一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物能源技术领域，尤其是涉及一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的方法和系统。
【背景技术】
[0002]随着环境意识的增强和能源危机的影响，人们开始寻找一种能够替代石油燃料并对环境破坏小的新能源。最近几年石油价格的升高和石油的缺乏，使人们开始思考利用植物油去替代柴油。同时，餐饮废油不仅污染环境，而且还危害人们的健康，因此餐饮废油的有效利用成为一个值得研究的问题。以餐厨垃圾为原料进行能源生产，既可以获得清洁能源，又能减少污染物排放，可降低生物柴油的生产成本，是目前研究的热点。
[0003]到目前为止，人们已开发出了四种制备生物柴油的生产方法:掺和法、微乳法、热裂解、转酯法。这些合成生物柴油的传统工艺中多采用均相催化剂，如氢氧化钠，氢氧化钾，浓硫酸等，这些催化剂要求使用FFA(游离脂肪酸，Free Fatty Acids)对原料进行脱水干燥、脱色等预处理，去除游离脂肪酸，使其尽可能无水、无色、无游离脂肪酸后才进入反应；反应完毕需要分离催化剂的设备完成中和、洗涤并回收催化剂；另外，反应过程中伴随的副产物(如皂化、甘油和水)的产生，需要去除副产物。而且，有的工艺还要求高温200度以上，高压8?1Mbar的工作条件，工艺复杂，设备成本高，环境污染严重。
[0004]因餐饮废弃油脂多经过反复使用，内含各种色素以及大量游离脂肪酸，在传统工艺中需要对其进行更加复杂的处理。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对目前存在的问题，提供一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的方法和系统，其使餐饮废弃油脂得到了有效利用，而且本发明无需高压高温，工艺简单，设备成本低。
[0006]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0007]本发明提供一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统，其包括:
[0008]反应物料搅拌容器、酯化反应器、脂交换反应器和生物柴油收集桶；
[0009]装有废弃油脂和甲醇的反应物料搅拌容器的输出端连接装有阳离子树脂的酯化反应器的输入端；
[0010]所述酯化反应器的输出端连接装有阴离子树脂的脂交换反应器；
[0011]所述脂交换反应器的输出端接生物柴油收集桶。
[0012]所述反应物料搅拌容器、酯化反应器和脂交换反应器置于50?60°C温度的环境中。
[0013]更进一步地，所述利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统还包括:
[0014]用于废弃油脂和甲醇混合溶液栗送的流量栗；所述流量栗的输入端通过废弃油脂和甲醇混合溶液管道连接所述反应物料搅拌容器，输出端通过废弃油脂和甲醇混合溶液管道连接所述酯化反应器。
[0015]更进一步地，所述利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统还包括:加热锅；
[0016]所述加热锅设置有能够加热水的电阻丝；所述加热锅内设置有50?60° C导热介质；所述反应物料搅拌容器置于所述加热锅内。
[0017]更进一步地，所述酯化反应器的反应釜外部设有酯化反应器加热套；脂交换反应器的反应釜外部设有脂交换反应器加热套；所述基于餐饮废弃物的生物柴油制备装置还包括:循环栗；所述加热锅内的热介质通过所述循环栗注入到所述酯化反应器加热套和脂交换反应器加热套中，并经顶部设置的回流管中。
[0018]更进一步地，所述酯化反应器的顶部接酯化反应后溶液管道的入口端，酯化反应后溶液管道的出口端接脂交换反应器的底部。
[0019]更进一步地，所述脂交换反应器的顶部接生物柴油生成物管道的入口端，生物柴油生成物管道的出口端连接生物柴油收集桶。
[0020]更进一步地，所述反应物料搅拌容器中设置有搅拌头，所述搅拌头通过所述搅拌电机驱动旋转。
[0021]本发明还提供一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的方法，其包括:
[0022]步骤S101，将甲醇溶液和废弃油脂按设定摩尔比比例混合，均匀搅拌；该混合在常压，50?60 °C温度下进行；
[0023]步骤S102，将混合溶液以一定的流量栗入包含阳离子树脂的酯化反应器中，保持反应器内温度为50?60°C，使废弃油脂中的游离脂肪酸发生酯化反应，同时废弃油脂中的水、色素被阳离子树脂吸附；
[0024]步骤S103，酯化反应器中的流出的反应物直接流入包含阴离子树脂的脂交换反应器中，保持反应器内温度为50?60°C，使废弃油脂中的脂肪酸与甲醇发生脂交换反应，反应过程中产生的副产物甘油被阴离子吸附；
[0025]步骤S104，从脂交换反应器流出的反应物中收集生物柴油。
[0026]更进一步地，所述设定摩尔比比例为1:3。
[0027]更进一步地，所述废弃油脂的酸值为14?200mgK0H/g ;甲醇的纯度为98%。。
[0028]由上述本发明的技术方案可以看出，本发明通过，能够产生如下技术效果:
[0029]I)减少反应前期的干燥、脱色、去除游离脂肪酸FFA设备，和反应后期分离催化剂的设备，无需高压高温，降低设备成本。
[0030]2.)阳离子催化剂可以反复使用50次以上，阴离子树脂催化剂通过再生可使用100次以上，有效降低设备运行成本。
[0031]3)设备规模可从50L/天?IT/天，适合不同需求的地区部署发展餐饮废弃油脂制备生物柴油的应用，易于推广。
【附图说明】
[0032]图1为本发明的一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统的结构示意图；
[0033]图2为本发明的一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统的处理流程图。
[0034]附图中:
[0035]搅拌电机101、加热锅102、反应物料搅拌容器103、搅拌头104、回流管105、供热管106、生物柴油收集桶107、流量栗108、循环栗109、酯化反应器201、阳离子树脂202、酯化反应器加热套203、脂交换反应器204、阴离子树脂205、脂交换反应器加热套206、废弃油脂和甲醇混合溶液管道211、酯化反应后溶液管道212、生物柴油生成物管道213。
【具体实施方式】
[0036]以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0037]本发明提供一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统，其结构如图1所示，包括如下各个部分:
[0038]搅拌电机101、加热锅102、反应物料搅拌容器103、搅拌头104、回流管105、供热管106、生物柴油收集桶107、流量栗108、循环栗109、酯化反应器201、酯化反应器加热套203、脂交换反应器204、脂交换反应器加热套206、废弃油脂和甲醇混合溶液管道211、酯化反应后溶液管道212、生物柴油生成物管道213。
[0039]各个部分之间的位置或连接关系如下:
[0040]反应物料搅拌容器103内设置有搅拌头104，该搅拌头104通过搅拌电机101驱动旋转，用于混合置于反应物料搅拌容器103内的废弃油脂和甲醇。
[0041]反应物料搅拌容器103置于加热锅102内，加热锅102设置有能够加热水的电阻丝。
[0042]加热锅102外设置有流量栗108和循环栗109。流量栗108用于废弃油脂和甲醇混合溶液的栗送，其输入端通过废弃油脂和甲醇混合溶液管道211连接反应物料搅拌容器103，输出端通过废弃油脂和甲醇混合溶液管道211连接酯化反应器201。循环栗109的输入端连接加热锅102，循环栗109的输出端通过供热管106分别连接酯化反应器加热套203和脂交换反应器加热套206的底部。酯化反应器加热套203和脂交换反应器加热套206的顶部接回流管105的入口，回流管105的出口连接加热锅102。
[0043]酯化反应器201内装有阳离子树脂202，其顶部接酯化反应后溶液管道212的入口端，酯化反应后溶液管道212的出口端接脂交换反应器204的底部。脂交换反应器204内装有阴离子树脂205，其顶部接生物柴油生成物管道213的入口端，生物柴油生成物管道213的出口端连接生物柴油收集桶107。
[0044]本发明的一种利用餐饮废弃油脂制备生物柴油的系统的工作原理如下:
[0045]阳离子树脂202和阴离子树脂205经激活预处理后分别加入酯化反应器201和脂交换反应器204中。
[0046]将废弃油脂与甲醇按照设定摩尔比比例加入反应物料搅拌容器103内，并开启搅拌电机101，同时将加热锅102容器内用于加热的介质(如热水)加热到摄氏50度。废弃油脂通过人工用电子称计量，然后人工投入到反应物料搅拌容器103内；甲醇通过人工用量筒计量，然后缓慢投入到反应物料搅拌容器103内。
[0047]开启热水循环栗109，将加热锅102内的热介质分别注入到酯化反应器加热套203和脂交换反应器加热套206中，使酯化反应器201和脂交换反应器204内保持摄氏50度左右。
[0048]使用流量栗108按一定流量将反应物料搅拌容器103内充分混合后的溶液通过废弃油脂和甲醇混合溶液管道211栗入酯化反应器201的底部；
[0049]注入到酯化反应器201内的溶液与酯化反应器201内的阳离子树脂202反应后从酯化反应器201的顶部流出，通过酯化反应后溶液管道212流入脂交换反应器204的底部。废弃油脂溶液中所含的水、色素被酯化反应器201内的阳离子树脂202吸附；
[0050]进入脂交换反应器204内