一种非均相催化酯化制备生物柴油的装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物柴油的制备，特别是涉及一种利用棕榈酸性油(Palm AcidOil)非均相催化酯化制备生物柴油的装置与工艺。
技术背景
[0002]生物柴油亦称脂肪酸甲酯，它是废弃动植物油脂、微生物油脂等作为原料，与甲醇(或乙醇)等低碳醇经酯化、酯交换反应获得。生物柴油以其独特的可再生性和绿色性，成为一种优质的石油柴油替代品，被认为是解决全球能源危机，舒缓环境压力，控制大气污染最理想的途径之一。
[0003]目前，我国工业化生产生物柴油较为成熟的工艺主要有“酸一步法”和“酸一碱两步法”两种方法。“酸一步法”工艺一般适用于酸值较高的酸化油原料，一般在北方的生物柴油生产企业较为常见，但该方法对设备的要求较高，反应时间较长。“酸一碱两步法”工艺一般适用于酸值在100mgK0H/g以下的地沟油或煎炸老油等油脂，但传统的“酸一碱两步法”工艺存在生产过程冗长、生产成本高及对酯交换反应条件要求高等缺点。
[0004]地沟油、潲水油、植物油厂的含油脂下脚料以及棕榈酸性油(Palm Acid Oil)是常见的废弃食用油，其特点是酸值在60mgK0H/g — 120mgK0H/g的范围。这样的原料不适合酸一步法，也不适合用传统的“酸一碱两步法”。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题，在于提供一种利用棕榈酸性油(Palm Acid Oil)非均相催化酯化制备生物柴油的装置与工艺，能解决原有工艺能耗高、甲醇损耗大、反应压力高、设备投资高、操作不方便的问题。
[0006]本发明将过预热的油脂缓慢均匀加入甲醇中，由于比重不同油脂穿过甲醇层沉入反应器底部，底部的油脂通过循环泵和液体分布器再缓慢加入甲醇中，这样油脂在穿过甲醇层的时候快速反应；反应过程中反应器内从上到下甲醇含量逐渐降低、油脂含量逐渐升高，反应体系处于非均相状态。反应完成后，静止分离，分出甲醇后得到的粗品生物柴油，经过转酯化反应、真空蒸馏最后获得成品生物柴油，真空蒸馏的残渣为植物沥青。本发明在反应完成后并不是像常规做法把过量的甲醇蒸发出来，而是采用静止分离的方法分离出过量的甲醇。
[0007]本发明目的通过如下技术方案实现:
[0008]一种非均相催化酯化制备生物柴油的装置，包括反应器、循环泵、加热器、分布器、转酯化反应器、闪蒸脱醇机组和减压蒸馏塔；
[0009]所述反应器至少一个，如有多个反应器，多个反应器串联连接；反应器的顶部设有进料口和放空口，反应器的底部设有出料口，反应器空腔的上端设有分布器，分布器通过管道与循环泵连接，循环泵分别与油脂进料口和出料口连接，连接分布器与循环泵的管道上设有加热器；油脂进料口通过管道与原料油罐连通；
[0010]所述循环泵还通过管道与转酯化反应器连通，转酯化反应器上端设有甲醇进料口和气相甲醇出口，转酯化反应器下端设有物料出口，物料出口通过管道分别与甘油阀门和闪蒸脱醇机组连接，闪蒸脱醇机组与减压蒸馏塔连接，减压蒸馏塔分别设有沥青排放口和成品油排放口。
[0011 ] 为进一步实现本发明目的，优选地，所述的分布器为液体分布器。
[0012]所述的循环泵为磁力泵、离心泵或齿轮泵。
[0013]所述的加热器采用列管式、套管式、螺旋板式加热器。
[0014]所述的放空口与放空冷凝器连接；放空口与放空冷凝器连接的管路上设有阀门。
[0015]物料出口闪蒸脱醇机组连接的管道上设有阀门。
[0016]一种利用上述装置的非均相催化酯化制备生物柴油的方法，包括如下步骤:
[0017]步骤1:混合了催化剂的甲醇通过进料口加入反应器的空腔中，甲醇量是油脂的重量的30% — 100% ;原料罐内的油脂通过循环泵的泵送，经过加热器预热到65°C - 70°C，油脂通过液体分布器均匀的加入到反应器的空腔的甲醇中；甲醇中预先混入甲醇质量0.5 - 2%的催化剂；加料前打开放空冷凝器的循环水阀门，防止甲醇气体挥发；所述催化剂为浓硫酸、磷酸、氯化铝、氯化铁、三氟化硼、四氟化锡或盐酸；
[0018]步骤2:启动循环泵抽取反应器底部的油脂，通过调节加热器控制反应器内温度为63°C ±2°C;油脂通过位于甲醇层上部的液体分布器缓慢均匀的加入反应器中，使油脂缓慢的穿过甲醇层，油脂穿过甲醇层的时候快速反应；循环反应1.5小时-2.5小时后停止循环泵，静止沉降；
[0019]步骤3:检测反应器中物料的酸值，当达到2mgKOH/g以下时，静止沉降超过I小时，通过酸渣排出阀排出底部酸渣，抽取反应器底部油脂进转酯化反应器；如果酸值高于2mgKOH/g，则重复步骤I和步骤2直到酸值低于2mgKOH/g ；
[0020]步骤4:在转酯化反应器内通过甲醇进料阀从甲醇进料口加入油脂重量25%±10%的甲醇，甲醇内含有加入的油脂重0.2% ±1%的碱性催化剂，在60 -80°c下反应30分钟一60分钟，打开气相甲醇出口，转酯化反应器升温到100°C - 104°C，脱出过量甲醇；所述碱性催化剂为甲醇钠、氢氧化钾、氢氧化钠或固体碱；
[0021]步骤5:脱完甲醇后，停止转酯化反应器的搅拌，油脂自然沉降1- 3小时，打开甘油阀门，从转酯化反应器底部的物料出口排出反应产生的甘油；
[0022]步骤6:分离甘油后的油脂通过闪蒸脱醇机组脱除剩余的甲醇；
[0023]步骤7:脱醇后的油脂进入减压蒸馏塔提纯出成品生物柴油，从成品油排放口收集，真空蒸馏的残渣为植物沥青，从沥青排放口排出。
[0024]优选地，步骤I所述油脂为地沟油、潲水油、棕榈酸化油和植物油厂的含油脂下脚料中的一种或多种。
[0025]催化剂中比较典型为硫酸、磷酸、氯化铝、氯化铁、三氟化硼、四氟化锡和盐酸的一种或者几种。其中，氯化铝、氯化铁、三氟化硼、四氟化锡的催化效果在低温时相对较差，但也可以实现发明目的。
[0026]本发明利用油脂非均相催化酯化制备生物柴油，其方法是将过预热的油脂缓慢均匀加入甲醇中，由于比重不同油脂穿过甲醇层沉入反应器底部，底部的油脂通过循环泵和液体分布器再缓慢加入甲醇中，这样油脂在穿过甲醇层的时候快速反应；反应过程中反应器内从上到下甲醇含量逐渐降低、油脂含量逐渐升高，反应体系处于非均相状态。反应完成后，静止分离，分出甲醇后得到的粗品生物柴油，经过转酯化反应、真空蒸馏最后获得成品生物柴油，真空蒸馏的残渣为植物沥青。
[0027]相对于现有技术，本发明有如下优点:
[0028]I)节省了能耗、降到了反应压力:本发明酯化反应是在低温常压下反应，反应温度低能耗低。同时本发明反应完成后并不是像常规做法把过量的甲醇蒸发出来，而是采用静止分离的方法分离出过量的甲醇。这样就大大节省了蒸发甲醇的能耗，所以本发明仅此一项可节省约0.3吨的蒸汽单耗(指生产一吨生物柴油可以减少0.3吨蒸汽消耗)。
[0029]2)非均相反应:本发明油脂预热后经过分布器缓慢均匀加入反应器的甲醇中，由于比重不同，油脂穿过甲醇层沉入反应器底部，底部的油脂通过循环泵再缓慢加入甲醇中，这样油脂在穿过甲醇层的时候快速反应；反应过程中反应器内从上到下甲醇含量逐渐降低、油脂含量逐渐升高，反应体系处于非均相状态；该方法能够解决现有工艺耗时长、原料损耗大、生产成本高，设备投资大等问题。
[0030]3)设备造价低、投资少:本发明酯化反在低温常压下反应，反应器为常压反应器，造价便宜。同时甲醇反复使用只需要很少的一部分不合格的甲醇去精馏提纯，节省了甲醇回收的投资。
[0031]4)操作简便，工人劳动强度低:因为反应器无压操作，所以可以制作成大型反应器。原有工艺一般使用反应釜反应，反应釜由于制作和搅拌原因不能制作很大，所以只能多台反应釜连用。由于操作设备多并且带压反应，所以需要工人多，工人劳动强度大。
[0032]5)甲醇消耗低:因为反应温度低甲醇没有气化，甲醇损耗少。常规工艺一般甲醇单耗15%本工艺可以降低到13%以下。
[0033]6)本发明为改进的“酸一碱两步法”工艺，在酯化反应时，采取本发明的设备和工艺条件提高了反应效率、降低了反应成本。
【附图说明】
[0034]图1为非均相催化酯化制备生物柴油的装置的结构示意图。
[0035]图2为图1中的反应器的结构示意图。
[0036]图3为图2中液体分布器的结构示意图。
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