一种无催化剂连续化合成生物柴油的方法技术

本发明专利技术公开了一种无催化剂连续化合成生物柴油的方法；具体地，属于一种先将带非极性的油脂进行电磁化处理，使油酯分子带有极性，再将极性的甲醇与带有极性的油脂同时地连续地输入高压剪切均质泵进行交联、互溶和均相处理，以便形成油脂和甲醇的单相互溶溶液，然后将此单相混合溶液连续地输入到具有液体均相功能的耐高压管式反应器中发生酯化反应合成生物柴油（或脂肪酸甲酯）的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用动植物油脂和甲醇为原料合成生物柴油的方法，属于油脂化学领域；具体地，属于一种先将带非极性的油脂进行电磁化处理，使油酯分子带有极性，再将极性的甲醇与带有极性的油脂同时地连续地输入高压剪切均质泵进行交联、互溶和均相处理，以便形成油脂和甲醇的单相互溶溶液，然后将此单相混合溶液连续地输入到具有液体均相功能的耐高压管式反应器中发生酯化反应合成生物柴油(或脂肪酸甲酯)的方法。技术背景随着地球壳层内石油储蓄量的日趋枯竭和不足，人类开拓和利用地球表面可再生资源，将可循环再生的动植物油脂转化成为市场紧俏的燃料油具有重大的现实意义和深远的历史意义。有关用油脂为原料合成生物柴油的方法已有很多报导：目前，生物柴油的合成主要采用以固态或液态酸性催化剂、以及固态或液态碱性催化剂为主要工艺的化学酯化反应的方法，酶催化法也被米用，如在USP5,480,787中，专利技术人Negishi公开了采用脂肪酶处理油脂合成生物柴油的发酵生产方法；上述的方法虽然条件温和，但存在酯化反应或发酵时间长、甲醇对酶的活性有强的抑制作用，以及催化剂耗量大、工艺复杂、生产流程长、生产成本高、酸催化剂对设备有强的腐蚀性，过量甲醇的后期分离回收以及粗甲脂的分馏提纯需要消耗大量的热能等诸多的弱点；特别地，上述各方法均需要加入超过甲醇理论消耗量数倍的过量甲醇参与酯化反应，导致增加了回收剩余甲醇的设备投资和生产运行成本；如在CN1740273A中，采用管式反应器和过高的压力(16MPa-50MPa)条件下，其反应物中甲醇与油脂的摩尔数比必须要高达15∶1～60∶1。甲醇的添加量高于理论添加量的5倍～20倍，极大地增加了甲醇回收利用的成本和设备投资。在公开号CN1743416A《车用生物柴油的生产装置及其制造方法》中，采用二步方法进行高压管式的酯化反应，此多步法的工艺复杂、流程长，使用-->催化剂将会增加生产成本，且酸性催化剂会对设备造成强的腐蚀，必须使用不锈钢或搪瓷设备，极大的增大了设备投资和运营成本；在CN1594504A《生物柴油超临界制备工艺》中，采用了釜式反应器(依据“实施例”)，以及采用了高温高压的超临界环境下的生物柴油合成方法，特别地，由于釜式高压反应器的特殊制造要求，以及釜壁增厚所带来的设备投资加大，尤其是过高的压力(≤250公斤/厘米2)和高温(220-400℃)条件不利于安全生产，使得该方法至今不能被工业化生产所应用，实用性差。在CN1594504A中，采用釜式反应器，添加共溶剂的超临界高温高压条件合成生物柴油；由于酯化反应中添加的共溶剂与生物柴油(或甲酯)的组成不同，最终必须将生物柴油中的共溶剂排出或进行分离，导致设备投资的增大和生产成本的提高；与CN1594504A一样的是超临界高温高压条件不适合釜式结构的反应器，工业实用性差；在CN1718679A的亚临界高温高压反应体系中，采用了釜式反应器和催化剂，导致使用催化剂会增加生产成本，高压反应釜会增加设备投资，至今不能被工业化生产所应用，实用性差。总之，公开号CN1718679A和CN1594504A二种方法都是采用高压反应釜的间隙式生产，反应的压力越高，则反应釜的釜壁就需越厚，设备投资就很大；临界或亚临界下的酯化反应的反应机理是低碳醇(如甲醇)与油脂的摩尔数比越大，才越有利于二种物质的互溶性和加快酯化反应的进程，一般要达到多倍或几十倍的摩尔比才能满足适合于现行工业化生产的互溶温度和设备能承受的互溶压力；而回收反应体系中大量的剩余甲醇会增大生产成本和设备投资；特别地，高压容器的高压条件生产很不安全，焊接缝一旦锈蚀长久老化或脱焊就会发生高压容器的爆裂事故；所加的固体催化剂在反应釜中的分离也很麻烦，导致实用性很差；上述各方法中，粗甲酯与甲醇，甘油，水的分离、以及与未反应完全的油脂原料的分离、催化剂的回收几乎都在多步骤的复杂的工序中完成的，比如要采用长时间的静置分相分离、脱色除杂或过滤；因此，利用上述各方法去提纯酯化反应后的产品(甲脂)或回收利用甲醇，或回收甘油或分离除去水分，均存在工序多、流程长、能耗高、导致生产设备投资大，也加大了生产成本；特别地，酯化设备采用的是釜式结构反应器，只能进行间歇式生产，无法进行连续化生产，导致单位体积设备的产量低的弱点；现有公开的技术已经证明：影响油脂与甲醇可逆酯化反应正常进行的主-->要因素是反应温度、压力、催化剂、各物质的浓度，以及油脂与甲醇的摩尔数比例、反应时间，但最主要的影响最大的因素属于带非极性的油脂与带极性的甲醇相之间的二相互溶或均相因素；依化学反应原理可知，如果甲醇分子与脂肪酸甘油酯分子不能有效的碰撞和接触，酯化反应就不可能发生，脂肪酸甲酯(生物柴油)就不可能生成；所以，现有公知技术中的增加反应温度和压力、添加共溶剂和催化剂、增加甲醇的浓度等等，都是为了加强甲醇分了与脂肪酸甘油酯分子的有效接触，促进甲醇相与油脂相的二相达到均相或单相；但实施这些条件和因素会给工业化生产带来生产安全隐患、设备投资的加大和生产成本的增加等诸多缺陷。本专利技术的目的就是要克服现有技术的缺陷，提供一种以动植物油脂和甲醇为原料，在无催化剂条件下连续化合成生物柴油的方法；更具体地，属于一种先将带非极性的油脂进行电场或磁场的处理，使油酯分子带有极性，再将极性的甲醇与带有极性的油脂同时地连续地输入剪切均质泵进行交联、互溶和均相处理，以便形成油脂和甲醇的单相互溶混合溶液，然后将此单相混合溶液连续地输入到具有液体均相功能的耐高压管式反应器中发生酯化反应合成生物柴油的方法。
技术实现思路
一种无催化剂连续化合成生物柴油的方法，该方法中采用的原料是甲醇和油脂，油脂主要是：植物油、动物油或泔水油，其中包含：菜籽油、芝麻油、花生油、大豆油、米糠油、葵花籽油、棉籽油、玉米油、茶油、牛油、鱼油、猪油……；以及包括油脂酸败后形成的有机酸(RCOOH)；油脂或脂肪酸与甲醇的酯化主体反应是一个可逆平衡体系反应：-->或(R为C18H37~35——C16H33~31)依化学反应原理和热力学原理：物质受热后，使构成物质的分子的动能不断加大，活性增强；一般来说，液体的温度与其分压成正比，升高反应温度和加大反应体系的压力能够很好地促进非极性油脂分子的动能和分子的活性，能促进油脂分子与强极性的甲醇更好的二相互溶均相，以加快反应速度提高反应产物(脂肪酸甲脂)的收率；因此，本专利技术采用150-210℃和0.5-6.0MPa条件合成生物柴油；然而，高压容器造价高，操作安全性差；为了克服高压容器(如釜式，包含立式釜和卧式釜；或流化床式)在长时间操作中设备的焊接缝易被氧化、绣蚀、生孔而出现爆裂等不安全因素，以及减少高压设备的壁厚增大所造成的设备投资的加大，本专利技术采用耐压钢管代替工业上常采用的釜式高压反应器；由于钢管的通径远远小于釜式反应釜的内径，所以在同等壁厚的条件下，钢管比釜式容器能承受更高的压力，其投资也小，且在受热时钢管的应力变形比釜式容器应力变形要小；本专利技术所采用的管式反应器，其生产安全性和受热均匀性远远优于传统的釜式反应容器；可以选用燃气、煤、燃油或其它燃料进行燃烧给管式反应器间接加热来提供酯化反应所需的热量和进行酯化反应；依据“相似者相溶”的化学原理：极性溶液与另一极性溶液、非极性溶液与另一非极性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无催化剂连续化合成生物柴油的方法，由以下步骤组成：（１）、将脱去了水份或净化后的油脂连续的泵入到电场或磁场处理器中进行电磁场处理，电磁场处理器内的磁场强度为５０００－１５０００高斯，物料和电磁场处理器的内部温度控制在≤８０℃，压力为０．０５－０．５ＭＰａ，使油脂分子在磁场中发生分子变形、产生电荷藕极，将油脂分子改变成为极性分子，并将改性后的油脂不断地引入到高压剪切均质泵的入口；（２）、按照油脂与甲醇的摩尔数比为油脂∶甲醇＝１∶３～４的配料比例，连续地将甲醇引入到剪切均质泵的入口，用高压剪切均质泵将带极性的甲醇和带极性的油脂进行两相的深度交联，以达到油脂和甲醇的完全互溶或成为单相溶液；（３）、将上述（２）的单相溶液连续地泵入到配置有均相混合器的耐压管式反应器中进行酯化反应；可用水蒸汽、导热油、高烟气或其它热载体给反应器内的钢管间接加热进行酯化反应，酯化反应在１００－２１０℃和０．５－６．０ＭＰａ条件下进行；反应时间为１０－５２分钟，甲醇和油脂连续地穿过均相混合材料发生酯化反应，并合成脂肪酸甲酯；（４）、将上述（３）酯化反应所产生的粗脂肪酸甲脂连续地引入到分馏塔中进行分馏，可按公知的减压分馏方法进行各组分的分离、收集；为了降低脂肪酸甲脂的分压和蒸发温度，阻止脂肪酸甲脂的高温分解，可通入水蒸汽进行蒸馏；分馏中，过剩的甲醇和水分从分馏塔塔顶排出，塔顶温度控制在７０－１０５℃，经冷凝成为粗甲醇水溶液，按常规分馏方法进一步精馏处理粗甲醇，最终变成无水精甲醇，此无水精甲醇再作为原料返回使用；脂肪酸甲酯（生物柴油）从分馏塔的中部馏出，收集温度为≤３００℃，经冷凝后进入脂肪酸甲酯储罐；高沸点的物质（如沥青状黑色重油）落入分馏塔的底部，可连续地用泵将此重油排入储罐再利用；甘油（丙三醇）的沸点为２９０℃，从塔的中部分馏出被混入生物柴油中，可采用传统的常规的二相静置分层分相的分离方法，以及采用蝶片式分离机的二种溶液密度差别的分离方法，将甘油与脂肪酸甲酯分离开，最后得到脂肪酸甲酯（生物柴油）产品。...

【技术特征摘要】
1、一种无催化剂连续化合成生物柴油的方法，由以下步骤组成：(1)、将脱去了水份或净化后的油脂连续的泵入到电场或磁场处理器中进行电磁场处理，电磁场处理器内的磁场强度为5000-15000高斯，物料和电磁场处理器的内部温度控制在≤80℃，压力为0.05-0.5MPa，使油脂分子在磁场中发生分子变形、产生电荷藕极，将油脂分子改变成为极性分子，并将改性后的油脂不断地引入到高压剪切均质泵的入口；(2)、按照油脂与甲醇的摩尔数比为油脂∶甲醇＝1∶3～4的配料比例，连续地将甲醇引入到剪切均质泵的入口，用高压剪切均质泵将带极性的甲醇和带极性的油脂进行两相的深度交联，以达到油脂和甲醇的完全互溶或成为单相溶液；(3)、将上述(2)的单相溶液连续地泵入到配置有均相混合器的耐压管式反应器中进行酯化反应；可用水蒸汽、导热油、高烟气或其它热载体给反应器内的钢管间接加热进行酯化反应，酯化反应在100-210℃和0.5-6.0MPa条件下进行；反应时间为10-52分钟，甲醇和油脂连续地穿过均相混合材料发生酯化反应，并合成脂肪酸甲酯；(4)、将上述(3)酯化反应所产生的粗脂肪酸甲脂连续地引入到分馏塔中进行分馏，可按公知的减压分馏方法进行各组分的分离、收集；为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鼎力，周千淇，
申请(专利权)人：周鼎力，周千淇，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]