一种酯交换法生产生物柴油的反应装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种酯交换法生产生物柴油的反应装置及方法。所述的反应装置包括微通道混合设备I、微通道混合设备II和酯交换反应器。酯交换反应方法如下：将低碳醇与甘油三酸酯以摩尔比≥3:1的比例的混合物料I，作为主反应物料由酯交换反应器进料口进入，将低碳醇与甘油三酸酯以摩尔比＜3:1的混合物料II，作为强化传质物料引入酯交换反应器内，混合物料I和II在反应器内发生高效酯交换反应。本发明专利技术通过改善甘油三酸酯与低碳醇的混合状态以及混合进料方式，强化整个酯交换反应过程的传质，改善不易互溶体系酯与低碳醇的传质反应速率和原料单程转化率，缩短反应停留时间，提高酯交换法生物柴油的生产效率。法生物柴油的生产效率。法生物柴油的生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种酯交换法生产生物柴油的反应装置及方法


[0001]本专利技术属于生物柴油生产领域，具体地涉及一种利用酯交换反应得到生物柴油的反应装置和生产方法。

技术介绍

[0002]生物柴油具有良好的发动机低温启动性能、硫含量低、不含有对环境造成污染的芳香烃、闪点高、安全性能好、十六烷值高、润滑性能好等优势。
[0003]目前工业上生物柴油生产多采用酯交换方法，是利用甲醇等低碳醇类物质，将原料油中的三甘酯中的甘油在催化剂作用下发生酯交换而取代下来，得到生物柴油；酯交换反应为整个工艺的核心，现有技术主要基于三甘酯原料和甲醇为不相溶体系，二相的混合溶解比较困难，使酯交换过程存在液
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液传质反应速率低、容易分相、反应达到既定的转化率时间长等诸多问题。
[0004]CN1919973A利用环路湍流反应器组成一套连续式制备生物柴油的装置，原料从环路湍流反应器底部进入，在环路湍流反应器中反应，经过反应的混合物从反应器顶部出料，一部分物料回到循环混合泵再次进入反应器，目的是实现原料的循环多次强制混合，需要较大的能耗和特殊的反应器结构来实现。
[0005]CN101550349采用超临界技术制备生物柴油的方法，该方法将油脂与甲醇适当的摩尔比在超临界下成为均相，进行酯交换反应，控制压力为8～40MPA，温度300～450℃，该专利技术缩短了生物油脂转化为生物柴油的时间，提高了反应效率，但由于超临界生物柴油的生物需要在高温高压条件下进行，能耗和设备投资都较高，而且高温条件下容易导致生焦堵塞等问题。
>[0006]CN1952046A提出了一种酯交换反应生产生物柴油的方法，是将参加反应的原理油和低碳醇按反应计量比通入设有超声波发射装置的酯交换反应器中，在适宜条件下进行反应。该专利技术方法的目的是通过超声波的引入改善原料油和醇的互溶性，提高不相溶两相的传质反应速率，缩短反应时间，但该方法中的超声波发生装置难以工业化，以及在工业装置上实现物料的整个混合体系达到相同的均匀程度。
[0007]CN201625532U公开了一种废弃油脂制备生物柴油的高剪切乳化反应装置，包括反应釜、电机、乳化机，所述的电机固定于反应釜外部，所述乳化机包括外套、转子和定子，所述外套、转子和定子都为同轴空心圆柱体，所述的外套一端穿过反应釜的外壳并固定在电机外壳上，另一端连接有所述定子；所述电机的主轴一端与转子固定连接；转子及定子外壁上沿轴向均设有多条贯穿外壁的通透槽，转子处于定子的空心内腔中。该技术主要是对反应物料进行强烈剪切乳化从而希望能够改善物料混合，一方面采用机械剪切的方式改善的程度有限，另一方面高剪切乳化反应器为全混反应器，单程转化率和生产效率较低。
[0008]通过以上分析，生物柴油反应过程中基于甘油三酸酯与低碳醇之间不互溶而造成的酯交换传质反应速率低、易分相、反应停留时间长、原料转化率低等诸多问题，虽然当前的研究者提出了许多新工艺和新设备，但并酯交换反应情况并没有得到显著改善，还需要
采用有效的工艺和设备进一步解决。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种酯交换法生产生物柴油的反应装置及方法，本专利技术通过改善原料油脂（甘油三酸酯）与低碳醇的混合状态以及混合进料方式，强化整个反应过程的传质速率，改善酯交换反应速率和原料单程转化率，缩短反应时间，提高生物柴油生产装置的生产效率。
[0010]本专利技术的酯交换法生产生物柴油的反应装置，包括微通道混合设备I、微通道混合设备II和酯交换反应器；所述的微通道混合设备I用于酯交换反应原料混合为主反应进料，主反应进料中低碳醇与甘油三酸酯的摩尔比（以下简称为醇油摩尔比）≥3，优选3~15；所述的微通道混合设备I为管壳式结构，壳体内部设置无机膜管束；无机膜管束入口端与低碳醇管线连通，陶瓷膜管束外部的壳内空腔与原料油脂管线连通，无机膜管束出口端为混合物料I出口；低碳醇由壳内空腔经无机膜管管壁孔道扩散至无机膜管内的油酯中，在管内高流速原料油脂剪切力作用下二者形成均一的混合物料I，作为主反应进料；所述的微通道混合设备II用于酯交换反应原料混合为强化传质进料，强化传质物料中醇油摩尔比＜3。
[0011]所述的微通道混合设备II包括微通道组件和壳体，微通道组件固定于壳体内，壳体一端设置入口连通低碳醇与原料油脂管线；另一端设置混合物料II出口；微通道组件包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；低碳醇与原料油脂在微通道混合设备II内，经纤维丝切割混合形成混合物料II，作为强化传质进料；所述的酯交换反应器顶部、底部或侧部设置主反应进料口，塔式反应器底部、顶部或侧部设置出料口，反应器本体上设置强化传质物料入口；微通道混合设备I的混合物料I出口经管线与主反应进料口连接，微通道混合设备II的混合物料II出口与强化传质物料入口连接。
[0012]本专利技术装置中，微通道混合设备I和微通道混合设备II的个数可以根据实际需要进行设置，一般设置1~3个满足反应需要即可。
[0013]本专利技术装置中，所述的微通道混合设备I的无机膜管束可以为陶瓷膜、金属膜、金属/陶瓷复合膜、合金膜、分子筛复合膜、沸石膜或玻璃膜等中的一种或多种；无机膜管管壁上的孔径为10nm~1μm；混合物料I中甘油三酸酯相的粒径大小d1为100～900μm，优选300~500μm。
[0014]本专利技术装置中，所述的微通道混合设备II壳体内微通道组件沿夹缝方向分为进料端和出料端，物料入口与进料端之间设置进料分布空间，物料出口与出料端之间设置出料分布空间，除进料端和出料端外，微通道组件其余各端均与壳体密封连接。
[0015]所述的微通道组件，包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；所述相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1：50~1：1；所述纤维丝可以单层或多层排布，优选1~50层，更优选为1~5层，优选任意一层中的亲水性纤维丝均匀分
布于亲油性纤维丝间；优选任意一层中亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1：50~1：1。当为多层排布时，优选相邻两层纤维丝沿薄片垂直方向的投影为网状结构；网状结构中的网格形状可以为任意形状，如多边形、圆形、椭圆形等中的一种或多种组合；每层纤维丝中，相邻纤维丝的间距一般为0.5μm～50μm，优选等间距排布，纤维丝沿薄片表面横向、纵向或斜向等任意一种；所述的纤维丝可以为任意曲线形状，优选周期性变化的曲线形状，如波浪形、锯齿形等，优选同一层的纤维丝的形状相同，更优选所有层的纤维丝的形状都相同。
[0016]所述的微通道组件中，纤维丝的直径一般为0.5~50μm，优选为0.5~5μm，更优选为0.5~1μm。所述的亲油性纤维丝一般选自聚酯纤维丝、尼龙纤维丝、聚氨酯纤维丝、聚丙烯纤维丝、聚丙烯腈纤维丝和聚氯乙烯纤维丝中的至少一种，或选自表面经过物理或化学方法亲油处理的纤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种酯交换法生产生物柴油的反应装置，其特征在于包括微通道混合设备I、微通道混合设备II和酯交换反应器；所述的微通道混合设备I为管壳式结构，壳体内部设置无机膜管束；无机膜管束入口端与低碳醇管线连通，陶瓷膜管束外部的壳内空腔与原料油脂管线连通，无机膜管束出口端为混合物料I出口；低碳醇由壳内空腔经无机膜管管壁孔道扩散至无机膜管内的甘油三酸酯中，在管内高流速原料油脂的剪切力作用下二者形成均一的混合物料I，作为主反应进料；所述的微通道混合设备II包括微通道组件和壳体，微通道组件固定于壳体内，壳体一端设置入口连通低碳醇与原料油脂管线；另一端设置混合物料II出口；微通道组件包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；低碳醇与原料油脂在微通道混合设备II内，经纤维丝切割混合形成混合物料II，作为强化传质进料；所述的酯交换反应器顶部、底部或侧部设置主反应进料口，塔式反应器底部、顶部或侧部设置出料口，反应器本体上设置强化传质物料入口；微通道混合设备I的混合物料I出口经管线与主反应进料口连接，微通道混合设备II的混合物料II出口与强化传质物料入口连接。2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：所述的微通道混合设备I用于酯交换反应原料混合为主反应进料，主反应进料中低碳醇与甘油三酸酯的摩尔比≥3，优选3~15；所述的微通道混合设备II用于酯交换反应原料混合为强化传质进料，强化传质物料中醇油摩尔比＜3。3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：微通道混合设备I和微通道混合设备II的个数分别设置1~3个。4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：所述的微通道混合设备I的无机膜管束为陶瓷膜、金属膜、金属/陶瓷复合膜、合金膜、分子筛复合膜、沸石膜或玻璃膜中的一种或多种；无机膜管管壁上的孔径为10nm~1μm。5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：所述的微通道混合设备II壳体内微通道组件沿夹缝方向分为进料端和出料端，物料入口与进料端之间设置进料分布空间，物料出口与出料端之间设置出料分布空间，除进料端和出料端外，微通道组件其余各端均与壳体密封连接。6.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：所述相邻薄片夹缝间填充的亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1：50~1：1。7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：纤维丝的直径一般为0.5~50μm，优选为0.5~5μm，更优选为0.5~1μm；所述的亲油性纤维丝选自聚酯纤维丝、尼龙纤维丝、聚氨酯纤维丝、聚丙烯纤维丝、聚丙烯腈纤维丝和聚氯乙烯纤维丝中的至少一种，或选自表面经过物理或化学方法亲油处理的纤维丝；所述的亲水性纤维丝选自主链或侧链含有羧基、酰胺基、氨基或羟基亲水性基团的高分子聚合物中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：所述纤维丝单层或多层排布，优选1~50层，更优选为1~5层；任意一层中的亲水性纤维丝均匀分布于亲油性纤维丝间；任意一层中亲油性纤维丝和亲水性纤维丝的数量比例为1：50~1：1。
9.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：每层纤维丝中，相邻纤维丝的间距为...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨秀娜，阮宗琳，金平，于颖，姜阳，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：