一種去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法及應用的制作方法

專利名稱：一種去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法及應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及酯類合成油的精制工藝技術領域，尤其涉及一種去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法及應用。
背景技術：
酯類合成油是目前最主要的一種合成油品，其包括雙酯、混合酯、復酯、多元醇酯等多種類型，其中多元醇酯合成油是酯類合成油發展至今的一類最新產品，它是一類可生物降解的合成油品種，是目前研究和應用最多的生物潤滑劑。β碳原子上無氫原子的特殊結構賦予多元醇酯合成油非常優異的熱氧化安定性，同時還具有良好的潤滑性、耐低溫性等性能。目前，多元醇酯合成油廣泛應用于航空發動機、壓縮機等重要機械部件的潤滑。
多元醇酯合成油是由有機酸和多元醇(如三羥甲基丙烷、季戊四醇)催化酯化而成。多元醇酯粗產品一般經過除催化劑、除酸等精制工藝而最終獲得高品質產品。其中多元醇酯粗產品的除酸是指去除反應剩余的有機游離酸。酯類油品在高溫運行環境中可能發生水解，而油品中酸性物質的存在會進一步加劇酯類油品的水解，水解后的酸性物質將會侵蝕油品接觸的關鍵部件，如發動機或壓縮機等。因此，潤滑油行業中多元醇酯的酸值是其重要的指標，要求酸值一般在< O. 3mgK0H/g的水平，作為壓縮機潤滑油酸值一般在O.05mgK0H/g以下。故多元醇酯生產時的除酸工藝對油品的品質有重大影響。
目前，常用的工業去除游離酸的方法是堿洗(采用氫氧化鈉、碳酸鈉等堿性物質的水溶液中和有機游離酸)，例如，美國專利US3694382A采用氫氧化鈉水溶液和石油醚稀釋后的三羥甲基丙烷酯或季戊四醇酯混合中和去除酸。堿洗精制是目前多元醇酯類合成油除酸的較為成熟工藝。該工藝簡單，投資和操作費用較低，但也存在許多缺點，例如，需多次堿洗才能達到預期酸值，堿和有機酸皂化嚴重，皂料夾雜油品導致油品浪費產率相對較低且皂料后處理繁瑣，排除的皂料和廢水污染性較高，對環境不利，另外脫酸劑不能再生循環使用。為解決以上堿洗除酸的缺點，需創新多元醇酯游離酸的去除方法，提高油品產率降低環境污染。發明內容
鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法及應用，采用樹脂去除多元醇酯類合成油中的游離酸，除酸工藝產率高并且降低了對環境的污染，旨在解決現有除酸工藝的產率相對較低、皂料對環境污染的問題。
本發明的技術方案如下一種去除酯類合成油中游離酸的裝置，其中，所述去除酯類合成油中游離酸的裝置包括通過管道依次連接的進液體系、樹脂罐裝置和出液體系；所述進液體系包括純水罐、預處理液體罐、油品罐、液體加壓裝置和流量控制裝置，所述純水罐、預處理液體罐、油品罐通過管道分別與液體加壓裝置相連，所述液體加 壓裝置與所述流量控制裝置相連；所述樹脂罐裝置包括樹脂罐、用于連接進液體系與樹脂罐的第五閥門、和用于連接出液體系與樹脂罐的第六閥門；所述樹脂罐內盛裝有用于去除酯類合成油中游離酸的樹脂； 所述出液體系包括用于檢測產品酸值的產品酸值監測點和用于存儲產品的產品儲存te ；所述第五閥門通過管道與所述流量控制裝置連接，所述第六閥門通過管道與所述產品酸值監測點連接。
所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其中，所述純水罐與所述液體加壓裝置之間設置有一用于控制純水罐與所述液體加壓裝置相通的第一閥門；所述預處理液體罐與所述液體加壓裝置之間設置有一用于控制預處理液體罐與所述液體加壓裝置相通的第二閥門，所述油品罐與所述液體加壓裝置之間設置有一用于控制油品罐與所述液體加壓裝置相通的第三閥門；所述液體加壓裝置與流量控制裝置之間設置有用于控制進液體系與樹脂罐裝置相通的第四閥門。
所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其中，所述第五閥門和第六閥門為可拆卸設置于所述樹脂罐上。
所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其中，所述樹脂罐的內表面涂覆有耐酸堿、耐有機溶劑的涂層。
所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其中，所述樹脂罐內填充有用于除酸的樹脂；所述樹脂為陰離子交換樹脂；樹脂的高分子骨架為苯乙烯系或丙烯酸系；樹脂的堿性為強堿I型、強堿II型或弱堿型。
一種采用如上所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置去除酯類合成油游離酸的方法，其中，具體包括以下步驟A、待處理油品從油品罐內通過管道進入樹脂罐，待處理油品與樹脂罐內的樹脂接觸， 通過樹脂除去油品中的游離酸；B、油品從樹脂罐內流出，經產品酸值監測點檢測油品的酸值，若油品的酸值符合要求則油品流入產品儲存罐內，若油品的酸值不符合要求則將所得油品再次進行除酸，直到所得油品的酸值符合要求為止。
所述的去除酯類合成油游離酸的方法，其中，在進行步驟A以前，包括以下步驟 從純水罐中引入去離子水或從預處理液體罐中引入預處理液，對樹脂罐內的樹脂進行預處理。
所述的去除酯類合成油游離酸的方法，其中，經過步驟B，所述去除酯類合成油游離酸的方法還包括以下步驟Cl、對樹脂罐中的樹脂進行反洗；C2、對樹脂罐中的樹脂進行再生。
一種如上所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置的應用，其中，將所述去除酯類合成油中游離酸的裝置用于去除多元醇酯合成油中的小分子有機游離酸。
本發明具有明顯的有益 效果，所提供的去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法具有以下優點1.樹脂除酸過程無皂化現象，處理工藝的產率高，浪費少，降低了皂料對環境的污染；2.相比堿洗除酸，除酸后產品的后處理步驟更簡潔；3.樹脂具有可再生性，可重復使用，提高除酸的經濟性。


圖1為本發明去除酯類合成油游離酸的裝置的結構示意圖。
具體實施方式
本發明提供一種去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法及應用，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
本發明所提供的去除酯類合成油中游離酸的裝置，包括通過管道依次連接的進液體系、樹脂罐裝置和出液體系，具體地如圖1所示，所述進液體系包括純水罐3、預處理液體罐4、油品罐5、液體加壓裝置一泵2和流量控制裝置一流量計8，所述純水罐3、預處理液體罐4、油品罐5通過管道分別與液體加壓裝置相連，所述液體加壓裝置與所述流量控制裝置相連；所述樹脂罐裝置包括樹脂罐1、用于連接進液體系與樹脂罐I的第五閥門13和用于連接出液體系與樹脂罐I的第六閥門14 ;所述出液體系包括用于檢測產品酸值的產品酸值監測點6和用存儲產品的產品儲存罐7 ;所述第五閥門13通過管道與所述流量控制裝置連接，所述第六閥門14通過管道與所述產品酸值監測點6連接。
進一步地，所述純水罐3與所述液體加壓裝置之間設置有一用于控制純水罐3與所述液體加壓裝置相通的第一閥門10，所述預處理液體罐4與所述液體加壓裝置之間設置有一用于控制預處理液體罐4與所述液體加壓裝置相通的第二閥門11，所述油品罐5與所述液體加壓裝置之間設置有一用于控制油品罐5與所述液體加壓裝置相通的第三閥門12 ； 所述液體加壓裝置與流量控制裝置之間設置有用于控制進液體系與樹脂罐裝置相通的第四閥門9。這樣，通過控制第一閥門10、第二閥門11、第三閥門12和第四閥門9就能控制進液體系流向樹脂裝置的液體種類，以及控制反應的開始。
其中，所述第五閥門13設置于樹脂罐I的上方，所述第六閥門14設置于樹脂罐I 的下方；所述第五閥門13和第六閥門14是可拆卸的，當需要進行反洗或類似操作時，進液體系和出液體系的位置可以互換。
所述樹脂罐I內盛裝有用于除酸的樹脂和用于保存樹脂的溶劑。所述樹脂罐I 的內表面涂覆有耐酸堿、耐有機溶劑的涂層，用于防止酯類合成油中游離酸和有機溶劑對樹脂罐造成腐蝕，所述耐酸堿、耐有機溶劑的涂層為現有技術，市面上即可購得，對除酸反應并不造成影響，因此在此不贅述。并且所述樹脂罐I內均勻分布有用于均勻分布流經樹脂罐流體的類似水帽裝置，以便樹脂罐I內的樹脂能均勻接觸流經的液體。所述適合用于保存樹脂的溶劑為有機溶劑或水，所述有機溶劑優選為乙醚、石油醚、乙醇、異丙醇、乙酸乙酯。
所述樹脂罐I內填充有用于除酸的樹脂，所述樹脂優選為陰離子交換樹脂，樹脂的高分子骨架優選苯乙烯系或丙烯酸系，樹脂的堿性優選強堿I型、強堿II型、弱堿型。 符合以上要求的商業化樹脂有國產D201、D202、D301、D311、D314、D317，國外DOffEX 44， DUOLITE A-7, IONAC A-260、Amberlite IRA-68 等。
所述進液體系中的純`水罐3、預處理液體罐4、油品罐5分別盛放等離子水、樹脂預處理使用溶液和待處理油品(或油品的稀釋液體)，上述罐體分別通過第一閥門10、第二閥門11、第三閥門12與樹脂罐I相通，流速可通過流量計8和泵2進行控制。其中，所述預處理液體罐4的數量是根據樹脂預處理所需預處理液的種類進行設置的，如對樹脂進行預處理需要3種溶液，則設置3個預處理液體罐。
所述出液體系中的產品酸值監測點6為酯類合成油除酸后油品的酸值檢測平臺， 酸值檢測方法參考GB/T264-83石油產品酸值測定法。
本發明中還給出采用所述去除酯類合成油中游離酸的裝置去除酯類合成油游離酸的方法，具體包括以下步驟51、將油品罐5中的待處理油品在泵2的作用下經流量計8調節流量后進入樹脂罐1， 使待處理油品與樹脂罐I內的樹脂接觸，通過樹脂除去油品中的游離酸；52、油品從樹脂罐I內流出，經產品酸值監測點6檢測油品的酸值，若油品的酸值符合要求則油品流入產品儲存罐7內，若油品的酸值不符合要求則將所得油品再次進行除酸， 直到所得油品的酸值符合要求為止。
其中，在所述步驟SI以前還包括以下步驟將樹脂裝入樹脂te I中。
具體地，所述步驟SI中，打開第三閥門12、第四閥門9、泵2和流量計8，使油品罐 5中的待處理油品在泵2的作用下經流量計8調節流量后進入樹脂罐1，并與樹脂接觸。通過所述流量計8和泵2可以控制待處理油品的流速。
優選地，在將樹脂裝入樹脂罐I內后，進行步驟SI前，還包括以下步驟對樹脂罐I內的樹脂進行預處理。
所述預處理過程是采用純水罐3中的去離子水和預處理液體罐4中的預處理液對樹脂進行預處理，所述預處理的過程為樹脂常用的預處理過程，在此不贅述，其過程一般為1、用水洗至沒有泡沫和浮渣；2、濃度為2-4%Na0H溶液浸泡，水洗至中性；3、濃度為 2-3%HCl溶液浸泡，水洗至中性；4、濃度為4-6%NaOH水溶液再生樹脂，水洗至中性，溶劑沖洗后即可使用。
步驟SI中，所述待 處理油品可以為油品原液或油品的稀釋液，用于稀釋油品的溶劑是待處理油品可以在其中良好溶解的溶劑，此溶劑優選為石油醚、乙醚、乙醇、異丙醇、丙酮、丁酮、乙酸乙酯。當所述待處理油品為稀釋液時，是先將油品與溶劑混合，再加入油品罐 5中。
步驟S2中，待處理油品與樹脂接觸，如果是油品的稀釋液流經樹脂罐I內的樹脂柱，流速優選O. 2-lL/h，更優選O. 25-0. 6L/h ;如果是待處理油品的原液與樹脂接觸， 由于阻力較大，流速過慢，需泵2加壓使液體與樹脂接觸，流速優選O. 1-0. 5L/h，更優選O.1-0. 4L/h。
當步驟S2中，待處理油品為油品的稀釋液時，經過除酸后，還需進行產品的減壓蒸餾除去溶劑獲得最后產品。
所述步驟S2中收集產品時的酸值要求，根據酯類合成油的用途不同，對酸值的要求也不同。當酯類合成油用做鏈條油時，酸值優選O.1-ο. 35mgK0H/g,當酯類合成油用做于發動機油時，酸值優選O. 03-0. 15mgK0H/g,當酯類合成油用做于冷凍機油時，酸值優選O.009-0. 035mgK0H/go
經過步驟S2之后，還包括以下步驟對樹脂罐I中的樹脂進行再生。
具體地，所述樹脂的再生方法是采用陰離子樹脂公知的再生方法。樹脂再生前，需要采用有機溶劑將樹脂中殘留的油品排除。
因此，在對樹脂進行再生以前，還可以包括以下步驟回收樹脂上所吸附的游離酸。
具體地，當需要回收樹脂上所吸附的游離酸時，需采用無機酸或小分子有機酸的溶液將樹脂中的高分子有機酸置換出來再進行回收處理。其中所述無機酸可以為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等，小分子有機酸可以為小分子的羧酸或磺酸等。所述無機酸或者小分子有機酸的溶液的濃度優選1%_6% (質量分數)，更優選1%_4%。所述無機酸或者小分子有機酸的溶液采用的溶劑優選為去離子水、乙醇、乙醚或乙酸乙酯等。所述回收樹脂上所吸附的游離酸過程為反洗的過程，具體步驟為將所述第五閥門13與出液體系相連，將所述第六閥門14與進液體系相連，將進液體系和出液體系置換位置以便于樹脂反洗；將配制好的質量濃度為2%的無機酸或小分子有機酸的溶液加入預處理液體罐4，打開第二閥門11、泵2、第四閥門9、流量計8，從第六閥門14往樹脂罐I內引入無機酸或小分子有機酸的溶液，對樹脂進行反洗。其中，無機酸或小分子有機酸的溶液的用量為2倍于樹脂的體積的量。經過反洗樹脂后，清水洗至樹脂罐I流出的液體為中性。
本發明所提供的所述去除酯類合成油游離酸的裝置及方法能有效降低酯類合成油的酸值，利用可重復利用的陰離子交換樹脂吸附去除酯類合成油中的游離酸，將酯類合成油或其稀釋液體引入樹脂罐中，可以利用重力或泵加壓裝置使液體流經樹脂進行吸附去除游離酸。所述去除酯類合成油游離酸的裝置及方法適用于去除酯類合成油中的游離羧酸，尤其適用于去除三羥甲基丙烷酯、季戊四醇酯等多元醇酯合成油中的丙酸、丁酸、戊酸、 己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸等小分子有機游離酸。
為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下通過三個實際典型的例子對本發明的裝置和除酸方法進行詳細說明，表I給出了上述三個實際典型例子所用樹脂的特征參數。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
表1、三個實施例中所用樹脂的技術參數。
權利要求
1.一種去除酯類合成油中游離酸的裝置，其特征在于，所述去除酯類合成油中游離酸的裝置包括通過管道依次連接的進液體系、樹脂罐裝置和出液體系；所述進液體系包括純水罐、預處理液體罐、油品罐、液體加壓裝置和流量控制裝置，所述純水罐、預處理液體罐、油品罐通過管道分別與液體加壓裝置相連，所述液體加壓裝置與所述流量控制裝置相連；所述樹脂罐裝置包括樹脂罐、用于連接進液體系與樹脂罐的第五閥門和用于連接出液體系與樹脂罐的第六閥門；所述樹脂罐內盛裝有用于去除酯類合成油中游離酸的樹脂；所述出液體系包括用于檢測產品酸值的產品酸值監測點和用存儲產品的產品儲存te ；所述第五閥門通過管道與所述流量控制裝置連接，所述第六閥門通過管道與所述產品酸值監測點連接。
2.根據權利要求1所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其特征在于，所述純水罐與所述液體加壓裝置之間設置一個用于控制純水罐與所述液體加壓裝置相通的第一閥門； 所述預處理液體罐與所述液體加壓裝置之間設置有一個用于控制預處理液體罐與所述液體加壓裝置相通的第二閥門，所述油品罐與所述液體加壓裝置之間設置有一個用于控制油品罐與所述液體加壓裝置相通的第三閥門；所述液體加壓裝置與流量控制裝置之間設置有用于控制進液體系與樹脂罐裝置相通的第四閥門。
3.根據權利要求1所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其特征在于，所述第五閥門和第六閥門為可拆卸設置于所述樹脂罐上。
4.根據權利要求1所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其特征在于，所述樹脂罐的內表面涂覆有耐酸堿、耐有機溶劑的涂層。
5.根據權利要求1所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置，其特征在于，所述樹脂罐內填充有用于除酸的樹脂；所述樹脂為陰離子交換樹脂；樹脂的高分子骨架為苯乙烯系或丙烯酸系；樹脂的堿性為強堿I型、強堿II型或弱堿型。
6.一種采用如權利要求1-5任一所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置去除酯類合成油游離酸的方法，其特征在于，具體包括以下步驟A、待處理油品從油品罐內通過管道進入樹脂罐，待處理油品與樹脂罐內的樹脂接觸， 通過樹脂除去油品中的游離酸；B、油品從樹脂罐內流出，經產品酸值監測點檢測油品的酸值，若油品的酸值符合要求則油品流入產品儲存罐內，若油品的酸值不符合要求則將所得油品再次進行除酸，直到所得油品的酸值符合要求為止。
7.根據權利要求6所述的去除酯類合成油游離酸的方法，其特征在于，在進行步驟A以前，包括以下步驟從純水罐中引入去離子水或從預處理液體罐中引入預處理液，對樹脂罐內的樹脂進行預處理。
8.根據權利要求6所述的去除酯類合成油游離酸的方法，其特征在于，經過步驟B，所述去除酯類合成油游離酸的方法還包括以下步驟Cl、對樹脂罐中的樹脂進行反洗；C2、對樹脂罐中的樹脂進行再生。
9.一種如權利要求1-5任一所述的去除酯類合成油中游離酸的裝置的應用，其特征在于，將所述去除酯類合成油中游離酸的裝置用于去除多元醇酯合成油中的小分子有機游離酸。
全文摘要
本發明公開一種去除酯類合成油中游離酸的裝置和方法及應用，所述去除酯類合成油中游離酸的裝置包括通過管道依次連接的進液體系、樹脂罐裝置和出液體系；所述進液體系包括純水罐、預處理液體罐、油品罐、液體加壓裝置和流量控制裝置；所述樹脂罐裝置包括樹脂罐、用于連接進液體系與樹脂罐的第五閥門和用于連接出液體系與樹脂罐的第六閥門；所述樹脂罐內盛裝有用于去除酯類合成油中游離酸的樹脂；所述出液體系包括用于檢測產品酸值的產品酸值監測點和用存儲產品的產品儲存罐。本發明所提供的裝置能有效地降低酸值，并且油品的精制產率能保持在較高的水平，同時，樹脂可重復利用，采用樹脂去除酯類合成油中游離酸的方法具有明顯的經濟性。
文檔編號C10L1/02GK103060024SQ20121058249
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者孫蓉, 張玲, 楊忠學, 楊瑞杰, 劉強, 趙濤 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院