[發(fā)明專利]一種生物柴油的生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410261146.1
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104031747A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張繼龍;張小超;易群;杜朕屹;鄭華艷;荊潔穎;陳廣建;鄭靜
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C10L1/02
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 江淑蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物柴油的生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)方法，具體涉及一種塔釜一體化生產(chǎn)裝置及其生產(chǎn)多功能生物柴油的方法，屬于生物柴油的制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

生物柴油是一種綠色、環(huán)保、可再生的二次能源，與一次能源石油柴油相比，具有閃點高，儲存運輸安全，自身可生物降解，對環(huán)境友好等優(yōu)點，而且其燃燒排放物中二氧化硫、硫化物、二氧化碳等有害物質(zhì)含量低。生物柴油代替石油柴油可以緩解柴油供應(yīng)緊缺的現(xiàn)狀，進(jìn)而緩解石油供給危機。

生物柴油的制備是以動植物油脂為原料，用甲醇或乙醇在催化劑作用下經(jīng)酯交換而制成，其方法有酸堿催化法、生物酶催化法和超臨界法。國內(nèi)外生物柴油大規(guī)模生產(chǎn)均以傳統(tǒng)均相催化法為主，即以油脂和甲醇為反應(yīng)物，以液體酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃等）和液體堿（NaOH、KOH等）為催化劑進(jìn)行酯化和酯交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油。而采用均相酸或堿催化制生物柴油（如CN1473907A、DE3444893等）需要通過中和與水洗除去催化劑。由此引發(fā)了研究多相固體酸或堿催化劑（CN101338215A、CN101289629A、CN101294096A等），但僅僅是實驗室的研究，其受限于反應(yīng)工藝的改進(jìn)和生產(chǎn)裝置的革新。

絕大部分生物柴油的生產(chǎn)工藝均以釜式反應(yīng)器進(jìn)行，極性的甲醇和非極性的油脂互相不相溶，而且反應(yīng)釜攪拌速率低，如CN101245253A中提到轉(zhuǎn)數(shù)為30～50r/min，這樣醇油兩相不能充分接觸而進(jìn)行反應(yīng)，造成反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低。不同的反應(yīng)工藝，反應(yīng)溫度和壓力也不同，溫度一般在65℃～280℃（申請?zhí)枮?00610165102.4，200710037601.X的專利），壓力從常壓到超臨界（申請?zhí)枮?01010161581.9，200810017849.4，200610010882.5的專利）。一直難以解決的實際問題是極性的甲醇（或乙醇）和非極性的動植物油脂不互溶使其與催化劑接觸面積小而導(dǎo)致反應(yīng)緩慢或轉(zhuǎn)化率低等。

另外，生物柴油在發(fā)動機中應(yīng)用，存在明顯的屬性問題是其黏度（1.9-6.0）大于石油柴油（1.3-4.1）[Renewable?and?Sustainable?Energy?Reviews?35(2014)136–153]，主要由于其原料來源復(fù)雜且分子量大，所以在生產(chǎn)過程中能依據(jù)產(chǎn)物的沸點將其分離出黏度小的輕組分和黏度大的重組分，分別對其利用是非常有實用價值和社會意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種生物柴油的生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)方法，解決了在酯交換反應(yīng)中油脂與甲醇互不相溶、催化劑不能充分和反應(yīng)物接觸的問題。本發(fā)明提供一種塔釜一體化裝置，實現(xiàn)了液態(tài)的油脂、氣態(tài)的甲醇和固體催化劑三相接觸的方式，進(jìn)行催化反應(yīng)并制備出不同沸點的生物柴油，從而實現(xiàn)生物柴油的高效生產(chǎn)和多功能用途。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種生物柴油的生產(chǎn)裝置，包括塔釜一體化裝置和精餾塔、閃蒸塔、分離塔；所述塔釜一體化裝置由反應(yīng)塔和靜置分層釜組成，反應(yīng)塔為筒體結(jié)構(gòu)，反應(yīng)塔上層為催化反應(yīng)層，下層為甲醇提溫層，甲醇提溫層的下部連接靜置分層釜；催化反應(yīng)層的上部設(shè)有油脂入口，反應(yīng)塔中部設(shè)有氣相甲醇入口，反應(yīng)塔頂部設(shè)有甲醇回流裝置；靜置分層釜的下部連接極性產(chǎn)物儲罐，中部連接粗油產(chǎn)物儲罐；所述粗油產(chǎn)物儲罐依次連接一級精餾塔、二級精餾塔、三級精餾塔，最終通往油脂儲罐；所述極性產(chǎn)物儲罐依次連接甲醇閃蒸塔和甘油分離塔。

上述生產(chǎn)裝置中，所述催化反應(yīng)層是由填料和固體催化劑混合，由填料作支撐形成的床層。

上述生產(chǎn)裝置中，所述甲醇提溫層是由傾斜10°的加溫塔板對稱交替排列而成；或者，甲醇提溫層是由雙螺旋傾角10°的螺旋板體組成。

所述催化反應(yīng)層和甲醇提溫層的高度比為：4~10:1。

一種生物柴油的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

（1）油脂原料從反應(yīng)塔上部的油脂入口進(jìn)入反應(yīng)塔，甲醇從反應(yīng)塔的中部進(jìn)入反應(yīng)塔，進(jìn)入反應(yīng)塔的甲醇以氣相狀態(tài)上升進(jìn)入催化劑反應(yīng)層，油脂向下經(jīng)催化劑反應(yīng)層與氣相甲醇逆流接觸反應(yīng)，未反應(yīng)的甲醇上升到塔頂通過甲醇回流裝置返回反應(yīng)塔，另一部分進(jìn)入甲醇儲罐；

（2）反應(yīng)產(chǎn)物沿床層向下流入提溫層，與產(chǎn)物互溶的甲醇在提溫層再次氣化進(jìn)入催化劑床層與油脂反應(yīng)，其他產(chǎn)物繼續(xù)向下流入靜置分層釜中靜置分層；

（3）反應(yīng)產(chǎn)物靜置分層后，下層為極性產(chǎn)物，進(jìn)入極性產(chǎn)物儲罐，上層為粗油產(chǎn)物，進(jìn)入粗油產(chǎn)物儲罐；