一種用于制備生物柴油的熱耦合隔壁反應(yīng)精餾塔及其生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及生物化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于制備生物柴油的熱禪合隔壁反 應(yīng)精饋塔及其生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物柴油度iodiesel化el)是W植物油或動(dòng)物脂肪等為原料油制成的長鏈單燒 基醋，可代替石化柴油用于壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)中的再生性柴油燃料，與傳統(tǒng)的石化能源相比，其 硫及芳控含量低、閃點(diǎn)高、十六燒值高、具有良好的潤滑性，可部分添加到石化柴油中。
[0003] 近年來，隨著礦物能源的日益枯竭和人類對(duì)燃料能源需求量的急劇攀升，生物柴 油產(chǎn)業(yè)受到廣泛重視。能否提高能源凈增益，是否具有環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)競爭力，并能在不減 少糧食供應(yīng)的前提下大量生產(chǎn)是生物柴油能否實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的前提。在生產(chǎn)生物柴油過程 中，催化劑起著關(guān)鍵的作用，常用的有堿性催化劑、酸性催化劑、酶催化劑和無機(jī)催化劑等。
[0004] 生物酶法生產(chǎn)生物柴油具有反應(yīng)條件溫和，能耗低，對(duì)設(shè)備要求低等優(yōu)點(diǎn)。專利CN 1436834A提供了一種短鏈脂肪酸醋合成生物油料的方法，在適宜的溫度下利用生物酶催化 動(dòng)植物油脂等可再生資源生產(chǎn)生物柴油。但生物酶法生產(chǎn)成本高、反應(yīng)效率低，且催化酶易 失活，運(yùn)阻礙了生物酶法技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，對(duì)其的研究現(xiàn)處于探索階段。 陽0化]與生物酶法合成生物柴油相比，化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油具有生產(chǎn)成本較低、反應(yīng)容 易控制、油脂轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。專利CN 103756791A利用廢棄油脂，在復(fù)合催化劑的作用下生產(chǎn)生物柴油，油脂轉(zhuǎn)化率較高、催化劑 可循環(huán)利用。專利CN103756792A通過預(yù)處理除去油脂中大部分游離脂肪酸并有效降低含 水量，通過醋交換中活性白±處理有效除去生物柴油中的皂、甘油、部分有色雜質(zhì)等，并在 后處理中加入穩(wěn)定劑，增加了生物柴油的穩(wěn)定性。
[0006] 雖然化學(xué)法能夠提高生物油脂的轉(zhuǎn)化率，降低生產(chǎn)成本，但其較高的能耗負(fù)荷也 成為此法在工業(yè)中廣泛應(yīng)用面臨的問題之一。國內(nèi)外專家學(xué)者在降低裝置能耗，減少操作 費(fèi)用方面做出了杰出貢獻(xiàn)。專利CN103320233A提出了一種利用連續(xù)管式反應(yīng)器生產(chǎn)生物 柴油的方法，該方法醋化反應(yīng)過程不加熱、不攬拌，高效節(jié)能，整個(gè)流程在低溫常壓環(huán)境下 進(jìn)行，能量消耗低、利用率高，節(jié)能環(huán)保；專利US2008312460A1開發(fā)了一種超聲裝置，利用 多頻率超聲能量，將植物油或動(dòng)物油轉(zhuǎn)化為生物柴油，節(jié)省能耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為降低化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油過程中能耗較高運(yùn)一問題，本發(fā)明提出一種通過利用 熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔生產(chǎn)生物柴油W降低設(shè)備投資減少能耗的高純度生物柴油制備方 法。
[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種生產(chǎn)高純度生物柴油的工藝方法及裝置。本發(fā)明通過利 用熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔將傳統(tǒng)的兩塔流程簡化為單塔流程，減少了設(shè)備投資，并利用塔 內(nèi)熱禪合降低了生物柴油生產(chǎn)的能耗，再之后將塔底高溫產(chǎn)品用于原料預(yù)熱，大幅度地提 高了能量利用效率。 陽009] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明用于制備生物柴油的熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔包括具有分隔壁的主塔、塔頂 水冷凝器，塔頂醇冷凝器和塔底再沸器；主塔內(nèi)部分為反應(yīng)分離區(qū)域，采出區(qū)域和塔底區(qū) 域，塔底區(qū)域位于精饋塔下部，反應(yīng)分離區(qū)域和采出區(qū)域位于精饋塔的中上部，兩者通過豎 直的隔板分隔開來，豎直隔板上端與精饋塔塔頂連接，下端在塔底區(qū)域上方懸空。
[0011] 反應(yīng)分離區(qū)域的精饋塔外部連有原料油進(jìn)料管和原料醇進(jìn)料管，兩個(gè)管道上分別 設(shè)有原料油預(yù)熱器和原料醇預(yù)熱器；塔頂水冷凝器通過管道連接反應(yīng)分離區(qū)域的塔頂；塔 頂醇冷凝器通過管道連接采出區(qū)域的塔頂；精饋塔的塔底設(shè)有出料管，出料管一分為二，一 根連接塔底再沸器再連接采出區(qū)域的精饋塔體，另一根依次連接原料油預(yù)熱器和原料醇預(yù) 熱器。
[0012] 所述反應(yīng)分離區(qū)域填充反應(yīng)催化劑，起到反應(yīng)精饋?zhàn)饔茫沙鰠^(qū)域和塔底區(qū)域填 充高效規(guī)整填料或塔板，起到精饋分離作用。
[0013] 利用本發(fā)明的熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔制備生物柴油的方法是：
[0014] 原料油和醇經(jīng)過預(yù)熱后進(jìn)入反應(yīng)分離區(qū)域與催化劑接觸進(jìn)行反應(yīng)預(yù)分離，副產(chǎn)物 水由反應(yīng)分離區(qū)域頂部流出，目標(biāo)產(chǎn)物高純度生物柴油組分由塔底區(qū)域流出并提供原料預(yù) 熱所需能量，未反應(yīng)的組分甲醇經(jīng)由采出區(qū)域頂部采出。
[0015] 所述的原料油為游離脂肪酸。
[0016] 所述的原料醇為一元醇，優(yōu)選為甲醇。
[0017] 所述的催化劑是固相酸催化劑。
[001引熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔操作壓力為100~lOOOkPa，反應(yīng)區(qū)塔頂操作溫度為117~ 152°C，反應(yīng)分離區(qū)域（I)操作溫度為102~145 °C，塔底區(qū)域（III)操作溫度為120~ 350 °C。
[0019] 具體步驟如下：
[0020] 原料醇經(jīng)預(yù)熱后由反應(yīng)分離區(qū)域下部進(jìn)入熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔，原料油經(jīng)預(yù)熱 后由反應(yīng)分離區(qū)域上部進(jìn)入熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔，兩原料在固體酸催化劑的作用下發(fā)生 醋化反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物生物柴油和副產(chǎn)物水。在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔的反應(yīng)分離區(qū)域 反應(yīng)副產(chǎn)物水得到分離，在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊乃?，由塔頂冷凝器冷凝后一部分采出，另一?分作為塔頂回流返回塔內(nèi)。在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔的塔底區(qū)域高沸點(diǎn)組分生物柴油得到 分離，并在塔底得到高純度的生物柴油，經(jīng)塔底再沸器換熱后一部分作為進(jìn)料預(yù)熱的熱源 由進(jìn)料預(yù)熱器進(jìn)行換熱后溫度降低的生物柴油作為產(chǎn)品采出，另一部分作為塔底回流上升 蒸氣返回塔內(nèi)。在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔的采出區(qū)域未反應(yīng)組分甲醇得到分離，并在塔頂 得到高純度的甲醇，由塔頂醇冷凝器冷凝后一部分采出，另一部分作為塔頂回流返回塔內(nèi)。
[0021] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的效果在于：
[0022] 在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔中實(shí)現(xiàn)高純度生物柴油的生產(chǎn)，將傳統(tǒng)的反應(yīng)精饋和后 續(xù)分離提純工藝的多塔整合到一座熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔中，節(jié)省了設(shè)備投資，降低了能 耗。熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔工藝實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，未完全反應(yīng)的原料回流重復(fù)利用，提高了總 轉(zhuǎn)化率。
[0023] 本發(fā)明在隔壁精饋塔的進(jìn)料側(cè)填充反應(yīng)催化劑，使反應(yīng)在預(yù)分離段中進(jìn)行，即構(gòu) 成了熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔。通過該工藝，原料油轉(zhuǎn)化率在99%W上，所得生物柴油純度在 99. 5 %W上，達(dá)到同樣水解率及產(chǎn)品分離要求，比常規(guī)反應(yīng)精饋流程可節(jié)能30 %W上。
【附圖說明】
[0024] 圖1為熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔生產(chǎn)高純度生物柴油的工藝流程示意圖； 陽0對(duì)附圖標(biāo)記說明：
[00%]El塔頂水冷凝器；E2塔底再沸器；E3塔頂醇冷凝器；E4原料油預(yù)熱器；E5原料醇 預(yù)熱器；RDWC熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔主塔；1原料油；2預(yù)熱后的原料油；3原料醇；4預(yù)熱 后的原料醇；5反應(yīng)分離區(qū)塔頂水蒸汽；6采出區(qū)塔頂甲醇蒸汽；7冷凝后的水；8冷凝后的 甲醇；9反應(yīng)分離區(qū)塔頂回流；10采出區(qū)塔頂回流；11返塔部分生物柴油；12返塔生物柴油 蒸汽；13采出部分生物柴油；14與原料醇換熱后的生物柴油產(chǎn)品；15與原料油換熱后的生 物柴油產(chǎn)品；I反應(yīng)分離區(qū)域；II采出區(qū)域；III塔底區(qū)域。
【具體實(shí)施方式】
[0027] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描 述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0028] 如圖1所示：本發(fā)明的用于制備生物柴油的熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔包括具有分隔 壁的主塔畑WC、塔頂水冷凝器E1，塔頂醇冷凝器E3和塔底再沸器E2 ;主塔內(nèi)部分為反應(yīng)分 離區(qū)域I，采出區(qū)域II和塔底區(qū)域III，塔底區(qū)域III位于精饋塔下部，反應(yīng)分離區(qū)域I和采出 區(qū)域II位于精饋塔的中上部，兩者通過豎直的隔板分隔開來，豎直隔板上端與精饋塔塔頂 連接，下端在塔底區(qū)域III上方懸空。
[0029] 反應(yīng)分離區(qū)域I的精饋塔外部連有原料油進(jìn)料管和原料醇進(jìn)料管，兩個(gè)管道上分 別設(shè)有原料油預(yù)熱器E4和原料醇預(yù)熱器E5 ;塔頂水冷凝器El通過管道連接反應(yīng)分離區(qū)域 I的塔頂；塔頂醇冷凝器E3通過管道連接采出區(qū)域II的塔頂；精饋塔的塔底設(shè)有出料管， 出料管一分為二，一根連接塔底再沸器E2再連接采出區(qū)域II的精饋塔體，另一根依次連接 原料油預(yù)熱器E4和原料醇預(yù)熱器E5。
[0030] 所述反應(yīng)分離區(qū)域I填充反應(yīng)催化劑，起到反應(yīng)精饋?zhàn)饔茫沙鰠^(qū)域II和塔底區(qū) 域III填充高效規(guī)整填料或塔板，起到精饋分離作用。
[0031] 本發(fā)明所采用熱禪合隔壁反應(yīng)精饋工藝流程為原料醇經(jīng)預(yù)熱后由反應(yīng)分離區(qū)域 下部進(jìn)入熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔RDWC，原料油經(jīng)預(yù)熱后由反應(yīng)分離區(qū)域I上部進(jìn)入熱禪合 隔壁反應(yīng)精饋塔RDWC，兩原料在固體酸催化劑的作用下發(fā)生醋化反應(yīng)，生成目標(biāo)產(chǎn)物生物 柴油和副產(chǎn)物水。在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔RDWC的反應(yīng)分離區(qū)域I反應(yīng)副產(chǎn)物水得到分 離，在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊乃伤斃淠鱁l冷凝后一部分采出，另一部分作為塔頂回流 返回塔內(nèi)。在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔（RDWC)的塔底區(qū)域高沸點(diǎn)組分生物柴油得到分離，并 在塔底得到高純度的生物柴油，一部分作為進(jìn)料預(yù)熱的熱源由進(jìn)料預(yù)熱器E4和E5進(jìn)行換 熱后溫度降低的生物柴油作為產(chǎn)品采出，另一部分經(jīng)塔底再沸器E2換熱后作為塔底回流 上升蒸氣返回塔內(nèi)。在熱禪合隔壁反應(yīng)精饋塔畑WC的采出區(qū)域II未反應(yīng)組分甲醇得到分 離，并在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊募状?，由塔頂冷凝器E3冷凝后一部分采出，另一部分作為塔頂 回流返回塔內(nèi)。
[0032] 為