一种生物柴油生产系统的制作方法

本发明涉及油脂轻化工设备技术领域，特别是涉及一种生物柴油生产系统。

背景技术：

生物柴油是典型的“绿色能源”，是一种清洁环保型可再生能源，一般由动植物油脂通过酯化和酯交换反应而得到。与石化柴油相比，生物柴油具有无毒、无硫、无芳香烃、十六烷值高、燃烧性能好等优点，是一种可以替代石化柴油的环保生物燃料。

生物柴油由c、h、o三种元素组成，并且氧元素含量较石化柴油高，在燃烧时有利于促进燃料的完全燃烧，可有效降低排放尾气中的碳氢化合物、一氧化碳、可吸入颗粒物和二氧化硫的含量，同时也减少了积碳等有损发动机的物质的产生。在我国大力发展生物柴油，对促进经济可持续发展、推进能源替代、控制城市大气污染及减轻环境压力具有非常重要的战略意义。

目前，制备生物柴油的主要原料是各种废弃动植物油脂以及油脂精炼过程中的副产物，如餐厨垃圾油、地沟油、煎炸废油、酸化油、脂肪酸脱臭馏出物等。

生物柴油的生产方法目前普遍采用酸或碱催化方法。所用的酸性催化剂通常是硫酸、磷酸、盐酸和有机磺酸等，其中浓硫酸因价格便宜、资源丰富，而成为最常用的酸性催化剂；所用的碱性催化剂一般首选naoh、koh和甲醇钠。

液体碱催化法具有反应温度低、速度快、收率高、对设备腐蚀小等特点，但由于其能与原料油中的游离脂肪酸发生皂化反应，皂的存在会使反应产物发生乳化现象，造成后续分离困难，因此，该方法对原料油的酸值和水分含量要求严格。液体酸催化法对原料要求比较低，但是反应产率低，设备腐蚀严重。

基于以上原因，在生物柴油的工业化生产中，普遍采用酸催化剂，而在设备选型上，通常采用搪瓷反应釜作为酯化或酯交换反应的核心设备，采用常规的塔式或釜式减压蒸馏生产精制生物柴油。常规的塔式减压蒸馏温度为220～230℃，减压蒸馏过程中需要回流比来平衡，夹带现象难以避免，会导致产品的酸值、游离甘油及总甘油三个项目的指标超标；在长时间蒸馏过程中，粗甲酯中的不饱和脂肪酸碳碳双键之间会发生聚合反应，导致植物沥青的生成，从而使产品得率大幅下降。在生产过程中，酯化或酯交换反应结束后，需中和酸或碱性催化剂，并进行水洗以除去中和产物，不可避免的会产生大量工业废水，给企业增加废水处理的成本。

此外，目前工业上生产的生物柴油是不同碳数脂肪酸甲酯的混合物，产品只能作为生物柴油售卖，附加值普遍不高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种生物柴油生产系统，以解决上述现有技术存在的问题，提高生物柴油的生产效率和产品得率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种生物柴油生产系统，包括第一生产单元和精生物柴油生产单元；所述第一生产单元包括依次通过管路相连通的第一酯化釜、第一换热器、第一离心机、第一暂存罐、甲醇回收釜、第二换热器、第一干燥器和第二暂存罐，所述第一酯化釜通过管路连通有第一甲醇罐和第一催化剂添加罐，所述第一酯化釜进口处设置有进料管，所述甲醇回收釜还连通有第一冷凝器，所述第一冷凝器连通有第一真空泵和第一甲醇收集罐；所述精生物柴油生产单元包括换热器、短程蒸馏器以及分别与所述短程蒸馏器连通的轻组分暂存罐、重组分暂存罐和真空泵，所述换热器与所述短程蒸馏器通过管路连通，所述轻组分暂存罐与所述短程蒸馏器的底部连通，所述重组分暂存罐与所述短程蒸馏器的下部连通；所述第二暂存罐与所述换热器通过管路连通。

优选地，所述第一酯化釜顶部还连通有第一辅料添加罐和第二冷凝器；所述第一冷凝器与所述第一真空泵之间还设置有第一捕集器；所述第一干燥器还连通有第二真空泵；所述短程蒸馏器与所述真空泵之间还依次连通有第一冷阱和第二冷阱；所述短程蒸馏器与所述轻组分暂存罐之间还设置有轻组分罐；所述短程蒸馏器与所述重组分暂存罐之间还设置有重组分罐。

优选地，所述进料管、第一甲醇罐与第一酯化釜之间的管路、第一酯化釜与第一换热器之间的管路、第一暂存罐与甲醇回收釜之间的管路、甲醇回收釜与第二换热器之间的管路、第一干燥器与第二暂存罐之间的管路、所述第二暂存罐与所述换热器之间的管路、所述轻组分罐与所述轻组分暂存罐之间的管路及所述重组分罐与所述重组分暂存罐之间的管路上均设置有泵。

优选地，还包括设置于所述第一生产单元和所述精生物柴油生产单元之间的第二生产单元，所述第二生产单元包括依次通过管路相连通的第二甲醇罐、第二酯化釜、第三换热器、第一过滤机、第三暂存罐、第四换热器、第二干燥器和第四暂存罐，所述第二酯化釜与所述第二暂存罐连通，所述第四暂存罐与所述换热器连通；所述第二酯化釜还连通有第二催化剂添加罐、第二辅料添加罐、第三冷凝器和第四冷凝器，所述第四冷凝器连通有第三真空泵和第二甲醇收集罐，所述第四冷凝器与所述第三真空泵之间连通有第二捕集器，所述第二干燥器连通有第四真空泵。

优选地，所述第二暂存罐与所述第二酯化釜之间的管路、第二甲醇罐与第二酯化釜之间的管路、第二酯化釜与第三换热器之间的管路、第三暂存罐与第四换热器之间的管路及第二干燥器与第四暂存罐之间的管路上均设置有泵。

优选地，还包括第一精制单元，所述第一精制单元与所述精生物柴油生产单元的结构组成完全相同，所述精生物柴油生产单元中的轻组分暂存罐与所述第一精制单元中的换热器通过管路连接。

优选地，还包括第二精制单元，所述第二精制单元与所述第一精制单元的结构组成完全相同，所述第一精制单元中的轻组分暂存罐与所述第二精制单元中的换热器通过管路连接。

优选地，还包括预处理单元，所述预处理单元包括依次通过管路连通的第五换热器、第二过滤机、第五暂存罐、炼油锅、第六换热器、第二离心机、第六暂存罐、第七换热器、第三干燥器和第七暂存罐，所述炼油锅连通有酸进料管，所述第三干燥器连通有第五真空泵，所述第七暂存罐与所述第一酯化釜的进料管连通。

优选地，所述第五换热器的进料管、第五暂存罐与所述炼油锅之间的管路、酸进料管、炼油锅与第六换热器之间的管路、第六暂存罐与第七换热器之间的管路、第三干燥器与第七暂存罐之间的管路上均设置有泵。

本发明生物柴油生产系统与现有技术相比取得了以下有益效果：

1)在生物柴油提纯及精制过程中可有效避免夹带现象，从而保证“酸值、含皂量、游离甘油及总甘油”几项指标满足bd100要求；

2)短程蒸馏的温度最高为160～170℃，分离温度更低，并且蒸馏分离的时间更短(一般在十秒左右)；

3)短程蒸馏可有效防止物料的聚合，避免植物沥青的生成，从而提高产品得率；

4)短程蒸馏不需要直接蒸汽，从而避免了水污染和大气污染；

5)能实现棕榈酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯和硬脂酸甲酯从混合脂肪酸甲酯中的精准分离，显著提高企业效益；

6)整套生产设备及生产工艺无废水排放，环境友好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明生物柴油生产系统中第一生产单元的结构示意图；

图2为本发明生物柴油生产系统中精生物柴油生产单元的结构示意图；

图3为本发明生物柴油生产系统中第二生产单元的结构示意图；

图4为本发明生物柴油生产系统中第一精制单元的结构示意图；

图5为本发明生物柴油生产系统中第二精制单元的结构示意图；

图6为本发明生物柴油生产系统中预处理系统的结构示意图；

其中，100-第一生产单元，101-第一甲醇罐，102-第一酯化釜，103-第一换热器，104-第一离心机，105-第一暂存罐，106-甲醇回收釜，107-第二换热器，108-第一干燥器，109-第二暂存罐，110-第一催化剂添加罐，111-第一辅料添加罐，112-第二冷凝器，113-第一冷凝器，114-第一真空泵，115-第一捕集器，116-第一甲醇收集罐，117-第二真空泵；

200-精生物柴油生产单元，201-换热器，202-短程蒸馏器，203-真空泵，204-轻组分暂存罐，205-重组分暂存罐，206-第一冷阱，207-第二冷阱，208-轻组分罐，209-重组分罐；

300-第二生产单元，301-第二甲醇罐，302-第二酯化釜，303-第三换热器，304-第一过滤机，305-第三暂存罐，306-第四换热器，307-第二干燥器，308-第四暂存罐，309-第二催化剂添加罐，310-第二辅料添加罐，311-第三冷凝器，312-第四冷凝器，313-第二捕集器，314-第三真空泵，315-第二甲醇收集罐，316-第四真空泵；

400-第一精制单元，401-第一精制单元换热器，402-第一精制单元短程蒸馏器，403-第一精制单元真空泵，404-第一精制单元轻组分暂存罐，405-第一精制单元重组分暂存罐，406-第一精制单元第一冷阱，407-第一精制单元第二冷阱，408-第一精制单元轻组分罐，409-第一精制单元重组分罐；

500-第二精制单元，501-第二精制单元换热器，502-第二精制单元短程蒸馏器，503-第二精制单元真空泵，504-第二精制单元轻组分暂存罐，505-第二精制单元重组分暂存罐，506-第二精制单元第一冷阱，507-第二精制单元第二冷阱，508-第二精制单元轻组分罐，509-第二精制单元重组分罐；

600-预处理单元，601-第五换热器，602-第二过滤机，603-第五暂存罐，604-炼油锅，605-第六换热器，606-第二离心机，607-第六暂存罐，608-第七换热器，609-第三干燥器，610-第七暂存罐，611-第五真空泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种生物柴油生产系统，以解决现有技术存在的问题，提高生物柴油的生产效率和产品得率。

本发明提供一种生物柴油生产系统，包括第一生产单元和精生物柴油生产单元；所述第一生产单元包括依次通过管路相连通的第一酯化釜、第一换热器、第一离心机、第一暂存罐、甲醇回收釜、第二换热器、第一干燥器和第二暂存罐，所述第一酯化釜通过管路连通有第一甲醇罐和第一催化剂添加罐，所述第一酯化釜进口处设置有进料管，所述甲醇回收釜还连通有第一冷凝器，所述第一冷凝器连通有第一真空泵和第一甲醇收集罐；所述精生物柴油生产单元包括换热器、短程蒸馏器以及分别与所述短程蒸馏器连通的轻组分暂存罐、重组分暂存罐和真空泵，所述换热器与所述短程蒸馏器通过管路连通，所述轻组分暂存罐与所述短程蒸馏器的底部连通，所述重组分暂存罐与所述短程蒸馏器的下部连通；所述第二暂存罐与所述换热器通过管路连通。

本发明以短程蒸馏器为核心设备进行生物柴油的提纯和精制，短程蒸馏的温度最高为160～170℃，分离温度更低，并且蒸馏分离的时间更短(一般在十秒左右)，提高了生产效率；短程蒸馏可有效防止物料的聚合，避免植物沥青的生成，从而提高了产品得率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：

本实施例提供一种生物柴油生产系统，包括第一生产单元100和精生物柴油生产单元；

如图1所示，第一生产单元100包括依次通过管路相连通的第一酯化釜102、第一换热器103、第一离心机104、第一暂存罐105、甲醇回收釜106、第二换热器107、第一干燥器108和第二暂存罐109，第一酯化釜102通过管路连通有第一甲醇罐101和第一催化剂添加罐110，第一酯化釜102进口处设置有进料管，甲醇回收釜106还连通有第一冷凝器113，第一冷凝器113连通有第一真空泵114和第一甲醇收集罐116；第一酯化釜102顶部还连通有第一辅料添加罐111和第二冷凝器112；第一干燥器108还连通有第二真空泵117；进料管、第一甲醇罐101与第一酯化釜102之间的管路、第一酯化釜102与第一换热器103之间的管路、第一暂存罐105与甲醇回收釜106之间的管路、甲醇回收釜106与第二换热器107之间的管路、第一干燥器108与第二暂存罐109之间的管路上均设置有泵。

脱胶干燥原料油经进料管被泵入第一酯化釜102中，与由第一甲醇罐101被泵入第一酯化釜102的甲醇在第一酯化釜102中混合，两者在经由第一催化剂添加罐110添加的催化剂的作用下发生酯化反应。反应后的物料被泵入第一换热器103中，通过第一换热器103升温到适宜温度后进入第一离心机104中进行分离，分离得到的粗生物柴油进入第一暂存罐105中，副产品主要为甘油，可直接外售。第一暂存罐105中的粗生物柴油被泵入甲醇回收釜106中，在第一真空泵114提供的真空条件下，气化的甲醇经第二冷凝器112冷凝后变为液体，流入第一甲醇收集罐116中，以备进一步精馏处理。甲醇回收完毕后，粗生物柴油被泵入第二换热器107中，通过第二换热器107升温到适宜温度后进入第一干燥器108中，在第二真空泵117提供的真空条件下，水分及小分子挥发物被除去，干燥好的粗生物柴油被泵入第二暂存罐109中。

在第一酯化釜102的釜体内部设置有网状套层，在酯化反应结束后，可将固体酸或固定化脂肪酶等固体类催化剂截留在网状套层，实现物料与催化剂的分离，并保证催化剂的低损耗以及重复利用。

第一酯化釜102的顶部设置有第一冷凝器113，其起到将酯化反应过程中的甲醇蒸汽冷凝为液体、回流到第一酯化釜102内部的作用，可减少酯化过程中的甲醇损耗。

第一酯化釜102的顶部还设置有第一辅料添加罐111，可根据物料的性质及反应进程的不同灵活把握需添加的辅料种类及数量，确保酯化反应的效果及产品生物柴油的性能。

在第一真空泵114和第二冷凝器112之间设置有第一捕集器115，第一捕集器115能有效的捕集未被冷凝的甲醇蒸汽，保证体系的真空度。

如图2所示，精生物柴油生产单元200包括换热器201、短程蒸馏器202以及分别与短程蒸馏器202连通的轻组分暂存罐204、重组分暂存罐205和真空泵203，换热器201与短程蒸馏器202通过管路连通，轻组分暂存罐204与短程蒸馏器202的底部连通，重组分暂存罐205与短程蒸馏器202的下部连通；第二暂存罐109与换热器201通过管路连通；短程蒸馏器202与轻组分暂存罐204之间还设置有轻组分罐208；短程蒸馏器202与重组分暂存罐205之间还设置有重组分罐209。第二暂存罐109与换热器201之间的管路、轻组分罐208与轻组分暂存罐204之间的管路及重组分罐209与重组分暂存罐205之间的管路上均设置有泵。

干燥粗生物柴油由第二暂存罐109被泵入到换热器201中，通过换热器201升温到适宜温度后进入短程蒸馏器202中，在真空泵203提供的真空条件下，区分得到第一轻组分物质和第一重组分物质。第一轻组分物质即为生物柴油，第一重组分物质为甾醇、维生素e等的混合物。第一轻组分物质流入轻组分罐208中，而后被泵入轻组分暂存罐204中。第一重组分物质流入重组分罐209中，而后被泵入重组分暂存罐205中，作为副产品待售。

短程蒸馏接近极限真空分离，且分离温度更低，蒸馏分离的时间更短(一般在十秒左右)，可有效防止粗甲酯中不饱和脂肪酸碳碳双键的聚合反应，避免植物沥青的生成。根据生产实践，两种蒸馏方式，产品得率相差近6％(分子蒸馏的产品得率高于普通塔式减压蒸馏)。

在短程蒸馏器202和真空泵203之间设置有第一冷阱206和第二冷阱207，它们能有效地捕集来自短程蒸馏器202的可凝性气体组分，确保体系的真空度。

鉴于生物柴油生产的原料来源途径较多，原料的酸值波动较大，对于酸值较高(一般在60mgkoh/g以上)的原料需采取二次酯化的工艺方能确保产品指标达到bd100要求。故此，对于酸值较高(一般在60mgkoh/g以上)的原料，在本实施例的第一生产单元100和精生物柴油生产单元200之间需增加第二生产单元300。

如图3所示，第二生产单元300包括依次通过管路相连通的第二甲醇罐301、第二酯化釜302、第三换热器303、第一过滤机304、第三暂存罐305、第四换热器306、第二干燥器307和第四暂存罐308，第二酯化釜302与第二暂存罐109连通，第四暂存罐308与换热器连通；第二酯化釜302还连通有第二催化剂添加罐309、第二辅料添加罐310、第三冷凝器311和第四冷凝器312，第四冷凝器312连通有第三真空泵314和第二甲醇收集罐315，第四冷凝器312与第三真空泵314之间连通有第二捕集器313，第二干燥器307连通有第四真空泵316；第二暂存罐109与第二酯化釜302之间的管路、第二甲醇罐301与第二酯化釜302之间的管路、第二酯化釜302与第三换热器303之间的管路、第三暂存罐305与第四换热器306之间的管路及第二干燥器307与第四暂存罐308之间的管路上均设置有泵。

干燥粗生物柴油由第二暂存罐109被泵入第二酯化釜302中，与由第二甲醇罐301被泵入第二酯化釜302的甲醇在第二酯化釜302中混合，在经由第二催化剂添加罐309添加的催化剂的作用下发生酯化反应。反应完毕，通过第二辅料添加罐310添加辅料终止反应，在第三真空泵314提供的真空条件下，气化的甲醇经第四冷凝器312冷凝后变为液体，流入第二甲醇罐301中，以备进一步精馏处理。回收甲醇后的粗生物柴油被泵入第三换热器中，通过第三换热器303升温到适宜温度后进入第一过滤机304，完成过滤后，进入第三暂存罐305中。第三暂存罐305中的粗生物柴油被泵入第四换热器306，通过第四换热器306升温到适宜温度后进入第二干燥器307中，在第四真空泵316提供的真空条件下，水分及小分子挥发物被除去，干燥好的粗生物柴油被泵入第四暂存罐308中。

为提升生物柴油的产品附加值，发明人以第一精制单元400和第二精制单元500对精生物柴油提取单元200得到的第一轻组分物质进行进一步精制，以细分得到纯度高、色泽优良的棕榈酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯和硬脂酸甲酯产品。

如图4和图5所示，第一精制单元400、第二精制单元500及精生物柴油生产单元200的结构组成完全相同，精生物柴油生产单元200中的轻组分暂存罐204与第一精制单元中换热器401通过管路连接，第一精制单元轻组分暂存罐404与第二精制单元换热器501通过管路连接。

第一轻组分物质400由轻组分暂存罐204泵入第一精制单元换热器401，通过第一精制单元换热器401升温到适宜温度后进入第一精制单元短程蒸馏器402中，在第一精制单元真空泵403提供的真空条件下，区分得到第二轻组分物质和第二重组分物质。第二轻组分物质即为棕榈酸甲酯、油酸甲酯和亚油酸甲酯的混合物，第二重组分物质为硬脂酸甲酯。第二轻组分物质流入第一精制单元轻组分罐408中，而后被泵入第一精制单元轻组分暂存罐404中。第二重组分物质流入第一精制单元重组分罐409中，而后被泵入第一精制单元重组分暂存罐405中。第一精制单元第一冷阱406和第一精制单元第二冷阱407能有效地捕集来自第一精制单元短程蒸馏器402的可凝性气体组分，确保体系的真空度。

第一精制单元轻组分暂存罐404中的第二轻组分物质被泵入第二精制单元换热器501中，通过第二精制单元换热器501升温到适宜温度后进入第二精制单元短程蒸馏器502中，在第二精制单元真空泵503提供的真空条件下，区分得到第三轻组分物质和第三重组分物质。第三轻组分物质即为棕榈酸甲酯，第三重组分物质为油酸甲酯和亚油酸甲酯的混合物。第三轻组分物质流入第二精制单元轻组分罐508中，而后被泵入第二精制单元轻组分暂存罐504中。第三重组分物质流入第二精制单元重组分罐509中，而后经被泵入第二精制单元重组分暂存罐505中。第二精制单元第一冷阱506和第二精制单元第二冷阱507能有效地捕集来自第二精制单元短程蒸馏器502的可凝性气体组分，确保体系的真空度。

在生物柴油原料采购过程中，有很多原料未经过预处理，比如煎炸废油、地沟油等，在进入生物柴油生产系统前，这类原料必须经过预处理单元600的处理以除去其中的胶杂。

如图6所示，预处理单元600包括依次通过管路连通的第五换热器601、第二过滤机602、第五暂存罐603、炼油锅604、第六换热器605、第二离心机606、第六暂存罐607、第七换热器608、第三干燥器609和第七暂存罐610，炼油锅604连通有酸进料管，第三干燥器609连通有第五真空泵611，第七暂存罐610与第一酯化釜102的进料管连通；第五换热器601的进料管、第五暂存罐603与炼油锅604之间的管路、酸进料管、炼油锅604与第六换热器605之间的管路、第六暂存罐607与第七换热器608之间的管路、第三干燥器609与第七暂存罐610之间的管路上均设置有泵。

原料油被泵入第五换热器601后，通过第五换热器601升温到适宜温度后进入第二过滤机602中，完成过滤后，进入第五暂存罐603中，然后第五暂存罐603中的原料油被泵入炼油锅604中，与被泵入炼油锅604中的酸(磷酸、柠檬酸或草酸的水溶液等)在炼油锅604中进行脱胶反应。反应后的物料被泵出炼油锅604进入第六换热器605中，通过第六换热器605升温到适宜温度后进入第二离心机606进行分离，分离得到的脱胶原料油进入第六暂存罐607中，副产品主要为磷脂，可直接外售。脱胶原料油被泵出第六暂存罐607进入第七换热器608，通过第七换热器608升温到适宜温度后进入第三干燥器609中，在第五真空泵611提供的真空条件下，水分及小分子挥发物被除去，干燥后的脱胶原料油被泵入第七暂存罐610中，准备进入第一生产系统100。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具存特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。