生物柴油的制備裝置及利用其制備生物柴油的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及油脂化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種生物柴油的制備裝置及利用其制 備生物柴油的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著世界石油資源的不斷枯竭，環(huán)保問題越發(fā)嚴峻，生物柴油作為一種可再生、綠 色、來源豐富、可替代石化燃料的資源，收到越來越多的重視。生物柴油是一種長鏈脂肪酸 的單烷基酯，在工業(yè)應(yīng)用上主要是指脂肪酸甲酯。
[0003] 國內(nèi)生物柴油的主要制備工藝為生物酶法、酸/堿催化法、超臨界法與兩步酸堿 催化法等，由于前幾種方法各存在轉(zhuǎn)化率低、成本高等缺點，目前大部分生物柴油的生產(chǎn)過 程都是采用的兩步酸堿催化法。
[0004] 兩步酸堿催化法是用甲醇與原料在酸性催化作用下酯化然后在堿性催化作用下 酯交換得到生物柴油。此法第一步酯化反應(yīng)由于甲醇與油相互溶性差并且產(chǎn)物會影響第二 步的酯交換反應(yīng)進行，整體轉(zhuǎn)化率不高。研宄表明在二步酸堿催化法中的第一步酸催化酯 化反應(yīng)步驟采用甘油代替甲醇作為酯化原料，第一步產(chǎn)品在第二步堿催化酯交換反應(yīng)步驟 與甲醇進行酯交換反應(yīng)制備生物柴油，可以獲得較好的轉(zhuǎn)化率，其反應(yīng)式如下：
因此，在全球積極推動利用生物柴油加速替代石化能源的大背景下，如何優(yōu)化上述工 藝，使之成為一種優(yōu)良、連續(xù)、高轉(zhuǎn)化率、高收率的生物柴油制備工藝成為人們研宄的熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 基于此，有必要針對傳統(tǒng)的生物柴油的制備工藝轉(zhuǎn)化率低、收率低的問題，提供一 種優(yōu)良、連續(xù)、高轉(zhuǎn)化率、高收率的生物柴油制備裝置。
[0006] 此外，本發(fā)明還提供一種利用上述裝置制備生物柴油的方法。
[0007] -種生物柴油的制備裝置，包括依次相連的預(yù)處理器、預(yù)熱器、酯化反應(yīng)塔、酯化 油脂泵、酯交換反應(yīng)器、甲醇回收裝置和產(chǎn)品分液罐；所述酯化反應(yīng)塔包括塔體以及設(shè)置在 塔體外的酯化重沸器和循環(huán)甘油泵，所述塔體內(nèi)從上至下依次設(shè)有冷凝器、精餾段、催化反 應(yīng)段、提餾段和重沸器升溫段，所述酯化重沸器的一端與所述塔體的底部相連，另一端與所 述重沸器升溫段相連，所述精餾段內(nèi)設(shè)有抽出器，所述循環(huán)甘油泵的一端與所述抽出器相 連，另一端與所述預(yù)熱器相連，所述催化反應(yīng)段包括分布器和設(shè)置在分布器上下兩側(cè)的第 一催化反應(yīng)段和第二催化反應(yīng)段，所述預(yù)熱器與所述分布器相連，所述酯化油脂泵的一端 與所述塔體的底部相連，另一端通過所述預(yù)熱器與所述酯交換反應(yīng)器相連。
[0008] 在其中一個實施例中，所述甲醇回收裝置包括甲醇回收塔、甲醇冷凝器、甲醇回流 罐、甲醇回流泵和甲醇精制重沸器，所述甲醇回收塔內(nèi)從上至下依次為回流段、分離段和加 熱段，所述甲醇精制重沸器的一端與所述甲醇回收塔的底部相連，另一端與所述加熱段相 連，所述甲醇回流罐的一端與所屬甲醇回收塔的頂部相連，另一端通過所述甲醇回流泵與 所述回流段相連，所述酯交換反應(yīng)器與所述分離段相連。
[0009] 在其中一個實施例中，所述產(chǎn)品分液罐與所述甲醇回收塔的底部相連。
[0010] 在其中一個實施例中，所述甲醇回流泵的一端與所述甲醇回流罐相連，另一端與 所述酯交換反應(yīng)器相連。
[0011] 在其中一個實施例中，所述預(yù)處理器為旋液分離器、攪拌器或離心機。
[0012] 在其中一個實施例中，所述精餾段為填料精餾段，所述填料精餾段的理論塔板數(shù) 為6~12,所述填料精餾段的填料為金屬孔板或金屬絲網(wǎng)；所述提餾段為填料提餾段，所述 填料提餾段的理論塔板數(shù)為8~14,所述填料提餾段的填料為金屬孔板或金屬絲網(wǎng)。
[0013] 一種利用上述生物柴油的制備裝置制備生物柴油的方法，包括以下步驟： 廢棄油脂或酸化油脂進入預(yù)處理器除雜后，得到除雜原料； 將所述除雜原料、甘油與循環(huán)甘油混合后進入預(yù)熱器預(yù)熱至150°C ~200°C后進入酯化 反應(yīng)塔，由于精餾作用，含水和甘油的輕組分上升，含脂肪酸甘油酯的重組分下降； 含水和甘油的輕組分上升進入精餾段后，由于精餾作用，水從酯化反應(yīng)塔的頂部抽出， 甘油經(jīng)抽出器抽出后通過甘油循環(huán)泵得到循環(huán)甘油； 含脂肪酸甘油酯的重組分下降進入提餾段，由于精餾作用，含脂肪酸甘油酯的酯化產(chǎn) 品下降進入重沸器升溫段，經(jīng)酯化重沸器加熱后依次通過酯化油脂泵、預(yù)熱器，與甲醇、循 環(huán)甲醇堿性催化劑混合后進入酯交換反應(yīng)器反應(yīng)，得到含生物柴油的酯交換產(chǎn)品；及 將所述含生物柴油的酯交換產(chǎn)品通入甲醇回收裝置分離出循環(huán)甲醇后，進入產(chǎn)品分液 罐靜置分層，得到上層生物柴油。
[0014] 在其中一個實施例中，酯化反應(yīng)塔的絕對壓力為3kPa~7kPa，溫度為 140°C ~180°C，所述酯化反應(yīng)塔的塔底絕對壓力為5kPa~8kPa，溫度為250°C ~280°C。
[0015] 在其中一個實施例中，所述甲醇與脂肪酸甘油酯的摩爾比為3~6:1 ;所述堿性催 化劑為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
[0016] 在其中一個實施例中，所述產(chǎn)品分液罐的分液溫度為50°C ~80°C。
[0017] 上述生物柴油的制備裝置及利用該裝置制備生物柴油的方法優(yōu)良，廢棄油脂或酸 化油脂經(jīng)過預(yù)處理后再與甘油混合，避免了雜質(zhì)對后續(xù)酯化反應(yīng)及酯交換反應(yīng)催化劑活性 的影響，采用酯化反應(yīng)塔，使除雜原料和甘油在催化反應(yīng)段有足夠長的停留時間，水和酯化 產(chǎn)品迅速移出，提高了轉(zhuǎn)化率，酯化產(chǎn)品的純度較高，使得后續(xù)的酯交換反應(yīng)使用較少的催 化劑便可進行反應(yīng)，生物柴油收率較高。甘油循環(huán)利用，使得反應(yīng)能夠連續(xù)進行。
[0018]
【附圖說明】
[0019] 圖1為一實施方式的生物柴油的制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0021] 需要說明的是，當元件被稱為"設(shè)置"在另一個元件，它可以是直接在另一個元件 上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是與另一個元件"相連"，它可以是直接 相連到另一個元件，或者可能同時存在居中元件。
[0022] 除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的 技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具 體實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。
[0023] 請參閱圖1，一實施方式的生物柴油的制備裝置，包括依次相連的預(yù)處理器10、預(yù) 熱器20、酯化反應(yīng)塔30、酯化油脂泵40、酯交換反應(yīng)器50、甲醇回收裝置60和產(chǎn)品分液罐 70 〇
[0024] 其中，預(yù)處理器10為旋液分離器、攪拌器或離心機。
[0025] 酯化反應(yīng)塔30包括塔體32以及設(shè)置在塔體32外的酯化重沸器34和循環(huán)甘油泵 36 〇
[0026] 在本實施方式中，塔體32內(nèi)從上至下依次為冷凝回流段、精餾段、催化反應(yīng)段、提 餾段和重沸器升溫段。
[0027] 其中，冷凝回流段內(nèi)設(shè)有冷凝器320。
[0028] 可以理解，為了增加調(diào)控性，冷凝回流段也可采用外置冷凝加回流的形式。
[0029] 精餾段內(nèi)設(shè)有抽出器322。循環(huán)甘油泵36的一端與抽出器322相連，另一端與預(yù) 熱器20相連。
[0030] 在本實施方式中，精餾段為填料精餾段。該填料精餾段的理論塔板數(shù)為6~12。該 填料精餾段的填料為金屬孔板或金屬絲網(wǎng)。
[0031] 催化反應(yīng)段包括分布器324和設(shè)置在分布器324上下兩側(cè)的第一催化反應(yīng)段326 和第二催化反應(yīng)段328。
[0032] 其中，預(yù)熱器20與分布器324相連。
[0033] 在分布器324上下兩側(cè)設(shè)置第一催化反應(yīng)段和第二催化反應(yīng)段可以充分增加反 應(yīng)接觸時間。
[0034] 第一催化反應(yīng)段和第二催化反應(yīng)段均采用固體酸性催化劑、帶酸性基團的離子交 換樹脂或帶酸性基團的其