專利名稱：利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物化工分離領(lǐng)域，特別是一種生物柴油的精制提純和分離。
背景技術(shù)：
隨著石油資源的過度開采，內(nèi)燃機用生物柴油的發(fā)展具有巨大的商業(yè)前景。目前，國內(nèi)在生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油(甲酯)的技術(shù)通常采取的工藝為酯化反應(yīng)得到中間產(chǎn)物→靜止分層→取上層液→水洗→干燥塔→產(chǎn)品(生物柴油)。
應(yīng)用該生產(chǎn)工藝主要存在以下問題①采用水洗工藝，難以將雜質(zhì)徹底去除，產(chǎn)品脂肪酸甲酯等的含量相對較低，一般達(dá)不到95％，因而達(dá)不到歐州排放III等標(biāo)準(zhǔn)生物柴油的脂肪酸甲酯含量相大于98％的要求，因此令生物柴油難以推廣應(yīng)用，不能在高檔汽車中使用，而只能應(yīng)用在工業(yè)鍋爐、農(nóng)用機械等相對要求較低的行業(yè)；②在水洗處理中產(chǎn)生大量的廢水，既對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，又浪費水資源，不符合現(xiàn)今的環(huán)保要求；③采用水洗后產(chǎn)品需要通過干燥塔進(jìn)行干燥，增加設(shè)備成本以及處理成本；④水洗工藝除帶走大部分的雜質(zhì)(甲醇、甘油等)，也同時帶走部分的甲酯，令產(chǎn)出率降低。
國外生物柴油生產(chǎn)，除反應(yīng)(酯化)過程外，均需要多步驟分離純化才能夠完成應(yīng)用純度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的存在的問題，本發(fā)明的提供一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其可生產(chǎn)出純度達(dá)98％以上，符合歐州排放III標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃機生物柴油，同時省略水洗工藝，解決了工業(yè)的廢水問題。
本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，包括以下步驟①以植物油或動物油之一或混合物為原料，進(jìn)行酯化反應(yīng)；②把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；③將粗甲酯或粗乙酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，制得生物柴油產(chǎn)品；所述粗甲酯或粗乙酯的離心式分子蒸餾處理至少包括兩級前級處理溫度為50-150℃，真空度為5000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300～1000rpm，脫氣并分離出甲醇或乙醇；后級處理溫度為100-250℃，真空度為50-1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為600～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。
所述步驟③中，粗甲酯或粗乙酯的前級處理包括脫氣處理，處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa；分離甲醇或乙醇的處理，控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為500～1000rpm。
所述步驟②中，粗分離為靜止分層或用高速離心分離。
所述步驟①中，植物油或動物油原料與甲醇或乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇和雜質(zhì)。
本發(fā)明所述的粗分離是指簡單的分層或者高速離心機分離。粗甲酯是指通過粗分離獲得的純度低于95％的甲酯。粗乙酯是指通過粗分離獲得的純度低于95％的乙酯。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明采用了離心式分子蒸餾技術(shù)，與刮膜式分子蒸餾和降膜式分子蒸餾相比，離心式分子蒸餾由于轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)，可得到極薄的液膜且液膜分布更均勻，蒸發(fā)速率和分離效率更好；物料在蒸發(fā)面上的受熱時間更短，降低了熱敏物質(zhì)熱分解的危險；物料的處理量更大，更適合工業(yè)上的連續(xù)生產(chǎn)。
(2)本發(fā)明把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；可以減少一級離心蒸餾分離，簡化流程，降低設(shè)備成本和運行成本，而且通過分離出處理量較大的粗甲酯或粗乙酯，可較大地提高離心式分子蒸餾效率。
(3)本發(fā)明實現(xiàn)和完成內(nèi)燃機用生物柴油(甲酯或乙酯)的提純和精制工藝，提純的生物柴油純度可達(dá)到98％以上，從而生產(chǎn)出符合國際標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)生物柴油。
(4)本發(fā)明的方法省略了傳統(tǒng)方法的水洗及干燥過程，工藝流程簡單，沒有廢水污染，節(jié)省水處理費用。


圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖；圖2是本發(fā)明的生產(chǎn)示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)明是一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機生物柴油的方法，主要工藝步驟為原料→反應(yīng)后中間產(chǎn)物→粗分離→離心式分子蒸餾→終產(chǎn)品(內(nèi)燃機生物柴油)以及副產(chǎn)品(甘油)。
首先，是以植物油或動物油之一或混合物為原料制備粗生物柴油。植物油可采用椰子油、棕櫚油、菜籽油、小桐子油(麻楓樹)、大豆油或花生油等等，動物油可采用豬油、牛油、禽畜油或魚油等，在此不一一列舉。
目前制備生物柴油主要包括以下四種方法酶解、熱解、超臨界酯化以及酯交換和酯化反應(yīng)。酯交換和酯化反應(yīng)是目前生產(chǎn)脂肪酸甲酯的主要方法。酯交換是利用甲醇或乙醇，將三羧酸甘油酯中的甘油基取代下來，形成長鏈脂肪酸甲酯，增加流動性和降低粘度，使之適合作為燃料使用。該反應(yīng)可在溫度很低、常壓下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，易于控制，同時可加入催化劑縮短反應(yīng)周期，提高產(chǎn)率。將植物油或動物油與甲醇(或乙醇)進(jìn)行酯化反應(yīng)(或酯交換反應(yīng))，其反應(yīng)后中間產(chǎn)物含有甲酯(或乙酯)、甘油(丙三醇)、過量的甲醇(或乙醇)和小量雜質(zhì)。其反應(yīng)方程式如下 在進(jìn)行上述酯化反應(yīng)后，把酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過靜止分層或用高速離心進(jìn)行粗分離，然后將粗甲酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，蒸餾分離溫度在50℃-250℃，蒸餾分離真空度在5000Pa——1Pa，最后蒸餾釜底液為未酯化的維E、植物甾醇、脂類、雜質(zhì)等。
由于進(jìn)行了粗分離，因此粗甲酯(或粗乙酯)中含有大量的甲酯小量的甲醇(或乙醇)、甘油(丙三醇)等。分子蒸餾處理包括兩級前級處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa，分為脫氣(溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa)，分離甲醇或乙醇(溫度為50-120℃，真空度為5000-100Pa，轉(zhuǎn)速300-1400rpm)；后級處理溫度為100-250℃，真空度為50-1Pa，分離出甲酯或乙酯。
實施例1采用椰子油與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，椰子油與甲醇的摩爾比為1∶6。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過靜止分層，取上層液(粗甲酯)900ml進(jìn)入緩沖罐1，如圖2所示，然后進(jìn)入脫氣柱2脫氣處理溫度為60℃，真空度為5000Pa；脫氣后產(chǎn)物進(jìn)入第一級離心式分子蒸餾柱3分離酯化反應(yīng)剩余的甲醇，溫度為80℃，真空度為1000Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速600rpm；最后進(jìn)入第二級離心式分子蒸餾器4將825克甲酯分離出來，溫度為180℃，真空度為50Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1000rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測，所制備的甲酯純度為99％。
實施例2采用牛油與乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，牛油與乙醇的摩爾比為1∶6.5。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過靜止分層，取上層液(粗乙酯)750ml進(jìn)入緩沖罐1，如圖2所示，然后進(jìn)入脫氣柱2脫氣處理溫度為100℃，真空度為1000Pa；脫氣后產(chǎn)物進(jìn)入第一級離心式分子蒸餾柱3分離酯化反應(yīng)剩余的乙醇，溫度為150℃，真空度為100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速300rpm；最后進(jìn)入第二級離心式分子蒸餾器4將乙酯635克分離出來，溫度為280℃，真空度為1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1400rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測，所制備的乙酯純度為98.6％。
實施例3采用菜籽油與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，菜籽油與甲醇的摩爾比為1∶7。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過高速離心進(jìn)行粗分離，取粗甲酯700ml進(jìn)入緩沖罐1，如圖2所示，然后進(jìn)入脫氣柱2脫氣處理溫度為80℃，真空度為3000Pa；脫氣后產(chǎn)物進(jìn)入第一級分子蒸餾柱3分離酯化反應(yīng)剩余的甲醇，溫度為110℃，真空度為500Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1000rpm；最后進(jìn)入第二級離心式分子蒸餾器4將甲酯638克分離出來，溫度為230℃，真空度為25Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1200rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測，所制備的甲酯純度為98.3％。
實施例4采用魚油與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，魚油與甲醇的摩爾比為1∶7.5。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過高速離心進(jìn)行粗分離，取粗甲酯800ml進(jìn)入緩沖罐，然后進(jìn)入第一級分子蒸餾柱，進(jìn)行脫氣并分離甲醇，溫度為50℃，真空度為1000Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速800rpm；最后進(jìn)入第二級離心式分子蒸餾器將甲酯762克分離出來，溫度為250℃，真空度為10Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1100rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測，所制備的甲酯純度為99％。
權(quán)利要求
1.一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其特征在于包括以下步驟①以植物油或動物油之一或混合物為原料，進(jìn)行酯化反應(yīng)；②把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；③將粗甲酯或粗乙酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，制得生物柴油產(chǎn)品；所述粗甲酯或粗乙酯的離心式分子蒸餾處理至少包括兩級前級處理溫度為50-150℃，真空度為5000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300～1000rpm，脫氣并分離出甲醇或乙醇；后級處理溫度為100-250℃，真空度為50-1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為600～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其特征在于所述步驟③中，粗甲酯或粗乙酯的前級處理包括脫氣處理，處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa；分離甲醇或乙醇的處理，控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為500～1000rpm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其特征在于所述步驟②中，粗分離為靜止分層或用高速離心分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其特征在于所述步驟①中，植物油或動物油原料與甲醇或乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇和雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其特征在于所述的植物油為椰子油、棕櫚油、麻楓樹油、菜籽油、小桐子油、大豆油或花生油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機用生物柴油的方法，其特征在于所述的動物油為豬油、牛油、禽畜油或魚油。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機生物柴油的方法，其特征在于所述步驟①中的酯化反應(yīng)以酶解、熱解或超臨界酯化代替。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)燃機用生物柴油的離心式分子蒸餾生產(chǎn)方法，包括以下步驟包括以下步驟①以植物油或動物油之一或混合物為原料，進(jìn)行酯化反應(yīng)；②把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；③將粗甲酯或粗乙酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，包括兩級前級處理溫度為50－150℃，真空度為5000－100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300～1000rpm，脫氣并分離出甲醇或乙醇；后級處理溫度為100－250℃，真空度為50－1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為600～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。本發(fā)明生產(chǎn)的生物柴油純度達(dá)到98％以上，符合內(nèi)燃機用生物柴油的要求，同時該方法省略了水洗及干燥過程，工藝流程簡單，沒有廢水污染，節(jié)省水處理費用。
文檔編號C10G3/00GK1916113SQ20061003686
公開日2007年2月21日 申請日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者朱寶璋, 楊婉珍 申請人:華南理工大學(xué), 朱寶璋