一种生物柴油的制备方法及其专用反应釜的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物柴油的制备方法及其专用反应釜。本发明将地沟油等原料油先用强电解质进行脱胶除杂技术，及食用油精炼时所产生的废皂脚先行酸化技术；然后采用特殊酯化催化剂，令原料油与甲醇在催化剂作用下，采用均相催化酯化和交酯化一步法反应技术，将地沟油和废弃的黑粘皂脚转化为生物柴油，并进行了全面产品质量检验，质量达到生物柴油国标GB/S500-2007标准；本发明设计了特殊的带有防冲设施的原料油预处理反应釜，和带有防冲设施和甲醇回流脱醇设施的一步法酯化交酯化反应釜，保证了上述生物柴油生产技术的实现。
【专利说明】一种生物柴油的制备方法及其专用反应釜
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物柴油的制备方法及其专用反应釜，属于生物质能源和资源再利用领域。
【背景技术】
[0002]不可再生的石油资源被大规模地开发使用，使能源愈益紧张，寻找环保型生物质能源和可再生能源成为石油化工领域和能源领域的重要课题之一。生物柴油属于环保型生物质能源，当前其制备方法按催化剂不同可将其分为四条工艺路线:(I)均相催化酯化和交酯化反应工艺，其中又可分为湿法和干法两类，催化剂主要是无机酸碱和有机酸碱，本发明专利技术系为湿法均相催化酯化和交酯化反应工艺；(2)非均相催化酯化和交酯化反应工艺，其中又可分为固体碱催化剂和固体酸催化剂两类，多数为复合金属螯合型氧化物，或其水化物；(3)生物酶交酯化工艺；(4)超临界非催化交酯化工艺等。
[0003]生物柴油的原料是动植物油脂即饱和的硬脂酸甘油脂和不饱和软脂酸甘油脂其主要成分是:c16、c18、c22、c24混合脂肪酸甘油酯，其中，以C18脂肪酸甘油三酯为主，一般约占50~80% ;动物油脂，主要是饱和脂肪酸即硬脂酸甘油三酯为主，但也含有部分不饱和脂肪酸甘油酯；植物油脂中以不饱和脂肪酸即软脂酸甘油酯为主，即以十八碳烯-[9]-不饱和脂肪酸甘油三酯为主，但也含有部分饱和脂肪酸甘油酯。而不管是硬脂酸甘油酯还是软脂酸甘油酯，其中主要是十八碳脂肪酸的甘油酯；植物油中以油酸(含一个双键)甘油酯为主，而动物油中以饱和脂肪酸即硬脂酸(不含双键)甘油酯为主；麻风果油、茶籽油、玉米油、椰子油、芝麻油、桐油、蓖麻油、黄连木油、亚麻油等成分中除了主要含有一个双键的十八碳不饱和脂肪酸(十八碳烯-[9]_酸，Oleic acid)甘油三酯外，还富含两个双键的亚油酸(十八碳二烯-[9，12]-酸，Linoleic acid)甘油三酯和一定量的含三个双键的亚麻酸(十八碳三烯-[9，12，15]-酸，Linole`nic acid)甘油三酯。它们不仅是制药业中制备降血脂降血压药物的原料，而且也是制备生物柴油的最好原料，由它们制备的生物柴油其流动性好、凝点低、冷滤点低，而表征柴油机抗爆性指标的十六烷值均在50以上，优于石油柴油。食用油脂中还含有2~8%的凝胶物质，主要是卵磷脂和脑磷脂一类化合物，它们不能水解，不能酯化，易于乳化，破坏酯化过程，需要提前除去。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种生物柴油的制备方法及其专用反应釜。
[0005]本发明首先提供了一种预处理反应釜，它包括反应釜体；所述反应釜体的外壁上包覆有加热夹套；所述反应釜体的轴向上设有搅拌轴和框式搅拌器，所述搅拌轴和框式搅拌器依次与设于所述反应釜体的顶部上的搅拌减速机和搅拌电机相连接；
[0006]所述反应釜体的顶部上设有物料进口和安全阀接口，所述反应釜体的侧壁的下部设有产物出口，所述反应釜体的底部设有排渣口 ；
[0007]所述反应釜体的顶部通过升气管和回液管与一防冲罐相连通，所述防冲罐的顶部与一呼吸阀相连通；
[0008]所述反应釜体腔体内的中下部设有一温度计套管。
[0009]在制备生物柴油时，可在所述预处理反应釜中进行地沟油的脱胶除杂预处理和皂脚废料的酸化预处理。
[0010]本发明还提供了一种酯化交酯化反应釜，它包括反应釜体；所述反应釜体的外壁上包覆有加热夹套；所述反应釜体的轴向上设有搅拌轴和框式搅拌器，所述搅拌轴和框式搅拌器依次与设于所述反应釜体的顶部上的搅拌减速机和搅拌电机相连接；
[0011 ] 所述反应釜体的顶部上设有物料进口和安全阀接口，所述反应釜体的侧壁的下部设有产物出口，所述反应釜体的底部设有排渣口 ；
[0012]所述反应釜体的顶部通过防冲罐升气管和下回液管与一防冲罐相连通，所述防冲罐通过回流罐升气管和上回液管与一回流罐相连通，所述回流罐的顶部与一呼吸阀相连通；所述回流罐的底部与一甲醇回收罐相连通；
[0013]所述反应釜体腔体内的中下部设有一温度计套管。
[0014]在制备生物柴油时，可在所述酯化交酯化反应釜中依次进行酯化-交酯化回流反应、脱甲醇工序和中和精制反应。
[0015]本发明提供的一种生物柴油的制备方法，包括如下步骤:
[0016](I)将地沟油和强电解质加入至所述的预处理反应釜中进行电离絮凝；然后加水并在搅拌的条件下进行回流；将经回流后的体系进行沉降分离，上层为脱胶地沟油，下层为沉渣液；
[0017](2)将所述脱胶地沟油、甲醇和催化剂加入至所述的酯化交酯化反应釜中，在回流的条件下进行酯化-交酯化反应；所述酯化-交酯化反应完毕后，利用所述甲醇回收罐收集剩余的甲醇；
[0018]所述催化剂为酸式催化剂或碱式催化剂；
[0019](3)向所述酯化交酯化反应釜中加入酸或碱对所述酯化-交酯化反应后的体系进行中和至其pH值为6~8 ;然后进行沉降分离，上层得到生物柴油混合物，下层得到含水甘油；
[0020](4)将所述生物柴油混合物加入至减压蒸馏塔中进行减压蒸馏，在所述减压蒸馏塔塔底得到重质生物柴油，塔顶得到生物柴油。
[0021]上述的方法中，步骤(1)得到的脱胶地沟油的质量应能达到如表1的质量标准。
[0022]表1预处理后的脱胶地沟油的建议质量指标
[0023]
【权利要求】
1.一种预处理反应爸,其特征在于:所述反应爸包括反应爸体；所述反应爸体的外壁上包覆有加热夹套；所述反应釜体的轴向上设有搅拌轴和框式搅拌器，所述搅拌轴和框式搅拌器依次与设于所述反应釜体的顶部上的搅拌减速机和搅拌电机相连接； 所述反应釜体的顶部上设有物料进口和安全阀接口，所述反应釜体的侧壁的下部设有产物出口，所述反应釜体的底部设有排渣口 ； 所述反应釜体的顶部通过升气管和回液管与一防冲罐相连通，所述防冲罐的顶部与一呼吸阀相连通； 所述反应釜体腔体内的中下部设有一温度计套管。
2.—种酯化交酯化反应爸,其特征在于:所述反应爸包括反应爸体；所述反应爸体的外壁上包覆有加热夹套；所述反应釜体的轴向上设有搅拌轴和框式搅拌器，所述搅拌轴和框式搅拌器依次与设于所述反应釜体的顶部上的搅拌减速机和搅拌电机相连接； 所述反应釜体的顶部上设有物料进口和安全阀接口，所述反应釜体的侧壁的下部设有产物出口，所述反应釜体的底部设有排渣口 ； 所述反应釜体的顶部通过防冲罐升气管和下回液管与一防冲罐相连通，所述防冲罐通过回流罐升气管和上回液管与一回流罐相连通，所述回流罐的顶部与一呼吸阀相连通；所述回流罐的底部与一甲醇回收罐相连通； 所述反应釜体腔体内的中下部设有一温度计套管。`
3.—种生物柴油的制备方法，包括如下步骤: (1)将地沟油和强电解质加入至权利要求1所述的预处理反应釜中进行电离絮凝；然后加水并在搅拌的条件下进行回流；将经回流后的体系进行沉降分离，上层为脱胶地沟油，下层为沉渣液； (2)将所述脱胶地沟油、甲醇和催化剂加入至权利要求2所述的酯化交酯化反应釜中，在回流的条件下进行酯化-交酯化反应；所述酯化-交酯化反应完毕后，利用所述甲醇回收罐收集剩余的甲醇； 所述催化剂为酸式催化剂或碱式催化剂； (3)向所述酯化交酯化反应釜中加入酸或碱对所述酯化-交酯化反应后的体系进行中和至其pH值为6~8 ;然后进行沉降分离，上层得到生物柴油混合物，下层得到含水甘油； (4)将所述生物柴油混合物加入至减压蒸馏塔中进行减压蒸馏，在所述减压蒸馏塔塔底得到重质生物柴油，塔顶得到生物柴油。
4.一种生物柴油的制备方法，包括如下步骤: (O将食用油皂脚和强酸催化剂加入至权利要求1所述的预处理反应釜中进行酸化反应；将经所述酸化反应后的体系进行沉降分离，上层为酸化食用油皂脂肪酸，下层为沉渣液； (2)将所述酸化食用油皂脂肪酸、甲醇和催化剂加入至权利要求2所述的酯化交酯化反应釜中，在回流的条件下进行酯化-交酯化反应；所述酯化-交酯化反应完毕后，利用所述甲醇回收罐收集剩余的甲醇； 所述催化剂为酸式催化剂或碱式催化剂； (3)向所述酯化交酯化反应釜中加入酸或碱对所述酯化-交酯化反应后的体系进行中和至其pH值为6~8 ;然后进行沉降分离，上层得到生物柴油混合物，下层得到含水甘油；(4)将所述生物柴油混合物加入至减压蒸馏塔中进行减压蒸馏，在所述减压蒸馏塔塔底得到重质生物柴油，塔顶得到生物柴油。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于:步骤(1)中，所述电离絮凝在50~80°C的条件下进行0.5~3h ; 所述强电解质为化学元素周期表中第五族元素的氧化物的水化物， 所述回流的时间为1~4小时。
6.根据权利要求3或5所述的方法，其特征在于:步骤(2)中，所述酸式催化剂为无机酸、有机酸或双金属复合酸； 所述碱式催化剂为无机碱、有机碱或双金属复合碱； 所述脱胶地沟油、所述甲醇与所述催化剂的摩尔比为1:2~8:1~6。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于:步骤(1)中，所述强酸催化剂为盐酸、硫酸、硝酸或磷酸； 所述酸化反应的温度为110~150°C，时间为2~6h ; 步骤(2)中，所述酸式催化剂为无机酸、有机酸或双金属复合酸； 所述碱式催化剂为无机碱、有机碱或双金属复合碱； 所述酸化食用油皂脂肪酸、所述甲醇与所述催化剂的摩尔比为1:2~8:1~6。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的方法，其特征在于:步骤(4)中，所述减压蒸馏的真空度为95~98KPa ； 所述减压蒸馏塔塔底的温度为300~350°C，塔顶的温度为200~300°C。
9.权利要求3-8任一所述方法制备的生物柴油。
【文档编号】C10L1/02GK103497841SQ201310430577
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】姜皓 申请人:姜皓