专利名称：一种生物柴油的制备工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物柴油的制备工艺及其装置，特别是涉及生物柴油制备工艺酯化反应中甲醇汽相进制和回流工艺及其装置，以及甲酯汽相连续蒸馏工艺及其装置。
背景技术：
目前生物柴油主要是用化学法生产，即用动植物油脂与甲醇在酸碱催化剂和高温下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯，再经洗涤干燥等处理即得生物柴油。酸催化酯化反应其常规生产工艺为原料预处理，除去原料油中杂质和脱水，酯化反应、分离、蒸馏、醇回收以及提纯处理，其酯化反应，在搅拌式反应釜内加入甲醇和浓硫酸以及原料油，加热，进行酯化反应，多数采用分步法进行，即反应一个阶段，停止搅拌，沉淀分层，分去被水稀释的稀甲醇，再补充新的甲醇和硫酸，一般为三步进行。另一种生产工艺为碱催化酯化反应，常规生产工艺是利用中性油脂和甲醇在碱性催化剂和加热作用下，进行酯交换。上述二种工艺方法其存在的不足之处在于，第一，上述二种生产方式为独立的设备设计是多样的，一般酸催化酯化反应适用于酸化油，省质油，废油等；而碱性催化酯交换反应相对来说要求酸价很低，对油脂质量要求高，第二，常规工艺酯化反应为液相与液相之间的反应，油脂是液相，甲醇也是液相，在催化剂存在条件下，依靠分子运动和机械搅拌来促使油分子和甲醇分子的碰撞，分子运动的动力是有限的，反应速度取决于机械性能和密封等限制，且圆筒形反应釜内搅拌运动时分子旋转出现相对静止，大大降低了反应物分子之间的接触，反应速度慢，反应时间长，且耗能增加，原料消耗大；第三，常规工艺中用分步法除去生成物水，反应时间长；第四，蒸馏过程能耗大，原料消耗大。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种生物柴油的制备工艺及其装置，具有缩短反应时间，提高产量和质量，节能等特点，且可以在同一设备中实现二种生产方式，适应于各种酸价的油脂生产生物柴油。
实现上述目的而采取的技术方案，包括酯化反应，在搅拌式反应釜内加入甲醇和浓硫酸以及原料油，加热，进行酯化反应，所述的酯化反应中补充进入或回流进入反应釜内的甲醇经过甲醇蒸汽发生器加热升温为甲醇汽体后从反应釜底部经阀门后进入反应釜内。
包括原料预处理，除去原料油中杂质和脱水，酯化反应，分离，蒸馏，醇回收以及甘油处理。
1)酯化反应，首先在搅拌式反应釜内加入甲醇，甲醇与原料油质量比为(0.2-0.4)∶1，然后在搅拌下加入浓硫酸，浓硫酸与原料油质量比为(0.007-0.009)∶1，最后加入经预处理后的原料油，搅拌下加热升温，酯化反应开始，当油温升至100-110℃时反应釜内甲醇随带水蒸馏完成后，此时开始用甲醇蒸汽生生器中产生的甲醇汽体，温度为65-75℃，从反应釜底部经阀门补入或回流至反应釜内，循环回流，直至酯化反应结束；2、酯交换反应，向反应釜内加入甲醇钠溶液，加热升温，至75-80℃，用甲醇蒸汽发生器中产生的甲醇汽体，温度为65-75℃，从反应釜底部经阀门补入或回流至反应釜内，循环回流，直至酯交换反应结束；3、甲酯蒸馏，将水洗脱水后的粗甲酯经换热器后送入甲酯汽相发生器内加热升温，至130-180℃，再以甲酯汽相切线进入甲酯蒸馏釜内实现闪蒸。甲酯蒸馏釜甲酯蒸汽出口连接换热器，经换热器热交换后得到精甲酯，甲酯蒸馏完成。
与现有技术相比本发明具有以下优点，1、由于本发明采用了二种生产工艺的设计流程，因而可在同一设备工艺中完成二种生产工艺流程，适用于各种脂肪酸的劣质油脂，具有适用性强，工艺简单，操作方便的特点；2、由于本发明工艺设计中设计了带水蒸馏工艺，因而大大缩短了反应时间，提高了产量。
3、由于本发明设计了汽相补甲醇工艺，变液相与液相反应为液相与汽相反应，采用甲醇汽相从釜底鼓泡进入油相，而且同样在机械搅拌的辅助作用下，使油分子和甲醇分子充分接触安全，因而大大提高了反应速度，具有反应时间短的特点。
4、由于本发明甲酯蒸馏采用了甲酯汽相连续进釜蒸馏的设计，利用汽相甲酯来冷凝甲酯蒸汽，反过来用甲酯蒸汽加热冷粗甲酯，因而大大提高了蒸馏速度，具有蒸馏时间短，降低成品色泽，提高产品质量以及节能节水的特点。
下面结合附图和实施例对发明作进一步描述。
图1为本发明工艺流程原理框图；图2为甲醇汽相催化补甲醇循环生产工艺原理示意图；图3为甲醇蒸汽发生器设备原理示意图；图4为甲醇汽相蒸馏工艺原理示意图。
具体实施方案本发明其工艺原理，采用甲醇汽相从底部鼓泡方式进入油相，而且在机械搅拌的辅助作用下，使油分子和甲醇分子充分接触交合，大大加快了反应速度。
其工艺包括酯化反应，在搅拌式反应釜1内加入甲醇和浓硫酸以及原料油，加热，进行酯化反应，其工艺流程如图2所示，所述的酯化反应中补充进入或回流进入反应釜1内的甲醇经过甲醇蒸汽发生器2加热升温为甲醇汽体后从反应釜1底部经阀门7后进入反应釜1内。
其工艺流程装置如图2所示，包括搅拌式反应釜1，甲醇回收装置6，合格甲醇受器4以及甲醇泵5和甲醇流量计3，还包括甲醇蒸汽发生器2，甲醇蒸汽发生器2进口C经甲醇流量计3和甲醇泵5后连接合格甲醇受器4，甲醇蒸汽发生器2出口d经阀门7连接至反应釜1底部甲醇回流口。
所述的甲醇蒸汽发生器2包括园筒形壳体11以及安装在壳体11内的换热管10和壳体11两端的管板9，如图3所示，上下管板9连接浮头分别构成蒸汽室8和进料室12，壳体11上部侧面开孔a连接加热蒸汽进口，壳体11下部侧面开孔6连接蒸汽出口。
工作流程为，先将计量好的甲醇溶液打入反应釜1内，开启反应釜1搅拌器，反应釜1在搅拌条件下加入浓硫酸，然后再加入脱好水的原料油，加料完成，开启反应釜1上的加热阀门，反应釜1内油温升至105℃时反应釜1内甲醇随带水蒸馏基本上已蒸发完，并经甲醇回收装置6回收甲醇，此时，打开甲醇泵5，经甲醇流量计3甲醇进入甲醇进入甲醇蒸汽发生器2内，开启加热阀门，甲醇在甲醇蒸汽发生器2内加热至70℃，甲醇蒸汽经阀门7从反应釜1底部进入反应釜1内，直至反应完成。
从5000立升反应釜为例，补甲醇的时间为1小时，补甲醇的量为1000kg，反应完成，酸价降到1.9mg/g。
当原料油为酸价较低的毛油或精炼油时，其工艺流程如图1所示，经预处理，酯交换，分离，甘油处理和蒸馏后，完成生物柴油的制备。
当原料油为酸价较高的废油脂时，其工艺流程如图1所示，经酯化，酯交换，分离，甘油处理和蒸馏后，完成生物柴油的制备。
其工艺过程包括原料预处理，除去原料油中杂质和脱水，酯化反应，分离，蒸馏，醇回收以及甘油处理，如图1、2所示。
1)酯化反应，首先在搅拌式反应釜1内加入甲醇，甲醇与原料油质量比为(0.2-0.4)∶1，然后在搅拌下加入浓硫酸，浓硫酸与原料油质量比为(0.007-0.009)∶1，最后加入经预处理后的原料油，搅拌下加热升温，酯化应开始，当油温升至100-110℃时反应釜内甲醇随带水蒸馏完成后，此时开始用甲醇蒸汽发生器2中产生的甲醇汽体，温度为65-75℃，从反应釜1底部经阀门7补入或回流至反应釜1内，循环回流，直至酯化反应结束；2)酯交换反应，向反应釜1内加入甲醇钠溶液，加热升温，至75-80℃，用甲醇蒸汽发生器2中产生的甲醇汽体，温度为65-75℃，从反应釜1底部经阀门7补入或回流至反应釜1内，循环回流，直至酯交换反应结束；
3)甲酯蒸馏，将水洗脱水后的粗甲酯经换器15后送入甲酯汽相发生器13内加热升温，至130-180℃，再以甲酯汽相切线进入甲酯蒸馏釜14内加热，甲酯蒸馏釜14甲酯蒸汽出口连接换热器15，经换热器15热交换后得到精甲酯，甲酯蒸馏完成。
其装置还包括甲酯蒸馏釜14，如图4所示，甲酯蒸馏釜14顶端蒸汽出口k连接换热器15上部壳程进口e，换热器15下部壳程出口连接精甲酯出口f，换热器15管程下端为粗甲酯进口h，换热器15管程上端蒸汽出口j连接甲酯汽相发生器13进口p，甲酯汽相发生器13出口连接甲酯蒸馏釜14进料口m，所述的甲酯蒸馏釜14进料口m设置在蒸馏釜筒体上端侧面，且为筒体切线方向。
利用60℃冷粗甲酯来冷凝180℃的甲酯蒸汽，反过来用180℃的甲酯蒸汽加热60℃冷粗甲酯，节能节水。且粗甲酯汽相切线由釜大大加快了蒸馏速度。
不论酸价为多少的劣质油脂，经前处理(水洗)除去劣质油中杂质，脱水，酯化反应，先使油中游离脂肪酸变成脂肪酸甲酯。酯化反应具体为先将计量好的甲醇，甲醇量与油量的质量比为0.3∶1，反应釜中在搅拌下再加入硫酸，浓硫酸与油的质量比为0.008∶1，最后加入脱好水的省质油，在搅拌下升温60℃开始反应，当油温升到105℃原始甲醇随带水蒸馏基本上已都蒸发完，故此时开始用甲醇蒸汽发生器中产生的甲醇汽体(汽体温度在64.5-70℃)从反应釜底部鼓泡注入，量好控制用甲醇流量计以5000立升应反釜为例，甲醇流量控制在2501/h，时间为3小时左右，具体以测酸价为准，当酸价降到2.5以下，说明酯化结束。进入酯交换阶段，将事先配好的甲醇钠溶液加入反应釜内，甲醇钠中部分Na离子和原来加入H2S04和成生Na2SO4和少量水，在75-80℃下，甲醇循环回流2-3小时，最后测酸价到2.5以下，说明二个阶段的反应在一个反应釜内全部完成。分离、甘油处理，甲酯水洗，醇回收等，最后进入甲酯蒸馏，将水洗脱水后的粗甲酯，进入换热器，使甲酯温度升到120℃左右，再进入甲酯汽相发生器，使甲醇温度升至沸点，因混合甲酯初沸在5mm汞柱真空下130℃，终沸点180℃，以汽相切线进入甲酯蒸馏釜，其蒸馏速度远远超过常规的液相进釜的速度，由于甲酯在釜内停留的时间极短，因而产生泽优如食用色拉油。
权利要求
1.一种生物柴油的制备工艺，包括酯化反应，在搅拌式反应釜(1)内加入甲醇和浓硫酸以及原料油，加热，进行酯化反应，其特征在于，所述的酯化反应中补充进入或回流进入反应釜(1)内的甲醇经过甲醇蒸汽发生器(2)加热升温为甲醇汽体后从反应釜(1)底部经阀门(7)后进入反应釜(1)内。
2.一种生物柴油的制备工艺，包括原料预处理，除去原料油中杂质和脱水，酯化反应，分离，蒸馏，醇回收以及甘油处理，其特征在于1)酯化反应，首先在搅拌式反应釜(1)内加入甲醇，甲醇与原料由质量比为(0.2-0.4)∶1，然后在搅拌下加入浓硫酸，浓硫酸与原料油质量比为(0.007-0.009)∶1，最后加入经预处理后的原料油，搅拌下加热升温，酯化反应开始，当油温升至100-110℃时反应釜内甲醇随带水蒸馏完成后，此时开始用甲醇蒸汽发生器(2)中产生的甲醇汽体，温度为65-75℃，从反应釜(1)底部经阀门(7)补入或回流至反应釜(1)内，循环回流，直至酯化反应结束；2)酯交换反应，向反应釜(1)内加入甲醇钠溶液，加热升温，至75-80℃，用甲醇蒸汽发生器(2)中产生的甲醇汽体，温度为65-75℃，从反应釜(1)底部经阀门(7)补入或回流至反应釜(1)内，循环回流，直至酯交换反应结束；3)甲酯蒸馏，将水洗脱水后的粗甲酯经换热器(15)后送入甲酯汽相发生器(13)内加热升温，至130-180℃，再以甲酯汽相切线进入甲酯蒸馏釜(14)内加热，甲酯蒸馏釜甲酯蒸汽出口连接换热器(15)，经换热(15)热交换后得到精甲酯，甲酯蒸馏完成。降低混合甲酯的沸点，蒸馏釜在3mm汞柱残压下工作，甲酯蒸汽以闪蒸方式入釜。
3.根据权利要求1或2所述的一种生物柴油制备工艺的装置，包括搅拌式反应釜(1)、甲醇回收装置(6)，合格甲醇受器(4)以及甲醇泵(5)和甲醇流量计(3)，其特征在于，还包括甲醇蒸汽发生器(2)。甲醇蒸汽发生器(2)进口(c)经甲醇流量计(3)和甲醇泵(5)后连接合格甲醇受器(4)，甲醇蒸汽发生器(2)出口(d)经阀门(7)连接至反应釜(1)底部甲醇回流口。
4.根据权利要求1或2所述的一种生物柴油制备工艺的装置，其特征在于，所述的甲醇蒸汽发生器(2)包括园筒形壳体(11)以及安装在壳体(11)内的换热管(10)和壳体(11)两端的管板(9)，上下管板(9)连接浮头分别构成蒸汽室(8)和进料室(12)，壳体(11)上部侧面开孔(a)连接加热蒸汽进口，壳体(11)下部侧面开孔(6)连接蒸汽出口。
5.根据权利要求2所述的一种生物柴油制备工艺的装置，包括甲醇蒸馏釜(14)，其特征在于，甲酯蒸馏釜(14)顶端蒸汽出口(k)连接换热器(15)上部壳程进口(e)，换热器(15)下部壳程出口连接精甲酯出口(f)，换热器(15)管程下端为粗甲酯进口(h)，换热器(15)管程上端蒸汽出口(j)连接甲酯汽相发生器(13)进口(9)，甲酯汽相发生器(13)出口(n)连接甲酯蒸馏釜(14)进料口(m)。
6.根据权利要求5所述的一种生物柴油制备工艺的装置，其特征在于，所述的甲酯蒸馏釜(14)进料口(m)设置在蒸馏釜筒体上端侧面，且为筒体切线方向。
全文摘要
本发明涉及一种生物柴油的制备工艺及其装置，包括酯化反应，在搅拌式反应釜内加入甲醇和浓硫酸以及原料油，加热，进行酯化反应，所述的酯化反应中补充进入或回流进入反应釜内的甲醇经过甲醇蒸汽发生器加热升温为甲醇汽体后从反应釜底部进入反应釜内，从而解决了酯化反应中反应速度慢，反应时间长的问题，变液相与液相之间的反应为液相与汽相之间的反应。具有反应速度快，反应时间短的特点，且节省了原料消耗和热能消耗，不仅节能，而且工艺设备结构简单，操作方便。适合使用各种原料油制备生物柴油工艺。
文档编号C10G3/00GK101020838SQ20071006764
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月23日 优先权日2007年3月23日
发明者陆寿全 申请人:江西新时代油脂工业有限公司