专利名称：精制生物柴油的方法和装置的制作方法
对相关申请的交叉引用本申请涉及本申请人于2003年3月20日申请的第60/456,097号美国临时专利申请，本申请人要求该申请的申请日作为国际优先权日期。
关于联邦特许研究或发展的陈述无发明背景1.发明领域本发明总体上涉及从植物和/或动物油原油或废油生产生物柴油燃料油，即甘油三酯的烷基酯的方法。本发明还涉及用于实施该生产方法、从植物和/或动物油生产生物柴油的装置。
2.背景技术源自石油的柴油燃料包括11～13个碳原子的烃链。新型植物油如大豆油、低芥酸菜子油、玉米油、油菜籽油和棉籽油，具有约18个碳原子的链，其形式为脂肪酸的甘油三酯，通常三个一组，通过甘油桥组合在—起。为了在发动机中燃烧，碳链需要被分解成类似矿物燃料柴油的长度。通过在催化剂和烷基醇存在下，使脂肪酸的甘油三酯进行酯转移，以产生烷基酯和甘油，实现这一分解。
从产物甘油中分离出产物烷基酯，洗涤并过滤。如果植物和/或动物油用来烹饪，它一般还含有游离脂肪酸和水；这种情况下，在酯转移反应之前除去水，并使油在酯化催化剂和烷基醇的存在下酯化，以使游离脂肪酸部分被酯化。然后，使甘油三酯/烷基酯的混合物经历酯转移。之后，将产物烷基酯与产物甘油分离，通过洗涤和过滤使之纯化。
本发明之前已知，在使植物或动物来源的油或脂肪在催化剂存在下酯转移，从而制备用作发动机燃料的脂肪酸酯的方法中，已知要形成甲醇/催化剂原料溶液，在搅拌下加入甘油三酯中，且为了酯转移反应要加热甘油三酯。Mcdonald的美国专利第6,262,285B1号，和Hayafuji等人的美国专利第5,972,057号。还已知使用碱催化剂作为酯转移催化剂，如氢氧化钠或甲醇钠，Wimmer的美国专利第5,399,731号，且在送入反应器进行酯转移之前，粗滤该甘油三酯，Hayafujji等人的美国专利第5,972,057号。另外还已知，如果静置，较轻的产物烷基酯将覆盖在产物甘油上面，从而可以从反应器顶部倾析出或抽出产物烷基酯，从反应器底部排出甘油，Mcdonald的美国专利第6,262,285B1号和Wimmer的美国专利第5,399,731号。另外还了解，通过使甲醇和甲醇盐蒸汽冷凝，可从反应器中回收它们，然后再使用在酯转移反应中；Mcdonald的美国专利第6,262,285B1号，Gupta的美国专利第5,468,997号；Bam等人的美国专利第5,424,467号。在Stidham等人的美国专利第6,127,560号，Hayafuji的美国专利第5,972,057号和Wimmer的美国专利第5,399,731号中，公开了从产物烷基酯洗去杂质如皂颗粒的方法。还已知用换热器为酯转移反应提供热量；Noureddini的美国专利第6,015,440号。
本发明的一个与众不同的特征是酯转移的快速，实现快速的原因部分是由于通过包括一低压主泵的外部再循环装置，使包括甘油三酯、烷基醇和酯转移催化剂的反应混合物自反应器连续再循环回到反应器中，与此同时，用空化产生的空气泡流，搅动外部循环装置中的反应混合物。Ergün等人在美国专利第6,440,057B1中，描述了一种从植物和/或动物脂肪酸与溶于乙醇的碱性溶液的混合物，生产脂肪酸甲酯的方法和装置，其中，通过反应部分的动态湍动，扩大了混合物的边界表面，而且，酯转移在压力下进行。虽然Ergün等人建议用空化乳化作为一种实现混合物动态湍动的方法，但是，他们的空化不是在混合物连续再循环的情况下实施，也没有在反应混合物中导入空气泡流。相反地，Ergün等人在连续、单向的流动系统内导入空化，该流动系统中，混合物在所施加的压力下，流过填充有疏松球状物和类似物的管道，或者流过盘管动态乳化器。为了迫使混合物流过填充有疏松球状物的管道，或流过盘管提供的弯曲路径，需要相对高的施加压力。因此，与Ergün等人相比，向混合物施加了相对低压的本发明的一个优点在于，进行酯转移的混合物数量能数倍放大，而不必象施加较高压力的情况那样增加主泵的尺寸。操作者的安全性也是一项主要的考虑。游离脂肪酸的酯化和甘油三酯的酯转移所用化学物质都是危险品；因此，对站在酯化和/和酯转移反应装置的泄漏处附近的操作者而言，本发明采用低压主泵减少了对他们产生人身伤害的危险。通过使混合物在酯转移反应期间保持在封闭酯转移流系统中，和通过由反应器上部的放空管排出危险烟雾，进一步确保了操作者的安全。还提供了阻燃器，以进一步减少着火和爆炸的危险。这样的安全特征显然是本发明首次获得的。
发明概述因此，本发明的目的之一是提供一种方法和装置，将主要由甘油三酯组成的植物和/或动物油中存在的甘油三酯，通过酯转移转化成适于用作柴油燃料的烷基酯。
在植物和/和动物油除了甘油三酯之外，还含水和游离脂肪酸的情况下，本发明的进一步目的是提供一种方法和装置，除去水并通过游离脂肪酸的酯化反应将所述游离脂肪酸转化成产物酯，之后再使油/烷基酯的混合物发生酯转移反应，使甘油三酯转化成适于用作柴油燃料的烷基酯，从而得到产物烷基酯。
本发明的进一步目的是提供一种方法和装置，通过把游离脂肪酸酯化和甘油三酯酯转移期间产生的有毒烟雾容纳在一个封闭流动系统中，并排至大气，从而改善了操作者的安全性。
另一个进一步目的是提供这样的方法和装置，其中，部分地，通过使包括油、酯转移催化剂、烷基醇的反应混合物从反应器，经由包括一低压主泵的回旋外部再循环装置，连续地再循环返回反应器中，与此同时用空化阀装置产生的空气泡流搅动外部再循环装置内的反应混合物，从而达到由甘油三酯生成产物烷基酯的快速酯转移。
本发明的另一目的是，通过在具有圆锥形底部的碱催化剂罐中，合并和搅拌混合金属氢氧化物颗粒和烷基醇，在甘油三酯酯转移发生的场所，产生有效的酯转移催化剂，所述醇在压力下通过成切向角度且朝下的喷嘴被导向所述锥形底部的颗粒，所述烷基醇为甲醇或乙醇，所述颗粒为氢氧化钠或氢氧化钾，藉此形成甲醇钠、甲醇钾和乙醇钾，以用作酯转移催化剂。
本发明的进一步目的是提供醇回收系统，从反应器以及从本发明其它部分，通过冷凝器真空抽取醇蒸汽，从而回收液体烷基醇以再次用于本发明。真空产生于真空泵或者主泵，其串联连接于空化阀装置，该空化阀装置与冷凝器和主泵相通。空化阀装置包括单向阀和可调空气阀，其允许空气经本发明的装置再循环。
本发明的更进一步目的是提供灭火器，以使由植物和/或动物油精制烷基酯过程中着火或爆炸危险最小化。
为了实现上述的目的，根据本发明，提供了第一基本方法和装置，从主要由甘油三酯组成、不含或含少量游离脂肪酸或水的植物和/或动物油，得到适于用作柴油燃料的烷基酯。在预热器容器中，使油预热到27～100℃，且调节pH为8.7～8.9。提供封闭的再循环酯转移流系统。酯转移流系统包括反应器和反应器外部的主泵，主泵具有接收来自反应器的反应混合物的进口和将反应混合物泵送回到反应器中的出口，，藉此，在酯转移反应期间再循环反应混合物。该酯转移流系统进一步包括与主泵进口相通的空化阀装置。空化阀装置包括单向阀和可调空气进口阀，其与主泵的进口串联连接。在不包括醇回收的本发明方式中，大气通过可调空气进口阀，进入酯转移流系统。在包括醇回收的本发明方案中，空气在真空下从反应器抽出，经醇冷凝器、可调空气进口阀、单向阀，进入主泵进口，之后再循环通过主泵出口，返回反应器。根据需要，这种利用主泵的方式免除了可能需要的单独真空泵。
为了开始酯转移反应，将已预热和调节pH的油导入酯转移流系统，使之在有效的酯转移催化剂存在下，与化学计量过量的烷基醇混合形成一种混合物。充分打开单向阀和空气进口阀，使空气泡流进入系统，在整个流动系统内产生轻微的空化，从而加速酯转移反应。进行反应，直到形成包括产物烷基酯和产物甘油组成的反应混合物。优选地，通过透明管道使反应混合物出入反应器，从而允许视觉控制酯转移反应当进入反应器的混合物颜色与离开反应器的混合物颜色基本相同时，反应完成。然后，容许反应混合物分离成颗粒物和产物甘油的下相，及覆盖其上的产物烷基酯的上相。排出甘油。倾析出产物烷基酯，过滤除去颗粒物；过滤后的烷基酯形成未洗涤的生物柴油燃料。如果允许静置足够长的时间，最终可使任何皂类杂质沉降到底部。适用于酯转移反应的烷基醇包括甲醇和乙醇。有效的酯转移催化剂优选地选自甲醇钠、甲醇钾和乙醇钾。有利且优选地，进行酯转移之前，在酯转移流系统地点中形成这种危险物质。因此，提供了用于形成有效酯转移催化剂的方法和装置。在碱催化剂罐中，使选自氢氧化钠和氢氧化钾的金属氢氧化物颗粒，与足够的烷基醇混合，以得到化学计量配比的烷基醇与油。搅拌混合物，以使金属氢氧化物颗粒与烷基醇之间完全的混合和反应，从而形成金属醇盐催化剂，即，甲醇钠、甲醇钾或乙醇钾。碱催化剂罐具有一个圆锥形底部。优选地，在压力下，通过多个间隔开、成切向角度且朝下的喷嘴将烷基醇导入圆锥形底部，以使烷基醇和颗粒漩流。为进一步改善烷基醇和金属氢氧化物颗粒的混合和反应，使碱催化剂罐中的烷基醇和醇盐混合物，经由圆锥形底部的出口连续排出，通过外部的醇/醇盐循环装置，再次通过喷嘴喷入罐内。提供一个颗粒筛网，覆盖在圆锥形底部的出口上，以防颗粒在其完全溶于醇之前离开碱催化剂罐。
还提供了第二方法和装置，其基本类似于第一方法和装置，其中，完成酯转移反应之后，优选地使反应混合物通过急冷器，以降低反应混合物的温度，然后导入临时储液罐中，使反应混合物分离成颗粒物和产物甘油混合物的下相及覆盖其上的产物烷基酯上相。临时储液罐的优点是在反应混合物通过洗涤、沉降和过滤进行净化之前，积聚多批次的反应混合物。接下来，从临时储液罐排出产物烷基酯，在洗涤罐用水雾洗涤，与此同时把空气气泡导入洗涤罐底部，以促进皂和颗粒物的沉降。洗涤罐安装有浮式拾取器(floating pickup)，用来把洗涤后的烷基酯排出到沉降罐中，在沉降罐中，容许洗涤后的烷基酯分成皂和颗粒物混合物的下相及覆盖其上的烷基酯上相。浮式拾取器从液面下方抽取，以避免表面浮渣。将产物烷基酯从沉降罐倾析出来，过滤除去颗粒物。
为回收烷基醇以供再利用，在真空下，醇回收系统把烷基醇蒸汽从临时储液罐的上部、反应器的上部和甲醇甘油分离容器的上部，导入醇冷凝器中。冷凝器中回收的液体醇流经排液阱气门，之后流入醇回收罐中，用于储存和再次利用。用来回收醇的真空由主泵产生，或由真空泵产生，该真空泵还为洗涤罐提供空气泡流，从而起到了双重作用。
为了从包括游离脂肪酸和水的植物和/或油中得到烷基酯，任选地，提供一个封闭的、再循环流动的酯化流系统，它包括一个酯化反应器和一个酸泵，该泵接收来自所述反应器下部的酯化反应混合物，并使所述混合物返回所述反应器上部。把油预热到27～100℃。然后将预热后的油静置足够长的时间，以将油里的任何水分离成下层。排出水，将预热后的油急冷到27℃左右。使急冷后的油在酯化流系统中，与至少化学计量的烷基醇合并和混合。向酯化流系统加入有效的酯化催化剂，以酯化游离的脂肪酸，得到产物烷基酯和未反应的甘油三酯的混合物。容许酯化反应在32～38℃下进行至少30分钟。中断再循环流动，容许甘油分离并形成下层，在烷基酯和未反应的甘油三酯的上层之下。然后，把烷基酯和未反应的甘油三酯导入酯转移流系统中，进行上述处理。参考下面的附图，在以下说明书中，将显而易见本发明的其它目的、特征和优点。
附图概述
图1是对第一装置的平面示意图，该装置使主要由甘油三酯组成的植物和/或动物油转化成烷基酯，其中图1以虚线表示其任选的附加装置。
图2是对第二装置的示意说明，该装置更为完备，用来酯化植物和/或动物油中的游离脂肪酸以产生烷基酯，而且使油中的甘油三酯酯转移成烷基酯。
图3是油预热器和脱水容器及相关油再循环系统的示意侧面图。
图4是酯转移反应器的剖面图。
图5是放大的爆炸阻抑器和阻燃器的剖面图。
图6是甘油处理系统的示意图。
图7是醇回收系统和洗涤鼓泡器循环的示意图。
图8是反应器、洗涤罐和沉降罐的示意图，上面标出了浮式拾取器。
图9是醇输送和催化剂混合系统的示意图。
图10是本发明管的示例图，标示出位于第一进口管和第一排放管之间且连接二者的主泵。
图11是可选装置的部分示意图，该装置用于在双洗涤和沉降罐中净化产物烷基酯。
除非另有说明，图中用相同数字表示相同部件；例如，数字211一般指关闭阀。在图9垂直线A-A右侧所示的发明装置仅是酯转移流系统的一部分，即，生产金属醇盐酯转移催化剂所用的那一部分。
实施本发明的方式参见图1，该平面图所示为本发明装置的第一实施方案，设计用来使主要由甘油三酯组成的植物和/或动物油进行酯转移，以生成生物柴油燃料，装置总体由数字10表示。工艺舱12内安装有包括圆锥形底部14B的碱催化剂罐14，该罐14用来使金属氢氧化物颗粒与烷基醇合并混合，以形成酯转移反应催化剂——甲醇钠、甲醇钾或乙醇钾。工艺舱12内还包括醇储罐40，第一进口管18，第一排放管20，与电动机23成驱动连接的主泵22，油进口粗滤器24，从产物烷基酯中取出颗粒物的过滤器424，和任选的醇冷凝器28，以及用来电气制动本发明各电子元件和阀的配电板(未示出)。如果希望使本发明的操作自动化，那么工艺舱12内进一步包括微处理器装置(未示出)，该装置在适当的时间，根据设定的指令表，启动和关闭所述的本发明的各电子元件和阀。如图10所看到的，真空计510安装在第一进口管18上，组合压力温度计512安装在第一排放管20上。压敏开关500也安装在第一排放管20上，该开关500在没有流量经过所述管20时，关闭主泵22。工艺舱12附近是油预热器和脱水罐30，用来储存、脱水和加热待精制成生物柴油燃料的植物和/或动物油。工艺舱12外部还有酯转移反应器50，容纳和储存产物烷基酯的日用罐60，和甘油储存罐11。尽管非本发明操作所必需，但本发明仍可任选包括其它组件，以提高操作效率，获得更高质量的烷基酯产物，它们如图1虚线所示一即，作为醇回收系统61—部分的醇冷凝器28和用来提纯烷基酯产物的洗涤罐80。
预热器和脱水罐30表示在图3的示意-侧面图中，它包括一个封闭的、基本圆柱形的罐，该罐的圆锥形底部30B底端为出口32。电阻加热器34插入圆锥形底部30B内部，用来把罐内的油加热到27～100℃。温度计36安装在罐30外部，监控所述罐内的油温。电恒温器37也安装在罐30外部，通过控制传递到电阻加热器34的电功率的大小，调节罐30内的油温。可选地，油可通过其它方法加热，例如用丙烷加热器或锅炉。透明示位管38垂直安装在罐30外壁上。示位管38有上端和下端，它们进入罐30内部，允许操作者监控罐30内部的油面位置。底部32的下出口32P通过关闭阀42连接四通节门44。另外的三个关闭阀46、48、52连接该节门44的其余出口。当阀42和52打开时，油从罐30流出，经粗滤器54和管道56，进入油泵58，然后通过再注入管59，从罐顶部61重新进入罐30中。这一布置使得油连续地再循环出入罐30，促进了待酯转移油的均匀加热。可选地，罐30内设置换热器13，在当前一批油料的预热阶段中，换热器13浸在热油中，将热量传导给通过换热器13循环的、由前一批油酯转移产生的产物烷基酯。加热烷基酯改善了精制的洗涤和沉降阶段的提纯。关闭加热器34，使油静置10～30分钟。油中可能存在的任何水都收集在圆锥形底部30B中。打开阀42、阀52和阀53，使水流经示示位管38流出排放管111，直到能看见油流过示位管38。然后关闭阀53。打开阀113和阀115，泵58使热油再循环通过罐61，以使油重新混合。暂时打开阀53，从排水管111得到一个油样，测出pH值。加到油中的金属氢氧化物量确定为油pH值的函数。油的酸性越大，就需要加入更多的金属氢氧化物，以得到酯转移反应时的理想pH值8.7～8.9。例如，新鲜的低芥酸菜子油需要约3.5g氢氧化钠，或4.9g氢氧化钾，以达到理想的pH值范围。然后，将所需量的金属氢氧化物加到碱催化剂罐14中，该罐14用来装盛有待在一个单独批次进行酯转移的预定升数的油。
如图1和图9所示，碱催化剂罐14有多个喷嘴14N，它们成切向且向下朝向圆锥形底部14B。圆锥形底部14B的底端为出口15，它通过关闭阀17与三通连接件19相通。水平筛网14S覆盖在出口15上，支撑金属氢氧化物颗粒23，该颗粒23通过罐14顶部的有盖漏斗25导入罐中。垂直通风管29穿过罐14顶部向上延伸，使罐14中的有害气体排到大气中。通过安装在甲醇储存罐407顶端的泵423，使醇直接泵送通过管道499，经进口189进入碱催化剂罐14中，如图9中所示。可选地，在起动罐排放阀42关闭的情况下，使烷基醇通过起动盖41，或者经由开启的阀42而通过入口管，加入醇起动罐40中。醇起动罐40可通过罐的排放阀42排放。当泵405启动，阀17和47关闭，阀203和101打开时，混合泵103接收来自泵405的醇；启动泵405，在压力下泵送醇通过单向阀110，经喷嘴14N进入罐14中，直到罐14中达到理想的醇液位，此时关闭阀203，打开阀17。然后，混合泵103使醇在压力下再循环通过碱催化剂罐14。因此，不管醇是如何导入罐14中的，当混合泵103启动时，它都使醇经喷嘴14N喷到金属氢氧化物颗粒23上，并在罐14内外循环。当这些颗粒与醇反应生成醇盐时，醇盐与醇的混合物经筛网14S排出，从混合泵103通过碱催化罐14再循环；与此同时，未反应的颗粒23被滤网14S截留，直到它们完全反应。一旦这些颗粒与烷基醇完全反应，产物醇盐就准备妥当，能在酯转移系统起到催化作用。
封闭的再循环酯转移系统201包括反应器50，第一进口管18，第一排放管20，和置于所述进口和排放管之间的主泵22。如图4所清晰可见，反应器50在其上部有进口52及与之连接的进口管52T，在其下部，圆锥形底部50B上方有两个出口254、256。上出口256允许通过管道(未标出)排出高于圆锥形底部50B的容器液体含量，使所述液体含量经第一进口管18回流到主泵22的进口22i。抽取管54T与下进口254相通，向下延伸进入圆锥形底部50B，藉此，可以取出圆锥形底部的液体含量，使之通过管道(未标出)经第一进口管18回流到主泵22的进口22i。利用这种方式的抽取管54T，有助于甘油保温和循环，且因此减少了甘油凝聚的机会。透明示位管38垂直安装在反应器50外壁上。示位管38有上端和下端，它们插入罐50内部，允许操作者监控酯转移反应。当进入反应器50的油颜色等同于离开反应器的油颜色时，认为酯转移反应完全。当主要由甘油三酯组成的动物和/或植物油被酯化，热油被酯转移时，允许油进入第一进口管18，之后通过主泵的作用，使油和通过主泵的酯转移催化剂—起，经第一排放管20流出，通过进口管50T返回反应器上部。因此，酯转移系统完成了反应混合物的一个封闭、连续的循环，用于充分混合油和催化剂，并有助于油的酯转移。任选地地，反应器50可包括电阻加热器155，以加热和保持反应混合物的温度。
为了进一步帮助酯转移反应，封闭的酯转移流系统201还包括空化装置。所述装置包括单向阀110和空气进口阀112，如图1所示。如果装置不含醇回收系统，则空气进口阀112和单向阀简单串联到第一进口管18的进口一侧，在酯转移反应期间，空气进口阀112部分开启，允许空气泡流从环境进入酯转移流系统201中，用来产生轻微的空化。已经发现，轻微的空化显著加速了封闭再循环酯转移系统中的酯转移反应。可选地，如果包括醇回收系统161，如虚线113所示，则单向阀110和空气进口阀112串联连接到醇冷凝器28的出口121上，从而用从冷凝器28中，以及最终地，从反应器50中抽取的空气，将空气泡物流导入酯转移流系统201中，以保持封闭的流动系统(由下面讨论的排液阱气门482辅助)。可通过单独的真空泵175从冷凝器28抽取空气，但是，实际上已经发现，在酯转移期间，主泵22适当地产生了用于此目的的真空。酯转移之后，从甘油和颗粒物中分离出产物烷基酯。排出甘油，产物烷基酯经过滤除去颗粒物之后，储存在日用罐60中。
尽管本发明前面的叙述将产生适于用作生物柴油燃料的烷基酯，但是通过本发明包括的附加元件和系统，能提高生物柴油的质量、精制工艺效率和工艺安全性。为了提高安全性，反应器50优选地进一步包括爆炸阻抑器和灭火器55，它位于容器顶盖55C上。如图5可见，爆炸阻抑器和灭火器55容纳在顶盖50C的螺纹孔中，它包括有孔的顶板62，垂直轴63插入该孔中。在其下方，与垂直轴同轴定位的是圆柱体67，其底端673开口，顶端通常由弹簧活瓣64封闭，活瓣64有孔，所述轴63的下端插入该孔中。轴63的下端与水平支撑杆65相连，杆65连接并延伸通过圆柱体67内部。杆65足够细，不会堵塞圆筒67的内部空间。轴63的上端螺纹拧在顶板62上，并延伸高过顶板62。垂直螺旋弹簧66与轴63同轴定位，通过垫圈68压在活瓣64上，它们由螺纹连接在轴63上端螺纹部分上的一对可调螺帽81而定位。圆柱体67通过环状基座73连接顶板62，基座73同时支撑着平板金属条74的水平多层堆叠物，堆叠物置于环状基座73和顶板62之间。拧在轴63上端的翼形螺帽76保持轴63牢固定位。当反应器50内有爆炸时，膨胀的燃烧气体迫使活瓣64向上，抵抗弹簧66的推动力，从而允许燃烧气体释放到金属板74的缝隙中，抑制了爆炸和之后的任何火焰。爆炸平息时，弹簧66下降，再次关闭反应器50。这里所述类型的爆炸阻抑器和灭火器可从佛罗里达州Pampano Beach的Hoerbiger Service公司得到，型号是98EV或122EV。
如果在过滤沉淀物之前，使酯转移流系统201中的反应混合物通过附加的处理步骤，那么就能获得更纯的生物柴油。参见图2和图6～8，先将反应混合物导入临时储液罐85中，将反应混合物静置足够长时间，使烷基酯分离成上相，和颗粒物和产物甘油混合物的下相。临时储液罐85是封闭的容器，具有圆锥形底部85B，其底端为甘油排放口；和浮式拾取器85P，其由—根连在聚乙烯球上的柔性、端部开口软管形成。浮式拾取器85P通过管86与第一进口管18的进口侧相通。首先冷却反应混合物能帮助相分离。因此，启动主泵22，使反应混合物连续离开反应罐50，循环经过主泵22，之后经过连接在主泵22的出口22o上的急冷器91，经管道85T返回临时储液罐85的圆锥形底部85B中。急冷器91包括被水夹套或空气冷却翅片(未示出)环绕的一定长度铜管；反应混合物通过铜管，冷水在水夹套中循环。一旦反应混合物适当冷却，并送入临时储液罐85中，则关闭主泵22，使反应混合物在储液罐85中停留足够长的时间，以使烷基酯分离成上层。产物下层的产物甘油从甘油排放口87排出临时储液罐85，之后通过透明示位管38和管道89，进入第三进口管400的进口侧。当从示位管38中显然可见烷基酯开始通过排放口87排放时，停止通过排放口87的排放。通过甘油处理泵93，将产物甘油从第三进口管400经第三排放管402，直接泵送给甘油储存罐11，或者优选地经管道404和进口406泵送进入封闭的醇/甘油分离罐408中。罐408具有圆柱形底部408B，底部的底端为甘油出口410，甘油从该出口410经管道412返回第三进口管400的进口侧。将罐408内的甘油加热到60～65℃，使之经历真空泵175产生的真空，通过管道47，回到T形连接件475；参见图7。通过后一路径，可以用泵3将甘油泵送通过罐408，以促进醇蒸汽从甘油中逸出。如下面所述，罐408中的醇蒸汽经醇回收系统161回收。。为安全起见，罐408也装配了爆炸阻抑器和灭火器55。
通过启动主泵22，临时储液罐85中的上层的烷基酯从浮式拾取器85P排出，通过第一进口管18、主泵22和第一排放管20，之后经管道18导入洗涤罐80的进口103；参见图2，洗涤罐80是一个封闭的容器，优选地由透明塑料如聚乙烯制成，它的底端为具有排放口104的圆锥形底部80B。洗涤罐80内部的上方是一个水雾喷嘴125，水通过该喷嘴125以喷雾127的形式向下喷在产物烷基酯126上，以洗去杂质。排放口104附近是空气进口130，由这里从真空泵175导入空气泡。在洗涤罐的圆锥形底部80B中，空气包通过多孔的软管回路130L冒出，成为泡沫云。洗涤罐80装有浮式拾取器80P，它通过第一上部出口105与循洗涤循环泵107的进口106相连，使洗涤后的烷基酯上相经泵出口108，循环通过换热器13和活性炭滤罐120，返回洗涤罐80。防虹吸管132连接排放口131，使下部水层从洗涤罐80流到废水容器和油脂分离器中134。一旦理想的批次数量的产物烷基酯已经堆积在洗涤罐80内部，就如下进行洗涤循环。打开喷雾，将空气泡气流导入洗涤罐80的圆锥形底部80B约2小时。使水沉降到洗涤罐底部，然后排出。然后，再重复相同的喷雾、导入气泡、沉降和排放步骤2次，以产生洗涤后的产物烷基酯。
洗涤后的产物烷基酯通过浮式拾取器80P经管道142导入第二进口管150的进口侧；从那里，用洗涤循环泵107使之通过第二排放管154，经管道156进入封闭沉降罐420的圆锥形底部420B的进口158。在沉降罐420中静置经洗涤的产物烷基酯，使之分离成烷基酯的上相，该上相覆盖在由未反应甘油三酯和颗粒物组成的下相上。上相通过浮式拾取器420P经管道422排出，并启动在第四进口管428和第四排放管430之间的过滤器泵426，通过过滤器424，然后泵送进入日用罐60中。
如图7所示，提供了醇回收系统161。醇蒸汽从反应器50、临时储液罐85和醇/甘油分离罐408的上部导出，经管道470、472、474、476，进入醇冷凝器28的进口478。冷凝器28由水冷却盘管28J，或空气冷却翅片环绕，具有下出口480，以使回收的液体醇离开冷凝器。回收的液体醇排放通过排液阱气门482，流入回收醇储罐40。排液阱气门482阻塞了空气进入冷凝器28的通道，以保持反应器50的真空和醇回收系统161的封闭。冷凝器28还有上出口486，与临时储液罐85和醇/甘油分离罐408的内部圆锥形底部相通。之所以连接罐85和408，是为了在经管道487与冷凝器上出口486相通的机械真空泵175抽走空气时，向那些罐中补充空气。为了从所述罐经通风管29驱散蒸汽，冷凝器的上出口486还通过真空泵175与碱催化剂罐14的上内部相通。以这种方式，真空泵175产生真空，从罐50、85、408的上部吸入空气和醇蒸汽，并把同样的空气返回所述罐中，从而保持了本发明装置的理想封闭状态。提供空气排出阀176，用于在真空泵175使空气起泡进入洗涤罐80时，从环境为真空泵175补充空气。
为防止爆炸或火焰到达冷凝器28，醇回收系统161进一步包括插在冷凝器28和醇/甘油分离器408之间的阻板499，和插在冷凝器28和酯转移反应器55间的另一挡板499；图7。每个阻板499都包括弯曲的管道系统和冷却翅片，以阻碍燃烧和促进醇蒸汽冷却。阻板499垂直定位，以促使液化的醇向冷凝器的进口478排放。
前述的适用于使主要由甘油三酯组成、不含或含少量游离脂肪酸或水的动物和/或植物油，进行酯转移的方法和设备。为了从除了甘油三酯外，还含游离脂肪酸和水的动物和/或植物油，例如最常见的烹饪食用油，生产生物柴油燃料，必须在进行酯转移反应之前除去水，使游离脂肪酸酯化。现在参看图2，它标出了封闭的酯化流系统171，它包括酯化反应器200，其具有底端为甘油排放口205的圆锥形底部200b，还包括置于第五进口管204和第五排放管206之间并与二者相通的酯化流泵202。泵58将热油从罐30抽出，经管道208进入第五进口管204的进口侧，然后经管道210，流入酯化反应器200。参考图9，启动泵405，打开阀409和43，从醇起动罐40和醇储罐407中抽出醇，经管道419进入酯化流系统171。启动酯化流泵202，完全混合醇和油。从酸储存罐452中，分别经管道454和456，将酯化催化剂如浓硫酸导入第五进口管204的进口侧，从而吸入进入酯化流系统171。然后，这些反应物流过泵202，离开第五排放管206，进入酯化反应器200的上部进口458。一个与管道210相通的抽取管210T延伸进入酯化反应器200的圆锥形底部200B中。当酯化泵20继续运转时，包括甘油三酯、催化剂、烷基酯、游离脂肪酸和产物烷基酯的酯化反应混合物，连续循环出入容器200。当酯化反应完成时，关闭泵202，静置酯化流系统的内容物。在容器200中形成下层的甘油排出排放口205，经管道207导入到第三进口管400的进口侧。容器200的上层随后经管道209，导入到第一进口管18的进口端侧，以备用于容器50的酯转移反应，和用于上述的后续处理。可选地，用固定在醇罐上的泵423经管道499，为酯转移流系统201提供醇，如图9虚线所示。
因此本发明的主题已经公开，显然，鉴于上述，可能存在对本发明的多种修改、替换和变更。主泵22优选地是具有低压和高吞吐量的离心式泵，因为齿轮泵极易被空化作用腐蚀。所有的泵都应密封，以减少火灾和爆炸的危险。业已发现，在寒冷环境下，上述在单独洗涤罐80内洗涤的烷基酯将皂沉淀出。相应地，如图11所示，通过在两个独立的罐80′和80″中连续洗涤，而不是在单独洗涤罐80中洗涤烷基酯，然后在两个独立的沉降罐420′、420″中连续沉降，能够提高从适用于寒冷气候的冬天的动物和/或植物油获得的生物燃料产量。
在第一洗涤罐80′中，雾化和空气起泡后，使产物烷基酯静置一段时间，以使皂类和水沉降出来。然后，倾析出产物烷基酯，导入活性炭滤罐120中，之后进入第二洗涤罐80″，再次经历雾化和使空气起泡，象前面一样再次沉降。然后，倾析出产物烷基酯，导入第一沉降罐420′中，该沉降罐的基座被急冷到10℃左右，进行沉降。倾析出产物烷基酯，通过换热器13以加热之，然后送入第二沉降罐420″中，再次沉降。然后，从第二沉降罐420″倾析出烷基酯，过滤，储存在日用罐60中。此外，处理上述的间歇操作模式之外，本方法和装置也适于连续模式。如图4所示，提供反应器出口551，反应混合物通过该出口551，经管道552导入沉降罐85中，如图2所示。在反应器的圆锥形底部50B附近安装光电感测装置，以感测其中积聚的甘油透明度，使阀(未示出)开启，允许甘油排放；之后，当主要排出所有甘油时，开始从反应器50排出烷基酯时，由于转变成更高的透明度，所述感测装置将感测到通过所述圆锥形底部50B的光线增加，使所述阀关闭。通过在酯化流系统也包括空化阀装置，能进一步变更本发明。实现这一变更可通过包括与第五进口管204串联连接的另一可调排气阀112和另一单向阀110，从而提供空气泡物流，同时伴有对酯化流系统的轻微空化。酯化反应器还可具有通风管29，把硫酸蒸汽排到大气中。可选地，可以省去酯化反应器200，和第五管组件202、204、206，而是在酯转移反应器50中进行酯化反应。实现这一点可通过在第一进口管18上提供附加进口(一个进口导入酯化催化剂，一个进口导入烷基醇)，和利用主泵22使酯化反应混合物再循环通过反应器50。
因此，应当理解，本发明除上面具体描述的方式之外也能实施，而且其范围和宽度应由所附权利要求书限定。进一步地，应当理解，权利要求书中所述“主要由甘油三酯组成的”油是指油的主要组分是甘油三酯，但是其它组分也可以存在；类似地，“主要由甘油三酯、游离脂肪酸和水组成的”油是指油的主要组分是甘油三酯，所述的油还有其它组分，这些其它组分中包括游离脂肪酸和水。
权利要求
1.一种从主要由甘油三酯组成的油经酯转移制备烷基酯的方法，包括以下步骤(1)在一预热器容器中将所述油预热到27～100℃；(2)在一封闭的再循环酯转移流系统中，于搅拌下将所述预热的油与烷基醇以及有效的酯转移催化剂混合，以形成一种pH值调节到8.7～8.9、包括产物烷基酯和产物甘油的反应混合物，所述搅拌包括将空气泡通过所述反应混合物，所述空气泡由空化阀装置产生；(3)容许所述反应混合物分离成包括颗粒物和产物甘油的混合物的下相，及覆盖其上的产物烷基酯上相；(4)从甘油和颗粒物中倾析出烷基酯；和(5)过滤倾析后的烷基酯，以除去颗粒物。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述酯转移催化剂选自甲醇钠，甲醇钾和乙醇钾。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述封闭的再循环酯转移流系统包括一个反应器，其具有至少一个在上部的进口和至少一个在下部的出口；及再循环装置，其将所述反应物混合物从所述反应器经所述出口引出，通过一外部循环回路，经所述进口回到所述反应器。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述再循环装置包括与所述出口相通的第一进口管、与所述进口相通的第一排放管、以及连接于所述进口管与所述排放管间的主泵，并使所述反应物混合物再循环。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括制备用作步骤(2)的酯转移催化剂的金属醇盐的工艺，其在具有圆锥形底部的碱催化剂罐中，将选自氢氧化钠和氢氧化钾的金属氢氧化物颗粒和化学计量过量的烷基醇相混合，并搅拌所述混合物，以使金属氢氧化物颗粒与烷基醇完全混合和反应，形成金属醇盐。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述烷基醇是在压力下，通过多个间隔开的、成切向角度且朝下的喷嘴导入所述圆锥形底部，以使烷基醇和颗粒的产生漩流。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述碱催化剂罐中，烷基醇和醇盐混合物经由所述圆锥形底部的出口连续排出，通过外部的醇/醇盐循环装置，经所述喷嘴再次进入所述罐。
8.如权利要求7所述的方法，其中，一个颗粒筛网覆盖在所述圆锥形底部的所述出口上，以防颗粒离开碱催化剂罐。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述反应器被放空，以允许蒸汽逸出，所述主泵具有用于接收来自反应器的反应混合物的进口和用于将反应混合物泵送返回反应器的出口，而且，所述空化阀装置包括单向阀和可调节的空气进口阀，其与所述主泵的所述进口串联连接。
10.如权利要求1～9所述的方法，其中所述烷基醇是甲醇。
11.如权利要求1～9所述的方法，其中所述烷基醇是乙醇。
12.一种从主要由甘油三酯组成的植物和/或动物油，经酯转移制备烷基酯的方法，包括以下步骤(1)在预热器容器中将所述油预热到27～100℃；(2)在封闭的再循环酯转移流系统中，于搅拌下将所述预热的油和烷基醇以及有效的酯转移催化剂混合，以形成一种pH值调节到8.7～8.9、由产物烷基酯和产物甘油组成的反应混合物，所述搅拌包括空气泡通过所述反应混合物，所述空气泡由空化阀装置产生；(3)容许反应混合物在临时储液罐内分离成包括颗粒物和产物甘油混合物的下相，及覆盖其上的产物烷基酯上相；(4)将烷基酯排入洗涤罐；(5)用水洗涤所述烷基酯，以形成洗涤过的烷基酯产物覆盖在下面的水层上；(6)将洗涤后的烷基酯产物导入沉降罐，使所述产物分成包括由任何未反应甘油三酯、皂和颗粒物的下相，及覆盖其上的烷基酯上相；(7)从沉降罐倾析出烷基酯；和(8)过滤烷基酯，以除去颗粒物。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述酯转移催化剂选自甲醇钠、甲醇钾和乙醇钾。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述封闭的再循环酯转移流系统包括一个反应器，其具有至少一个在上部的进口和至少一个在下部的出口；及再循环装置，其从所述反应器经所述出口引出所述反应物混合物，通过外部循环回路，经所述进口回到所述反应器。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述再循环装置包括与所述出口相通的第一进口管、与所述进口相通的第一排放管、以及连接于所述进口管与所述排放管间的主泵，并使反应物混合物再循环。
16.如权利要求15所述的方法，其中步骤(5)进一步包括把空气泡导入洗涤罐底部，以促进杂质沉淀。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述洗涤罐具有浮式拾取器，其适于漂浮在所述罐中洗涤后的烷基酯表面附近，在来自所述罐的真空吸力下除去烷基酯，而且，进一步包括在步骤(1)之后、步骤(2)之前，引导所述已调节pH和预热的油通过换热器，之后送入所述反应器中，而且进一步地，在步骤(5)之后、步骤(6)之前，引导来自所述洗涤罐的洗涤后的烷基酯进入相同换热器，之后送入沉降罐中，从而使洗涤后的烷基酯冷却已预热的油，使预热的油加热洗涤后的烷基酯。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述临时储液罐安装有浮式拾取器和甘油出口，以允许多批次的烷基酯积聚在其中，并在洗涤烷基酯之前，使甘油通过所述出口排放到甲醇/甘油分离容器中。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括制备用作步骤(2)的酯转移催化剂的醇钠的工艺过程，其在具有圆锥形底部的碱催化剂罐中，将选自氢氧化钠和氢氧化钾的金属氢氧化物颗粒和化学计量过量的烷基醇混合，并通过旋流所述混合物，以使金属氢氧化物颗粒与烷基醇完全混合和的反应，形成醇盐。
20.如权利要求19所述的方法，其中烷基醇在压力下，通过多个间隔开、成切向角度且朝下的喷嘴导入圆锥形底部，以使烷基醇和颗粒形成漩流。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述碱催化剂罐中，烷基醇和醇盐混合物经由所述圆锥形底部的出口连续排出，通过外部的醇/醇盐循环装置，经所述喷嘴再次进入所述罐内。
22.如权利要求21所述的方法，其中一个颗粒筛网覆盖在所述圆锥形底部的所述进口上，以防颗粒离开碱催化剂罐。
23.如权利要求22所述的方法，进一步包括以下步骤真空下，把烷基醇蒸汽从所述临时储液罐的上部、所述反应器的上部、所述甲醇/甘油分离容器的上部，导入醇冷凝器，及在所述冷凝器内冷凝所述蒸汽，从而回收液体醇，及之后引导所述液体烷基醇流过排液阱气门，流入回收醇罐中，以储存。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述真空由真空泵产生，真空泵还作为动力源将空气泡送入所述洗涤罐下部的下部水层中，以促进杂质的沉淀。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括将所述回收烷基醇导入碱催化剂罐，以用于形成酯转移催化剂的步骤。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述主泵具有用于接收来自所述反应器的反应混合物的进口和用于泵送反应混合物返回所述反应器的出口，而且，所述冷凝器具有一个冷凝器进口和一个冷凝器出口，所述冷凝器进口平行连接所述反应器、所述临时储液罐和所述醇/甘油分离容器的每一个的上部以从中接收醇蒸汽，所述该冷凝器出口管接所述真空泵，所述真空泵具有出口，真空泵出口管接所述反应器、所述储液罐和所述分离罐每一个之上的一进口，而且，空化阀装置包括单向阀和可调空气进口阀，其串联连接所述冷凝器出口和所述主泵入口，并位于二者间。
27.如权利要求11～26所述的方法，其中烷基醇是甲醇。
28.如权利要求11～26所述的方法，其中烷基醇是乙醇。
29.一种从主要由甘油三酯、游离脂肪酸和水组成的油，经酯转移制备烷基酯的方法，包括以下步骤(1)在预热器容器中将所述油预热到27～100℃；(2)将所述预热的油静置足够长时间，以使所述油中的任何水分离出下层(3)从所述预热的油中排出所述水；(4)将预热的油急冷到35℃左右；(5)在封闭的再循环流动酯化流系统中，使至少是化学计量的烷基醇与预热的油合并和混合；(6)向所述酯化系统加入有效的酯化催化剂，以酯化所述油和烷基醇混合物中的游离脂肪酸，产生烷基酯和未反应甘油三酯和甘油的混合物；(7)在32～38℃下进行酯化反应至少30分钟；(8)中断所述再循环流，以使甘油分离出并形成在烷基酯和未反应的甘油三酯层之下的下层，(9)把烷基酯和未反应的甘油三酯导入封闭的再循环酯转移流系统中；(10)在封闭的再循环酯转移流系统中，于50～60℃下，合并和搅拌混合烷基酯和未反应的甘油三酯，以及烷基醇和有效的酯转移催化剂，以形成一种pH值调节到8.7～8.9、包括产物烷基酯和产物甘油的反应混合物，所述搅拌包括空气泡通过所述反应混合物，所述空气泡由空化阀装置产生；(11)在临时储液罐中，把所述反应混合物分离成含有颗粒物和产物甘油的下相，及覆盖其上的产物烷基酯上相；(12)将烷基酯排入洗涤罐；(13)在所述洗涤罐中，用水洗涤所述烷基酯，以形成洗涤后的烷基酯产物；(14)将所述洗涤后的烷基酯产物导入沉降罐，使所述产物分离成烷基酯的上相，以及未反应甘油三酯、皂和颗粒物的下相；(15)从沉降罐倾析出烷基酯；及(16)过滤烷基酯，以除去颗粒物。
30.如权利要求29所述的方法，其中酯转移催化剂选自甲醇钠、甲醇钾和乙醇钾。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述封闭的再循环酯转移流系统包括一个反应器，其具有至少一个在上部的进口和至少一个在下部的出口；及再循环装置，其将所述反应物混合物从所述反应器经所述出口导出，通过外部循环回路，经所述进口返回所述反应器。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述再循环装置包括与所述出口相通的第一进口管、与所述进口相通的第一排放管、及连接于所述进口管与所述排放管间的主泵，并使反应物混合物再循环。
33.如权利要求32所述的方法，其中，所述反应器具有第一出口，通过该出口，所述再循环装置将反应混合物导入所述进口管，第二出口，通过该出口，一抽取管向下延伸进入所述反应器的圆锥形底部，如此，所述再循环装置也将反应混合物由所述圆锥形底部导入所述进口管。
34.如权利要求33所述的方法，进一步包括在步骤(8)之后、步骤(9)之前，将预热的油通过换热器，之后导入所述反应器中，而且进一步地，在步骤(11)之后、步骤(12)之前，将来自洗涤罐的洗涤后的烷基酯导入相同的换热器，之后送入沉降罐中，从而使洗涤后的烷基酯冷却已预热的油到低于60℃，并使预热的油加热洗涤后的烷基酯。
35.如权利要求34所述的方法，其中所述储液罐安装有浮式拾取器和甘油出口，以允许多批次的烷基酯积聚在其中，并在洗涤烷基酯之前，使甘油通过所述出口排放到甲醇/甘油分离容器中。
36.如权利要求35所述的方法，进一步包括制备用作步骤(10)的酯转移催化剂的醇钠的工艺过程，其在具有圆锥形底部的碱催化剂罐中，将选自氢氧化钠和氢氧化钾的金属氢氧化物颗粒和化学计量过量的烷基醇混合，并通过漩涡搅拌所述混合物，以使金属氢氧化物颗粒与烷基醇之间完全混合和的反应，从而形成醇盐。
37.如权利要求36所述的方法，其中烷基醇在压力下，通过多个间隔开、成切向角度且朝下的喷嘴导入圆锥形底部，以产生烷基醇和颗粒的漩流。
38.如权利要求37所述的方法，其中，在碱催化剂罐中，烷基醇和醇盐混合物经由所述圆锥形底部的出口连续排出，通过外部的醇/醇盐再循环装置，经所述喷嘴再次进入所述罐。
39.如权利要求38所述的方法，其中一个颗粒筛网覆盖在所述圆锥形底部的所述进口上，以防颗粒离开碱催化剂罐。
40.如权利要求39所述的方法，进一步包括以下步骤在真空下，把烷基醇蒸汽从所述反应器的上部、所述甲醇/甘油分离罐上部和所述储液罐上部，导入醇冷凝器，及在所述冷凝器内冷凝所述蒸汽，因此回收液体醇，及之后将所述液体醇通过排液阱气门，流入回收醇罐中，以便储存。
41.如权利要求40所述的方法，其中所述真空由真空泵产生，真空泵还充当动力将空气泡送入洗涤罐下部的下部水层中，以促进杂质的沉淀。
42.如权利要求41所述的方法，进一步包括将回收的醇导入碱催化剂罐，以用于形成酯转移催化剂的步骤。
43.如权利要求42所述的方法，其中，所述主泵具有用于接收来自所述反应器的反应混合物的进口，及用于泵送反应混合物返回所述反应器的出口，而且，所述冷凝器具有一个冷凝器进口和一个冷凝器出口，所述冷凝器进口平行连接所述反应器、储液罐和醇/甘油分离容器每一个的上部，以从中接收醇蒸汽，所述冷凝器出口管接于所述真空泵，所述真空泵具有出口，该真空泵出口管接于所述反应器、储液罐和分离罐每一个的进口，而且，空化阀装置包括单向阀和可调空气进口阀，其串联连接于所述冷凝器出口和所述主泵入口并位于其间。
44.如权利要求29～43中任何一个权利要求所述的方法，其中烷基醇是甲醇，而且所述甲醇加入预热的油中，使最终浓度为12％重量/体积。
45.如权利要求29～43中任何一个权利要求所述的方法，其中，在与油合并和混合之前，烷基醇是浓度大于95％的乙醇，所述乙醇加入预热的油中，使最终浓度为12％重量/体积。
46.如权利要求29～43中任何一个权利要求所述的方法，其中所述酯化催化剂为按每升油1毫升左右比例加入的浓硫酸。
47.如权利要求46所述的方法，其中烷基醇是甲醇，其加入预热油的量为8～14％重量/体积，而且酯化催化剂为按每升油1毫升左右的比例加入的浓硫酸。
48.如权利要求47所述的方法，其中所述金属氢氧化物颗粒为按每升预热的油3.1～3.5克的比例加入的氢氧化钠。
49.如权利要求48所述的方法，其中甲醇占酯转移反应混合物的8～14％的重量/体积。
50.如权利要求18所述的方法，其中在步骤(10)之后、步骤(11)之前，使所述反应器内形成的反应混合物急冷。
51.一种用于从主要由甘油三酯组成的油生产烷基酯的生物柴油精制装置，包括(a)用来储存和预热油的预热器罐，所述罐包括一热交换器；(b)用来预热油的装置；(c)用来产生酯转移催化剂的碱催化剂罐，所述罐具有圆锥形底部、接收烷基醇的进口、出口、接收金属氢氧化物的有盖漏斗、及多个相互间隔开的喷嘴，所述喷嘴与所述进口相通，而且成切向角度且朝下，以使烷基醇和颗粒在所述圆锥形底部中漩流；(d)封闭的再循环酯转移流系统，所述系统包括(1)反应器，其具有至少一个在其上部的进口和至少一个在其下部的出口，再循环装置，和甘油排放口；所述再循环装置从所述反应器经所述出口导出所述反应物混合物，通过外部循环回路，经所述进口回到所述反应器；所述甘油排放口用来排放甘油三酯酯转移期间产生的甘油；(2)阀装置，用来控制预热油、烷基醇、酯转移催化剂进入所述酯转移流系统；和(3)空化阀装置，用来把轻微空化导入所述酯转移流系统，以促进快速而完全的酯转移反应；(e)临时储液罐，用来把所述反应混合物分离成产物烷基酯的上相，及包括未反应的甘油三酯、甘油和颗粒物的下相，所述罐具有用来从罐中排出甘油的甘油排放口，和用来排出产物烷基酯的浮式拾取器；(f)洗涤罐，用来洗涤产物烷基酯，所述罐的上部具有水雾喷雾装置和浮式拾取器，所述罐的下部具有用来接收空气泡物流的空气泡进口，及用来排出皂、水和颗粒物的排放口；和(g)用来从洗涤后的烷基酯过滤颗粒物的装置。
52.如权利要求51所述的装置，其中所述反应器具有第一出口和第二出口，再循环装置通过所述第一出口导引反应混合物，通过所述第二出口一抽取管向下延伸进入所述反应器的圆锥形底部，因此，所述再循环装置也引导所述反应混合物由所述圆锥形底部进入所述抽取管。
53.如权利要求52所述的装置，进一步包括醇/醇盐循环装置，它位于碱催化剂罐外，且与该罐相通，通过该装置能连续循环烷基醇和醇盐。
54.如权利要求53所述的装置，进一步包括临时储液罐，用来接收和临时储存来自所述反应器的反应混合物，使所述混合物有足够时间在洗涤烷基酯之前，从甘油中分离出烷基醇。
55.如权利要求54所述的装置，进一步包括从所述反应器、临时储液罐和醇/甘油分离罐回收醇蒸汽的装置，它包括具有进口、出口和醇排放口的醇冷凝器，与所述排放口相连的排液阱气门，进口和所述冷凝器出口相连、出口和反应器下部内部相连的真空泵，储液罐以及沉降罐。
56.如权利要求55所述的装置，其中空化阀装置包括单向阀和可调空气阀，其串联连接于所述冷凝器出口和所述主泵的所述进口，并位于其间。
57.如权利要求56所述的装置，进一步包括空化空气排放阀，它位于所述空化阀和所述冷凝器出口之间。
58.如权利要求51～57中任何一个所述的装置，进一步包括急冷器，它串联连接于所述反应器出口和所述临时储液罐的所述进口，用来在所述临时储液罐中从烷基酯分离甘油之前，冷却所述反应器中形成的反应混合物。
59.一种用于从主要由甘油三酯、游离脂肪酸和水组成的油产生烷基酯的生物柴油精制装置，包括(a)用来储存和预热油的预热罐，所述预热罐包括热交换器；(b)用来预热油的装置；(c)用来产生酯转移催化剂的碱催化剂罐，所述罐具有圆锥形底部、接收烷基醇的进口、出口、用来接收金属氢氧化物的有盖漏斗、及多个相互间隔开的喷嘴，该喷嘴与所述进口相通，且成切向角度并朝下，以使烷基醇和颗粒在所述圆锥形底部中的漩流；(d)封闭的再循环酯转移流系统，所述系统包括(1)反应器，其具有至少一个在其上部的进口、至少一个在其下部的出口、再循环装置和甘油排放口，所述再循环装置将反应物混合物从所述反应器经所述出口导出，通过外部循环回路，经所述进口回到所述反应器，所述甘油排放口用来排放甘油三酯酯转移期间产生的甘油；(2)阀装置，用来控制预热油、烷基醇、酯转移催化剂进入所述酯转移流系统；和(3)空化阀装置，用来把轻微空化导入所述酯转移流系统，以促进快速而完全的酯转移反应；(e)酯化反应系统，包括(1)酯化反应器，它具有与所述预热罐相通的油进口、反应产物出口、和甘油排放口；(2)与所述油进口相通的酯化催化剂供给装置；和(3)阀装置，用来将来自所述容器的烷基酯导入所述酯转移流系统；(f)烷基酯/甘油分离罐，用来把反应混合物分离成包括未反应的甘油三酯和甘油的下相，及覆盖其上的产物烷基酯的上相，所述罐具有甘油排放口，用来从罐中排出甘油；(g)洗涤罐，用来洗涤产物烷基酯，所述洗涤罐的上部具有水雾喷雾装置和浮式拾取器，所述洗涤罐的下部具有用来接收空气泡流的空气泡进口和用来排出皂、水和颗粒物的排放口；和(h)用来从洗涤后的烷基酯过滤颗粒物的装置。
60.如权利要求59所述的装置，进一步包括沉降罐，该罐接收并长时间储存洗涤后的烷基酯，以沉降出皂颗粒物，所述罐安装有排放皂颗粒物的排放口和排出洗涤后的烷基酯的浮式拾取器。
61.如权利要求60所述的装置，进一步包括醇/醇盐循环装置，它位于碱催化剂罐外，且与该罐相通，通过该循环装置能连续循环烷基醇和醇盐。
62.如权利要求61所述的装置，进一步包括临时储液罐，用来在洗涤烷基酯之前，接收和临时储存来自反应器的反应混合物。
63.如权利要求62所述的装置，进一步包括从反应器、临时储液罐和醇/甘油分离罐回收醇蒸汽的装置，它包括具有进口、出口和醇排放口的醇冷凝器，与所述排放口相连的排液阱气门，进口与冷凝器出口相连、出口与反应器下部内部相连的真空泵，储液罐，以及沉降罐。
64.如权利要求63所述的装置，其中空化阀装置包括单向阀和可调空气阀，它们串联连接于所述冷凝器出口和所述主泵的所述进口，并位于其间。
65.如权利要求64所述的装置，进一步包括急冷器，它串联连接于所述反应器的所述出口和所述临时储液罐的所述进口，用来于所述临时储液罐中在烷基酯分离甘油之前，冷却所述反应器中形成的反应混合物。
全文摘要
本发明公开一种从植物和/或动物油生产生物柴油即烷基酯的方法和装置。在碱催化剂罐中，在压力下使烷基醇通过喷嘴喷在金属氢氧化物的颗粒上，直到颗粒与醇完全反应，从而制备酯转移催化剂。将油加热，使之在轻微空化的封闭的再循环酯转移流系统中，在烷基醇和酯转移催化剂存在下，发生酯转移，以生产产物烷基酯和产物甘油。空化的实现是通过使空气经可调空气进口阀进入酯转移流系统。静置后，产物烷基酯形成上层，其被倾析并经提纯步骤，以从产物烷基酯中除去颗粒物和烷基醇；且下层产物甘油被排放出。产物烷基酯的提纯优选地包括，在洗涤罐中使产物烷基酯经过顶部用水喷雾洗涤，同时注入空气泡气流。醇蒸汽作为醇冷凝器内的液体醇回收、储存以供再次使用。如果油含游离脂肪酸，则在酯转移之前，加热油，使游离脂肪酸在酯转移催化剂和烷基醇存在下发生酯化。为安全起见，在可燃蒸汽导致危险的场所，提供阻板和爆炸阻抑器/灭火器。
文档编号C02F9/00GK1761737SQ200480007538
公开日2006年4月19日 申请日期2004年3月17日 优先权日2003年3月20日
发明者迈克尔·F·佩莱 申请人:迈克尔·F·佩莱