本发明涉及生物燃料技术领域，尤其涉及一种生物柴油制备系统。
背景技术：
生物柴油也称生化柴油，它是由可再生的动、植物油脂与甲醇(或乙醇)经酯交换反应而得到的长链脂肪酸甲(乙)酯，是一种可以替代普通(石化)柴油的可再生的清洁燃料。生物柴油的主要原料是天然植物油、动物油甚至宾馆饭店废弃的地沟油都可以用来炼制生物柴油，其资源一般不会枯竭。生物柴油的主要优点是：生物可降解、属可再生资源、无毒、废气排放量小等，属环境友好型燃料。它基本不含硫和芳烃，十六烷值高达52.9，可被生物降解，对环境无害,可以达到美国“清洁空气法”所规定的健康影响检测要求，与使用石油柴油相比,可以降低90％的空气毒性，降低94％的致癌率,它的开口闪点高，储存、使用、运输都非常安全。
我国对生物柴油的开发和研究起步较晚，而随着世界范围的能源短缺以及人们对环境保护的日益重视，在我国开发和研究生物柴油这一绿色环保型燃料，具有重大的意义。
技术实现要素：
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种生物柴油制备系统，以提高所制备的生物柴油的收率和质量。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种生物柴油制备系统，包括油水分离器、甲醇储罐、超临界甲醇反应釜、去甲醇塔、第一精馏塔和第二精馏塔，所述超临界甲醇反应釜上设有第一进料口和第二进料口，所述油水分离器和甲醇储罐分别通过第一管路和第二管路与所述第一进料口和第二进料口连通，
所述超临界甲醇反应釜的出料口与所述去甲醇塔的进料口连通，所述去甲醇塔的塔釜与所述第一精馏塔连通，所述第一精馏塔的塔釜与所述第二精馏塔的进料口连通，
还包括催化剂加入装置，所述催化剂加入装置包括控制器、催化剂存储箱和电磁阀，所述催化剂存储箱内存储有离子液体催化剂和固体碱催化剂的混合物，
所述控制器用于控制第一管路和第二管路的流量比例，并根据所述第一管路的流量控制所述电磁阀的开度，以使得催化剂的加入量与油脂的加入量满足预设的比例。
进一步地，所述第一管路和第二管路上分别设有第一流量检测调节器和第二流量检测调节器，所述第一流量检测调节器和第二流量检测调节器与所述控制器连接通信。
进一步地，所述超临界甲醇反应釜包括釜体和设置在所述釜体底部的微波加热器。
进一步地，所述离子液体催化剂为al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]，其中，al-mcm-41作为载体，[2-mpyr-bs][hso4]为酸性离子液体，所述al-mcm-41与所述[2-mpyr-bs][hso4]的质量比为：1：（0.2~0.5）。
上述离子液体催化剂al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]的制备方法如下：
（1）将n-甲基咪唑与1，4-丁烷磺内酯加入到乙醇中，然后在50～80℃搅拌回流，反应液经过滤、洗涤、干燥得到固体产物；将所述固体产物和浓硫酸加入到去离子水中，并在60~80℃下反应3~12小时，反应液经乙酸乙酯洗涤后于80~90℃下干燥8~12小时，得到[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体。
（2）将十六烷基三甲基溴化铵ctab、硅酸钠和硫酸铝的水溶液加入到去离子水中，然后用硫酸溶液将上述体系的ph值调节值9~11；将调节好的上述溶液在100~140℃下静止晶化后，过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；将所述前驱体于空气气氛下焙烧，得到al-mcm-41载体。
（3）将上述[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体和al-mcm-41载体按一定质量比加入到无水乙醇中，然后在80℃下搅拌回流，并蒸发除去乙醇，剩下的产物于80~90℃下干燥，即得到al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂。
进一步地，所述固体碱催化由金属有机碱和环糊精载体组成，其中，所述金属有机碱为正丁醇钠，所述环糊精为β-环糊精。
上述固体碱催化剂的制备方法如下：
（1）将正丁醇钠和β-环糊精加入到无铅汽油中，在惰性气体气氛下，搅拌进行反应。
（2）上述反应产物经洗涤、干燥后即得上述固体碱催化剂。
进一步地，该系统还包括进料换热器，所述去甲醇塔分离出的甲醇经过所述进料换热器与所述油水分离器分离出的油相换热后送入所述甲醇储罐，以循环使用。
进一步地，所述第一精馏塔的塔顶采出和侧线采出汇合后与所述第二精馏塔的塔顶采出再次汇合得到制备的生物柴油。
进一步地，所述催化剂的加入量与油脂的加入量的预设比例为0.3~1:100。
进一步地，所述离子液体催化剂和固体碱催化剂的混合物中，离子液体催化剂与所述固体碱催化剂的重量比为3~5:1。
与现有技术相比，本发明的一种生物柴油制备系统，具有如下有益效果：
（1）本发明的制备系统中设有油水分离器，在对地沟油进行超临界处理之前进行了预处理，以分离出地沟油中的水，从而使得进入超临界处理步骤的油相中的水分含量大大减小，避免了后续过程中，水对催化剂催化活性的影响，保证了生物柴油的收率。
（2）本发明在超临界反应过程中，结合了离子液体催化剂和固体碱催化剂，使得地沟油油脂的转化率达到98.2%，大大提高了生物柴油的收率。
（3）本发明设有两级精馏塔，不仅保证了生物柴油的收率，还有利于提高所制备的生物柴油的品质。
（4）本发明充分利用的回收的甲醇中的热量，将其用于加热进入超临界甲醇反应釜的油相，有利于降低能耗。
（5）本发明的超临界甲醇反应釜利用微波加热，不仅能够达到快速加热的目的，还能够及时的将反应釜内的微波裂解产物进行酯化以得到生物柴油，缩短了反应时间，提高了效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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它附图。
图1是本发明提供的一种生物柴油制备系统的结构示意图。
具体实施方式
下面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的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。
本发明提供一种生物柴油制备系统，如图1所示，该系统包括油水分离器1、甲醇储罐2、超临界甲醇反应釜3、去甲醇塔4、第一精馏塔5和第二精馏塔6。所述超临界甲醇反应釜3上设有第一进料口31和第二进料口32，所述油水分离器1和甲醇储罐2分别通过第一管路7和第二管路8与所述第一进料口31和第二进料口32连通。
所述超临界甲醇反应釜3的出料口33与所述去甲醇塔4的进料口41连通，所述去甲醇塔4的塔釜与所述第一精馏塔5连通，所述第一精馏塔5的塔釜与所述第二精馏塔6的进料口61连通。
该系统还包括催化剂加入装置9，所述催化剂加入装置9包括控制器91、催化剂存储箱92和电磁阀93，所述催化剂存储箱92内存储有离子液体催化剂和固体碱催化剂的混合物。
所述离子液体催化剂为al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]，其中，al-mcm-41作为载体，[2-mpyr-bs][hso4]为酸性离子液体，所述al-mcm-41与所述[2-mpyr-bs][hso4]的质量比为：1：（0.2~0.5）。
所述固体碱催化由金属有机碱和环糊精载体组成，其中，所述金属有机碱为正丁醇钠，所述环糊精为β-环糊精。
所述控制器91用于控制第一管路7和第二管路8的流量比例，并根据所述第一管路7的流量控制所述电磁阀93的开度，以使得催化剂的加入量与油脂的加入量满足预设的比例。
在本发明实施例中，所述催化剂的加入量与油脂的加入量的预设比例为0.3~1:100。
在本发明实施例中，所述离子液体催化剂和固体碱催化剂的混合物中，离子液体催化剂与所述固体碱催化剂的重量比为3~5:1。
所述第一管路7和第二管路8上分别设有第一流量检测调节器71和第二流量检测调节器72，所述第一流量检测调节器71和第二流量检测调节器72与所述控制器91连接通信。
所述超临界甲醇反应釜3包括釜体34和设置在所述釜体底部的微波加热器35。
该系统还包括进料换热器10，所述去甲醇塔4分离出的甲醇经过所述进料换热器10与所述油水分离器1分离出的油相换热后送入所述甲醇储罐2，以循环使用。
在本发明实施例中，所述第一精馏塔5的塔顶采出和侧线采出汇合后与所述第二精馏塔6的塔顶采出再次汇合得到制备的生物柴油。
为了更加清楚的说明本发明的生物柴油制备系统，下面以该生物柴油制备系统制备生物柴油为实施例进行说明。
【实施例1】
制备al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂：
（1）将n-甲基咪唑与1，4-丁烷磺内酯加入到乙醇中，然后在50～80℃搅拌回流，反应液经过滤、洗涤、干燥得到固体产物；将所述固体产物和浓硫酸加入到去离子水中，并在60~80℃下反应3~12小时，反应液经乙酸乙酯洗涤后于80~90℃下干燥8~12小时，得到[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体；
（2）将十六烷基三甲基溴化铵ctab、硅酸钠和硫酸铝的水溶液加入到去离子水中，然后用硫酸溶液将上述体系的ph值调节值9~11；将调节好的上述溶液在100~140℃下静止晶化后，过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；将所述前驱体于空气气氛下焙烧，得到al-mcm-41载体；
（3）将上述[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体和al-mcm-41载体按0.2:1的质量比加入到无水乙醇中，然后在80℃下搅拌回流，并蒸发除去乙醇，剩下的产物于80~90℃下干燥，即得到al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂。
制备固体碱催化剂：
（1）将正丁醇钠和β-环糊精加入到无铅汽油中，在惰性气体气氛下，搅拌进行反应。
（2）上述反应产物经洗涤、干燥后即得上述固体碱催化剂。
将上述制备的好的al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂和固体碱催化剂按照重量比为3:1装入催化剂存储箱中。
制备生物柴油：
（1）将收集的地沟油送入油水分离器中进行预处理，以分离出油相和水相。
（2）控制器控制上述油相与甲醇按照10:1的比例进入超临界甲醇反应釜中；然后向该超临界甲醇反应釜中加入上述制备的al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂和固体碱催化剂，形成反应原液，并通过控制器根据油相的加入量控制电磁阀的开度以控制离子液体催化剂和固体碱催化剂的总重量与油相的重量比为0.3:100。
（3）利用微波加热器加热超临界反应釜中的上述反应原液至240℃，并控制反应压力为15mpa，反应15min后得到反应产物，将该反应产物经管路输送至去甲醇塔去除未反应的甲醇，其中除去的甲醇经过与油相的换热后进入甲醇储罐，以循环使用。
（4）去甲醇塔中去除甲醇后的液相输送至第一精馏塔中进行第一级精馏，从第一精馏塔的塔顶和侧线分别采出生物柴油产物并汇合。
第一精馏塔的塔釜液相通过管线送入第二精馏塔中进行第二级精馏，并从第二精馏塔的塔顶采出生物柴油，该生物柴油与从第一精馏塔采出的生物柴油汇合作为最终采出的生物柴油产物。
经检测，本实施例中地沟油油脂的转化率为95.1%。
【实施例2】
制备al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂：
（1）将n-甲基咪唑与1，4-丁烷磺内酯加入到乙醇中，然后在50～80℃搅拌回流，反应液经过滤、洗涤、干燥得到固体产物；将所述固体产物和浓硫酸加入到去离子水中，并在60~80℃下反应3~12小时，反应液经乙酸乙酯洗涤后于80~90℃下干燥8~12小时，得到[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体；
（2）将十六烷基三甲基溴化铵ctab、硅酸钠和硫酸铝的水溶液加入到去离子水中，然后用硫酸溶液将上述体系的ph值调节值9~11；将调节好的上述溶液在100~140℃下静止晶化后，过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；将所述前驱体于空气气氛下焙烧，得到al-mcm-41载体；
（3）将上述[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体和al-mcm-41载体按0.3:1的质量比加入到无水乙醇中，然后在80℃下搅拌回流，并蒸发除去乙醇，剩下的产物于80~90℃下干燥，即得到al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂。
制备固体碱催化剂：
（1）将正丁醇钠和β-环糊精加入到无铅汽油中，在惰性气体气氛下，搅拌进行反应。
（2）上述反应产物经洗涤、干燥后即得上述固体碱催化剂。
将上述制备的好的al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂和固体碱催化剂按照重量比为4:1装入催化剂存储箱中。
制备生物柴油：
（1）将收集的地沟油送入油水分离器中进行预处理，以分离出油相和水相。
（2）控制器控制上述油相与甲醇按照18:1的比例进入超临界甲醇反应釜中；然后向该超临界甲醇反应釜中加入上述制备的al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂和固体碱催化剂，形成反应原液，并通过控制器根据油相的加入量控制电磁阀的开度以控制离子液体催化剂和固体碱催化剂的总重量与油相的重量比为0.6:100。
（3）利用微波加热器加热超临界反应釜中的上述反应原液至280℃，并控制反应压力为18mpa，反应25min后得到反应产物，将该反应产物经管路输送至去甲醇塔去除未反应的甲醇，其中除去的甲醇经过与油相的换热后进入甲醇储罐，以循环使用。
（4）去甲醇塔中去除甲醇后的液相输送至第一精馏塔中进行第一级精馏，从第一精馏塔的塔顶和侧线分别采出生物柴油产物并汇合。
第一精馏塔的塔釜液相通过管线送入第二精馏塔中进行第二级精馏，并从第二精馏塔的塔顶采出生物柴油，该生物柴油与从第一精馏塔采出的生物柴油汇合作为最终采出的生物柴油产物。
经检测，本实施例中地沟油油脂的转化率为97.3%。
【实施例3】
制备al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂：
（1）将n-甲基咪唑与1，4-丁烷磺内酯加入到乙醇中，然后在50～80℃搅拌回流，反应液经过滤、洗涤、干燥得到固体产物；将所述固体产物和浓硫酸加入到去离子水中，并在60~80℃下反应3~12小时，反应液经乙酸乙酯洗涤后于80~90℃下干燥8~12小时，得到[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体；
（2）将十六烷基三甲基溴化铵ctab、硅酸钠和硫酸铝的水溶液加入到去离子水中，然后用硫酸溶液将上述体系的ph值调节值9~11；将调节好的上述溶液在100~140℃下静止晶化后，过滤、洗涤、干燥，得到前驱体；将所述前驱体于空气气氛下焙烧，得到al-mcm-41载体；
（3）将上述[2-mpyr-bs][hso4]酸性离子液体和al-mcm-41载体按0.5:1的质量比加入到无水乙醇中，然后在80℃下搅拌回流，并蒸发除去乙醇，剩下的产物于80~90℃下干燥，即得到al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂。
制备固体碱催化剂：
（1）将正丁醇钠和β-环糊精加入到无铅汽油中，在惰性气体气氛下，搅拌进行反应。
（2）上述反应产物经洗涤、干燥后即得上述固体碱催化剂。
将上述制备的好的al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂和固体碱催化剂按照重量比为5:1装入催化剂存储箱中。
制备生物柴油：
（1）将收集的地沟油送入油水分离器中进行预处理，以分离出油相和水相。
（2）控制器控制上述油相与甲醇按照25:1的比例进入超临界甲醇反应釜中；然后向该超临界甲醇反应釜中加入上述制备的al-mcm-41-[2-mpyr-bs][hso4]离子液体催化剂和固体碱催化剂，形成反应原液，并通过控制器根据油相的加入量控制电磁阀的开度以控制离子液体催化剂和固体碱催化剂的总重量与油相的重量比为1:100。
（3）利用微波加热器加热超临界反应釜中的上述反应原液至300℃，并控制反应压力为20mpa，反应30min后得到反应产物，将该反应产物经管路输送至去甲醇塔去除未反应的甲醇，其中除去的甲醇经过与油相的换热后进入甲醇储罐，以循环使用。
（4）去甲醇塔中去除甲醇后的液相输送至第一精馏塔中进行第一级精馏，从第一精馏塔的塔顶和侧线分别采出生物柴油产物并汇合。
第一精馏塔的塔釜液相通过管线送入第二精馏塔中进行第二级精馏，并从第二精馏塔的塔顶采出生物柴油，该生物柴油与从第一精馏塔采出的生物柴油汇合作为最终采出的生物柴油产物。
经检测，本实施例中地沟油油脂的转化率为98.2%。
与现有技术相比，本发明的一种生物柴油制备系统，具有如下有益效果：
（1）本发明的制备系统中设有油水分离器，在对地沟油进行超临界处理之前进行了预处理，以分离出地沟油中的水，从而使得进入超临界处理步骤的油相中的水分含量大大减小，避免了后续过程中，水对催化剂催化活性的影响，保证了生物柴油的收率。
（2）本发明在超临界反应过程中，结合了离子液体催化剂和固体碱催化剂，使得地沟油油脂的转化率达到98.2%，大大提高了生物柴油的收率。
（3）本发明设有两级精馏塔，不仅保证了生物柴油的收率，还有利于提高所制备的生物柴油的品质。
（4）本发明充分利用的回收的甲醇中的热量，将其用于加热进入超临界甲醇反应釜的油相，有利于降低能耗。
（5）本发明的超临界甲醇反应釜利用微波加热，不仅能够达到快速加热的目的，还能够及时的将反应釜内的微波裂解产物进行酯化以得到生物柴油，缩短了反应时间，提高了效率。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。