利用废弃油脂制备生物柴油的连续酯化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物柴油的制备技术领域，具体涉及一种利用废弃油脂制备生物柴油的连续酯化方法。
【背景技术】
[0002]生物柴油是指以植物、动物油脂等可再生生物资源生产的可用于压燃式发动机的清洁替代燃料。从化学成分上讲，生物柴油是一系列长链脂肪酸甲酯或乙酯，是优质的石化柴油替代品，素有“绿色柴油”之称。近年来，由于油价的升高，石化能源的不可再生性以及产生的一系列环境问题，生物柴油成为研究的主要替代能源之一。
[0003]制备生物柴油主要采用化学法生产，即动物和植物油脂与甲醇反应，在酸性或者碱性催化剂的作用下发生酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯，再经过洗涤等工艺得到生物柴油。受多方面因素影响，目前从事生物柴油生产的企业在技术投入方面有所欠缺，大多生产企业技术水平较为低下，产品得率始终在85%以下，生产能耗高且生物柴油的一次性品质无法保证达到最新国标。部分生产企业为满足国标和用户要求，在酯化工艺中采用提高反应压力(>0.4MPa)、分段排酸渣再加入甲醇及催化剂等措施以降低酯化反应后的酸值，但是该种工艺也只能将酯化反应终点酸值降到2.0mgK0H/g左右。同时由于大多厂家使用硫酸作催化剂，因此必须采用搪瓷反应釜做为配套反应器，而一般搪瓷反应釜的工作压力是
0.25MPa，加压反应存在较大的安全隐患，而且各厂家在该工段不做余热回收。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服现有生物柴油制备工艺中酯化反应存在的缺点，提供一种生产成本低、能耗低、生产效率高，利用废弃油脂制备生物柴油的连续酯化方法。
[0005]解决上述技术问题所采用的技术方案是:将原料油储罐中的废弃油脂用油栗栗入原料油换热器中预热至50?60°C，预热后的废弃油脂经原料油蒸汽加热器加热至70?80°C后进入油水混合器中与其质量5%?10%的热水混合，然后进入水洗搅拌罐充分洗涤，洗涤后由水洗搅拌罐底部抽入蝶式离心机中离心分离除去水相;剩余的油经水洗油蒸汽加热器加热至100?110°C后进入降膜脱水塔，脱出残留水分后由栗抽入高效混合器中，与酯化催化剂混合后进入预酯化反应器中；精甲醇经甲醇换热器预热后进入甲醇加热器中加热至气化，一部分气化甲醇从预酯化反应器底部内的气相甲醇管进入预酯化反应器内、另一部分气化甲醇从连续酯化反应塔每节塔节的甲醇喷管喷入连续酯化反应塔内；预酯化反应器内的加热蒸汽盘管控制预酯化反应器内的温度为100?110°C，油从预酯化反应器底部连续抽出进入连续酯化反应塔，油由连续酯化反应塔的上一节塔节的溢流管溢流到下一节塔节，直至溢流到连续酯化反应塔的塔底，连续酯化反应塔内的加热蒸汽盘管控制连续酯化反应塔内的温度为100?110°C，反应生成的粗甲酯由连续酯化反应塔下部的出料口由油栗栗入旋液分离器分离出酯化催化剂后，进入原料油换热器与废弃油脂换热，换热后的粗甲酯进入酯交换反应;预酯化反应器和连续酯化反应塔反应过程中生成的水蒸气和未反应的气化甲醇经预酯化反应器和连续酯化反应塔的除沫器除油后进入甲醇换热器与精甲醇换热，换热后的水蒸气和未反应的气化甲醇进入甲醇精馏系统提纯。
[0006]上述的连续酯化反应塔优选由8?15节塔节组成，每节塔节是一个独立的反应单
J L ο
[0007]上述的酯化催化剂优选酸与抑蚀剂的质量比为1:0.01?0.15的混合物，所述的酸为甲基磺酸、乙基磺酸或氯磺酸，抑蚀剂为磷酸单酯、聚醚酸式磷酸酯或炔丙基醇，酯化催化剂的加入量优选是废弃油脂质量的0.1 %?0.5%。
[0008]上述的废弃油脂是酸值为15?180mgK0H/g的地沟油、潲水油或酸化油。
[0009]本发明的有益效果主要有以下几个方面:
[0010]1、原料酸值广泛，适用于不同酸值的动植物废弃油脂生产生物柴油；反应为常压反应，对设备材质要求低;催化剂用量少，仅为硫酸的1/10左右，催化剂对设备的腐蚀性小，反应过程中没有其他副反应产物生成，几乎无酸渣处理，无环保压力，生物柴油的得率比使用硫酸做催化剂时可高出2%?5%，反应结束后分离出的酯化催化剂可重复使用。
[0011]2、酯化过程中过量的气相甲醇将反应生成的水带出反应体系，加快正反应进行，有效缩短反应时间，节约了能耗;反应生成的水和未反应的气相甲醇通过回收，可以循环利用，节约了甲醇用量;未反应的气相甲醇和反应生成的水将热量传递给精甲醇，大大减少了蒸汽用量，节约了成本。
[0012]3、与常规的液相反应相比，预反应器底部的气相甲醇管和连续酯化反应塔各塔节的甲醇喷管使甲醇分散性好，增加了气相甲醇与废弃油脂的混合程度，气液相接触界面大，提高了酯化反应效率。
[0013]4、本发明可将高酸值(15?180mgK0H/g)动、植物废弃油脂一次性酯化成为酸值小于lmgKOH/g，无需进一步降酸值，为后序工艺提供了优质的半成品，且产品收率提高了
0.5%?
[0014]5、本发明以连续酯化反应塔为主反应单元，突破了废弃油脂连续酯化反应的生产难题，使生物柴油的生产能实现完全的连续化、自动化，大大提高了生物柴油的生产效率，降低了能耗。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
[0017]实施例1
[0018]如图1所示，将100吨酸值为120mgK0H/g的地沟油加入原料油储罐I中，利用油栗以10吨/小时的流量将地沟油栗入原料油换热器3中预热至50?60°C，再经原料油蒸汽加热器2加热到75°C后进入油水混合器4中，75°C的热水以0.5吨/小时的流量进入油水混合器4和地沟油充分混合，然后流入水洗搅拌罐5充分洗涤，洗涤后连续由水洗搅拌罐5底部由栗以10.5吨/小时的流量抽入蝶式离心机6中离心分离除去水和杂质，剩余的油经水洗油蒸汽加热器7加热到100°C后进入降膜脱水塔14，脱出残留水分后由栗抽入高效混合器8中，酯化催化剂以30kg/小时的流量进入高效混合器8和油充分混合后，进入预酯化反应器11中，其中酯化催化剂是甲基磺酸与磷酸单酯质量比为1:0.1的混合物。开启预酯化反应器11的搅拌装置和温控装置，预酯化反应器11内的加热蒸汽盘管控制预酯化反应器11内的温度为100?110°C。精甲醇经甲醇换热器13预热后进入甲醇加热器12中加热至气化，一部分气化甲醇以lm3/h的流速从预酯化反应器11底部的气相甲醇管进入预酯化反应器11内，气相甲醇管流出的气化甲醇分散性好，与油的接触面积大，使甲醇能够与油充分接触反应，缩短反应时间。预酯化反应器11内的油与甲醇接触反应后，从预酯化反应器11底部以10吨/小时的流量由栗抽入连续酯化反应塔10，开启连续酯化反应塔10的控温装置，连续酯化反应塔10内的加热蒸汽盘管控制连续酯化反应塔10内的温度为100?110°C。连续酯化反应塔10由10节塔节组成，每节塔节是一个独立的反应单元，抽入连续酯化反应塔10内的油由连续酯化反应塔10的上一节塔节的溢流管溢流到下一节塔节，直至溢流到连续酯化反应塔10的塔底。甲醇加热器12中的另一部分气化甲醇以2m3/h的流速从连续酯化反应塔10每节塔节的甲醇喷管喷入连续酯化反应塔10内，甲醇喷管喷出的气化甲醇分散性好，与油的接触面积大，使甲醇能够与油充分接触反应，缩短反应时间。连续酯化反应塔10内的油与甲醇接触反应后生成的粗甲酯由连续酯化反应塔10下部的出料口由油栗以10吨/小时的流量栗入旋液分离器9中，分离出的酯化催化剂重复使用，粗甲酯由旋液分离器9顶部的出料口由栗抽入原料油换热器3与废弃油脂换热，收集换热后的粗甲酯进入酯交换反应。预酯化反应器11和连续酯化反应塔10反应过程中生成的水蒸气和未反应的气化甲醇经预酯化反应器11和连续酯化反应塔10的除沫器除油后进入甲醇换热器13与精甲醇换热，换热后的水蒸气和未反应的气化甲醇进入甲醇精馏系统提纯。
[0019]本实施例收集的粗甲酯的酸值小于lmgKOH/g，甲酯的转化率为98%。
[0020]实施例2
[0021 ]如图1所示，将100吨酸值为120mgK0H/g的地沟油加入原料油储罐I中，利用油栗以10吨/小时的流量将地沟油栗入原料油换热器3中预热至50?60°C，再经原料油蒸汽加热器2加热到75°C后进入油水混合器4中，75°C的热水以0.7吨/小时的流量进入油水混合器4和地沟油充分混合，然后流入水洗搅拌罐5充分洗涤，洗涤后连续由水洗搅拌罐5底部由栗以10.7吨/小时的流量抽入蝶式离心机6中离心分离除去水和杂质，剩余的油经水洗油蒸汽加热器7加热到100°C后进入降膜脱水塔14，脱出残留水分后由栗抽入高效混合器8中，酯化催化剂以30kg/小时的流量进入高效混合器8和油充分混合后，进入预酯化反应器11中，其中酯化催化剂是甲基磺酸与磷酸单酯质量比为1:0.05的混合物。开启预酯化反应器11的搅拌装置和温控装置，预酯化反应