[發(fā)明專利]以多段式復合酸性觸媒酯化與堿性觸媒酯轉化法生產生物柴油的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710140443.0
• 申請日: 2007-08-10
• 公開（公告）號: CN101362956A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設計）人: 張榮興
• 申請（專利權）人: 張榮興
• 主分類號: C10G3/00
• 分類號: C10G3/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 孫皓晨;費碧華

技術領域

本發(fā)明是一種利用動物油脂、植物油脂等脂肪酸甘油酯或游離脂肪酸為原料，以多段式復合酸性觸媒酯化與堿性觸媒酯轉化進行生產可供內燃機使用的柴油替代燃料，即生物柴油的方法。

背景技術

生物柴油的基本反應稱為酯轉化反應，就是將各種植物油脂，例如大豆油(黃豆油)、玉米油、葵花油、菜籽油、米糠油、棕櫚油、椰子油、棉花籽油等，或動物油脂、回收油脂作為原料，與醇類(甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇)和觸媒攪拌混合，就會產生酯轉化反應，而生成生物柴油與甘油。酯轉化反應可以使用強酸或強堿作為觸媒，酯轉化反應是一種放熱反應，一般使用批次攪拌反應器并加入堿性觸媒進行反應。這種化學反應最早見在1937年在比利時由G.Chavanne獲得的棕櫚油酯轉化專利[#422，877]。

圖1為傳統(tǒng)的批次或連續(xù)式酯轉化反應制造生物柴油的系統(tǒng)流程圖；通常將脂肪酸甘油酯24、甲醇23與觸媒22放置在第一反應器1中，在室溫至40℃至60℃的溫度條件下，攪拌反應二至八小時后，靜置分離或利用第一分離器4以重力分離或用機械方式分離生物柴油與甘油。然后將生物柴油在15生物柴油洗滌器中加水26洗滌，再在生物柴油蒸發(fā)干燥器16中脫除水分與甲醇27，即成為生物柴油產品28；甘油則利用液膜蒸發(fā)器18將甲醇30脫除，再在甘油蒸發(fā)干燥器19中脫除水與甲醇31，即成為甘油產品32。

傳統(tǒng)的批次或連續(xù)式反應法的缺點是反應速度慢、轉化率不高、容易因皂化反應產生不良產品、易受原料油脂質量與游離脂肪酸濃度的影響，使得產品質量相對不穩(wěn)定；且由于反應本身特性，在反應進行一段時間以后，將使得生物柴油濃度逐漸增大，反應速率將很快的變慢，因此，通常需要數小時的反應時間。以純黃豆油加入氫氧化鉀與甲醇進行酯轉化所得結果為例，使用傳統(tǒng)反應工藝通常最終產品中將含約0.8％至0.9％的單脂肪酸甘油酯與0.9％至1％的雙脂肪酸甘油酯，使得生物柴油的質量受到影響。

傳統(tǒng)的批次或連續(xù)式堿性觸媒酯轉化反應系統(tǒng)，為了要讓反應盡量完成，通常需要加入理論值三至四倍的過量甲醇進行反應，以獲得較高的轉化率；但由于甲醇與甘油能完全互溶，以致甘油產品中通常含有極高濃度的甲醇，使得甘油分離純化困難且需要使用大量能源。

對于含有高濃度自由基脂肪酸與水分的油脂，利用傳統(tǒng)生物柴油工藝常會產生皂化產物，造成生物柴油與甘油純化的困擾，也使得整個工藝的轉化率及產率受到影響。

本發(fā)明是針對傳統(tǒng)生物柴油工藝的困擾與油脂含有高濃度自由基脂肪酸的情況，提出一種含有多段式復合酸性觸媒酯化與堿性觸媒酯轉化法生產生物柴油的方法，以提升反應速率與轉化率。

發(fā)明內容

一種多段式復合酸性觸媒酯化與堿性觸媒酯轉化法生產生物柴油的方法，包括多段串聯的催化連續(xù)酯轉化反應，其中各段中的基本反應是將脂肪酸甘油酯或游離脂肪酸等油脂原料與低碳烷醇或其混合物與酸性觸媒或堿性觸媒混合，在增壓增溫的條件下，攪拌混合進行酯轉化反應，并在反應過程中持續(xù)將甘油抽出，以生成生物柴油與甘油。

更具體來說，本發(fā)明的一種以多段式復合酸性觸媒酯化與堿性觸媒進行酯轉化生產生物柴油的方法，其中包含多段串聯的催化連續(xù)酯轉化反應，其中基本反應是將脂肪酸甘油酯或含有高濃度游離脂肪酸的油脂原料與低碳烷醇(如：甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或其混合物)與酸性觸媒(如硫酸或無水硫酸)送入第一反應器中，反應器壓力為表壓0大氣壓至30大氣壓，反應溫度為50℃至120℃間且低于對應反應器壓力之低碳烷醇沸點的條件下，攪拌混合進行酯轉化反應；然后，將甘油與低碳烷醇分離，其余反應物與生成物再送至第二反應器繼續(xù)進行反應。此時是將脂肪酸甘油酯或含有低濃度游離脂肪酸的油脂原料與低碳烷醇(如：甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇或其混合物)與堿性觸媒(如氫氧化鈉、氫氧化鉀或甲基氧化鈉)與第一分離器分離出的反應物與生成物再送入第二與第三反應器，在反應器壓力為表壓0大氣壓至30大氣壓，反應溫度為50℃至120℃間且低于對應反應器壓力下之低碳烷醇沸點的條件下，攪拌混合進行酯轉化反應；反應過程中并連續(xù)將甘油分離，以生成生物柴油(如脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯或脂肪酸丙酯)，并生成副產品甘油。其中酸性觸媒反應與堿性觸媒反應均可為一至多段反應。再將酸性觸媒反應物與堿性觸媒反應物混合，產生的產物可以資源化當作肥料使用。生物柴油經水洗后，再于減壓條件下利用生物柴油蒸發(fā)干燥器進行干燥分離。甘油經中和過濾后，再于減壓條件下利用甘油蒸發(fā)干燥器進行干燥分離。

附圖說明