专利名称：用于制备生物柴油的复合式精馏塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种生物柴油的制备装置，尤其涉及一种用于制备生物柴 油的复合式精馏塔装置。
背景技术：
随着当前环境和石油价格问题的日益突出，利用可再生资源制备生物柴油 具有深远的战略意义。
目前生物柴油的制备方法主要是在反应釜内用油脂与醇在催化剂作用下发 生酯化或酯交换反应的方法生产，所得到的产品还需要经过分离和精制的过程， 涉及到很多装置和设备。目前新兴的方法是采用超临界方法生产生物柴油，不 需任何催化剂，其局限性是反应所需的温度、压力高，对设备要求高，投资更 大，增加生产成本。目前对高酸价油脂的利用大多处于实验研究阶段，由于其 中含有各种结构的游离脂肪酸，酸价高，难于用简单的方法一步完成,其工业化 生产始终停留在间歇式或半连续化状态。对高酸价油脂制备生物柴油的研究， 中国专利CN1473907A阐述了间歇式高酸价油脂制备生物柴油的方法；中国专利 CN1916U4A论述了均相连续化制备生物柴油的方法，涉及的原料是低酸价精制 油脂，其酸价在3以下。高酸价油脂酯化反应的间歇过程，生产过程中不可避 免"跑、漏、滴"等安全隐患，由酸性催化剂造成的设备腐蚀依然非常严重， 同时也使设备投资重复性过高，造成人力物力的浪费。根据现有专利技术，还 没有有效方法实现高酸价油脂制备生物柴油完全连续化。
从现有技术看，绝大多数都是采用间歇釜、罐式生产方式，对酸价高于20 的原料在同一个装置内完成反应和分离的没有，能连续化生产的也多是采用在 超临界条件下进行反应，反应条件苛刻，温度压力都很高，因此这些方法的生 产成本较高，很难实现工业化生产。
发明内容为了解决现有技术存在的连续化生产生物柴油的反应条件苛刻，很难实现 工业化，间歇式生产不能同时在一个装置中完成反应和分离的缺点，本实用新 型提供了一种制备生物柴油的复合式精馏塔，可以在同一个装置内完成反应和 分离，可以实现连续化生产，减少了设备的投资，降低生产成本。
本实用新型采用如下技术方案 一种用于制备生物柴油的复合式精馏塔，包 括塔釜、精馏塔塔体、塔顶冷凝器，所述的塔釜上设有精馏塔塔体，精馏塔塔体 上设有塔顶冷凝器，所述的精馏塔塔体分为上、下两部分，上部为塔板精馏段， 由精馏塔的塔壁和多块塔板组成，塔壁上均匀设有多块塔板，在塔板上设有丝网， 固体催化剂附着于丝网上，下部为填料催化反应段，在精馏塔的塔壁内填充有填 料，所述的填料内填充固体催化剂。塔板为筛板式，出口堰高度板间距=(0.3 0.5): 1，塔板出口堰的高度二40mm-200mm。精馏塔塔板数为50-100块。所述 的填料为拉西环，在拉西环内填充固体催化剂，拉西环的表面设有网状物。所述 的固体催化剂为酸性固体催化剂或碱性固体催化剂。所述的酸性固体催化剂为锆 类固体超强酸、锡类固体超强酸、磺化煤、木素磺酸中任意一种，所述的碱性固 体催化剂为碱金属氢氧化物、CaO、 ZnO、 MgO或复合型的催化剂中的任意一种。 所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的任意一种。所述 的复合型的催化剂为NaOH/y-Al203、 K20/y-A1203、 KF/y-A1203、 KF/CaO中 的任意一种。固体催化剂为磁性或非磁性催化剂。
生产时油脂原料从塔顶进入，由上而下经过塔板精馏段，和塔板上的固体 催化剂进行充分的反应；气态醇如甲醇、乙醇、支链醇等由塔底加入，在塔釜加 热至沸腾后，由下而上在填料反应段的固体催化剂作用下与上面下来的油脂充分 反应。油脂和气态醇逆向加料，在催化剂表面迅速接触，在塔板段与填料段在催 化剂存在下进行酯化反应，反应产物生物柴油、甘油流入釜底，多余的气态醇经 塔顶冷凝器冷却后返回精馏塔循环使用。在同一装置内同时完成反应和精馏，实 现了连续反应。填料段和塔板段连续接触反应，使反应物料和催化剂充分接触， 接触时间长，反应更完全。若只用板式塔或填料塔，物料和催化剂的接触时间短， 会有部分物料还没有来得及参与反应就流走。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点
1) 使用该精馏塔装置，使原料油脂与醇逆向加料，使醇以气相的方式进入 反应塔中，使分子活性增强，扩大了反应体系的接触面，使反应更充分；
2) 本实用新型工艺流程简单，在一个精馏塔内同时完成酯化反应和精馏分离的过程，使反应产物随时可以分离出来，加快了反应速度；减少设备的投资这 一块，装置少了，投资降低，而且缩短了生产流程，减少了过程的损失；
3) 本实用新型没有三废污染，未反应的气态醇重新返回塔内反应，循环利
用；
4) 本实用新型的催化剂负载于精馏塔塔板上，精馏塔中的填料也可负载催 化剂，使反应充分接触，反应充分，减少了催化剂对设备的腐蚀；
5) 本实用新型原料适用范围广，尤其适用于原料酸价在20-140之间的高酸 价油脂。
6) 催化剂可以循环使用，用极性溶剂回流后固体催化剂可以循环再利用，提 高了催化剂的利用率。
图1为本实用新型，用于制备生物柴油的复合式精馏塔装置
图中所示1.塔釜；2.填料；3.精馏塔塔体；4.塔板；5.塔顶冷凝
器；6.醇受器
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一歩详细的说明，但本实用新型 要求保护的范围并不局限于实施例所示的范围。
塔釜、塔顶冷凝器、醇受器采用一般通用设备，精馏塔的塔板精馏段和填 料催化反应段分别按通常的板式塔和填料塔的设计要求设计。
一种用于制备生物柴油的复合式精馏塔，包括塔釜l、精馏塔塔体3、塔顶 冷凝器5，所述的塔釜1上设有精馏塔塔体3，精馏塔塔体3上设有塔顶冷凝器 5，所述的精馏塔塔体3分为上、下两部分，上部为塔板精馏段，由精馏塔的塔 壁和多块塔板4组成，塔壁上均匀设有多块塔板4，在塔板4上设有丝网，固体 催化剂附着于丝网上，下部为填料催化反应段，在精馏塔的塔壁内填充有填料2， 所述的填料2内填充固体催化剂。塔板为筛板式，出口堰高度板间距=(0.3 0.5): 1，塔板出口堰的高度二40mm-200mm。精馏塔塔板数为50-100块。所述 的填料为拉西环，在拉西环内填充固体催化剂，拉西环的表面设有网状物。所 述的固体催化剂为酸性固体催化剂或碱性固体催化剂。所述的酸性固体催化剂 为锆类固体超强酸、锡类固体超强酸、磺化煤、木素磺酸中任意一种，所述的碱性固体催化剂为碱金属氢氧化物、CaO、 ZnO、 MgO或复合型的催化剂中的 任意一种。所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的任意 一种。所述的复合型的催化剂为NaOH/ Y -A1203、 K20/ Y -A1203、 KF/ Y -A1203、 KF/CaO中的任意一种。固体催化剂为磁性或非磁性催化剂。
实施例1
采用如附图1所示的复合式精馏塔装置，塔的结构参数为精馏塔直径 1000mm，塔板间距300mm，孔径4mm，板厚2mm，堰长650mm，堰高50mm，
降液管截面积/塔截面积0.068，孔面积/塔板工作面积0.09，降液管下沿与塔板面 的距离30mm，填料陶瓷拉西环直径25mm，填料壁厚2. 5ran，内装有磁性磺化煤 固体催化剂，两端用丝网封闭，填料层高度为3m。将酸价为100的酸化油从精 馏塔顶进入，流速为0.0017mVs，气态甲醇连续从塔底进入，流量为0.77m3/s， 逆向加料，塔釜温度为12(TC。在塔板上装有丝网，固定支持催化剂，磁性磺化 煤催化剂颗粒直接散装于塔板上，塔板数为100，回流比为1.5。未反应的甲醇 经塔顶冷凝器冷凝后返回精馏塔循环。生成的生物柴油、甘油和水经塔釜流出。
实施例2
釆用如附图所示的复合式精馏塔，酸价为20的垃圾油从精馏塔顶进入，气 态乙醇连续从塔底进入，逆向加料，塔釜温度为130。C。其中精馏塔填料为拉西 环，塔板上和填料中均负载有锆类固体超强酸催化剂。塔板间距为400ram，出口 堰高度为120nrn，塔板数为100。未反应的乙醇经塔顶冷凝器冷凝后返回精馏塔 循环。生成的生物柴油、甘油和水经塔釜流出。
实施例3
采用如附图所示的复合式精馏塔，以菜籽油为原料从精馏塔顶进入，气态 异丙醇连续从塔底进入，逆向加料，塔釜温度为11(TC。其中精馏塔填料为拉西 环，塔板上放有负载于Y-Al203上的Na0H固体碱性催化剂。塔板间距为400mm， 出口堰高度为200咖，塔板数为50。未反应的乙醇经塔顶冷凝器冷凝后返回精馏 塔循环。生成的生物柴油和甘油经塔釜流出。
实施例4
釆用如附图1所示的复合式精馏塔装置，塔的结构参数为精馏塔直径 1000mm，塔板间距300mm，孔径4mm，板厚2mm,堰长650mm，堰高50mm， 降液管截面积/塔截面积0.068，孔面积/塔板工作面积0.09，降液管下沿与塔板面的距离30mm，填料陶瓷拉西环直径25咖，填料壁厚2. 5mm，内装有锡类固体超 强酸固体催化剂，两端用丝网封闭，填料层高度为3m。将酸价为100的酸化油 从精馏塔顶进入，流速为0.0017m7s，气态甲醇连续从塔底进入，流量为 0.77mVs，逆向加料，塔釜温度为12(TC。在塔板上装有丝网，固定支持催化剂， 锡类固体超强酸催化剂颗粒直接散装于塔板上，塔板数为IOO，回流比为1.5。 未反应的甲醇经塔顶冷凝器冷凝后返回精馏塔循环。生成的生物柴油、甘油和水 经塔釜流出。
实施例5
采用如附图1所示的复合式精馏塔装置，塔的结构参数为精馏塔直径 1000mm，塔板间距300mm，孔径4mm，板厚2mm，堰长650mm，堰高50mm，
降液管截面积/塔截面积0.068，孔面积/塔板工作面积0.09，降液管下沿与塔板面 的距离30nun，填料陶瓷拉西环直径25ram，填料壁厚2. 5mm，内装有CaO固体催 化剂，两端用丝网封闭，填料层高度为3m。将酸价为100的酸化油从精馏塔顶 进入，流速为0. 0017mVs，气态甲醇连续从塔底进入，流量为0.77m7s，逆向加 料，塔釜温度为12(TC。在塔板上装有丝网，固定支持催化剂，CaO催化剂颗粒 直接散装于塔板上，塔板数为IOO，回流比为1.5。未反应的甲醇经塔顶冷凝器 冷凝后返回精馏塔循环。生成的生物柴油、甘油和水经塔釜流出。
实施例6
采用如附图1所示的复合式精馏塔装置，塔的结构参数为精馏塔直径
1000mm，塔板间距300mm，孔径4mm，板厚2mm，堰长650mm，堰高50mm，
降液管截面积/塔截面积0.068，孔面积/塔板工作面积0.09，降液管下沿与塔板面 的距离30mm，填料陶瓷拉西环直径25mm，填料壁厚2. 5mm，内装有氢氧化钾固 体催化剂，两端用丝网封闭，填料层高度为3m。将酸价为100的酸化油从精馏 塔顶进入，流速为0.0017m7s，气态甲醇连续从塔底进入，流量为0.77m7s，逆 向加料，塔釜温度为120'C。在塔板上装有丝网，固定支持催化剂，氢氧化钾催 化剂颗粒直接散装于塔板上，塔板数为IOO，回流比为1.5。未反应的甲醇经塔 顶冷凝器冷凝后返回精馏塔循环。生成的生物柴油、甘油和水经塔釜流出。
权利要求1. 一种用于制备生物柴油的复合式精馏塔，包括塔釜(1)、精馏塔塔体(3)、塔顶冷凝器(5)，所述的塔釜(1)上设有精馏塔塔体(3)，精馏塔塔体(3)上设有塔顶冷凝器(5)，其特征在于所述的精馏塔塔体(3)分为上、下两部分，上部为塔板精馏段，由精馏塔的塔壁和多块塔板(4)组成，塔壁上均匀设有多块塔板(4)，在塔板(4)上设有丝网，固体催化剂附着于丝网上，下部为填料催化反应段，在精馏塔的塔壁内填充有填料(2)，所述的填料(2)内填充固体催化剂。
2..根据权利要求1所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征在于， 塔板(4)为筛板式，出口堰高度板间距=(0.3 0.5): 1，塔板出口堰的高 度=40咖-200mm。
3. 根据权利要求1所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征在于 所述的填料(2)为拉西环，在拉西环内填充固体催化剂，拉西环的表面设有网 状物。
4. 根据权利要求1或3所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征 在于所述的固体催化剂为酸性固体催化剂或碱性固体催化剂。
5. 根据权利要求4所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征在于 所述的酸性固体催化剂为锆类固体超强酸、锡类固体超强酸、磺化煤、木素磺酸 中任意一种，所述的碱性固体催化剂为碱金属氢氧化物、CaO、 ZriO、 MgO或复合 型的催化剂中的任意一种。
6. 根据权利要求5所述的用于制备生物柴油的复合式精镏塔，其特征在于 所述的碱金属氢氧化物为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙中的任意一种。
7. 根据权利要求5所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征在于 所述的复合型的催化剂为NaOH/y-Al203、 K20/y_A1203、 KF/y-A1A、 KF/CaO中 的任意一种。
8. 根据权利要求1所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征在于 固体催化剂为磁性或非磁性催化剂。
9. 根据权利要求1所述的用于制备生物柴油的复合式精馏塔，其特征在于精 馏塔塔板数为50-100块。
专利摘要本实用新型公开了一种用于制备生物柴油的复合式精馏塔装置，包括塔釜、精馏塔塔体、塔顶冷凝器，所述的塔釜上设有精馏塔塔体，精馏塔塔体上设有塔顶冷凝器，所述的精馏塔塔体分为上、下两部分，上部为塔板精馏段，由精馏塔的塔壁和多块塔板组成，塔壁上均匀设有多块塔板，在塔板上设有丝网，固体催化剂附着于丝网上，下部为填料催化反应段，在精馏塔的塔壁内填充有填料，所述的填料内填充固体催化剂。油脂和气态醇逆向加料，在催化剂表面迅速接触，并逐塔板进行酯化反应，反应产物生物柴油、甘油流入釜底，多余的气态醇经塔顶冷凝器冷却后返回精馏塔循环使用，实现了在同一装置内完成反应和精馏的过程。
文档编号C10G7/02GK201241098SQ20082004067
公开日2009年5月20日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者周永红, 浩 应, 张天健, 戴伟娣, 李书龙, 李翔宇, 聂小安, 蒋剑春, 玉 许 申请人:中国林业科学研究院林产化学工业研究所