一種非均相催化酯化制備生物柴油的裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物柴油的制備，特別是涉及一種利用棕櫚酸性油(Palm AcidOil)非均相催化酯化制備生物柴油的裝置與工藝。
技術(shù)背景
[0002]生物柴油亦稱脂肪酸甲酯，它是廢棄動(dòng)植物油脂、微生物油脂等作為原料，與甲醇(或乙醇)等低碳醇經(jīng)酯化、酯交換反應(yīng)獲得。生物柴油以其獨(dú)特的可再生性和綠色性，成為一種優(yōu)質(zhì)的石油柴油替代品，被認(rèn)為是解決全球能源危機(jī)，舒緩環(huán)境壓力，控制大氣污染最理想的途徑之一。
[0003]目前，我國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油較為成熟的工藝主要有“酸一步法”和“酸一堿兩步法”兩種方法。“酸一步法”工藝一般適用于酸值較高的酸化油原料，一般在北方的生物柴油生產(chǎn)企業(yè)較為常見(jiàn)，但該方法對(duì)設(shè)備的要求較高，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)?！八嵋粔A兩步法”工藝一般適用于酸值在100mgK0H/g以下的地溝油或煎炸老油等油脂，但傳統(tǒng)的“酸一堿兩步法”工藝存在生產(chǎn)過(guò)程冗長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高及對(duì)酯交換反應(yīng)條件要求高等缺點(diǎn)。
[0004]地溝油、潲水油、植物油廠的含油脂下腳料以及棕櫚酸性油(Palm Acid Oil)是常見(jiàn)的廢棄食用油，其特點(diǎn)是酸值在60mgK0H/g — 120mgK0H/g的范圍。這樣的原料不適合酸一步法，也不適合用傳統(tǒng)的“酸一堿兩步法”。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題，在于提供一種利用棕櫚酸性油(Palm Acid Oil)非均相催化酯化制備生物柴油的裝置與工藝，能解決原有工藝能耗高、甲醇損耗大、反應(yīng)壓力高、設(shè)備投資高、操作不方便的問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明將過(guò)預(yù)熱的油脂緩慢均勻加入甲醇中，由于比重不同油脂穿過(guò)甲醇層沉入反應(yīng)器底部，底部的油脂通過(guò)循環(huán)泵和液體分布器再緩慢加入甲醇中，這樣油脂在穿過(guò)甲醇層的時(shí)候快速反應(yīng)；反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)從上到下甲醇含量逐漸降低、油脂含量逐漸升高，反應(yīng)體系處于非均相狀態(tài)。反應(yīng)完成后，靜止分離，分出甲醇后得到的粗品生物柴油，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)、真空蒸餾最后獲得成品生物柴油，真空蒸餾的殘?jiān)鼮橹参餅r青。本發(fā)明在反應(yīng)完成后并不是像常規(guī)做法把過(guò)量的甲醇蒸發(fā)出來(lái)，而是采用靜止分離的方法分離出過(guò)量的甲醇。
[0007]本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]一種非均相催化酯化制備生物柴油的裝置，包括反應(yīng)器、循環(huán)泵、加熱器、分布器、轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器、閃蒸脫醇機(jī)組和減壓蒸餾塔；
[0009]所述反應(yīng)器至少一個(gè)，如有多個(gè)反應(yīng)器，多個(gè)反應(yīng)器串聯(lián)連接；反應(yīng)器的頂部設(shè)有進(jìn)料口和放空口，反應(yīng)器的底部設(shè)有出料口，反應(yīng)器空腔的上端設(shè)有分布器，分布器通過(guò)管道與循環(huán)泵連接，循環(huán)泵分別與油脂進(jìn)料口和出料口連接，連接分布器與循環(huán)泵的管道上設(shè)有加熱器；油脂進(jìn)料口通過(guò)管道與原料油罐連通；
[0010]所述循環(huán)泵還通過(guò)管道與轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器連通，轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器上端設(shè)有甲醇進(jìn)料口和氣相甲醇出口，轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器下端設(shè)有物料出口，物料出口通過(guò)管道分別與甘油閥門(mén)和閃蒸脫醇機(jī)組連接，閃蒸脫醇機(jī)組與減壓蒸餾塔連接，減壓蒸餾塔分別設(shè)有瀝青排放口和成品油排放口。
[0011 ] 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述的分布器為液體分布器。
[0012]所述的循環(huán)泵為磁力泵、離心泵或齒輪泵。
[0013]所述的加熱器采用列管式、套管式、螺旋板式加熱器。
[0014]所述的放空口與放空冷凝器連接；放空口與放空冷凝器連接的管路上設(shè)有閥門(mén)。
[0015]物料出口閃蒸脫醇機(jī)組連接的管道上設(shè)有閥門(mén)。
[0016]一種利用上述裝置的非均相催化酯化制備生物柴油的方法，包括如下步驟:
[0017]步驟1:混合了催化劑的甲醇通過(guò)進(jìn)料口加入反應(yīng)器的空腔中，甲醇量是油脂的重量的30% — 100% ;原料罐內(nèi)的油脂通過(guò)循環(huán)泵的泵送，經(jīng)過(guò)加熱器預(yù)熱到65°C - 70°C，油脂通過(guò)液體分布器均勻的加入到反應(yīng)器的空腔的甲醇中；甲醇中預(yù)先混入甲醇質(zhì)量0.5 - 2%的催化劑；加料前打開(kāi)放空冷凝器的循環(huán)水閥門(mén)，防止甲醇?xì)怏w揮發(fā)；所述催化劑為濃硫酸、磷酸、氯化鋁、氯化鐵、三氟化硼、四氟化錫或鹽酸；
[0018]步驟2:啟動(dòng)循環(huán)泵抽取反應(yīng)器底部的油脂，通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器控制反應(yīng)器內(nèi)溫度為63°C ±2°C;油脂通過(guò)位于甲醇層上部的液體分布器緩慢均勻的加入反應(yīng)器中，使油脂緩慢的穿過(guò)甲醇層，油脂穿過(guò)甲醇層的時(shí)候快速反應(yīng)；循環(huán)反應(yīng)1.5小時(shí)-2.5小時(shí)后停止循環(huán)泵，靜止沉降；
[0019]步驟3:檢測(cè)反應(yīng)器中物料的酸值，當(dāng)達(dá)到2mgKOH/g以下時(shí)，靜止沉降超過(guò)I小時(shí)，通過(guò)酸渣排出閥排出底部酸渣，抽取反應(yīng)器底部油脂進(jìn)轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器；如果酸值高于2mgKOH/g，則重復(fù)步驟I和步驟2直到酸值低于2mgKOH/g ；
[0020]步驟4:在轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器內(nèi)通過(guò)甲醇進(jìn)料閥從甲醇進(jìn)料口加入油脂重量25%±10%的甲醇，甲醇內(nèi)含有加入的油脂重0.2% ±1%的堿性催化劑，在60 -80°c下反應(yīng)30分鐘一60分鐘，打開(kāi)氣相甲醇出口，轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器升溫到100°C - 104°C，脫出過(guò)量甲醇；所述堿性催化劑為甲醇鈉、氫氧化鉀、氫氧化鈉或固體堿；
[0021]步驟5:脫完甲醇后，停止轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器的攪拌，油脂自然沉降1- 3小時(shí)，打開(kāi)甘油閥門(mén)，從轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)器底部的物料出口排出反應(yīng)產(chǎn)生的甘油；
[0022]步驟6:分離甘油后的油脂通過(guò)閃蒸脫醇機(jī)組脫除剩余的甲醇；
[0023]步驟7:脫醇后的油脂進(jìn)入減壓蒸餾塔提純出成品生物柴油，從成品油排放口收集，真空蒸餾的殘?jiān)鼮橹参餅r青，從瀝青排放口排出。
[0024]優(yōu)選地，步驟I所述油脂為地溝油、潲水油、棕櫚酸化油和植物油廠的含油脂下腳料中的一種或多種。
[0025]催化劑中比較典型為硫酸、磷酸、氯化鋁、氯化鐵、三氟化硼、四氟化錫和鹽酸的一種或者幾種。其中，氯化鋁、氯化鐵、三氟化硼、四氟化錫的催化效果在低溫時(shí)相對(duì)較差，但也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的。
[0026]本發(fā)明利用油脂非均相催化酯化制備生物柴油，其方法是將過(guò)預(yù)熱的油脂緩慢均勻加入甲醇中，由于比重不同油脂穿過(guò)甲醇層沉入反應(yīng)器底部，底部的油脂通過(guò)循環(huán)泵和液體分布器再緩慢加入甲醇中，這樣油脂在穿過(guò)甲醇層的時(shí)候快速反應(yīng)；反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)從上到下甲醇含量逐漸降低、油脂含量逐漸升高，反應(yīng)體系處于非均相狀態(tài)。反應(yīng)完成后，靜止分離，分出甲醇后得到的粗品生物柴油，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)、真空蒸餾最后獲得成品生物柴油，真空蒸餾的殘?jiān)鼮橹参餅r青。
[0027]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):
[0028]I)節(jié)省了能耗、降到了反應(yīng)壓力:本發(fā)明酯化反應(yīng)是在低溫常壓下反應(yīng)，反應(yīng)溫度低能耗低。同時(shí)本發(fā)明反應(yīng)完成后并不是像常規(guī)做法把過(guò)量的甲醇蒸發(fā)出來(lái)，而是采用靜止分離的方法分離出過(guò)量的甲醇。這樣就大大節(jié)省了蒸發(fā)甲醇的能耗，所以本發(fā)明僅此一項(xiàng)可節(jié)省約0.3噸的蒸汽單耗(指生產(chǎn)一噸生物柴油可以減少0.3噸蒸汽消耗)。
[0029]2)非均相反應(yīng):本發(fā)明油脂預(yù)熱后經(jīng)過(guò)分布器緩慢均勻加入反應(yīng)器的甲醇中，由于比重不同，油脂穿過(guò)甲醇層沉入反應(yīng)器底部，底部的油脂通過(guò)循環(huán)泵再緩慢加入甲醇中，這樣油脂在穿過(guò)甲醇層的時(shí)候快速反應(yīng)；反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)器內(nèi)從上到下甲醇含量逐漸降低、油脂含量逐漸升高，反應(yīng)體系處于非均相狀態(tài)；該方法能夠解決現(xiàn)有工藝耗時(shí)長(zhǎng)、原料損耗大、生產(chǎn)成本高，設(shè)備投資大等問(wèn)題。
[0030]3)設(shè)備造價(jià)低、投資少:本發(fā)明酯化反在低溫常壓下反應(yīng)，反應(yīng)器為常壓反應(yīng)器，造價(jià)便宜。同時(shí)甲醇反復(fù)使用只需要很少的一部分不合格的甲醇去精餾提純，節(jié)省了甲醇回收的投資。
[0031]4)操作簡(jiǎn)便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低:因?yàn)榉磻?yīng)器無(wú)壓操作，所以可以制作成大型反應(yīng)器。原有工藝一般使用反應(yīng)釜反應(yīng)，反應(yīng)釜由于制作和攪拌原因不能制作很大，所以只能多臺(tái)反應(yīng)釜連用。由于操作設(shè)備多并且?guī)悍磻?yīng)，所以需要工人多，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。
[0032]5)甲醇消耗低:因?yàn)榉磻?yīng)溫度低甲醇沒(méi)有氣化，甲醇損耗少。常規(guī)工藝一般甲醇單耗15%本工藝可以降低到13%以下。
[0033]6)本發(fā)明為改進(jìn)的“酸一堿兩步法”工藝，在酯化反應(yīng)時(shí)，采取本發(fā)明的設(shè)備和工藝條件提高了反應(yīng)效率、降低了反應(yīng)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1為非均相催化酯化制備生物柴油的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖2為圖1中的反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]圖3為圖2中液體分布器的結(jié)構(gòu)示意圖。
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