一种适用于餐厨油的生物柴油制取系统的制作方法

本发明涉及制油技术领域，具体涉及一种适用于餐厨油的生物柴油制取系统。

背景技术：

一般生活中的餐厨废弃油脂包括餐厨废油、潲水液和地沟油，这些废弃油回收后都会经过预处理除水除杂后用来制取生物柴油，但是目前利用废弃油脂制取生物柴油生产中，在酯化反应和酯交换反应阶段一般是采用传统的均向催化剂作为催化剂，即采用均向的酸碱催化剂进行催化反应，但是在酸碱法作为催化剂反应过程中，由于酯化反应和酯交换反应为可逆反应，必须加入过量的甲醇进行反应，对甲醇的需求量特别大，这样会对甲醇造成浪费；同时酸碱法中的酸一般采用浓硫酸，碱采用氢氧化钠，由于废弃油一般在预处理阶段并不能除掉油类中含有的各种金属离子，因此常规的酸碱法还具有以下缺陷，一是作为催化剂的浓硫酸所需的量很大，易腐蚀设备，而且副反应多，会跟油类中含有的金属离子反应，产生酸渣和硫酸盐废渣，导致后续在工艺水中不好去除，而且还会使制取的酯类含盐，电导率高，cod高，增大了处理难度；二是反应阶段会产生一些自由脂肪酸，但是均向催化剂对自由脂肪酸较为敏感，很易与脂肪酸发生皂化反应，使酯类不易分离；三是因为是均向反向，残存的催化剂难以去除，而且后续分离也比较困难，导致催化剂回收困难。因此如何能够提供一种催化剂分离简单、可回收重复利用且不会产生酸渣，同时能提高得油率的适用于餐厨油的生物柴油制取系统显得尤为重要。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种适用于餐厨油的生物柴油制取系统，不会产生酸渣，后续处理难度大大降低，而且催化剂可回收重复利用率高。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种适用于餐厨油的生物柴油制取系统，包括用于接收经过预处理系统除水除杂后的毛油罐、衔接设置在毛油罐出料口处的的酯化釜、衔接设置在酯化釜出料口处的酯交换反应釜以及衔接设置在酯交换反应釜出料口处用于制取生物柴油的精馏切割塔；所述酯化釜上具有甲醇和酸性离子液催化剂的添加口，所述酯化釜与酯交换反应釜之间还设有沉降罐组和第一分层罐以便于将酸性离子液催化剂与酯类分离；所述沉降罐组进料口与酯化釜的出料口相衔接，沉降罐组出料口与第一分层罐进料口相衔接；所述第一分层罐具有上下两个出料口，第一分层罐下部出料口连接有离子液回收罐，第一分层罐上部出料口处与酯交换反应釜进料口衔接，所述酯交换反应釜上具有甲醇和碱性离子液催化剂的加料口；所述酯交换反应釜与精馏切割塔之间还依次衔接有粗甲酯沉降罐、第二分层罐和除臭塔，所述酯交换反应釜出料口与粗甲酯沉降罐进料口连接，所述粗甲酯沉降罐出料口与第二分层罐进料口衔接设置，第二分层罐具有两出料口用于将粗甲酯中的甘油以及甲醇分离，第二分层罐底部出料口连接有甘油甲醇罐，第二分层罐上部出料口连接至除臭塔进料口，所述除臭塔用于去除粗甲酯中的轻组分以除臭，所述除臭塔出料口连接至精馏切割塔进料口以进行精馏切割制取生物柴油。

在本发明使用时，将待提炼的废弃油输入预处理系统中，在预处理系统的除杂除水作用下，去除废弃油中的含有的杂质颗粒和水分，使进入酯化釜中的油类不含有水分和杂质，然后废弃油经除水除杂后进入酯化釜中进行预酯化，在酯化釜中添加甲醇和酸性离子液催化剂，在本方案中，酸性离子液催化剂为咪唑盐，碱性离子液催化剂为季铵盐，均为高分子有机物，与常规的酸碱法中催化剂不同，该离子液催化剂不挥发，无污染，较高的电化学稳定性，存在强的静电场，最重要的是易于分层分离；然后酸性离子液催化剂作为催化剂促进酯化反应的速度，油类经过酯化反应后从酯化釜的出料口排出的酯类含有酸性离子液催化剂和甲醇，由于酸性离子液催化剂的密度大于酯类，且不与酯类相溶，然后在沉降罐组和第一分层罐的作用下，沉降罐组主要是起到缓冲静置的作用，利于后续第一分层罐的分层，然后进入第一分层罐后，酸性离子液催化剂和甲醇位于第一分层罐下层并从下部出料口进入离子液回收罐中，后续离子液回收罐中的离子液经过脱水和脱醇后便可以再次进入酯化釜中作为催化剂重复利用，而呈油相的酯类位于上层，然后酯类从第一分层罐上部出料口进入酯交换反应釜中，进行酯交换反应，在酯交换反应中加入碱性离子液催化剂和甲醇，在酯交换反应中，仅需加入少量碱性离子液催化剂便可充当催化剂的作用，碱性离子液催化剂促进酯交换反应进行，使酯类变为粗甲酯，从酯交换反应釜出料口进入沉降罐的为粗甲酯并夹带有甘油、甲醇和碱性离子液催化剂，且还含有少量的轻组分，然后在沉降罐、第二分层罐的作用下，由于碱性离子液、甘油和甲醇相溶，密度大于粗甲酯，因此第二分层罐将粗甲酯中的甘油和甲醇分离，而碱性离子液催化剂为极少量混合在甘油中，在第二分层罐中粗甲酯与甘油以及甲醇分离，分离后的粗甲酯中还会含有少量的轻组分，粗甲酯和轻组分进入除臭塔中进行除臭，以去除粗甲酯中夹带的轻组分，然后粗甲酯进入精馏切割塔中进行精馏切割制取生物柴油便可。

采用上述系统，本方案中对催化剂和相应分离工艺进行改良，采用酸性离子液和碱性离子液作为催化剂进行酯化和酯交换反应，由于酸性离子液催化剂和碱性离子液催化剂为大分子有机物，较高的电化学稳定性，存在强的静电场，不会与废弃油类中含有的金属离子反应，自然不会产生酸渣和硫酸盐废渣，提高了后续制取生物柴油的纯度和品质；同时由于离子液作为催化剂，自身特性利于甲醇、催化剂与酯类的分离，因此通过设置的沉降罐组和第一分层罐，该工艺可有效对酸性离子液催化剂进行回收利用，具有较强的可回收性，解决了传统酸碱法中催化剂不能回收的弊端，而且酸性离子液自身电化学稳定性高，在催化反应过程中，不会在酯化反应和酯交换阶段发生副反应，从而得到的粗甲酯纯度高；而且甲醇与离子液由于沸点不同，分离工艺简单，还可对甲醇进行回收重复利用，减少了酯化反应和酯交换反应甲醇的浪费。

作为优化，在酯化釜与沉降罐组之间还设置有冷凝罐，以通过冷凝罐对气相的酯类进行冷凝后进入沉降罐组，所述冷凝罐进料口与酯化釜出料口连接，所述冷凝罐出料口与沉降罐组进料口相衔接。

这样，从酯化釜出来的酯类以及甲醇和离子液为气相，通过在冷凝罐的作用下将酯类由气态变为液态，利于后续的酯类的分离。

作为优化，所述沉降罐组中的沉降罐设为三个，包括依次连接的第一沉降罐、第二沉降罐和第三沉降罐；第一沉降罐底部进料口与冷凝罐出料口连接，第一沉降罐顶部出料口与第二沉降罐底部进料口连通，第二沉降罐顶部出料口与第三沉降罐底部进料口相连通，第三沉降罐顶部出料口与第一分层罐进料口相连通。

这样，进入沉降罐组内的酯类含有酸性离子液催化剂和甲醇，通过设置沉降罐组，由于刚经过冷凝罐的酯类不一定冷凝完成，沉降罐组对未冷凝完成的酯类起到一个缓冲冷凝的作用，而且三个沉降罐之间采用从底部进顶部溢流的方式排出，缓冲静置的效果更好，而且沉降罐的作用降低其酯类经过第一分层罐的流速，更利于后续第一分层罐的分层效果；而且通过设置沉降罐组，沉降罐可以对经过酯化反应后的酯类进行缓存，便于控制后续酯交换反应的进度控制，可通过控制沉降罐的出料速度来满足其酯交换反应的需求量，来保证其酯交换反应的正常进行。

作为优化，所述离子液回收罐出料口处还依次衔接有脱醇罐和脱水罐，所述脱醇罐进料口与离子液回收罐出料口衔接，所述脱醇罐用于去除酸性离子液催化剂中的甲醇，所述脱醇罐顶部出料口连接至酯化釜以重复利用甲醇，所述脱醇罐底部出料口与脱水罐进料口衔接，所述脱水罐用于去除酸性离子液催化剂中的水，所述脱水罐底部出料口连接至酯化釜中以重复利用酸性离子液催化剂。

这样，酯化反应过程中会产生水，因此经过第一分层罐分离后的酸性离子液催化剂中还含有部分甲醇和水，因此通过脱醇罐的脱醇作用下，分离出酸性离子液催化剂中的甲醇，再通过脱水罐的脱醇作用下，分离出酸性离子液催化剂中的水，然后酸性离子液催化剂重新再一次进入酯化釜中再次作为催化剂重复利用，提高了酸性离子液催化剂的利用率，避免了催化剂的浪费，节约了成本。

作为优化，所述甘油甲醇罐出料口连接有第一真空脱醇塔以将甘油中的甲醇分离，所述第一真空脱醇塔上部出料口连接至酯化釜中以重复利用甲醇，所述第一真空脱醇塔底部出料口连接至甘油储存罐。

这样，通过第二分层罐分离出的甘油由于溶于甲醇，因此分离出的甘油进入甘油甲醇罐中后，在第一真空脱醇塔的作用下，利用沸点不同，将甘油与甲醇分离，从而分离出的甲醇可以再次引至酯化釜中进行回收利用，这样可以减少酯化釜中甲醇的投入量，同时分离出的甘油进入甘油储存罐中储存。

作为优化，所述第二分层罐和除臭塔之间还设置有第二真空脱醇塔，以去除粗甲酯中夹带的甲醇；所述第二真空脱醇塔的上部出料口也连接至酯化釜以将甲醇引至酯化釜重复利用。

这样，经过第二分层罐的分层作用后，粗甲酯中还会含有少量的甲醇，因此粗甲酯经过第二真空脱醇塔可以有效去除粗甲酯中的夹带的部分甲醇，提高粗甲酯的纯度，同时第二真空脱醇塔将甲醇引至酯化釜中进行重复利用，可减少甲醇的投入量，回收利用率更高。

作为优化，所述精馏切割塔包括依次衔接设置一级精馏切割塔、二级精馏切割塔和三级精馏切割塔，所述一级精馏切割塔的进料口连接至脱臭塔出料口，一级精馏切割塔的顶部出料口连接至轻质生物柴油罐，底部出料口与二级精馏切割塔的进料口衔接；所述二级精馏切割塔和三级精馏切割塔顶部出料口均连接至生物柴油罐，二级精馏切割塔底部出料口与三级精馏切割塔进料口衔接，所述三级精馏切割塔底部出料口连接至重质生物柴油罐。

这样，通过将精馏切割塔分别串联设置，设置为依次连接的一级精馏切割塔、二级精馏切割塔和三级精馏切割，避免了传统的单独一个精馏切割塔需要参数间断调整设置，本方案中可以保证粗甲酯的精馏过程的不间断进行，不需要更换参数，每个精馏塔完成相对应组分的精馏切割，可流水化不间断精馏，提高了粗甲酯制取生物柴油的制取效率。

综上所述，本发明的有益效果在于：本方案中对酯化反应和酯交换中的催化剂进行改良，相应改变后续的工艺来提高酸性离子液和甲醇的回收利用率；通过采用酸性离子液和碱性离子液作为催化剂进行酯化和酯交换反应，由于酸性离子液催化剂和碱性离子液催化剂为大分子有机物溶液，较高的电化学稳定性，存在强的静电场，不会与废弃油类中含有的金属离子反应，自然不会产生酸渣和硫酸盐废渣，提高了后续制取生物柴油的纯度和品质；同时由于离子液作为催化剂，自身特性利于甲醇、催化剂与酯类的分离，因此通过设置的沉降罐组和第一分层罐，该工艺可有效对酸性离子液催化剂进行回收利用，具有较强的可回收性，解决了传统酸碱法不能回收的弊端，而且酸性离子液自身电化学稳定性高，在催化反应过程中，不会在酯化反应和酯交换阶段发生副反应，从而得到的粗甲酯纯度高；而且甲醇与离子液由于沸点不同，分离工艺简单，还可对甲醇进行回收重复利用，减少了酯化反应和酯交换反应甲醇的浪费。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是本发明的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

说明书附图中的附图标记包括：毛油罐1、酯化釜2、沉降罐组3、第一分层罐4、缓冲罐5、酯交换反应釜6、离子液回收罐7、粗甲酯沉降罐8、第二分层罐9、第一真空脱醇塔10、甘油储存罐11、第二真空脱醇塔12、除臭塔13、精馏切割塔14、脱醇罐15、脱水罐16、甘油甲醇罐17。

本具体实施方式中的一种适用于餐厨油的生物柴油制取系统，如图1所示，包括用于接收经过预处理系统除水除杂后的毛油罐1、衔接设置在毛油罐1出料口处的的酯化釜2、衔接设置在酯化釜2出料口处的酯交换反应釜6以及衔接设置在酯交换反应釜6出料口处用于制取生物柴油的精馏切割塔14；所述酯化釜2上具有甲醇和酸性离子液催化剂的添加口，所述酯化釜2与酯交换反应釜6之间还设有沉降罐组3和第一分层罐4以便于将酸性离子液催化剂与酯类分离；所述沉降罐组3进料口与酯化釜2的出料口相衔接，沉降罐组3出料口与第一分层罐4进料口相衔接；所述第一分层罐4具有上下两个出料口，第一分层罐4下部出料口连接有离子液回收罐7，第一分层罐4上部出料口处与酯交换反应釜6进料口衔接，所述酯交换反应釜6上具有甲醇和碱性离子液催化剂的加料口；所述酯交换反应釜6与精馏切割塔14之间还依次衔接有粗甲酯沉降罐8、第二分层罐9和除臭塔13，所述酯交换反应釜6出料口与粗甲酯沉降罐8进料口连接，所述粗甲酯沉降罐8出料口与第二分层罐9进料口衔接设置，第二分层罐9具有两出料口用于将粗甲酯中的甘油以及甲醇分离，第二分层罐9底部出料口连接有甘油甲醇罐17，第二分层罐9上部出料口连接至除臭塔13进料口，所述除臭塔13用于去除粗甲酯中的轻组分以除臭，所述除臭塔13出料口连接至精馏切割塔14进料口以进行精馏切割制取生物柴油。

在本发明使用时，将待提炼的废弃油输入预处理系统中，在预处理系统的除杂除水作用下，去除废弃油中的含有的杂质颗粒和水分，使进入酯化釜2中的油类不含有水分和杂质，然后废弃油经除水除杂后进入酯化釜2中进行预酯化，在酯化釜2中添加甲醇和酸性离子液催化剂，在本方案中，酸性离子液催化剂为咪唑盐，碱性离子液催化剂为季铵盐，均为高分子有机物，与常规的酸碱法中催化剂不同，该离子液催化剂不挥发，无污染，较高的电化学稳定性，存在强的静电场，最重要的是易于分层分离；然后酸性离子液催化剂作为催化剂促进酯化反应的速度，油类经过酯化反应后从酯化釜2的出料口排出的酯类含有酸性离子液催化剂和甲醇，由于酸性离子液催化剂的密度大于酯类，且不与酯类相溶，然后在沉降罐组3和第一分层罐4的作用下，沉降罐组3主要是起到缓冲静置的作用，利于后续第一分层罐4的分层，然后进入第一分层罐4后，酸性离子液催化剂和甲醇位于第一分层罐4下层并从下部出料口进入离子液回收罐7中，后续离子液回收罐7中的酸性离子液经过脱水和脱醇后便可以再次进入酯化釜2中作为催化剂重复利用，而呈油相的酯类位于第一分层罐4上层，然后酯类从第一分层罐4上部出料口进入酯交换反应釜6中，进行酯交换反应，在酯交换反应中加入碱性离子液催化剂和甲醇，在酯交换反应中，仅需加入少量的碱性离子液催化剂便可充当催化剂的作用，碱性离子液催化剂促进酯交换反应进行，使酯类变为粗甲酯，从酯交换反应釜6出料口进入沉降罐的为粗甲酯并夹带有甘油、甲醇和碱性离子液催化剂，且还含有少量的轻组分，然后在沉降罐、第二分层罐9的作用下，由于碱性离子液、甘油和甲醇相溶，密度大于粗甲酯，因此第二分层罐9将粗甲酯中的甘油和甲醇分离，而碱性离子液催化剂为极少量混合在甘油中，在第二分层罐9中粗甲酯与甘油以及甲醇分离，分离后的粗甲酯中还会含有少量的轻组分，粗甲酯和轻组分进入除臭塔13中进行除臭，以去除粗甲酯中夹带的轻组分，然后粗甲酯进入精馏切割塔14中进行精馏切割制取生物柴油便可。

采用上述系统，本方案中对催化剂进行改良，采用酸性离子液和碱性离子液作为催化剂进行酯化和酯交换反应，由于酸性离子液催化剂和碱性离子液催化剂为大分子有机物，较高的电化学稳定性，存在强的静电场，不会与废弃油类中含有的金属离子反应，自然不会产生酸渣和硫酸盐废渣，提高了后续制取生物柴油的纯度和品质；同时由于采用离子液作为催化剂，自身特性利于分离，因此通过设置的沉降罐组3和第一分层罐4，该工艺可有效对酸性离子液催化剂进行回收利用，具有较强的可回收性，解决了传统酸碱法不能回收的弊端，而且酸性离子液自身电化学稳定性高，在催化反应过程中，不会在酯化反应和酯交换阶段发生副反应，从而得到的粗甲酯纯度高；而且甲醇与离子液由于沸点不同，分离工艺简单，还可对甲醇进行回收重复利用，减少了酯化反应和酯交换反应甲醇的浪费。

在具体实施方式中，在酯化釜2与沉降罐组3之间还设置有冷凝罐，以通过冷凝罐对气相的酯类进行冷凝后进入沉降罐组3，所述冷凝罐进料口与酯化釜2出料口连接，所述冷凝罐出料口与沉降罐组3进料口相衔接。

这样，从酯化釜2出来的酯类以及甲醇和离子液为气相，通过在冷凝罐的作用下将酯类由气态变为液态，利于后续的酯类的分离。

在具体实施方式中，所述沉降罐组3中的沉降罐设为三个，包括依次连接的第一沉降罐、第二沉降罐和第三沉降罐；第一沉降罐底部进料口与冷凝罐出料口连接，第一沉降罐顶部出料口与第二沉降罐底部进料口连通，第二沉降罐顶部出料口与第三沉降罐底部进料口相连通，第三沉降罐顶部出料口与第一分层罐4进料口相连通。

这样，进入沉降罐组3内的酯类含有酸性离子液催化剂和甲醇，通过设置沉降罐组3，由于刚经过冷凝罐的酯类不一定冷凝完成，沉降罐组3对未冷凝完成的酯类起到一个缓冲冷凝的作用，而且三个沉降罐之间采用从底部进顶部溢流的方式排出，缓冲静置的效果更好，而且沉降罐的作用降低其酯类经过第一分层罐4的流速，更利于后续第一分层罐4的分层效果；而且通过设置沉降罐组3，沉降罐可以对经过酯化反应后的酯类进行缓存，便于控制后续酯交换反应的进度控制，可通过控制沉降罐的出料速度来满足其酯交换反应的需求量，来保证其酯交换反应的正常进行。

在具体实施方式中，所述离子液回收罐7出料口处还依次衔接有脱醇罐15和脱水罐16，所述脱醇罐15进料口与离子液回收罐7出料口衔接，所述脱醇罐15用于去除酸性离子液催化剂中的甲醇，所述脱醇罐15顶部出料口连接至酯化釜以重复利用甲醇，所述脱醇罐15底部出料口与脱水罐16进料口衔接，所述脱水罐16用于去除酸性离子液催化剂中的水，所述脱水罐底部出料口连接至酯化釜中以重复利用酸性离子液催化剂。

这样，酯化反应过程中会产生水，因此经过第一分层罐4分离后的酸性离子液催化剂中还含有部分甲醇和水，因此通过脱醇罐的脱醇作用下，分离出酸性离子液催化剂中的甲醇，再通过脱水罐16的脱水作用下，分离出酸性离子液催化剂中的水，然后酸性离子液催化剂重新再一次进入酯化釜2中再次作为催化剂重复利用，提高了酸性离子液催化剂的利用率，避免了催化剂的浪费，节约了成本。

在具体实施方式中，所述甘油甲醇罐17出料口连接有第一真空脱醇塔10以将甘油中的甲醇分离，所述第一真空脱醇塔10上部出料口连接至酯化釜2中以重复利用甲醇，所述第一真空脱醇塔10底部出料口连接至甘油储存罐11。

这样，通过第二分层罐9分离出的甘油由于溶于甲醇，因此分离出的甘油进入甘油甲醇罐17中后，在第一真空脱醇塔10的作用下，利用沸点不同，将甘油与甲醇分离，从而分离出的甲醇可以再次引至酯化釜2中进行回收利用，这样可以减少酯化釜2中甲醇的投入量，同时分离出的甘油进入甘油储存罐11中储存。

在具体实施方式中，所述第二分层罐9和除臭塔之间还设置有第二真空脱醇塔12，以去除粗甲酯中夹带的甲醇；所述第二真空脱醇塔12的上部出料口也连接至酯化釜2以将甲醇引至酯化釜2重复利用。

这样，经过第二分层罐9的分层作用后，粗甲酯中还会含有少量的甲醇，因此粗甲酯经过第二真空脱醇塔12可以有效去除粗甲酯中的夹带的部分甲醇，提高粗甲酯的纯度，同时第二真空脱醇塔12将甲醇引至酯化釜2中进行重复利用，可减少甲醇的投入量，回收利用率更高。

在具体实施方式中，所述精馏切割塔14包括依次衔接设置一级精馏切割塔、二级精馏切割塔和三级精馏切割塔，所述一级精馏切割塔的进料口连接至脱臭塔出料口，一级精馏切割塔的顶部出料口连接至轻质生物柴油罐，底部出料口与二级精馏切割塔的进料口衔接；所述二级精馏切割塔和三级精馏切割塔顶部出料口均连接至生物柴油罐，二级精馏切割塔底部出料口与三级精馏切割塔进料口衔接，所述三级精馏切割塔底部出料口连接至重质生物柴油罐。

这样，通过将精馏切割塔14分别串联设置，设置为依次连接的一级精馏切割塔、二级精馏切割塔和三级精馏切割，避免了传统的单独一个精馏切割塔需要参数间断调整设置，本方案中可以保证粗甲酯的精馏过程的不间断进行，不需要更换参数，每个精馏塔完成相对应组分的精馏切割，可流水化不间断精馏，提高了粗甲酯制取生物柴油的制取效率。

在具体实施过程中，在第一分层罐与酯交换反应釜之间还设有缓冲罐5，所述缓冲罐的进料口与第一分层罐的上部出料口相衔接，缓冲出料口与酯交换反应釜进料口相接。

这样，通过设置缓冲罐5可以对刚分层完成的酯类进行暂存，以控制进入酯交换反应的酯类量，可保证酯交换反应的需求量随时供应，以确保生产线正常运行。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。