一種連續(xù)氣相催化酯化制備生物柴油的裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物柴油的制備，特別涉及一種利用棕櫚酸性油(Palm AcidOil)連續(xù)氣相反應制備生物柴油的裝置與方法。
技術背景
[0002]生物柴油亦稱脂肪酸甲酯，它是廢棄動植物油脂、微生物油脂等作為原料，與甲醇(或乙醇)等低碳醇經酯化、酯交換反應獲得。生物柴油以其獨特的可再生性和綠色性，成為一種優(yōu)質的石油柴油替代品，被認為是解決全球能源危機，舒緩環(huán)境壓力，控制大氣污染最理想的途徑之一。
[0003]目前，我國工業(yè)化生產生物柴油較為成熟的工藝主要有“酸一步法”和“酸一堿兩步法”兩種方法?！八嵋徊椒ā惫に囈话氵m用于酸值較高的酸化油原料，一般在北方的生物柴油生產企業(yè)較為常見，但該方法對設備的要求較高，反應時間較長，且會產生大量廢酸水?！八嵋粔A兩步法”工藝一般適用于酸值在100mgK0H/g以下的地溝油或煎炸老油等油脂，但傳統(tǒng)的“酸一堿兩步法”工藝存在生產過程冗長、生產成本高及對酯交換反應條件要求高等缺點。
[0004]中國發(fā)明專利申請201210165367X公開了一種地溝油轉化生物柴油的設備。包括地溝油儲料罐，地溝油儲料罐連接地溝油脫膠罐，地溝油脫膠罐連接中間罐，中間罐連接反應釜，反應釜里面安裝攪拌裝置，反應釜上面安裝加藥裝置，反應釜里面安裝加熱器和溫度傳感器，加熱器和所述的溫度傳感器都與控制器連接。該發(fā)明是一種典型的將地溝油加工成生物柴油的設備，但是由于原料油脂的地溝油復雜、含水含雜質變化大，單一的脫膠罐處理很難保證反應釜連續(xù)生產，也難以保證產品質量。有人也采用油脂加工中水化脫膠工藝處理原料，但是實際生產中因產生大量廢水，都被關停。
[0005]中國發(fā)明專利申請2010105586393公開了一種制備生物柴油的工藝方法，包括以下步驟:(A)將油脂和一元醇提供給反應器，進行酯交換反應；(B)從反應后的粗產物蒸出一元醇，產物分為混合酯相和甘油相或水相；(C)將混合酯相與甘油相或水相分離；(D)將部分混合酯返回至反應器入口與原料油脂混合后進入反應器；(E)剩余混合酯和甘油相或水相分別進行蒸餾，得到高純度脂肪酸酯和甘油。本發(fā)明方法可高收率得到酸值較低的生物柴油。但是該方法沒有脫膠處理，也無法保證連續(xù)生產。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術不能適用復雜原料連續(xù)生產及生產過程中存在的工藝耗時長、甲醇循環(huán)量大、制造成本高、不能連續(xù)生產問題，提供一種耗時短、甲醇循環(huán)量小、可聯(lián)系生產的連續(xù)氣相催化酯化制備生物柴油的裝置以及方法。
[0007]棕櫚酸性油(Palm Acid Oil)是常見的廢棄食用油的一種，其特點是酸值在60mgK0H/g—120mgK0H/g的范圍。類似這樣的原料不適合酸一步法。而且由于目前所用的生物柴油原料復雜、含水含雜質變化大，所以采用連續(xù)工藝很難達到理想效果。有人也采用油脂加工中水化脫膠工藝處理原料除去過量的雜質，但是實際生產中因產生大量廢水，幾乎都強制關停。本發(fā)明采用反應過程產生的廢酸水處理原料油，脫除原料中的雜質，使原料品質統(tǒng)一，同時應用多個反應釜逐步反應，并采用甲醇和油脂逆向進料的方法，即解決了原料雜質過多的問題又消耗了酸水減少了酸水的排放量。
[0008]本發(fā)明反應過程采用甲醇和油脂逆向進料，新鮮甲醇先與已經接近反應完全的油脂反應，過量的甲醇和反應生成的水一起氣化，進入下一個反應釜與油脂繼續(xù)反應，直到過量的甲醇和最新進入的油脂反應。這樣充分利用了甲醇，減少了甲醇過量的比例，又帶走反應生成的水使更容易進行。所有本發(fā)明電能、熱能，甲醇的消耗較小，裝置的結構相對簡單，能夠連續(xù)生產生產效率較高。
[0009]本發(fā)明目的通過如下技術方案實現(xiàn):
[0010]一種連續(xù)氣相催化酯化制備生物柴油的裝置，包括至少三個反應釜，脫膠釜、第一反應釜、第二反應釜、第三反應釜、甲醇汽化器、第一閃蒸脫醇機組、沉降罐、轉酯化釜、第二閃蒸脫醇機組和減壓蒸餾塔依次連接；
[0011]所述脫膠釜上端分別設有進料口和酸渣進口，下端出料口與原料油進料口連接；
[0012]所述第一反應釜的上端分別設有原料油進料口、催化劑進口、氣相出口，底部設有開口，氣相出口和甲醇回收塔相連；原料油進料口和進料管道相連；
[0013]所述第二反應釜的上端設有進料口和氣相出口，底部設有開口 ；進料口和氣相出口與第一反應釜底部的開口連通；
[0014]所述第三反應釜的上端設有進料口和氣相出口，底部設有開口 ；氣相甲醇進口與甲醇汽化器相連，加入新鮮的氣相甲醇；底部開口和出料管道連接；氣相出口與第二反應釜底部開口連接；
[0015]所述出料管道與第一閃蒸脫醇機組連接，第一閃蒸脫醇機組與沉降罐連接，沉降罐與轉酯化釜連接，轉酯化釜與沉降池或離心機連接，沉降池或離心機與第二閃蒸脫醇機組，第二閃蒸脫醇機組與減壓蒸餾塔連接，減壓蒸餾塔分別設有瀝青排放口和成品油排放
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[0016]為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述出料管道與第一閃蒸脫醇機組連接的管道上設有閥門。
[0017]所述第一反應釜和第二反應釜底部開口分別與第二反應釜和第三反應釜上端的進料口和氣相出口連接的管道上設有閥門。
[0018]所述反應釜的數量為4-6個；第四反應釜-第六反應釜的連接方式與第二反應釜和第三反應釜的連接方式相同。
[0019]所述第一反應釜、第二反應釜、第三反應釜采用不銹鋼釜或者搪玻璃釜；所述轉酯化釜采用不銹鋼釜或者搪玻璃釜。
[0020]所述甲醇汽化器采用列管式換熱器或螺旋板式換熱器；所述減壓蒸餾塔采用填料塔或者板式塔。
[0021]一種應用所述裝置的連續(xù)氣相催化酯化制備生物柴油的方法，包括如下步驟:
[0022]步驟1:原料油脂由進料口加入脫膠釜內；啟動攪拌加熱升溫到60°C -90°C，保溫反應1±0.5小時；停止攪拌，靜止沉降，排出底部的膠質和酸水；
[0023]步驟2:把經過脫膠的油脂通過原料泵按由原料油進口加入第一反應釜，新鮮甲醇按原料油的15% -30%的速度經過甲醇汽化器氣化后加入第三反應釜，催化劑按原料油的0.1%-5%的速度由催化劑進口加入第一反應釜中；控制反應釜內溫度100°C_185°C，壓力 0-3Mpa ；
[0024]步驟3:通過控制各個反應釜的排料閥的開關大小，調整第一反應釜，第二反應釜，第三反應釜的液位，液位高度控制在反應釜高度的1/2-2/3之間；檢測第三反應釜油脂的酸值；當酸值低于2mgKOH/g時，打開第三反應釜的排料閥，開始出料；如果酸值高于2mgKOH/g，則提高第一到第三反應釜的液位，液位最高達到所有反應釜的2/3 ；
[0025]步驟4:氣相甲醇進入第三反應釜后與油脂反應，未反應的過量甲醇及反應生成的水以氣相的形式從第三反應釜的氣相出口進入第二反應釜的底部；氣相甲醇與油脂進一步反應，過量的甲醇和反應產生的水以氣相的形式由第二反應釜的氣相出口進入第一反應釜的底部，在第一反應釜內甲醇與油脂劇烈反應，過量的甲醇和反應生成的水、原料帶入的水一起由第一反應釜的氣相有甲醇出口排出；控制第一反應釜內的壓力為0-3Mpa ；
[0026]步驟5:第三反應釜排出的物料通過出料管道進入第一閃蒸脫醇機組，脫出過量甲醇；
[0027]步驟6:脫醇后的油脂進入沉降罐，沉降分離排出酸渣；
[0028]步驟7:排渣后的油脂進入轉酯化釜，加入油脂質量25% ±10%的甲醇和油脂質量0.1-1.5%的催化劑溶液；在65°C ±5°C反應30-60分鐘，脫出過量甲醇；所述催化劑為硫酸、磷酸、對甲苯磺酸、氯化鋁、氯化鐵、三氟化硼和四氟化錫一種或者多種
[0029]步驟8:轉酯化完成的油脂經過自然沉降或者離心機分離出產生的甘油。
[0030]步驟9:分離甘油后的油脂通過第二閃蒸脫醇機組，脫除剩余的微量甲醇；
[0031]步驟10:脫醇后的油脂進入減壓蒸餾塔提純出成品生物柴油從成品油排放口收集，真空蒸餾的殘渣為植物瀝青，從瀝青排放口排出。
[0032]優(yōu)選地，原料油脂為地溝油、潲水油、棕櫚酸性油和植物油廠的含油脂下腳料中的一種或多種。
[0033]優(yōu)選地，所述靜止沉降的時間為3-6小時；所述脫除剩余的微量甲醇的壓強為-0.08Mpa±0.0lMpa，溫度為 110°C ±10。。。
[0034]相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0035]I)對于復雜的原料油，本發(fā)明利用排出的廢酸渣處理原料油，脫出大部分的水和雜質，脫除原料中的雜質，使原料品質統(tǒng)一，同時應用多個反應釜逐步反應，并采用甲醇和油脂逆向進料的方法，即解決了原料雜質過多的問題又消耗了酸水減少了酸水的排放量，使原料純凈可以適用連續(xù)工藝。
[0036]2)本發(fā)明節(jié)省了能耗、減少了甲醇的循環(huán)量:本發(fā)明甲醇和油脂逆向進料，新鮮甲醇先和低酸值的油脂反應，濃度低的甲醇和高酸值的油脂反應。這一過程充分利用了甲醇，改善了單釜反應時甲醇循環(huán)量大的問題。
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