專利名稱：一種生物柴油的制備工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物柴油的制備工藝及其裝置，特別是涉及生物柴油制備工藝酯化反應(yīng)中甲醇汽相進制和回流工藝及其裝置，以及甲酯汽相連續(xù)蒸餾工藝及其裝置。
背景技術(shù)：
目前生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn)，即用動植物油脂與甲醇在酸堿催化劑和高溫下進行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯，再經(jīng)洗滌干燥等處理即得生物柴油。酸催化酯化反應(yīng)其常規(guī)生產(chǎn)工藝為原料預(yù)處理，除去原料油中雜質(zhì)和脫水，酯化反應(yīng)、分離、蒸餾、醇回收以及提純處理，其酯化反應(yīng)，在攪拌式反應(yīng)釜內(nèi)加入甲醇和濃硫酸以及原料油，加熱，進行酯化反應(yīng)，多數(shù)采用分步法進行，即反應(yīng)一個階段，停止攪拌，沉淀分層，分去被水稀釋的稀甲醇，再補充新的甲醇和硫酸，一般為三步進行。另一種生產(chǎn)工藝為堿催化酯化反應(yīng)，常規(guī)生產(chǎn)工藝是利用中性油脂和甲醇在堿性催化劑和加熱作用下，進行酯交換。上述二種工藝方法其存在的不足之處在于，第一，上述二種生產(chǎn)方式為獨立的設(shè)備設(shè)計是多樣的，一般酸催化酯化反應(yīng)適用于酸化油，省質(zhì)油，廢油等；而堿性催化酯交換反應(yīng)相對來說要求酸價很低，對油脂質(zhì)量要求高，第二，常規(guī)工藝酯化反應(yīng)為液相與液相之間的反應(yīng)，油脂是液相，甲醇也是液相，在催化劑存在條件下，依靠分子運動和機械攪拌來促使油分子和甲醇分子的碰撞，分子運動的動力是有限的，反應(yīng)速度取決于機械性能和密封等限制，且圓筒形反應(yīng)釜內(nèi)攪拌運動時分子旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)相對靜止，大大降低了反應(yīng)物分子之間的接觸，反應(yīng)速度慢，反應(yīng)時間長，且耗能增加，原料消耗大；第三，常規(guī)工藝中用分步法除去生成物水，反應(yīng)時間長；第四，蒸餾過程能耗大，原料消耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的就在于提供一種生物柴油的制備工藝及其裝置，具有縮短反應(yīng)時間，提高產(chǎn)量和質(zhì)量，節(jié)能等特點，且可以在同一設(shè)備中實現(xiàn)二種生產(chǎn)方式，適應(yīng)于各種酸價的油脂生產(chǎn)生物柴油。
實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案，包括酯化反應(yīng)，在攪拌式反應(yīng)釜內(nèi)加入甲醇和濃硫酸以及原料油，加熱，進行酯化反應(yīng)，所述的酯化反應(yīng)中補充進入或回流進入反應(yīng)釜內(nèi)的甲醇經(jīng)過甲醇蒸汽發(fā)生器加熱升溫為甲醇汽體后從反應(yīng)釜底部經(jīng)閥門后進入反應(yīng)釜內(nèi)。
包括原料預(yù)處理，除去原料油中雜質(zhì)和脫水，酯化反應(yīng)，分離，蒸餾，醇回收以及甘油處理。
1)酯化反應(yīng)，首先在攪拌式反應(yīng)釜內(nèi)加入甲醇，甲醇與原料油質(zhì)量比為(0.2-0.4)∶1，然后在攪拌下加入濃硫酸，濃硫酸與原料油質(zhì)量比為(0.007-0.009)∶1，最后加入經(jīng)預(yù)處理后的原料油，攪拌下加熱升溫，酯化反應(yīng)開始，當(dāng)油溫升至100-110℃時反應(yīng)釜內(nèi)甲醇隨帶水蒸餾完成后，此時開始用甲醇蒸汽生生器中產(chǎn)生的甲醇汽體，溫度為65-75℃，從反應(yīng)釜底部經(jīng)閥門補入或回流至反應(yīng)釜內(nèi)，循環(huán)回流，直至酯化反應(yīng)結(jié)束；2、酯交換反應(yīng)，向反應(yīng)釜內(nèi)加入甲醇鈉溶液，加熱升溫，至75-80℃，用甲醇蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的甲醇汽體，溫度為65-75℃，從反應(yīng)釜底部經(jīng)閥門補入或回流至反應(yīng)釜內(nèi)，循環(huán)回流，直至酯交換反應(yīng)結(jié)束；3、甲酯蒸餾，將水洗脫水后的粗甲酯經(jīng)換熱器后送入甲酯汽相發(fā)生器內(nèi)加熱升溫，至130-180℃，再以甲酯汽相切線進入甲酯蒸餾釜內(nèi)實現(xiàn)閃蒸。甲酯蒸餾釜甲酯蒸汽出口連接換熱器，經(jīng)換熱器熱交換后得到精甲酯，甲酯蒸餾完成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點，1、由于本發(fā)明采用了二種生產(chǎn)工藝的設(shè)計流程，因而可在同一設(shè)備工藝中完成二種生產(chǎn)工藝流程，適用于各種脂肪酸的劣質(zhì)油脂，具有適用性強，工藝簡單，操作方便的特點；2、由于本發(fā)明工藝設(shè)計中設(shè)計了帶水蒸餾工藝，因而大大縮短了反應(yīng)時間，提高了產(chǎn)量。
3、由于本發(fā)明設(shè)計了汽相補甲醇工藝，變液相與液相反應(yīng)為液相與汽相反應(yīng)，采用甲醇汽相從釜底鼓泡進入油相，而且同樣在機械攪拌的輔助作用下，使油分子和甲醇分子充分接觸安全，因而大大提高了反應(yīng)速度，具有反應(yīng)時間短的特點。
4、由于本發(fā)明甲酯蒸餾采用了甲酯汽相連續(xù)進釜蒸餾的設(shè)計，利用汽相甲酯來冷凝甲酯蒸汽，反過來用甲酯蒸汽加熱冷粗甲酯，因而大大提高了蒸餾速度，具有蒸餾時間短，降低成品色澤，提高產(chǎn)品質(zhì)量以及節(jié)能節(jié)水的特點。


下面結(jié)合附圖和實施例對發(fā)明作進一步描述。
圖1為本發(fā)明工藝流程原理框圖；圖2為甲醇汽相催化補甲醇循環(huán)生產(chǎn)工藝原理示意圖；圖3為甲醇蒸汽發(fā)生器設(shè)備原理示意圖；圖4為甲醇汽相蒸餾工藝原理示意圖。
具體實施方案本發(fā)明其工藝原理，采用甲醇汽相從底部鼓泡方式進入油相，而且在機械攪拌的輔助作用下，使油分子和甲醇分子充分接觸交合，大大加快了反應(yīng)速度。
其工藝包括酯化反應(yīng)，在攪拌式反應(yīng)釜1內(nèi)加入甲醇和濃硫酸以及原料油，加熱，進行酯化反應(yīng)，其工藝流程如圖2所示，所述的酯化反應(yīng)中補充進入或回流進入反應(yīng)釜1內(nèi)的甲醇經(jīng)過甲醇蒸汽發(fā)生器2加熱升溫為甲醇汽體后從反應(yīng)釜1底部經(jīng)閥門7后進入反應(yīng)釜1內(nèi)。
其工藝流程裝置如圖2所示，包括攪拌式反應(yīng)釜1，甲醇回收裝置6，合格甲醇受器4以及甲醇泵5和甲醇流量計3，還包括甲醇蒸汽發(fā)生器2，甲醇蒸汽發(fā)生器2進口C經(jīng)甲醇流量計3和甲醇泵5后連接合格甲醇受器4，甲醇蒸汽發(fā)生器2出口d經(jīng)閥門7連接至反應(yīng)釜1底部甲醇回流口。
所述的甲醇蒸汽發(fā)生器2包括園筒形殼體11以及安裝在殼體11內(nèi)的換熱管10和殼體11兩端的管板9，如圖3所示，上下管板9連接浮頭分別構(gòu)成蒸汽室8和進料室12，殼體11上部側(cè)面開孔a連接加熱蒸汽進口，殼體11下部側(cè)面開孔6連接蒸汽出口。
工作流程為，先將計量好的甲醇溶液打入反應(yīng)釜1內(nèi)，開啟反應(yīng)釜1攪拌器，反應(yīng)釜1在攪拌條件下加入濃硫酸，然后再加入脫好水的原料油，加料完成，開啟反應(yīng)釜1上的加熱閥門，反應(yīng)釜1內(nèi)油溫升至105℃時反應(yīng)釜1內(nèi)甲醇隨帶水蒸餾基本上已蒸發(fā)完，并經(jīng)甲醇回收裝置6回收甲醇，此時，打開甲醇泵5，經(jīng)甲醇流量計3甲醇進入甲醇進入甲醇蒸汽發(fā)生器2內(nèi)，開啟加熱閥門，甲醇在甲醇蒸汽發(fā)生器2內(nèi)加熱至70℃，甲醇蒸汽經(jīng)閥門7從反應(yīng)釜1底部進入反應(yīng)釜1內(nèi)，直至反應(yīng)完成。
從5000立升反應(yīng)釜為例，補甲醇的時間為1小時，補甲醇的量為1000kg，反應(yīng)完成，酸價降到1.9mg/g。
當(dāng)原料油為酸價較低的毛油或精煉油時，其工藝流程如圖1所示，經(jīng)預(yù)處理，酯交換，分離，甘油處理和蒸餾后，完成生物柴油的制備。
當(dāng)原料油為酸價較高的廢油脂時，其工藝流程如圖1所示，經(jīng)酯化，酯交換，分離，甘油處理和蒸餾后，完成生物柴油的制備。
其工藝過程包括原料預(yù)處理，除去原料油中雜質(zhì)和脫水，酯化反應(yīng)，分離，蒸餾，醇回收以及甘油處理，如圖1、2所示。
1)酯化反應(yīng)，首先在攪拌式反應(yīng)釜1內(nèi)加入甲醇，甲醇與原料油質(zhì)量比為(0.2-0.4)∶1，然后在攪拌下加入濃硫酸，濃硫酸與原料油質(zhì)量比為(0.007-0.009)∶1，最后加入經(jīng)預(yù)處理后的原料油，攪拌下加熱升溫，酯化應(yīng)開始，當(dāng)油溫升至100-110℃時反應(yīng)釜內(nèi)甲醇隨帶水蒸餾完成后，此時開始用甲醇蒸汽發(fā)生器2中產(chǎn)生的甲醇汽體，溫度為65-75℃，從反應(yīng)釜1底部經(jīng)閥門7補入或回流至反應(yīng)釜1內(nèi)，循環(huán)回流，直至酯化反應(yīng)結(jié)束；2)酯交換反應(yīng)，向反應(yīng)釜1內(nèi)加入甲醇鈉溶液，加熱升溫，至75-80℃，用甲醇蒸汽發(fā)生器2中產(chǎn)生的甲醇汽體，溫度為65-75℃，從反應(yīng)釜1底部經(jīng)閥門7補入或回流至反應(yīng)釜1內(nèi)，循環(huán)回流，直至酯交換反應(yīng)結(jié)束；
3)甲酯蒸餾，將水洗脫水后的粗甲酯經(jīng)換器15后送入甲酯汽相發(fā)生器13內(nèi)加熱升溫，至130-180℃，再以甲酯汽相切線進入甲酯蒸餾釜14內(nèi)加熱，甲酯蒸餾釜14甲酯蒸汽出口連接換熱器15，經(jīng)換熱器15熱交換后得到精甲酯，甲酯蒸餾完成。
其裝置還包括甲酯蒸餾釜14，如圖4所示，甲酯蒸餾釜14頂端蒸汽出口k連接換熱器15上部殼程進口e，換熱器15下部殼程出口連接精甲酯出口f，換熱器15管程下端為粗甲酯進口h，換熱器15管程上端蒸汽出口j連接甲酯汽相發(fā)生器13進口p，甲酯汽相發(fā)生器13出口連接甲酯蒸餾釜14進料口m，所述的甲酯蒸餾釜14進料口m設(shè)置在蒸餾釜筒體上端側(cè)面，且為筒體切線方向。
利用60℃冷粗甲酯來冷凝180℃的甲酯蒸汽，反過來用180℃的甲酯蒸汽加熱60℃冷粗甲酯，節(jié)能節(jié)水。且粗甲酯汽相切線由釜大大加快了蒸餾速度。
不論酸價為多少的劣質(zhì)油脂，經(jīng)前處理(水洗)除去劣質(zhì)油中雜質(zhì)，脫水，酯化反應(yīng)，先使油中游離脂肪酸變成脂肪酸甲酯。酯化反應(yīng)具體為先將計量好的甲醇，甲醇量與油量的質(zhì)量比為0.3∶1，反應(yīng)釜中在攪拌下再加入硫酸，濃硫酸與油的質(zhì)量比為0.008∶1，最后加入脫好水的省質(zhì)油，在攪拌下升溫60℃開始反應(yīng)，當(dāng)油溫升到105℃原始甲醇隨帶水蒸餾基本上已都蒸發(fā)完，故此時開始用甲醇蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的甲醇汽體(汽體溫度在64.5-70℃)從反應(yīng)釜底部鼓泡注入，量好控制用甲醇流量計以5000立升應(yīng)反釜為例，甲醇流量控制在2501/h，時間為3小時左右，具體以測酸價為準(zhǔn)，當(dāng)酸價降到2.5以下，說明酯化結(jié)束。進入酯交換階段，將事先配好的甲醇鈉溶液加入反應(yīng)釜內(nèi)，甲醇鈉中部分Na離子和原來加入H2S04和成生Na2SO4和少量水，在75-80℃下，甲醇循環(huán)回流2-3小時，最后測酸價到2.5以下，說明二個階段的反應(yīng)在一個反應(yīng)釜內(nèi)全部完成。分離、甘油處理，甲酯水洗，醇回收等，最后進入甲酯蒸餾，將水洗脫水后的粗甲酯，進入換熱器，使甲酯溫度升到120℃左右，再進入甲酯汽相發(fā)生器，使甲醇溫度升至沸點，因混合甲酯初沸在5mm汞柱真空下130℃，終沸點180℃，以汽相切線進入甲酯蒸餾釜，其蒸餾速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過常規(guī)的液相進釜的速度，由于甲酯在釜內(nèi)停留的時間極短，因而產(chǎn)生澤優(yōu)如食用色拉油。
權(quán)利要求
1.一種生物柴油的制備工藝，包括酯化反應(yīng)，在攪拌式反應(yīng)釜(1)內(nèi)加入甲醇和濃硫酸以及原料油，加熱，進行酯化反應(yīng)，其特征在于，所述的酯化反應(yīng)中補充進入或回流進入反應(yīng)釜(1)內(nèi)的甲醇經(jīng)過甲醇蒸汽發(fā)生器(2)加熱升溫為甲醇汽體后從反應(yīng)釜(1)底部經(jīng)閥門(7)后進入反應(yīng)釜(1)內(nèi)。
2.一種生物柴油的制備工藝，包括原料預(yù)處理，除去原料油中雜質(zhì)和脫水，酯化反應(yīng)，分離，蒸餾，醇回收以及甘油處理，其特征在于1)酯化反應(yīng)，首先在攪拌式反應(yīng)釜(1)內(nèi)加入甲醇，甲醇與原料由質(zhì)量比為(0.2-0.4)∶1，然后在攪拌下加入濃硫酸，濃硫酸與原料油質(zhì)量比為(0.007-0.009)∶1，最后加入經(jīng)預(yù)處理后的原料油，攪拌下加熱升溫，酯化反應(yīng)開始，當(dāng)油溫升至100-110℃時反應(yīng)釜內(nèi)甲醇隨帶水蒸餾完成后，此時開始用甲醇蒸汽發(fā)生器(2)中產(chǎn)生的甲醇汽體，溫度為65-75℃，從反應(yīng)釜(1)底部經(jīng)閥門(7)補入或回流至反應(yīng)釜(1)內(nèi)，循環(huán)回流，直至酯化反應(yīng)結(jié)束；2)酯交換反應(yīng)，向反應(yīng)釜(1)內(nèi)加入甲醇鈉溶液，加熱升溫，至75-80℃，用甲醇蒸汽發(fā)生器(2)中產(chǎn)生的甲醇汽體，溫度為65-75℃，從反應(yīng)釜(1)底部經(jīng)閥門(7)補入或回流至反應(yīng)釜(1)內(nèi)，循環(huán)回流，直至酯交換反應(yīng)結(jié)束；3)甲酯蒸餾，將水洗脫水后的粗甲酯經(jīng)換熱器(15)后送入甲酯汽相發(fā)生器(13)內(nèi)加熱升溫，至130-180℃，再以甲酯汽相切線進入甲酯蒸餾釜(14)內(nèi)加熱，甲酯蒸餾釜甲酯蒸汽出口連接換熱器(15)，經(jīng)換熱(15)熱交換后得到精甲酯，甲酯蒸餾完成。降低混合甲酯的沸點，蒸餾釜在3mm汞柱殘壓下工作，甲酯蒸汽以閃蒸方式入釜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種生物柴油制備工藝的裝置，包括攪拌式反應(yīng)釜(1)、甲醇回收裝置(6)，合格甲醇受器(4)以及甲醇泵(5)和甲醇流量計(3)，其特征在于，還包括甲醇蒸汽發(fā)生器(2)。甲醇蒸汽發(fā)生器(2)進口(c)經(jīng)甲醇流量計(3)和甲醇泵(5)后連接合格甲醇受器(4)，甲醇蒸汽發(fā)生器(2)出口(d)經(jīng)閥門(7)連接至反應(yīng)釜(1)底部甲醇回流口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種生物柴油制備工藝的裝置，其特征在于，所述的甲醇蒸汽發(fā)生器(2)包括園筒形殼體(11)以及安裝在殼體(11)內(nèi)的換熱管(10)和殼體(11)兩端的管板(9)，上下管板(9)連接浮頭分別構(gòu)成蒸汽室(8)和進料室(12)，殼體(11)上部側(cè)面開孔(a)連接加熱蒸汽進口，殼體(11)下部側(cè)面開孔(6)連接蒸汽出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種生物柴油制備工藝的裝置，包括甲醇蒸餾釜(14)，其特征在于，甲酯蒸餾釜(14)頂端蒸汽出口(k)連接換熱器(15)上部殼程進口(e)，換熱器(15)下部殼程出口連接精甲酯出口(f)，換熱器(15)管程下端為粗甲酯進口(h)，換熱器(15)管程上端蒸汽出口(j)連接甲酯汽相發(fā)生器(13)進口(9)，甲酯汽相發(fā)生器(13)出口(n)連接甲酯蒸餾釜(14)進料口(m)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種生物柴油制備工藝的裝置，其特征在于，所述的甲酯蒸餾釜(14)進料口(m)設(shè)置在蒸餾釜筒體上端側(cè)面，且為筒體切線方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物柴油的制備工藝及其裝置，包括酯化反應(yīng)，在攪拌式反應(yīng)釜內(nèi)加入甲醇和濃硫酸以及原料油，加熱，進行酯化反應(yīng)，所述的酯化反應(yīng)中補充進入或回流進入反應(yīng)釜內(nèi)的甲醇經(jīng)過甲醇蒸汽發(fā)生器加熱升溫為甲醇汽體后從反應(yīng)釜底部進入反應(yīng)釜內(nèi)，從而解決了酯化反應(yīng)中反應(yīng)速度慢，反應(yīng)時間長的問題，變液相與液相之間的反應(yīng)為液相與汽相之間的反應(yīng)。具有反應(yīng)速度快，反應(yīng)時間短的特點，且節(jié)省了原料消耗和熱能消耗，不僅節(jié)能，而且工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。適合使用各種原料油制備生物柴油工藝。
文檔編號C10G3/00GK101020838SQ20071006764
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者陸壽全 申請人:江西新時代油脂工業(yè)有限公司