一种酶法制备生物柴油的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型属于生物化工领域，涉及一种酶法制备生物柴油的系统，包括按照气体流动方向依次连接的反应器、循环气冷凝器、循环风机和醇平衡罐，以及与反应器连接、用于向反应器中补加短链醇的醇补加罐。利用本实用新型的系统能够快速、有效脱除反应体系中的水，大大降低生物柴油的酸值，提高柴油品质，适合工业大规模生产应用。
【专利说明】
一种酶法制备生物柴油的系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于生物化工领域，涉及一种酶法制备生物柴油的系统。
【背景技术】
[0002] 生物柴油是一种新型的无污染的可再生能源，它在闪点、燃烧功效、含硫量、含氧 量、芳烃含量、燃烧耗氧量方面均优于石化柴油，而其它指标与石化柴油相当。燃烧尾气中 悬浮颗粒、C0、硫化物以及碳氢化合物都大幅度降低，具备环境友好性。生物柴油的研究和 应用已经受到了广泛的关注。
[0003] 目前生物柴油主要通过化学法或生物酶法进行生产，由油脂原料通过转酯或酯化 反应生成的长链脂肪酸醇(酯)类物质。转酯为短链醇(如甲醇）与甘油酯发生转酯反应，由 一份甘油酯转变成三份（甲）酯，同时甘油被醇置换出来：
[0004
[0005」酯化反应为脂肪酸与短链醇（如甲醇）友生酯化反应，生成如（甲）酯和水。
[0006] 油脂原料主要来源于餐饮废油(地沟油、潲水油)和油脂精练下脚料酸化后的酸化 油。地沟油、潲水油、酸化油这三种油中都含有一定量的游离脂肪酸，地沟油酸值一般在30 ~90mgK0H/g油，潲水油酸值一般在10~20mgK0H/g油，酸化油一般酸值在120~150mgK0H/g 油。这类油脂因为含游离脂肪酸，在生成生物柴油的酯化过程中生成的水会阻碍酯化反应 的进一步进行：根据甲醇用量的不同，反应最终的生物柴油粗酯的酸值一般在1.2~ 10mgK0H/g油，经过蒸馏后酸值一般在lmgKOH/g油以上，不满足中国生物柴油国家标准GB/T 20828-2007《柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)》要求的酸值<0.8mgK0H/g油，更加不满 足欧美要求的< 〇 · 5mgK0H/g油。
[0007] 为了保证生物柴油的酸值尽量接近或满足国标，在生物柴油反应过程中需要多次 分出反应产生的水，同时无水短链醇的用量也要加大，反应回收的短链醇又需要上短链醇 精馏塔提纯，导致在这部分的成本较高。也有利用分子筛脱水的办法使反应体系内的水含 量低于500ppm，使得酸值< 0.5mgK0H/g油，但分子筛再生活化能耗高，且短链醇损失大，不 适于工业应用。清华大学公开了一种利用低温短链醇在线脱水方法促进生物柴油产率 (CN103131735A)，但是短链醇温度过低会使在脱去反应体系内水分的同时反应体系内的短 链醇也被过量带出系统外；而随着反应的进行，短链醇浓度降低，导致酯化反应减慢，需要 重新更换无水短链醇；由于该方法是在实验室水平进行，当应用于工业水平生产时，将消耗 大量的低温无水短链醇进行脱水才能保证生产连续，成本大大增高，能耗显著;且更换低温 无水短链醇也将增加工作量，更换过程也使得生产速率减慢。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型的目的在于提供一种适于工业应用的酶法制备生物柴油的系统，以提 高生物柴油产率并改进产品品质。
[0009] 本实用新型的酶法制备生物柴油的系统包括：
[0010] 反应器，用于反应物油脂和短链醇进行酯化反应；
[0011] 循环气冷凝器，其进气端与反应器的顶部连接，出气端与循环风机连接；
[0012] 循环风机，其进气端与循环气冷凝器的出气端连接，其出气端与醇平衡罐连接；
[0013] 醇平衡罐，其进气端与循环风机的出气端连接，出气端与反应器的底部连接；以 及，
[0014] 醇补加罐，其物料出口与反应器连接，用于向反应器中补加短链醇。
[0015] 优选地，所述系统还包括冷凝液接收罐，用于接收循环气冷凝器的冷凝液体。
[0016] 优选地，所述醇平衡罐内、反应器的底部分别包括气体分布器。
[0017]优选地，所述气体分布器是锥台形，以筛板分布方式进气。
[0018]优选地，所述醇平衡罐包括冷凝系统，用于维持醇平衡罐内短链醇的温度为0~25 Γ。
[0019]优选地，所述反应器是气升式反应器;进一步优选地，所述反应器为一级或多级反 应器。
[0020] 本实用新型的系统在无需外源气的气升式反应体系中，利用循环气冷凝器分离反 应产生的水、利用醇平衡罐中的吸水短链醇脱水，实现快速脱除反应过程生成的副产物水； 通过醇补加罐向反应体系中补加无水短链醇，改变短链醇的补加方式，保证反应底物短链 醇浓度，使得反应物充足，推动反应快速进行。酯化后的粗酯中酸值低于〇.5mgKOH/g油，经 简单蒸馏后即可得到低酸值、高品质的生物柴油。利用本实用新型的系统制备生物柴油，使 得短链醇浓度和水含量分别可控，提高了酯化反应的效率，吸水短链醇的用量大大减少，适 合工业大规模生产应用。
【附图说明】
[0021] 图1是本实用新型的酶法制备生物柴油的系统的示意图；其中1是反应器，2是循环 气冷凝器，3是循环风机，4是冷凝液接收罐，5是醇平衡罐，6是醇补加罐；
[0022] 图2是包括气体分布器的反应器底部的结构示意图，其中，7是筛板分布器，8是气 室，9是进气口。
【具体实施方式】
[0023] 现结合附图详细说明本实用新型的系统，但本实用新型的内容不限于此。
[0024] 如图1所示，本实用新型的制备生物柴油的系统包括反应器1(在具体实施例中，所 述反应器1为气升式反应器），反应器1的顶部与循环气冷凝器2的进气端相连，循环气冷凝 器2的出气端与循环风机3的进气端相连;循环风机3的出气端与醇平衡罐5的进气端连接， 醇平衡罐5的出气端与反应器1的底部连接，从而形成一个气流循环。循环气冷凝器2用于冷 凝并分离从反应器中抽出的气体中的水和短链醇;循环风机3用于从反应器的顶部抽气，使 气体进入循环气冷凝器冷凝脱水，然后再进入循环风机;醇平衡罐5中装有低温吸水短链 醇，用于进一步干燥气体;该系统还包括醇补加罐6，其物料出口与反应器1连接，用于向反 应器1中补加短链醇，以保证反应体系内的短链醇浓度；以及冷凝液接收罐4，用于接收循环 气冷凝器的冷凝液体。
[0025]所述反应器1的底部和醇平衡罐5的内部设置有气体分布器，使得气体可以均匀进 入反应体系或吸水短链醇内，充分地与物料接触或被脱水，提高气液传质效率。如图2所示， 所述气体分布器是锥台形，气体从进气口 9进入气室8，从筛板分布器7以筛板方式进入。 [0026]所述醇平衡罐5包括冷凝系统，用于维持醇平衡罐5内短链醇的温度为0~25°C。
[0027] 所述反应器可以是一级或多级反应器，根据具体实施方案而定。
[0028] 在制备生物柴油时，将反应物油脂、短链醇以及生物酶放入反应器1内，循环风机3 从反应器1的顶部抽气，使反应器内的气体携带反应器内的水以及部分短链醇等进入循环 气冷凝器2中冷凝，抽气速度一般为1~5vvm( vvm表示每立方物料体积在每分钟内通入的气 体量(立方）），在优选的实施方案中，所述抽气速度为1~2VVm。循环气冷凝器2的冷凝温度 为-10~10°C，在优选的实施方案中，所述冷凝温度为5~8°C。工业上应用时，多使用低温水 作为冷却剂。冷凝得到的水和短链醇从气体中分离，由冷凝液接收罐4接收。经冷凝后的气 体进入循环风机3后再从醇平衡罐5内部的气体分布器进入醇平衡罐中。醇平衡罐5中装有 吸水短链醇，浓度为95 %以上(质量浓度），温度为0~25 °C，在一种优选的实施方案中，所述 吸水短链醇的温度为10~20°C ;当气体进入后，吸水短链醇进一步吸收气体中的水，使气体 得以进一步脱水，再从反应器1的底部经过气体分布器进入反应器1内，为反应体系提供混 合动力。在反应过程中，反应器1内的醇量将逐渐减少，此时打开醇补加罐6，向反应器1内补 加新鲜的短链醇，有效、快速地保证反应器内短链醇的浓度为0.5~2% (质量浓度）。
[0029] 本实用新型在油脂与短链醇酯化生成生物柴油的过程中，利用循环风机从反应器 顶部抽气，气体经过循环气冷凝器后进入循环风机中，再从循环风机中出来进入到装有低 温吸水短链醇的醇平衡罐，最后气体再回到反应器的底部，经过一个气体分布器后分散进 入到反应器中。气体为反应器内部的反应液提供混合的动力，同时不断地把醇气和水气带 出反应体系，首先经冷凝器脱水，使气体含水量减少一半，大大降低低温短链醇的使用量， 减少生产过程所使用的时间；然后再经过低温短链醇吸水后干燥，气体中的含水量进一步 减少，再返回反应体系，降低反应体系的含水量。同时，为了保证反应器中短链醇的浓度，本 实用新型通过醇补加罐向反应器中直接补加新鲜液体短链醇，避免了由醇平衡罐补充短链 醇所带来的短链醇含水量高、短链醇补加量不足等问题。
【主权项】
1. 一种酶法制备生物柴油的系统，其特征在于，所述系统包括： 反应器，用于反应物油脂和短链醇进行酯化反应； 循环气冷凝器，其进气端与反应器的顶部连接，出气端与循环风机连接； 循环风机，其进气端与循环气冷凝器的出气端连接，其出气端与醇平衡罐连接； 醇平衡罐，其进气端与循环风机的出气端连接，出气端与反应器的底部连接；以及， 醇补加罐，其物料出口与反应器连接，用于向反应器中补加短链醇。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括冷凝液接收罐，用于接收 循环气冷凝器的冷凝液体。3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述醇平衡罐内、反应器的底部分别包括 气体分布器。4. 根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述气体分布器是锥台形，以筛板分布方 式进气。5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述醇平衡罐包括冷凝系统，用于维持醇 平衡罐内短链醇的温度为O~25 °C。6. 根据权利要求1~5任一项所述的系统，其特征在于，所述反应器是气升式反应器。7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述反应器为一级或多级反应器。
【文档编号】C10L1/02GK205528669SQ201620075443
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】李开龙, 朱罗乐
【申请人】北京信汇生物能源科技有限公司