一种生物柴油的制备工艺制造技术

本发明专利技术提供一种生物柴油的制备工艺，包括多个批次的间歇反应过程，每个批次的间歇反应过程依次包括一级酯化反应、二级酯化反应及酯交换反应。酯交换反应采用新鲜的甲醇‑碱液作为原料，反应后分离出的稀甲醇直接用于下一批次的二级酯化反应；二级酯化反应采用上一批次的酯交换反应后分离出的稀甲醇为原料，并补加适量的浓硫酸作为催化剂，使硫酸的质量为原料油质量的1.5～2.0％，反应后分离出的稀甲醇‑硫酸溶液直接用于下一批次的一级酯化反应；一级酯化反应采用上一批次的二级酯化反应后分离出的稀甲醇‑硫酸溶液作为原料，反应后分离出的稀甲醇‑硫酸溶液回收至稀甲醇储罐；如此循环多个批次。本发明专利技术显著降低了生物柴油的生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种生物柴油的制备工艺
本专利技术属于生物柴油制备领域，具体地讲，是涉及一种生物柴油的制备工艺。
技术介绍
生物柴油是清洁的可再生能源，以大豆和油菜籽等油料作物、油棕或黄连木等油料林木果实、工程藻类等水生植物以及动物油、餐厨废油等为原料，经酯化、酯交换反应制得。生物柴油无毒性，降解性高达98％，降解速率是普通石化柴油的2倍，具有良好的环保特性；其十六烷值高，具有良好的抗爆性能；其物理性质与石化柴油非常接近，因此是优质的石化柴油代用品。现有技术中，利用高酸价原料油(地沟油、餐厨废油脂等)制备生物柴油常采用酸-碱两步法，即分别通过酸和碱催化进行酯化-酯交换反应。由于原料油中含有较多的脂肪酸，导致其酸价高(通常为60-80mgKOH/g)，因此酯化反应通常分二级进行，以逐级降低原料油的酸价。具体步骤如下：一级酯化反应：脂肪酸+甲醇→脂肪酸甲酯+H2O二级酯化反应：脂肪酸+甲醇→脂肪酸甲酯+H2O酯交换反应：甘油酯+甲醇→脂肪酸甲酯+甘油现有技术中，上述三个步骤中，甲醇均需要过量(脂肪酸与甲醇的质量比约为1:10)，且加入的甲醇均为新鲜甲醇。由于一级和二级酯化反应生成水，导致反应后分离出大量的稀甲醇-硫酸溶液。三个步骤产生的所有稀甲醇-硫酸溶液和稀甲醇溶液集中送至稀甲醇储罐，经过精馏塔精馏，得到质量百分数99％以上的甲醇。上述工艺需要消耗大量的新鲜甲醇和硫酸，同时也产生大量的稀甲醇，需要消耗大量的能量进行精馏回收，且稀甲醇储罐和精馏塔的体积大，精馏负荷大，导致原料成本、回收及设备成本高，极大地增加了生物柴油的生产成本。另外，传统的液相酸-碱两步法工艺中，油脂与甲醇在反应的初级阶段并不相溶，而是分成两相，导致反应速率较慢。现有技术通常采用搅拌釜式反应器，通过搅拌浆进行搅拌均匀。但仍然存在传质不均匀，转化率低，反应时间长的缺陷，且搅拌器通过电机传动，搅拌能耗高。因此，有必要对现有的利用高酸价原料油生产生物柴油的工艺进行改进，以降低其生产成本，提高生物柴油转化率，提高生物柴油的市场推广优势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种生物柴油的制备工艺，能够极大地降低中间物料的回收和设备成本，从而降低生物柴油的生产成本，并提高生物柴油的转化率。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：生物柴油的制备工艺，包括多个批次的间歇反应过程，其中一个批次的间歇反应过程依次包括一级酯化反应、二级酯化反应及酯交换反应，其中：所述酯交换反应采用新鲜的甲醇-碱液作为原料，反应后分离出的稀甲醇直接用于下一批次的二级酯化反应；所述二级酯化反应采用上一批次的酯交换反应后分离出的稀甲醇为原料，并补加原料油质量的1.5～2.0％的硫酸作为催化剂，反应后分离出的稀甲醇-硫酸溶液直接用于下一批次的一级酯化反应；所述一级酯化反应采用上一批次的二级酯化反应后分离出的稀甲醇-硫酸溶液作为原料，反应后分离出的稀甲醇-硫酸溶液回收至稀甲醇储罐；如此循环多个批次。根据本专利技术，当装置首次启动时，所述一级酯化反应和二级酯化反应均采用新鲜的甲醇-硫酸溶液为原料；所述一级酯化反应分离出的稀甲醇-硫酸溶液回收至稀甲醇储罐；所述二级酯化反应分离出的稀甲醇-硫酸溶液直接用于下一批次的一级酯化反应。根据本专利技术，所述酯交换反应分离出的稀甲醇中甲醇的质量百分含量大于95％；所述二级酯化反应分离出的稀甲醇-硫酸溶液中甲醇的质量百分含量小于95％。根据本专利技术，所述酯交换反应中：新鲜甲醇的用量为原料油质量的12～16％，碱的用量为原料油质量的0.55～0.70％。根据本专利技术，所述酯交换反应中：新鲜甲醇的用量为原料油质量的12％，碱的用量为原料油质量的0.55％。根据本专利技术，所述一级酯化反应、二级酯化反应中所用的反应器为循环反应器；所述循环反应器包括反应器本体，所述反应器本体的顶部固定设置螺旋装置，上部开设循环液出口，中部设置固定盘，底部开设循环液入口，所述循环液出口和循环液入口之间通过循环管路连接，所述循环管路上设置循环泵；所述反应器本体的底部设置喷射装置，所述喷射装置包括与所述循环液入口的末端连接的文丘里喷嘴，设置在所述文丘里喷嘴外部的混合器，所述混合器的两侧对称设置吸入管，顶部与所述固定盘的底部固定连接；所述固定盘的中间具有供液体经过的再分布装置，靠近所述反应器本体内壁的所述固定盘上开设若干个液体下降孔；所述螺旋装置包括若干片螺旋片。根据本专利技术，所述混合器包括依次相接的进液段、混合段及扩大段；所述吸入管对称设置在所述进液段的两侧，所述混合段为圆柱形，所述扩大段为喇叭形。根据本专利技术，所述吸入管的底部开设若干个第一吸入孔，所述混合段的中部开设若干个第二吸入孔，所述文丘里喷嘴的顶部与所述吸入管的管中心等高。根据本专利技术，所述再分布装置外周的所述固定盘上固定设置圆柱形的挡板，所述反应器本体中的液面高度高于所述挡板的顶端。根据本专利技术，所述酯交换反应中所用的反应器为循环反应器。根据本专利技术，所述反应器本体的上部为圆柱形，下部为圆锥形，所述喷射装置设置在下部的圆锥形内。根据本专利技术，所述螺旋装置设置在所述反应器本体的顶部中央。根据本专利技术，所述螺旋装置还包括固定杆，所述螺旋片交叉固定在所述固定杆上。根据本专利技术，所述固定盘上的所述液体下降孔有四个，所述四个液体下降孔大小相同，均为弧形孔，所述再分布装置固定安装在所述固定盘的中部圆孔中。根据本专利技术，所述循环管路上设置静态混合器。根据本专利技术，采用循环反应器，一级酯化反应和二级酯化反应的总反应时间为2.5小时，酯交换反应的时间为0.5小时。一级酯化反应的反应时间和二级酯化反应的反应时间可以均为1.25小时。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益技术效果：1)本专利技术的生物柴油制备工艺，能够综合利用酯化-酯交换反应过程中的稀甲醇，不仅极大地减少了新鲜甲醇和硫酸的用量，还显著地降低了产生的稀甲醇的量，进而降低了原料成本和回收及设备成本，从而显著地降低了生物柴油的加工成本。2)同时有效提高了生物柴油的转化率，降低了能耗，进一步降低了加工成本，有利于生物柴油的市场推广。附图说明图1为本专利技术的工艺流程框图。图2为传统工艺流程框图。图3是本专利技术的实施例7-8的循环反应器结构示意图。图4是图3中A部分的局部放大图。图5是图3中固定盘的俯视图。图6是本专利技术的实施例9-10的结构示意图。图7是本专利技术的实施例13-14的结构示意图。图中：1-反应器本体、2-喷射装置、11-螺旋装置、12-循环液出口、13-固定盘、14-循环液入口、15-循环管路、16-循环泵、17-挡板、18-甲醇-硫酸或甲醇-碱进料管、19-油相进料管、110-出料管、21-文丘里喷嘴、22-混合器、23-吸入管、131-再分布装置、132-液体下降孔、111-螺旋片、112-固定轴、221-进液段、222-混合段、223-扩大段、231-第一吸入孔、224-第二吸入孔、120-静态混合器。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明。原料油预处理：地沟油、潲水油或酸化油(水、杂质量含量小于3％，酸价60-80mgKOH/g)加热，搅拌升温至90±5℃，保温沉降8-12小时，然后将界面层及以下的乳化液除去，分离出上层清油，即得到原料油，用于后续工序。硫酸：质量百分数为98％。新鲜甲醇：质量百分数为9本文档来自技高网...

【技术保护点】
生物柴油的制备工艺，包括多个批次的间歇反应过程，其中一个批次的间歇反应过程依次包括一级酯化反应、二级酯化反应及酯交换反应，其特征在于，其中：所述酯交换反应采用新鲜的甲醇‑碱液作为原料，反应后分离出的稀甲醇直接用于下一批次的二级酯化反应；所述二级酯化反应采用上一批次的酯交换反应后分离出的稀甲醇为原料，并补加原料油质量的1.5～2.0％的硫酸作为催化剂，反应后分离出的稀甲醇‑硫酸溶液直接用于下一批次的一级酯化反应；所述一级酯化反应采用上一批次的二级酯化反应后分离出的稀甲醇‑硫酸溶液作为原料，反应后分离出的稀甲醇‑硫酸溶液回收至稀甲醇储罐；如此循环多个批次。

【技术特征摘要】
1.生物柴油的制备工艺，包括多个批次的间歇反应过程，其中一个批次的间歇反应过程依次包括一级酯化反应、二级酯化反应及酯交换反应，其特征在于，其中：所述酯交换反应采用新鲜的甲醇-碱液作为原料，反应后分离出的稀甲醇直接用于下一批次的二级酯化反应；所述二级酯化反应采用上一批次的酯交换反应后分离出的稀甲醇为原料，并补加原料油质量的1.5～2.0％的硫酸作为催化剂，反应后分离出的稀甲醇-硫酸溶液直接用于下一批次的一级酯化反应；所述一级酯化反应采用上一批次的二级酯化反应后分离出的稀甲醇-硫酸溶液作为原料，反应后分离出的稀甲醇-硫酸溶液回收至稀甲醇储罐；如此循环多个批次。2.根据权利要求1所述的生物柴油的制备工艺，其特征在于，当装置首次启动时，所述一级酯化反应和二级酯化反应均采用新鲜的甲醇-硫酸溶液为原料；所述一级酯化反应分离出的稀甲醇-硫酸溶液回收至稀甲醇储罐；所述二级酯化反应分离出的稀甲醇-硫酸溶液直接用于下一批次的一级酯化反应。3.根据权利要求1所述的生物柴油的制备工艺，其特征在于，所述酯交换反应分离出的稀甲醇中甲醇的质量百分含量大于95％；所述二级酯化反应分离出的稀甲醇-硫酸溶液中甲醇的质量百分含量小于95％。4.根据权利要求1所述的生物柴油的制备工艺，其特征在于，所述酯交换反应中：新鲜甲醇的用量为原料油质量的12～16％，碱的用量为原料油质量的0.55～0.70％。5.根据权利要求4所述的生物柴油的制备工艺，其特征在于，所述酯交换反应中：新鲜甲醇的用量为原料油质量的12％，碱...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建斌，张学旺，
申请(专利权)人：上海中器环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31