專利名稱：利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物化工分離領(lǐng)域，特別是一種生物柴油的精制提純和分離。
背景技術(shù)：
隨著石油資源的過(guò)度開(kāi)采，內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的發(fā)展具有巨大的商業(yè)前景。目前，國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油(甲酯)的技術(shù)通常采取的工藝為酯化反應(yīng)得到中間產(chǎn)物→靜止分層→取上層液→水洗→干燥塔→產(chǎn)品(生物柴油)。
應(yīng)用該生產(chǎn)工藝主要存在以下問(wèn)題①采用水洗工藝，難以將雜質(zhì)徹底去除，產(chǎn)品脂肪酸甲酯等的含量相對(duì)較低，一般達(dá)不到95％，因而達(dá)不到歐州排放III等標(biāo)準(zhǔn)生物柴油的脂肪酸甲酯含量相大于98％的要求，因此令生物柴油難以推廣應(yīng)用，不能在高檔汽車中使用，而只能應(yīng)用在工業(yè)鍋爐、農(nóng)用機(jī)械等相對(duì)要求較低的行業(yè)；②在水洗處理中產(chǎn)生大量的廢水，既對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，又浪費(fèi)水資源，不符合現(xiàn)今的環(huán)保要求；③采用水洗后產(chǎn)品需要通過(guò)干燥塔進(jìn)行干燥，增加設(shè)備成本以及處理成本；④水洗工藝除帶走大部分的雜質(zhì)(甲醇、甘油等)，也同時(shí)帶走部分的甲酯，令產(chǎn)出率降低。
國(guó)外生物柴油生產(chǎn)，除反應(yīng)(酯化)過(guò)程外，均需要多步驟分離純化才能夠完成應(yīng)用純度的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的存在的問(wèn)題，本發(fā)明的提供一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其可生產(chǎn)出純度達(dá)98％以上，符合歐州排放III標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)燃機(jī)生物柴油，同時(shí)省略水洗工藝，解決了工業(yè)的廢水問(wèn)題。
本發(fā)明目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，包括以下步驟①以植物油或動(dòng)物油之一或混合物為原料，進(jìn)行酯化反應(yīng)；②把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；③將粗甲酯或粗乙酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，制得生物柴油產(chǎn)品；所述粗甲酯或粗乙酯的離心式分子蒸餾處理至少包括兩級(jí)前級(jí)處理溫度為50-150℃，真空度為5000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300～1000rpm，脫氣并分離出甲醇或乙醇；后級(jí)處理溫度為100-250℃，真空度為50-1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為600～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。
所述步驟③中，粗甲酯或粗乙酯的前級(jí)處理包括脫氣處理，處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa；分離甲醇或乙醇的處理，控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為500～1000rpm。
所述步驟②中，粗分離為靜止分層或用高速離心分離。
所述步驟①中，植物油或動(dòng)物油原料與甲醇或乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇和雜質(zhì)。
本發(fā)明所述的粗分離是指簡(jiǎn)單的分層或者高速離心機(jī)分離。粗甲酯是指通過(guò)粗分離獲得的純度低于95％的甲酯。粗乙酯是指通過(guò)粗分離獲得的純度低于95％的乙酯。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采用了離心式分子蒸餾技術(shù)，與刮膜式分子蒸餾和降膜式分子蒸餾相比，離心式分子蒸餾由于轉(zhuǎn)盤高速旋轉(zhuǎn)，可得到極薄的液膜且液膜分布更均勻，蒸發(fā)速率和分離效率更好；物料在蒸發(fā)面上的受熱時(shí)間更短，降低了熱敏物質(zhì)熱分解的危險(xiǎn)；物料的處理量更大，更適合工業(yè)上的連續(xù)生產(chǎn)。
(2)本發(fā)明把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；可以減少一級(jí)離心蒸餾分離，簡(jiǎn)化流程，降低設(shè)備成本和運(yùn)行成本，而且通過(guò)分離出處理量較大的粗甲酯或粗乙酯，可較大地提高離心式分子蒸餾效率。
(3)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)和完成內(nèi)燃機(jī)用生物柴油(甲酯或乙酯)的提純和精制工藝，提純的生物柴油純度可達(dá)到98％以上，從而生產(chǎn)出符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)生物柴油。
(4)本發(fā)明的方法省略了傳統(tǒng)方法的水洗及干燥過(guò)程，工藝流程簡(jiǎn)單，沒(méi)有廢水污染，節(jié)省水處理費(fèi)用。


圖1是本發(fā)明的工藝流程框圖；圖2是本發(fā)明的生產(chǎn)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明是一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)生物柴油的方法，主要工藝步驟為原料→反應(yīng)后中間產(chǎn)物→粗分離→離心式分子蒸餾→終產(chǎn)品(內(nèi)燃機(jī)生物柴油)以及副產(chǎn)品(甘油)。
首先，是以植物油或動(dòng)物油之一或混合物為原料制備粗生物柴油。植物油可采用椰子油、棕櫚油、菜籽油、小桐子油(麻楓樹)、大豆油或花生油等等，動(dòng)物油可采用豬油、牛油、禽畜油或魚油等，在此不一一列舉。
目前制備生物柴油主要包括以下四種方法酶解、熱解、超臨界酯化以及酯交換和酯化反應(yīng)。酯交換和酯化反應(yīng)是目前生產(chǎn)脂肪酸甲酯的主要方法。酯交換是利用甲醇或乙醇，將三羧酸甘油酯中的甘油基取代下來(lái)，形成長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯，增加流動(dòng)性和降低粘度，使之適合作為燃料使用。該反應(yīng)可在溫度很低、常壓下進(jìn)行，反應(yīng)條件溫和，易于控制，同時(shí)可加入催化劑縮短反應(yīng)周期，提高產(chǎn)率。將植物油或動(dòng)物油與甲醇(或乙醇)進(jìn)行酯化反應(yīng)(或酯交換反應(yīng))，其反應(yīng)后中間產(chǎn)物含有甲酯(或乙酯)、甘油(丙三醇)、過(guò)量的甲醇(或乙醇)和小量雜質(zhì)。其反應(yīng)方程式如下 在進(jìn)行上述酯化反應(yīng)后，把酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)靜止分層或用高速離心進(jìn)行粗分離，然后將粗甲酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，蒸餾分離溫度在50℃-250℃，蒸餾分離真空度在5000Pa——1Pa，最后蒸餾釜底液為未酯化的維E、植物甾醇、脂類、雜質(zhì)等。
由于進(jìn)行了粗分離，因此粗甲酯(或粗乙酯)中含有大量的甲酯小量的甲醇(或乙醇)、甘油(丙三醇)等。分子蒸餾處理包括兩級(jí)前級(jí)處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa，分為脫氣(溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa)，分離甲醇或乙醇(溫度為50-120℃，真空度為5000-100Pa，轉(zhuǎn)速300-1400rpm)；后級(jí)處理溫度為100-250℃，真空度為50-1Pa，分離出甲酯或乙酯。
實(shí)施例1采用椰子油與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，椰子油與甲醇的摩爾比為1∶6。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)靜止分層，取上層液(粗甲酯)900ml進(jìn)入緩沖罐1，如圖2所示，然后進(jìn)入脫氣柱2脫氣處理溫度為60℃，真空度為5000Pa；脫氣后產(chǎn)物進(jìn)入第一級(jí)離心式分子蒸餾柱3分離酯化反應(yīng)剩余的甲醇，溫度為80℃，真空度為1000Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速600rpm；最后進(jìn)入第二級(jí)離心式分子蒸餾器4將825克甲酯分離出來(lái)，溫度為180℃，真空度為50Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1000rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測(cè)，所制備的甲酯純度為99％。
實(shí)施例2采用牛油與乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，牛油與乙醇的摩爾比為1∶6.5。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)靜止分層，取上層液(粗乙酯)750ml進(jìn)入緩沖罐1，如圖2所示，然后進(jìn)入脫氣柱2脫氣處理溫度為100℃，真空度為1000Pa；脫氣后產(chǎn)物進(jìn)入第一級(jí)離心式分子蒸餾柱3分離酯化反應(yīng)剩余的乙醇，溫度為150℃，真空度為100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速300rpm；最后進(jìn)入第二級(jí)離心式分子蒸餾器4將乙酯635克分離出來(lái)，溫度為280℃，真空度為1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1400rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測(cè)，所制備的乙酯純度為98.6％。
實(shí)施例3采用菜籽油與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，菜籽油與甲醇的摩爾比為1∶7。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)高速離心進(jìn)行粗分離，取粗甲酯700ml進(jìn)入緩沖罐1，如圖2所示，然后進(jìn)入脫氣柱2脫氣處理溫度為80℃，真空度為3000Pa；脫氣后產(chǎn)物進(jìn)入第一級(jí)分子蒸餾柱3分離酯化反應(yīng)剩余的甲醇，溫度為110℃，真空度為500Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1000rpm；最后進(jìn)入第二級(jí)離心式分子蒸餾器4將甲酯638克分離出來(lái)，溫度為230℃，真空度為25Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1200rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測(cè)，所制備的甲酯純度為98.3％。
實(shí)施例4采用魚油與甲醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，魚油與甲醇的摩爾比為1∶7.5。酯化反應(yīng)產(chǎn)物通過(guò)高速離心進(jìn)行粗分離，取粗甲酯800ml進(jìn)入緩沖罐，然后進(jìn)入第一級(jí)分子蒸餾柱，進(jìn)行脫氣并分離甲醇，溫度為50℃，真空度為1000Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速800rpm；最后進(jìn)入第二級(jí)離心式分子蒸餾器將甲酯762克分離出來(lái)，溫度為250℃，真空度為10Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速1100rpm剩余雜質(zhì)排出。經(jīng)檢測(cè)，所制備的甲酯純度為99％。
權(quán)利要求
1.一種利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其特征在于包括以下步驟①以植物油或動(dòng)物油之一或混合物為原料，進(jìn)行酯化反應(yīng)；②把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；③將粗甲酯或粗乙酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，制得生物柴油產(chǎn)品；所述粗甲酯或粗乙酯的離心式分子蒸餾處理至少包括兩級(jí)前級(jí)處理溫度為50-150℃，真空度為5000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300～1000rpm，脫氣并分離出甲醇或乙醇；后級(jí)處理溫度為100-250℃，真空度為50-1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為600～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其特征在于所述步驟③中，粗甲酯或粗乙酯的前級(jí)處理包括脫氣處理，處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa；分離甲醇或乙醇的處理，控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為500～1000rpm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其特征在于所述步驟②中，粗分離為靜止分層或用高速離心分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其特征在于所述步驟①中，植物油或動(dòng)物油原料與甲醇或乙醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇和雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其特征在于所述的植物油為椰子油、棕櫚油、麻楓樹油、菜籽油、小桐子油、大豆油或花生油。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的方法，其特征在于所述的動(dòng)物油為豬油、牛油、禽畜油或魚油。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用離心式分子蒸餾技術(shù)生產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)生物柴油的方法，其特征在于所述步驟①中的酯化反應(yīng)以酶解、熱解或超臨界酯化代替。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的離心式分子蒸餾生產(chǎn)方法，包括以下步驟包括以下步驟①以植物油或動(dòng)物油之一或混合物為原料，進(jìn)行酯化反應(yīng)；②把酯化反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行粗分離得粗甲酯或粗乙酯；③將粗甲酯或粗乙酯進(jìn)行離心式分子蒸餾處理，包括兩級(jí)前級(jí)處理溫度為50－150℃，真空度為5000－100Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為300～1000rpm，脫氣并分離出甲醇或乙醇；后級(jí)處理溫度為100－250℃，真空度為50－1Pa，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為600～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。本發(fā)明生產(chǎn)的生物柴油純度達(dá)到98％以上，符合內(nèi)燃機(jī)用生物柴油的要求，同時(shí)該方法省略了水洗及干燥過(guò)程，工藝流程簡(jiǎn)單，沒(méi)有廢水污染，節(jié)省水處理費(fèi)用。
文檔編號(hào)C10G3/00GK1916113SQ20061003686
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月1日
發(fā)明者朱寶璋, 楊婉珍 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué), 朱寶璋