解塔中操作条件为：压力4.5-5.0MPa，温度280℃。油水质量比为1:3，质量空速为0.5h^-1。在油脂水解塔中，粗油脂水解为脂肪酸和甘油，甘油主要在水相，位于油脂水解塔的下层，有机相中含有脂肪酸和少量的醛、酮，位于油脂水解塔的上层，色素、甾醇和维生素介于水相和油相之间，位于中间层。油脂水解塔中的有机相和中间层物质(非水相)进入闪蒸汽提塔，闪蒸汽提塔中的操作温度为230℃，压力为0.35KPa，在闪蒸汽提塔中脂肪酸立即气化进入冷却塔，闪蒸汽提塔中非气化物包括甾醇、维生素、DHA、EPA、叶绿素和叶黄素等物质。闪蒸汽提塔的气化物在冷却塔中冷却，冷却塔操作温度100℃，低馏分的酸、醛、酮与脂肪酸分离，得到的脂肪酸的纯度为98％。

油脂水解塔的水相从油脂水解塔排出与粗油脂进料进行热交换后，进入水相储罐，然后进入第二换热器加热后返回至油脂水解塔，水相循环使用。在水相循环的过程中，当水相中甘油的浓度达到70％时，将部分水相排出并补充水，以维持油脂水解塔中水相的上端面在位于油脂水解塔的中部，收集排出的水相从而可以得到浓度为70％的甘油。

实施例2

一种利用太阳能将微藻油脂(不饱和脂肪酸含量为20-30％，属于高不饱和脂肪酸体系油脂)纯化制备脂肪酸并副产甘油和营养物质的方法，包括以下步骤：在进行微藻油脂的纯化之前，使用氮气吹扫系统以排除氧气对水解反应的影响。废气油脂由油脂水解塔中排除的水相经热交换后进入油脂水解塔，油脂水解塔中操作条件为：压力2.5-3.0MPa，温度210℃。油水质量比为1:3，质量空速为0.75h^-1。在油脂水解塔中，粗油脂水解为脂肪酸和甘油，甘油主要在水相，位于油脂水解塔的下层，有机相中含有脂肪酸和少量的醛、酮，位于油脂水解塔的上层，色素、甾醇和维生素介于水相和油相之间，位于中间层。油脂水解塔中的有机相和中间层物质(非水相)进入闪蒸汽提塔，闪蒸汽提塔中的操作温度为210℃，压力为0.3KPa，在闪蒸汽提塔中脂肪酸和醛、酮立即气化进入冷却塔，闪蒸汽提塔中非气化物包括甾醇、维生素、DHA、EPA、叶绿素和叶黄素等物质。闪蒸汽提塔的气化物在冷却塔中冷却，冷却塔操作温度100℃，低馏分的C2-C5的酸、醛、酮与脂肪酸分离，得到的脂肪酸的纯度为96％。

油脂水解塔的水相从油脂水解塔排出与粗油脂进料进行热交换后，进入水相储罐，然后进入第二换热器加热后返回至油脂水解塔，水相循环使用。在水相循环的过程中，当水相中甘油的浓度达到60-70％时，将部分水相排出并补充水，以维持油脂水解塔中水相的上端面位于油脂水解塔的中部，收集排出的水相从而可以得到浓度为60-70％的甘油。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

一种油脂纯化方法和装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。