本發(fā)明涉及一種采用加壓催化高酸值地溝油連續(xù)甲酯化的裝置和方法。
背景技術(shù)：
地溝油，泛指在生活中存在的各類劣質(zhì)油，主要指餐飲飯店和食品加工企業(yè)在生產(chǎn)、經(jīng)營過程中產(chǎn)生的不能再食用的動(dòng)、植物油脂，包括回收的食用油、反復(fù)使用的煎炸油等廢棄油脂，其主要成分是游離脂肪酸和脂肪酸甘油三酯。國內(nèi)處理地溝油的方法是生產(chǎn)生物柴油，生物柴油作為清潔能源，可代替礦物燃料油，且不含重金屬，對(duì)于節(jié)能減排具有重要意義。
高酸值地溝油成分復(fù)雜,品質(zhì)不穩(wěn)定，國內(nèi)生物柴油企業(yè)普遍采用酸堿兩步法生產(chǎn)生物柴油，即先用酸催化游離脂肪酸與甲醇進(jìn)行甲酯化(預(yù)酯化)反應(yīng)，使酸值降至2.0mgKOH/g以下，才能滿足作為生物柴油原料油的要求，下一步再用堿催化進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備生物柴油。甲酯化預(yù)處理法條件溫和、油脂損耗小、生物柴油產(chǎn)出率高。
劉朋等以對(duì)甲苯磺酸為催化劑、采用循環(huán)氣相酯化法對(duì)高酸值油脂進(jìn)行甲酯化，該法存在酯化時(shí)間長、工藝復(fù)雜等缺陷；劉偉偉等以對(duì)甲苯磺酸為催化劑、采用高溫甲醇連續(xù)酯化法對(duì)地溝油等廢棄油脂甲酯化，該法時(shí)間短、酯化率高、甲醇可循環(huán)利用，酯化效果較好，但是，此法甲酯化在常壓反應(yīng)釜內(nèi)連續(xù)噴入進(jìn)料，仍為傳統(tǒng)的單釜間歇反應(yīng)，存在間歇反應(yīng)器自動(dòng)化程度低、操作成本高、生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品質(zhì)量易波動(dòng)、不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。針對(duì)以上問題，開發(fā)一種采用加壓催化高酸值地溝油連續(xù)甲酯化的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員要解決的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：基于上述問題，本發(fā)明提供一種采用加壓催化高酸值地溝油連續(xù)甲酯化的裝置和方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的一個(gè)技術(shù)方案是：一種采用加壓催化高酸值地溝油連續(xù)甲酯化的裝置，包括依次管道連接的加熱器、靜態(tài)混合器、反應(yīng)釜、閃蒸罐和酯化甲酯罐，加熱器通過管道及原料油泵與地溝油罐連通，靜態(tài)混合器通過管道及甲醇泵與甲醇和酸催化劑罐連通。
進(jìn)一步地，地溝油罐與加熱器之間通過管道及泵依次連接有脫水加熱器和脫水閃蒸罐。
進(jìn)一步地，閃蒸罐與酯化甲酯罐之間通過管道及泵連接有甲酯冷卻器。
進(jìn)一步地，脫水閃蒸罐與加熱器之間設(shè)有閃蒸出料泵A，閃蒸罐與甲酯冷卻器之間設(shè)有閃蒸出料泵B。
一種采用加壓催化高酸值地溝油連續(xù)甲酯化的方法，甲醇和酸催化劑的混合液、預(yù)熱的地溝油同時(shí)連續(xù)輸送至靜態(tài)混合器，通過靜態(tài)混合器并混勻，混勻后的反應(yīng)物從靜態(tài)混合器的出口連續(xù)流出，并連續(xù)通入反應(yīng)釜的入口，在反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生酯化反應(yīng)，通過反應(yīng)釜至閃蒸罐之間的調(diào)節(jié)閥控制反應(yīng)系統(tǒng)的壓力，反應(yīng)后的混合物從反應(yīng)釜的出口連續(xù)流出，并連續(xù)通入閃蒸罐的入口，在閃蒸罐中蒸去甲醇和水，閃蒸罐的出口連續(xù)流出酯化甲酯，收集于酯化甲酯罐內(nèi)。
進(jìn)一步地，預(yù)熱的地溝油的溫度為120～160℃，反應(yīng)釜的壓力為(0.6～1.2)±0.05MPa。
進(jìn)一步地，甲醇和酸催化劑的混合液的流量為8～12kg/h，預(yù)熱的地溝油的流量為10～16kg/h。
進(jìn)一步地，地溝油預(yù)熱之前經(jīng)脫水處理。
進(jìn)一步地，酸催化劑為對(duì)甲苯磺酸、苯磺酸、硫酸、磷鎢酸中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，地溝油的酸值為40～120mgKOH/g。
具有步驟如下：
(1)將酸值為120mgKOH/g的地溝油首先經(jīng)脫水處理，然后通過泵將地溝油以10～16Kg/h的流量連續(xù)不斷地輸送至加熱器，預(yù)熱至120～160℃，預(yù)熱后的地溝油輸送至靜態(tài)混合器，與通過甲醇泵將混合了酸催化劑的甲醇以8～12Kg/h的流量連續(xù)不斷地在靜態(tài)混合器中混合，混勻后的反應(yīng)物從靜態(tài)混合器的出口連續(xù)流出，并連續(xù)輸送至10L(10000ml)的小型不銹鋼反應(yīng)釜中，在反應(yīng)釜內(nèi)發(fā)生酯化反應(yīng)，通過反應(yīng)釜至閃蒸罐之間的調(diào)節(jié)閥控制反應(yīng)系統(tǒng)的壓力為(0.6～1.2)±0.05MPa；
(2)反應(yīng)后的混合物從反應(yīng)釜的出口連續(xù)流出，并連續(xù)通入閃蒸罐的入口，在閃蒸罐中蒸去甲醇和水，再進(jìn)入甲醇精餾塔精餾后回用甲醇，閃蒸罐底部液體經(jīng)出口連續(xù)流出酯化甲酯，經(jīng)冷卻器冷卻，收集于酯化甲酯罐內(nèi)，酯化甲酯即為預(yù)酯化產(chǎn)品，進(jìn)入下一步酯交換制備生物柴油。
本發(fā)明的有益效果是：以酸催化、加壓下連續(xù)甲酯化，通過加壓強(qiáng)化反應(yīng)物之間的傳質(zhì)和反應(yīng)特性，促進(jìn)醇油之間相互溶解性，加速反應(yīng)快速建立平衡，提高酯化率，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；可顯著提高甲酯化反應(yīng)效率，地溝油酸值可從40～120mgKOH/g降至2.0mgKOH/g以下，可滿足下一步酯交換制備生物柴油的要求；本發(fā)明的裝置自動(dòng)化連續(xù)化程度較高，反應(yīng)時(shí)間縮短至15～35min，酯化率達(dá)95.0％以上。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
其中：1.加熱器，2.靜態(tài)混合器，3.反應(yīng)釜，4.閃蒸罐，5.酯化甲酯罐，6.原料油泵，7.地溝油罐，8.甲醇泵，9.甲醇和酸催化劑罐，10.脫水加熱器，11.脫水閃蒸罐，12.甲酯冷卻器，13.閃蒸出料泵A，14.閃蒸出料泵B。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，以下實(shí)施例旨在說明本發(fā)明而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。
如圖1所示的一種采用加壓催化高酸值地溝油連續(xù)甲酯化的裝置，包括依次管道連接的加熱器1、靜態(tài)混合器2、反應(yīng)釜3、閃蒸罐4和酯化甲酯罐5，加熱器1通過管道及原料油泵6與地溝油罐7連通，靜態(tài)混合器2通過管道及甲醇泵8與甲醇和酸催化劑罐9連通。
地溝油罐7與加熱器1之間通過管道及泵依次連接有脫水加熱器10和脫水閃蒸罐11，閃蒸罐4與酯化甲酯罐5之間通過管道及泵連接有甲酯冷卻器12。
脫水閃蒸罐與加熱器之間設(shè)有閃蒸出料泵A13，閃蒸罐與甲酯冷卻器之間設(shè)有閃蒸出料泵B14。
地溝油(酸值，120mgKOH/g(江蘇太倉市申潔油脂利用有限公司)，對(duì)甲苯磺酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)95％，常州市君馳化工有限公司)，甲醇(質(zhì)量分?jǐn)?shù)99.5％，工業(yè)品，江陰市百特化工物資有限公司)。
CJF-10型不銹鋼反應(yīng)釜(常州市三盛儀器制造有限公司)，TS2210403-2014型閃蒸罐(丹陽同泰化工機(jī)械有限公司)，F(xiàn)-126-14087-3.5型號(hào)加熱器(丹陽同泰化工機(jī)械有限公司)，TL221012-2014型冷凝器(丹陽同泰化工機(jī)械有限公司)，HDSX-15/50-2.0-1000C型靜態(tài)混合器(啟東江海混合器有限公司)，J-T-1/2型柱塞泵(上海中球泵業(yè)有限公司)，JIS SUS316型流量計(jì)(上海橫河電機(jī)有限公司)，ZC2011-16-K-50-DD型調(diào)節(jié)閥(上海贊欣自控設(shè)備有限公司)，YZ-100T壓力表(上海滬天壓力表)，MIK-WZP-V1A3B1C2D型溫度計(jì)(杭州美控自動(dòng)化技術(shù)有限公司)。
酸值測(cè)定方法：按GB/T 5530-2005(動(dòng)植物油脂酸值和酸度測(cè)定)測(cè)定。
采用酸值為衡量指標(biāo)，可計(jì)算得出地溝油的酯化率。
由于采取加壓甲酯化，反應(yīng)溫度隨著壓力的變化而變化，不必考察溫度對(duì)酯化率的影響。故本實(shí)驗(yàn)選醇油摩爾比(A)、反應(yīng)壓力(B)、酸催化劑用量(C)、反應(yīng)時(shí)間(D)這四個(gè)影響因素進(jìn)行L9(3)4正交實(shí)驗(yàn)，確定甲酯化反應(yīng)的最佳工藝條件。高酸值地溝油甲酯化的目標(biāo)是將酸值降至2.0mgKOH/g以下，才能達(dá)到下一步酯交換對(duì)原料的要求，故本實(shí)驗(yàn)以產(chǎn)品的酸值為指標(biāo)來考察甲酯化的效果。正交實(shí)驗(yàn)的因素水平及結(jié)果見表1。
表1正交實(shí)驗(yàn)因素水平及結(jié)果
注：酸值指標(biāo)越小越好。
由表1可知，地溝油甲酯化反應(yīng)的主次影響因素順序是：B＞A＞D＞C，其中反應(yīng)壓力對(duì)反應(yīng)結(jié)果影響最大。最佳工藝條件為A2B2C1D2，即醇油摩爾比為5：1，反應(yīng)壓力0.8MPa，酸催化劑的量為0.5％(以地溝油質(zhì)量計(jì)，)，反應(yīng)時(shí)間25min。在此最佳組合條件下，進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果見表2，可見酯化甲酯的酸值小于2.0mgKOH/g，滿足下一步堿法制備生物柴油的需求，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性好。
表2重復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果
甲酯化最優(yōu)工藝參數(shù)是：醇油摩爾比為5：1，反應(yīng)壓力0.8MPa，酸催化劑用量為0.5％(以地溝油質(zhì)量計(jì))，反應(yīng)時(shí)間25min。地溝油的酯化率可達(dá)98％以上，地溝油的酸值由120mgKOH/g降至2.0mgKOH/g，滿足下一步酯交換制備生物柴油的技術(shù)需求。由于加壓增加了反應(yīng)物之間的接觸點(diǎn)，和現(xiàn)有的常壓酸催化技術(shù)相比，醇油摩爾比低、酸催化劑用量小，且反應(yīng)時(shí)間增快、25min即可完成，顯著提高了甲酯化反應(yīng)效率，該工藝適于工業(yè)化生產(chǎn)。
本發(fā)明對(duì)酸值高達(dá)40～120mgKOH/g的地溝油，以酸催化、加壓下連續(xù)甲酯化，通過加壓強(qiáng)化反應(yīng)物之間的傳質(zhì)和反應(yīng)特性，促進(jìn)醇油之間相互溶解性，加速反應(yīng)快速建立平衡，提高酯化率，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。