生物柴油的制备装置及利用其制备生物柴油的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及油脂化工技术领域，特别是涉及一种生物柴油的制备装置及利用其制 备生物柴油的方法。
【背景技术】
[0002] 随着世界石油资源的不断枯竭，环保问题越发严峻，生物柴油作为一种可再生、绿 色、来源丰富、可替代石化燃料的资源，收到越来越多的重视。生物柴油是一种长链脂肪酸 的单烷基酯，在工业应用上主要是指脂肪酸甲酯。
[0003] 国内生物柴油的主要制备工艺为生物酶法、酸/碱催化法、超临界法与两步酸碱 催化法等，由于前几种方法各存在转化率低、成本高等缺点，目前大部分生物柴油的生产过 程都是采用的两步酸碱催化法。
[0004] 两步酸碱催化法是用甲醇与原料在酸性催化作用下酯化然后在碱性催化作用下 酯交换得到生物柴油。此法第一步酯化反应由于甲醇与油相互溶性差并且产物会影响第二 步的酯交换反应进行，整体转化率不高。研宄表明在二步酸碱催化法中的第一步酸催化酯 化反应步骤采用甘油代替甲醇作为酯化原料，第一步产品在第二步碱催化酯交换反应步骤 与甲醇进行酯交换反应制备生物柴油，可以获得较好的转化率，其反应式如下：
因此，在全球积极推动利用生物柴油加速替代石化能源的大背景下，如何优化上述工 艺，使之成为一种优良、连续、高转化率、高收率的生物柴油制备工艺成为人们研宄的热点。
【发明内容】
[0005] 基于此，有必要针对传统的生物柴油的制备工艺转化率低、收率低的问题，提供一 种优良、连续、高转化率、高收率的生物柴油制备装置。
[0006] 此外，本发明还提供一种利用上述装置制备生物柴油的方法。
[0007] -种生物柴油的制备装置，包括依次相连的预处理器、预热器、酯化反应塔、酯化 油脂泵、酯交换反应器、甲醇回收装置和产品分液罐；所述酯化反应塔包括塔体以及设置在 塔体外的酯化重沸器和循环甘油泵，所述塔体内从上至下依次设有冷凝器、精馏段、催化反 应段、提馏段和重沸器升温段，所述酯化重沸器的一端与所述塔体的底部相连，另一端与所 述重沸器升温段相连，所述精馏段内设有抽出器，所述循环甘油泵的一端与所述抽出器相 连，另一端与所述预热器相连，所述催化反应段包括分布器和设置在分布器上下两侧的第 一催化反应段和第二催化反应段，所述预热器与所述分布器相连，所述酯化油脂泵的一端 与所述塔体的底部相连，另一端通过所述预热器与所述酯交换反应器相连。
[0008] 在其中一个实施例中，所述甲醇回收装置包括甲醇回收塔、甲醇冷凝器、甲醇回流 罐、甲醇回流泵和甲醇精制重沸器，所述甲醇回收塔内从上至下依次为回流段、分离段和加 热段，所述甲醇精制重沸器的一端与所述甲醇回收塔的底部相连，另一端与所述加热段相 连，所述甲醇回流罐的一端与所属甲醇回收塔的顶部相连，另一端通过所述甲醇回流泵与 所述回流段相连，所述酯交换反应器与所述分离段相连。
[0009] 在其中一个实施例中，所述产品分液罐与所述甲醇回收塔的底部相连。
[0010] 在其中一个实施例中，所述甲醇回流泵的一端与所述甲醇回流罐相连，另一端与 所述酯交换反应器相连。
[0011] 在其中一个实施例中，所述预处理器为旋液分离器、搅拌器或离心机。
[0012] 在其中一个实施例中，所述精馏段为填料精馏段，所述填料精馏段的理论塔板数 为6~12,所述填料精馏段的填料为金属孔板或金属丝网；所述提馏段为填料提馏段，所述 填料提馏段的理论塔板数为8~14,所述填料提馏段的填料为金属孔板或金属丝网。
[0013] 一种利用上述生物柴油的制备装置制备生物柴油的方法，包括以下步骤： 废弃油脂或酸化油脂进入预处理器除杂后，得到除杂原料； 将所述除杂原料、甘油与循环甘油混合后进入预热器预热至150°C ~200°C后进入酯化 反应塔，由于精馏作用，含水和甘油的轻组分上升，含脂肪酸甘油酯的重组分下降； 含水和甘油的轻组分上升进入精馏段后，由于精馏作用，水从酯化反应塔的顶部抽出， 甘油经抽出器抽出后通过甘油循环泵得到循环甘油； 含脂肪酸甘油酯的重组分下降进入提馏段，由于精馏作用，含脂肪酸甘油酯的酯化产 品下降进入重沸器升温段，经酯化重沸器加热后依次通过酯化油脂泵、预热器，与甲醇、循 环甲醇碱性催化剂混合后进入酯交换反应器反应，得到含生物柴油的酯交换产品；及 将所述含生物柴油的酯交换产品通入甲醇回收装置分离出循环甲醇后，进入产品分液 罐静置分层，得到上层生物柴油。
[0014] 在其中一个实施例中，酯化反应塔的绝对压力为3kPa~7kPa，温度为 140°C ~180°C，所述酯化反应塔的塔底绝对压力为5kPa~8kPa，温度为250°C ~280°C。
[0015] 在其中一个实施例中，所述甲醇与脂肪酸甘油酯的摩尔比为3~6:1 ;所述碱性催 化剂为氢氧化钾或氢氧化钠。
[0016] 在其中一个实施例中，所述产品分液罐的分液温度为50°C ~80°C。
[0017] 上述生物柴油的制备装置及利用该装置制备生物柴油的方法优良，废弃油脂或酸 化油脂经过预处理后再与甘油混合，避免了杂质对后续酯化反应及酯交换反应催化剂活性 的影响，采用酯化反应塔，使除杂原料和甘油在催化反应段有足够长的停留时间，水和酯化 产品迅速移出，提高了转化率，酯化产品的纯度较高，使得后续的酯交换反应使用较少的催 化剂便可进行反应，生物柴油收率较高。甘油循环利用，使得反应能够连续进行。
[0018]
【附图说明】
[0019] 图1为一实施方式的生物柴油的制备装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
[0021] 需要说明的是，当元件被称为"设置"在另一个元件，它可以是直接在另一个元件 上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件"相连"，它可以是直接 相连到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。
[0022] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的 技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具 体实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
[0023] 请参阅图1，一实施方式的生物柴油的制备装置，包括依次相连的预处理器10、预 热器20、酯化反应塔30、酯化油脂泵40、酯交换反应器50、甲醇回收装置60和产品分液罐 70 〇
[0024] 其中，预处理器10为旋液分离器、搅拌器或离心机。
[0025] 酯化反应塔30包括塔体32以及设置在塔体32外的酯化重沸器34和循环甘油泵 36 〇
[0026] 在本实施方式中，塔体32内从上至下依次为冷凝回流段、精馏段、催化反应段、提 馏段和重沸器升温段。
[0027] 其中，冷凝回流段内设有冷凝器320。
[0028] 可以理解，为了增加调控性，冷凝回流段也可采用外置冷凝加回流的形式。
[0029] 精馏段内设有抽出器322。循环甘油泵36的一端与抽出器322相连，另一端与预 热器20相连。
[0030] 在本实施方式中，精馏段为填料精馏段。该填料精馏段的理论塔板数为6~12。该 填料精馏段的填料为金属孔板或金属丝网。
[0031] 催化反应段包括分布器324和设置在分布器324上下两侧的第一催化反应段326 和第二催化反应段328。
[0032] 其中，预热器20与分布器324相连。
[0033] 在分布器324上下两侧设置第一催化反应段和第二催化反应段可以充分增加反 应接触时间。
[0034] 第一催化反应段和第二催化反应段均采用固体酸性催化剂、带酸性基团的离子交 换树脂或带酸性基团的其