一种酶法制备生物柴油的方法和系统技术方案

本发明专利技术属于生物化工领域，涉及一种酶法制备生物柴油的方法和系统。在制备生物柴油过程中，本发明专利技术的方法利用循环风机从反应器顶部抽气，使携带有水和短链醇的气体先经过循环气冷凝器降温脱出大部分水分，经循环气冷凝器降温的气体再进入装有吸水短链醇的醇平衡罐脱水，然后再从反应器的底部进入反应器中，并且按照需要向反应器中补加无水短链醇，使反应器中短链醇浓度保持在0.5～2wt％。本发明专利技术的方法和系统能够快速、有效脱除反应体系中的水，大大降低生物柴油的酸值，提高柴油品质，适合工业大规模生产应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物化工领域，涉及一种酶法制备生物柴油的方法和系统。
技术介绍
生物柴油是一种新型的无污染的可再生能源，它在闪点、燃烧功效、含硫量、含氧量、芳烃含量、燃烧耗氧量方面均优于石化柴油，而其它指标与石化柴油相当。燃烧尾气中悬浮颗粒、CO、硫化物以及碳氢化合物都大幅度降低，具备环境友好性。生物柴油的研究和应用已经受到了广泛的关注。目前生物柴油主要通过化学法或生物酶法进行生产，由油脂原料通过转酯或酯化反应生成的长链脂肪酸醇(酯)类物质。转酯为短链醇(如甲醇)与甘油酯发生转酯反应，由一份甘油酯转变成三份(甲)酯，同时甘油被醇置换出来：酯化反应为脂肪酸与短链醇(如甲醇)发生酯化反应，生成如(甲)酯和水。油脂原料主要来源于餐饮废油(地沟油、潲水油)和油脂精练下脚料酸化后的酸化油。地沟油、潲水油、酸化油这三种油中都含有一定量的游离脂肪酸，地沟油酸值一般在30～90mgKOH/g油，潲水油酸值一般在10～20mgKOH/g油，酸化油一般酸值在120～150mgKOH/g油。这类油脂因为含游离脂肪酸，在生成生物柴油的酯化过程中生成的水会阻碍酯化反应的进一步进行：根据甲醇用量的不同，反应最终的生物柴油粗酯的酸值一般在1.2～10mgKOH/g油，经过蒸馏后酸值一般在1mgKOH/g油以上，不满足中国生物柴油国家标准GB/T20828-2007《柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)》要求的酸值≤0.8mgKOH/g油，更加不满足欧美要求的≤0.5mgKOH/g油。为了保证生物柴油的酸值尽量接近或满足国标，在生物柴油反应过程中需要多次分出反应产生的水，同时无水短链醇的用量也要加大，反应回收的短链醇又需要上短链醇精馏塔提纯，导致在这部分的成本较高。也有利用分子筛脱水的办法使反应体系内的水含量低于500ppm，使得酸值≤0.5mgKOH/g油，但分子筛再生活化能耗高，且短链醇损失大，不适于工业应用。清华大学公开了一种利用低温短链醇在线脱水方法促进生物柴油产率(CN103131735A)，但是短链醇温度过低会使在脱去反应体系内水分的同时反应体系内的短链醇也被过量带出系统外；而随着反应的进行，短链醇浓度降低，导致酯化反应减慢，需要重新更换无水短链醇；由于该方法是在实验室水平进行，当应用于工业水平生产时，将消耗大量的低温无水短链醇进行脱水才能保证生产连续，成本大大增高，能耗显著；且更换低温无水短链醇也将增加工作量，更换过程也使得生产速率减慢。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适于工业应用的酶法制备生物柴油的方法以及系统，以提高生物柴油产率并改进产品品质。在第一个方面，本专利技术提供酶法制备生物柴油的方法，包括步骤：(1)向反应器中加入反应物油脂和短链醇，进行酯化反应；(2)利用循环风机从反应器顶部抽气，使抽出的气体经过循环气冷凝器降温脱出大部分水分；(3)经循环气冷凝器降温脱水的气体进入醇平衡罐脱水，然后再从反应器的底部进入反应器中；(4)向反应器中补加无水短链醇，使反应器中短链醇浓度保持在0.5～2wt％。优选地，所述从反应器顶部抽气的速度为1～5vvm，进一步优选地为1～2vvm。优选地，所述循环气冷凝器的冷凝温度为-10～10℃，进一步优选地，为5～8℃。优选地，所述醇平衡罐中装有吸水短链醇，所述吸水短链醇浓度为95wt％以上，吸水短链醇温度为0～25℃；进一步优选地，所述吸水短链醇的温度为10～20℃。优选地，所述醇平衡罐内、反应器的底部分别包括气体分布器，用于提高气液传质效率，所述气体分布器为锥台形，以筛板分布方式进气。优选地，所述反应器为气升式反应器；进一步优选地，所述反应器为一级或多级反应器。优选地，所述酯化过程温度为30～45℃。优选地，所述油脂为植物油脂、动物油脂、微生物油脂或回收油脂；所述植物油脂为棕榈油、大豆油、菜籽油、小桐子油、玉米油、蓖麻油、花生油、棉籽油、米糠油或文冠果油等中的一种或多种；所述动物油脂为鱼油、牛油、猪油或羊油等中的一种或多种；所述微生物油脂为酵母油脂或微藻类油脂等；所述回收油脂为废食用油或油脂精练下脚料；所述废食用油为潲水油或地沟油等；所述油脂精炼下脚料为酸化油等。优选地，所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇等中的一种或多种。优选地，所述酯化反应由生物酶催化，所述生物酶是来源于南极假丝酵母(CandidaAntarctica)、嗜热真菌(Thermomyceslanuginosus)、黑曲霉(Aspergillusniger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、米黑根毛霉(Rhizomucormiehei)或米根霉(RhizopusOryzae)等的固定化脂肪酶。所述酶量是油脂重量的0.5～2％。如无特殊说明，本申请中涉及的各短链醇浓度为质量浓度。另一方面，本专利技术提供一种酶法制备生物柴油的系统，所述系统包括：反应器，用于反应物油脂和短链醇进行酯化反应；循环气冷凝器，其进气端与反应器的顶部连接，出气端与循环风机连接；用于冷凝并分离从反应器中抽出的气体中的水和短链醇；循环风机，其进气端与循环气冷凝器的出气端连接，其出气端与醇平衡罐连接；所述循环风机用于从反应器的顶部抽气，使气体进入循环气冷凝器冷凝，然后再进入循环风机；醇平衡罐，其进气端与循环风机的出气端连接，其出气端与反应器的底部连接；所述醇平衡罐中装有低温吸水短链醇，用于进一步干燥气体；以及，醇补加罐，其物料出口与反应器连接，用于向反应器中补加短链醇，以保证反应体系内的短链醇浓度。优选地，所述系统还包括冷凝液接收罐，用于接收循环气冷凝器的冷凝液体。优选地，所述醇平衡罐内、反应器的底部分别包括气体分布器，用于提高气液传质效率。优选地，所述气体分布器是锥台形，以筛板分布方式进气。优选地，所述醇平衡罐包括冷凝系统，用于维持醇平衡罐内短链醇的温度为0～25℃。优选地，所述反应器是气升式反应器；进一步优选地，所述反应器为一级或多级反应器。本专利技术在油脂与短链醇酯化生成生物柴油的过程中，利用循环风机从反应器顶部抽气，气体经过循环气冷凝器后进入循环风机中，再从循环风机中出来进入到装有低温吸水短链醇的醇平衡罐，最后气体再回到反应器的底部，经过气体分布器后分散进入到反应器中。气体为反应器内部的反应液提供混合的动力，同时不断地把短链醇气和水气带出反应体系，首先经冷凝器脱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种酶法制备生物柴油的方法，包括步骤：(1)向反应器中加入反应物油脂和短链醇，进行酯化反应；(2)利用循环风机从反应器顶部抽气，使抽出的气体经过循环气冷凝器降温脱出大部分水分；(3)经循环气冷凝器降温脱水的气体进入醇平衡罐脱水，然后再从反应器的底部进入反应器中；(4)向反应器中补加无水短链醇，使反应器中短链醇浓度保持在0.5～2wt％。

【技术特征摘要】
1.一种酶法制备生物柴油的方法，包括步骤：
(1)向反应器中加入反应物油脂和短链醇，进行酯化反应；
(2)利用循环风机从反应器顶部抽气，使抽出的气体经过循环气冷凝器降
温脱出大部分水分；
(3)经循环气冷凝器降温脱水的气体进入醇平衡罐脱水，然后再从反应器
的底部进入反应器中；
(4)向反应器中补加无水短链醇，使反应器中短链醇浓度保持在0.5～2wt％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从反应器顶部抽气的
速度为1～5vvm，优选地为1～2vvm。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述循环气冷凝器的冷凝
温度为-10～10℃；优选地，所述冷凝温度为5～8℃。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述醇平衡罐中装有吸水
短链醇，所述吸水短链醇浓度为95wt％以上，吸水短链醇温度为0～25℃；优
选地，所述吸水短链醇的温度为10～20℃。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述醇平衡罐内、反应器
的底部分别包括气体分布器，所述气体分布器为锥台形，以筛板分布方式进气。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反应器为气升式反应
器；优选地，所述反应器为一级或多级反应器。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述酯化过程温
度为30～45℃；优选地，所述油脂为植物油脂、动物油脂、微生物油脂或回收
油脂；所述植物油脂为棕榈油、大豆油、菜籽油、小桐子油、玉米油、蓖麻油、
花生油、棉籽油、米糠油或文冠果油中的一种或多种；所述动物油脂为鱼油、
牛油、猪油或羊油中的一种或多种；所述微生物油脂为酵母油脂或微藻类油...

【专利技术属性】
技术研发人员：李开龙，朱罗乐，
申请(专利权)人：北京信汇生物能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11