专利名称：一种高酸值油脂制备生物柴油的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及制备生物柴油的方法及装置，特别涉及ー种高酸值油脂制备生物柴油的方法及装置，属生物能源技术领域。
背景技术：
生物柴油是ー种良好的石化柴油替代品，与石化柴油相比，具有优良的环保性，较好的低温发动机启动性能和安全性能，良好的燃料性能及可再生等特点。生物柴油制备成本中75%是原料成本，价格高是生物柴油替代燃料商品化的主要障碍，寻求廉价原料成为 生物柴油替代柴油燃料能否实用化的关键。高酸值油脂污染大气和环境，经常被不法商贩经过简单的脱色、脱臭、脱酸处理后重新流入市场，由于含有大量病菌及致癌物质，对公众健康造成极大危害。然而，将这些高酸值油脂用于制备生物柴油，却是优质的资源。如果将高酸值油脂用于生产生物柴油，既可降低生产成本，又保护了环境。
发明内容
为降低生产成本、保护环境，本发明的目的在于提供ー种高酸值油脂制备生物柴油的方法和装置，本发明通过下列技术方案实现。ー种高酸值油脂制备生物柴油的方法，经过下列各步骤
(O酸解反应在高酸值油脂中加入高酸值油脂质量20 25%的酸性溶液，在70 80°C下搅拌加热60 120分钟，然后将混合液静置30 60小时，下层酸液用于回收甘油，上层为脂肪酸；
(2)膜分离酯化反应将步骤(I)得到的脂肪酸与甲醇、酸性催化剂按质量比为10010 15 I 5混合，并搅拌均匀，在60 64°C下进行膜分离酯化反应，通过膜渗透得到粗广品；
(3)产品分离和甲醇回收将步骤(2)所得的粗产品静置、分离，得到下层为催化剂，上层为甲醇和生物柴油，对上层进行甲醇回收后即得到生物柴油。所述步骤(I)中的高酸值油脂为地沟油、酸化油或油脂碱炼皂脚。所述步骤(I)中的酸性溶液的质量浓度为10 30%。所述步骤(2)中的酸性催化剂为硫酸、对甲苯磺酸或盐酸。所述步骤(3)中所得下层的催化剂返回步骤(2)作为酸性催化剂进行循环使用。所述步骤(3)中回收的甲醇返回步骤(2)进行循环使用。本发明的另一目的在于提供ー种高酸值油脂制备生物柴油的装置，包括酸解反应器I、油水分离器2、混合器3、加热器4、膜分离酯化反应器5、计量泵8、缓冲罐10、真空泵
11、甲醇回收塔12、粗产品分离器13，所述酸解反应器I底部出口与油水分离器2的进ロ相连通，油水分离器2的出口与混合器3的进ロ相连通，混合器3的出口与膜分离酯化反应器5的进ロ通过加热器4和计量泵8连接，膜分离酯化反应器5与缓冲罐10和真空泵11连接，加热器4的出口与粗产品分离器13的进ロ相连通，粗产品分离器13分别与混合器3和甲醇回收塔12连接。所述酸解反应器I内部设有搅拌器和加热装置。所述膜分离酯化反应器5包括亲水性分离膜6、反应器内腔7、反应器外腔9，其中亲水性分离膜6排放在反应器内腔7中，反应器内腔7外部设置反应器外腔9。所述高酸值油脂制备生物柴油的装置还包括换热器14，换热器14设置在混合器3与甲醇回收塔12之间。工作时，将高酸值油脂加入酸解反应器I中，同时加入酸性溶液，在搅拌下加热，然后将混合液转入油水分离器2中静置数小时，下层酸液并入至甘油回收系统，上层脂肪酸进入混合器3中，再将甲醇、酸性催化剂按比例加入混合器3中，搅拌均匀；然后启动真空泵11和加热器4，用计量泵8将利用加热器4加热好的混合原料打入膜分离酯化反应器的反应内腔7中，甲醇与脂肪酸在膜分离酯化反应器内腔7中发生酯化反应生成脂肪酸甲 离酯化反应器外腔9中，并从缓冲罐10中排出，从而打破酷化反应平衡，使得酯化反应快速向正方向进行；酸性催化剂、剰余甲醇和反应生成的生物柴油进入粗产品分离器13进行静置、分离，下层为催化剂，将其返回混合器3中循环利用；上层为甲醇和生物柴油，通过管道将其通入甲醇回收塔12中，在甲醇回收塔12中加热使得甲醇气化，甲醇蒸气通过管道经换热器14冷凝后进入混合器3中循环利用；最后从甲醇回收塔12底部排放ロ收集生物柴油
女ロ
)PR ο本发明的优点及积极效果
(I)本发明在制备生物柴油的过程中利用膜分离将生成的水及时地分离，使得反应快速向正方向进行，提高酯化反应的转化率。(2)本发明在制备生物柴油结束后，将催化剂和甲醇分离并使其重新參与酯化反应，循环利用，节约了生产成本。(3)本发明流程简单，设备投资成本低，生产清洁，具有环境友好性。
图I为本发明的装置结构示意 图中，I 一反应器；2 —油水分离器；3 —混合器；4 一加热器；5 —膜分离酯化反应器；6 ー亲水性分离膜；7 —反应器内腔；8 —计量泵；9 一反应器外腔；10 —缓冲罐；11 一真空泵；12 —甲醇回收塔；13 —粗产品分离器；14 ー换热器。
具体实施例方式下面以实例进ー步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。实施例I
如图1，高酸值油脂制备生物柴油的装置，包括酸解反应器I、油水分离器2、混合器3、加热器4、膜分离酯化反应器5、计量泵8、缓冲罐10、真空泵11、甲醇回收塔12、粗产品分离器13，所述酸解反应器I底部出口与油水分离器2的进ロ相连通，油水分离器2的出口与混合器3的进ロ相连通，混合器3的出口与膜分离酯化反应器5的进ロ通过加热器4和计量泵8连接，膜分离酯化反应器5与缓冲罐10和真空泵11连接，加热器4的出口与粗产品分离器13的进ロ相连通，粗产品分离器13分别与混合器3和甲醇回收塔12连接；其中酸解反应器I内部设有搅拌器和加热装置；膜分离酯化反应器5包括亲水性分离膜6、反应器内腔7、反应器外腔9，其中亲水性分离膜6排放在反应器内腔7中，反应器内腔7外部设置反应器外腔9 ;还包括换热器14，换热器14设置在混合器3与甲醇回收塔12之间。采用上述装置制备生物柴油
(1)酸解反应在地沟油中加入地沟油质量23%的硫酸溶液(质量浓度为10%)，在70°C下搅拌加热60分钟，然后将混合液静置60小时，下层酸液用于回收甘油，上层为脂肪酸；
(2)膜分离酯化反应将步骤(I)得到的脂肪酸与甲醇、对甲苯磺酸按质量比为10010 5混合(共115质量份)，并搅拌均匀，在60°C下进行膜分离酯化反应，通过膜渗透得到 粗广品；
(3)产品分离和甲醇回收将步骤(2)所得的粗产品静置、分离，得到下层为催化剂返回步骤(2)作为酸性催化剂进行循环使用，上层为甲醇和生物柴油，对上层进行甲醇回收后即得到生物柴油95. 5质量份，其中脂肪酸甲酷含量为97. 62%，回收的甲醇返回步骤(2)进行循环使用。实施例2
采用实施例I所述装置制备生物柴油
(1)酸解反应在酸化油中加入酸化油质量20%的盐酸溶液(质量浓度为20%)，在80°C下搅拌加热120分钟，然后将混合液静置40小时，下层酸液用于回收甘油，上层为脂肪酸；
(2)膜分离酯化反应将步骤(I)得到的脂肪酸与甲醇、硫酸按质量比为100 15
I混合(共116质量份)，并搅拌均匀，在64°C下进行膜分离酯化反应，通过膜渗透得到粗产品;
(3)产品分离和甲醇回收将步骤(2)所得的粗产品静置、分离，得到下层为催化剂返回步骤(2)作为酸性催化剂进行循环使用，上层为甲醇和生物柴油，对上层进行甲醇回收后即得到生物柴油96. 3质量份，其中脂肪酸甲酷含量为96. 87%，回收的甲醇返回步骤(2)进行循环使用。实施例3
采用实施例I所述装置制备生物柴油
(1)酸解反应在油脂碱炼皂脚中加入油脂碱炼皂脚质量25%的对甲苯磺酸溶液(质量浓度为25%)，在75°C下搅拌加热90分钟，然后将混合液静置30小时，下层酸液用于回收甘油，上层为脂肪酸；
(2)膜分离酯化反应将步骤(I)得到的脂肪酸与甲醇、硫酸按质量比为100 15
I混合(共116质量份)，并搅拌均匀，在60°C下进行膜分离酯化反应，通过膜渗透得到粗产品;
(3)产品分离和甲醇回收将步骤(2)所得的粗产品静置、分离，得到下层为催化剂返回步骤(2 )作为酸性催化剂进行循环使用，上层为甲醇和生物柴油，对上层进行甲醇回收后即得到生物柴油92. 5质量份，其中脂肪酸甲酷含量为97. 83%，回收的甲醇返回步骤(2)进行循环使用。实施例4
采用实施例I所述装置制备生物柴油(1)酸解反应在地沟油中加入地沟油质量25%的硫酸溶液(质量浓度为30%)，在70 80°C下搅拌加热60 120分钟，然后将混合液静置30 60小时，下层酸液用于回收甘油，上层为脂肪酸；
(2)膜分离酯化反应将步骤(I)得到的脂肪酸与甲醇、盐酸按质量比为100 12
2混合(共114质量份)，并搅拌均匀，在63°C下进行膜分离酯化反应，通过膜渗透得到粗产 品;
(3)产品分离和甲醇回收将步骤(2)所得的粗产品静置、分离，得到下层为催化剂返回步骤(2 )作为酸性催化剂进行循环使用，上层为甲醇和生物柴油，对上层进行甲醇回收后即得到生物柴油98. 6质量份，脂肪酸甲酷含量为99. 13%，回收的甲醇返回步骤(2)进行循环使用。
权利要求
1.一种高酸值油脂制备生物柴油的方法，其特征在于经过下列各步骤 (1)在高酸值油脂中加入高酸值油脂质量20 25%的酸性溶液，在70 80°C下搅拌加热60 120分钟，然后将混合液静置30 60小时，下层酸液用于回收甘油，上层为脂肪酸； (2)将步骤(I)得到的脂肪酸与甲醇、酸性催化剂按质量比为100 10 15 : I 5混合，并搅拌均匀，在60 64°C下进行膜分离酯化反应，通过膜渗透得到粗产品； (3)将步骤(2)所得的粗产品静置、分离，得到下层为催化剂，上层为甲醇和生物柴油，对上层进行甲醇回收后即得到生物柴油。
2.根据权利要求I所述的高酸值油脂制备生物柴油的方法，其特征在于所述步骤(I)中的高酸值油脂为地沟油、酸化油或油脂碱炼皂脚。
3.根据权利要求I所述的高酸值油脂制备生物柴油的方法，其特征在于所述步骤(I)中的酸性溶液的质量浓度为10 30%。
4.根据权利要求I所述的高酸值油脂制备生物柴油的方法，其特征在于所述步骤(2)中的酸性催化剂为硫酸、对甲苯磺酸或盐酸。
5.根据权利要求I所述的高酸值油脂制备生物柴油的方法，其特征在于所述步骤(3)中所得下层的催化剂返回步骤(2)作为酸性催化剂进行循环使用。
6.根据权利要求I所述的高酸值油脂制备生物柴油的方法，其特征在于所述步骤(3)中回收的甲醇返回步骤(2 )进行循环使用。
7.一种用于权利要求I 6所述的任意一种高酸值油脂制备生物柴油方法的装置，其特征在于包括酸解反应器(I)、油水分离器(2)、混合器(3)、加热器(4)、膜分离酯化反应器(5)、计量泵(8)、缓冲罐(10)、真空泵(11)、甲醇回收塔(12)、粗产品分离器(13)，所述酸解反应器(I)底部出口与油水分离器(2)的进口相连通，油水分离器(2)的出口与混合器(3)的进口相连通，混合器(3)的出口与膜分离酯化反应器(5)的进口通过加热器(4)和计量泵(8)连接，膜分离酯化反应器(5)与缓冲罐(10)和真空泵(11)连接，加热器(4)的出口与粗产品分离器(13)的进口相连通，粗产品分离器(13)分别与混合器(3)和甲醇回收塔(12)连接。
8.根据权利要求7所述的高酸值油脂制备生物柴油的装置，其特征在于所述酸解反应器(I)内部设有搅拌器和加热装置。
9.根据权利要求7所述的高酸值油脂制备生物柴油的装置，其特征在于所述膜分离酯化反应器(5)包括亲水性分离膜(6)、反应器内腔(7)、反应器外腔(9)，其中亲水性分离膜(6 )排放在反应器内腔(7 )中，反应器内腔(7 )外部设置反应器外腔(9 )。
10.根据权利要求7所述的高酸值油脂制备生物柴油的装置，其特征在于所述高酸值油脂制备生物柴油的装置还包括换热器(14)，换热器(14)设置在混合器(3)与甲醇回收塔(12)之间。
全文摘要
本发明涉及一种高酸值油脂制备生物柴油的方法及装置，通过将高酸值油脂与酸性溶液进行酸解反应，再加入甲醇、酸性催化剂进行膜分离酯化反应，然后对产品分离和甲醇回收即得到生物柴油。装置包括酸解反应器、油水分离器、混合器、加热器、膜分离酯化反应器、计量泵、缓冲罐、真空泵、甲醇回收塔和粗产品分离器。在制备生物柴油的过程中利用膜分离将生成的水及时地分离，使得反应快速向正方向进行，提高原料的转化率，反应结束后，将催化剂和甲醇分离并使其重新参与酯化反应，循环利用，节约了生产成本。本发明流程简单，设备投资成本低，生产过程清洁，具有环境友好性。
文档编号C11C3/04GK102676302SQ20121017953
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者叶节连, 吴桢芬, 潘奇林, 王 华, 苏有勇, 陈恒杰 申请人:昆明理工大学