專利名稱：一種制備生物柴油的酯化工藝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用高酸值動植物油生產(chǎn)生物柴油的工藝及其裝置，特別是涉及該工藝方法中的酯化工藝及其裝置。
背景技術(shù)：
目前制備生物柴油主要是用化學(xué)法生產(chǎn)，即用動植物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇在酸或堿性催化劑和高溫下進行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌干燥等處理即得到生物柴油。堿催化酯化反應(yīng)有一個局限性，就是它對于反應(yīng)物的游離脂肪酸比較敏感，而酸催化酯化反應(yīng)其缺陷是其反應(yīng)速度慢。
中國專利CN1382762A公開了一種“利用廢動植物油脂生產(chǎn)生物柴油的工藝”，在酸性催化劑存在的條件下，將各種不同酸值的廢動植物油脂進行醇解反應(yīng)和酯化反應(yīng)。其酯化工藝為，取酸價為152的廢動植物油脂，加入甲醇和硫酸，置于酯化反應(yīng)器內(nèi)，打開回流冷卻水及熱油加熱閥門，進行升溫加熱，約1小時后，甲醇回流視盅內(nèi)出現(xiàn)甲醇回流，氣相溫度為70℃，在氣相溫度為70-73℃的條件下，甲醇回流5小時，在氣相溫度為73℃的條件下，甲醇回流5小時，在氣相相為73-85℃的條件下，甲醇回流3小時15分鐘，在氣相溫度為85-90℃的條件下，甲醇回流3小時，抽驗物料的酸值不大于15，回流時間累計11小時15分鐘，得粗酯，關(guān)閉回流閥門，打開甲醇蒸餾閥門，將剩余甲醇蒸出，在氣相溫度為98℃的條件下收集完蒸出的甲醇，將粗酯經(jīng)冷凝器降溫后，泵到儲罐，靜止12小時后放出下層稀硫酸及甘油水，其存在的不足之處在于，反應(yīng)時間長，且反應(yīng)不完全，原料利用率不高，得率低，且反應(yīng)終點酸值高(≤15mgKOH/g)。
中國專利CN1556174A公開了一種“利用高酸值動植物油脂生產(chǎn)生物柴油的方法”，將高酸值動植物油脂與甘油在帶有冷凝回流裝置的反應(yīng)設(shè)備中進行混合，同時加入強酸用作催化劑，再加入二元共沸蒸餾溶劑或三元共沸蒸餾溶劑，攪拌加熱進行回流酯化反應(yīng)，反應(yīng)生成的水份被共沸蒸餾溶劑帶出，冷凝后水和溶劑自動分離，共沸蒸餾溶劑回流反應(yīng)設(shè)備中，而水則排出，直至無水份帶出反應(yīng)器反應(yīng)結(jié)束。其存在不足之處在于，反應(yīng)過程中加入了高成本的甘油，以及二元或三元共沸蒸餾溶劑苯、二甲苯，使得生物柴油中不含對環(huán)境造成污染的芳香族烷烴的優(yōu)點喪失殆盡，且成本高。
中國專利CN158021B公開了一種“以動植物油脂為原料連續(xù)法制備脂肪酸短鏈酯的方法”，將加溫至100-120℃的原料油脂用泵加壓經(jīng)噴嘴進入酯化槽，在噴嘴處加入70±5℃的短鏈醇氣以及酸性催化劑，在喉管內(nèi)與脂肪酸及催化劑瞬間混合后，落在酯化槽內(nèi)，反復(fù)循環(huán)。甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水蒸汽從酯化槽上部排到分餾器分離水分，甲醇循環(huán)使用，酯化槽內(nèi)物料酸價＜1mgKOH/g為反應(yīng)終點。其存在的不足之處在于，由于汽液兩相接觸時間短，而汽相甲醇在極短時間內(nèi)離開反應(yīng)體系，因而對酯化反應(yīng)極為不利，反應(yīng)不充分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明其目的就在于提供一種制備生物柴油的酯化工藝及其裝置，具有工藝簡單，成本低，酯化時間短，反應(yīng)完全，充分，回收率高且酸價低的特點。
實現(xiàn)上述目的而采取的技術(shù)方案包括1)在反應(yīng)鍋內(nèi)，加入高酸值動植物油，催化劑；2)開啟反應(yīng)鍋的蒸汽進口閥門，用飽和水蒸汽加熱反應(yīng)鍋；3)啟動化工泵；4)反應(yīng)鍋內(nèi)物料經(jīng)化工泵和填料塔后，經(jīng)反應(yīng)鍋的回流口回到反應(yīng)鍋內(nèi)，完成物料從反應(yīng)鍋—填料塔—反應(yīng)鍋的循環(huán)；5)當(dāng)反應(yīng)鍋內(nèi)物料的溫度達到80--110℃時，向填料塔內(nèi)送入70±5℃的甲醇蒸汽，使所述循環(huán)物料與所述的甲醇蒸汽相混合，增加汽、液接觸面積，完成汽、液反應(yīng)；6)所述的汽、液反應(yīng)中過剩的甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水蒸汽，從填料塔排出，并經(jīng)回收裝置回收甲醇，循環(huán)使用；7)汽、液反應(yīng)1-2小時后，測定反應(yīng)物酸價，當(dāng)酸價不大于0.5-1.0mgKOH/g時，停止向填料塔送入甲醇蒸汽；8)關(guān)閉化工泵，反應(yīng)物料停止循環(huán)；9)靜置0.5-1.0小時；利用所述工藝制備生物柴油的酯化工藝的裝置，包括反應(yīng)鍋，物料輸送動力化工泵以及甲醇回收裝置，還包括填料塔，填料塔進口經(jīng)化工泵連接反應(yīng)鍋循環(huán)出口，填料塔出口連接反應(yīng)鍋回流口，填料塔還包括甲醇蒸汽進口和排氣出口。


圖1是本發(fā)明原理工藝結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳述。
本發(fā)明原理為增加汽、液反應(yīng)速度，增加汽、液反應(yīng)速度的關(guān)鍵是增加汽、液接觸面積，故選擇采用填料塔工藝，在填料塔內(nèi)進行汽、液反應(yīng)可以大幅度增加接觸面積，如圖所示，其工藝包括，1)在反應(yīng)鍋3內(nèi)，加入高酸值動植物油a，催化劑b；2)開啟反應(yīng)鍋3的蒸汽進口閥門，用飽和水蒸汽e加熱反應(yīng)鍋3；3)啟動化工泵；4)反應(yīng)鍋3內(nèi)的物料經(jīng)化工泵1和填料塔4后，經(jīng)反應(yīng)鍋3的回流口d回到反應(yīng)鍋3內(nèi)，完成物料從反應(yīng)鍋3-填料塔4-反應(yīng)鍋3的循環(huán)，所述的循環(huán)物料從填料塔4上部進口g進入，從填料塔4下端出口h回流至反應(yīng)鍋3內(nèi)；5)當(dāng)反應(yīng)鍋3內(nèi)物料的溫度達到80-110℃時，向填料塔4內(nèi)送入70±5℃的甲醇蒸汽，使所述循環(huán)物料與所述的甲醇蒸汽相混合，增加汽、液接觸面積，完成汽、液反應(yīng)，所述的甲醇蒸汽從填料塔4下部進口j進入，所述的70±5℃甲醇蒸汽，醇、酸摩爾比為3-8∶1；6)所述的汽、液反應(yīng)中過剩的甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水蒸汽，從填料塔4排出，并經(jīng)回收裝置6回收甲醇，循環(huán)使用，所述剩余甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水從填料塔4頂端出口k排出；7)汽、液反應(yīng)1-2小時后，測定反應(yīng)物酸價，當(dāng)酸價不大于0.5-1.0mgKOH/g時，停止向填料塔4送入甲醇蒸汽；8)關(guān)閉化工泵1，反應(yīng)物料停止循環(huán)；9)靜置0.5-1.0小時；10)酯化工藝結(jié)束，從反應(yīng)鍋3內(nèi)排出反應(yīng)物。
使用上述制備生物柴油的酯化工藝的裝置，包括反應(yīng)鍋3，物料輸送動力化工泵1，以及甲醇回收裝置6，還包括填料塔4，填料塔4進口g經(jīng)化工泵1連接反應(yīng)鍋3循環(huán)出口f，填料塔4出口h連接反應(yīng)鍋3回流口d，填料塔4還包括甲醇蒸汽進口j和排氣出口k。
所述的填料塔4物料進口g設(shè)置在填料塔4上部，所述的填料塔4物料出口h設(shè)置在填料塔4下端，所述的填料塔4甲醇蒸汽進口j設(shè)置在填料塔4下部，所述的填料塔4排出口k設(shè)置在填料塔4頂端。
所述的化工泵1與填料塔4物料進口g之間連接轉(zhuǎn)子流量計2。
所述的甲醇回收裝置6中還包括儲罐9，儲罐9出口連接加熱器8，經(jīng)分配器7后連接填料塔4下部的甲醇進氣口j。
實施例，以金屬絲網(wǎng)CY型填料為例，1立方米填料，比表面積為700平方米，氣相甲醇從填料塔下部進入，酸化油和催化劑從填料塔上部均勻灑下，呈逆向運動，反應(yīng)物酸價從上向下，逐漸降低，氣相甲醇含量從下向上慢慢下降，反應(yīng)生成的水蒸汽從下而上漸漸增多，根據(jù)質(zhì)量作用定律，在填料塔下部酯化反應(yīng)處在無水狀態(tài)下進行，對酯化反應(yīng)很有利，在2小時內(nèi)，酸價降至0.5mgKOH/g以下，在80-110℃時，反應(yīng)生成的水，迅速汽化，與過剩的甲醇蒸汽混合，離開填料塔，打破了系統(tǒng)平衡，因此酯化得以順利進行，混合汽進入甲醇回收塔回收甲醇，循環(huán)使用。
具體步驟為，在反應(yīng)鍋3內(nèi)，加入原料a，催化劑b，用飽和水蒸汽e加熱，啟動化工泵1，經(jīng)轉(zhuǎn)子流量計2循環(huán)，從反應(yīng)鍋3-填料塔4-反應(yīng)鍋3，當(dāng)溫度達到80-110℃時，從填料塔4下部進口j送入70±5℃甲醇蒸汽，醇、酸摩爾比為3-8∶1，過剩的甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水蒸汽，離開填料塔4，從頂部出口k排出，經(jīng)集氣器5，進入回收裝置6，回收甲醇，循環(huán)使用，反應(yīng)1小時后，停止化工泵1，反應(yīng)物停止循環(huán)，靜置0.5小時，從反應(yīng)鍋3內(nèi)排出反應(yīng)物，酯化工藝結(jié)束。
附圖所示為三組反應(yīng)鍋填料塔4和回收裝置6組合示意圖，為實施例之一，可視物料的多少，依物料平衡組合。多套組合時，其甲醇蒸汽加熱器8后連接分配器7，由分配器7分配供給各反應(yīng)鍋3的甲醇蒸汽，多組反應(yīng)鍋3和填料塔4組合時，填料塔4排氣出口K，連接集氣器5，經(jīng)集氣器5后，進入回收裝置6。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點。
1、由于采用了反應(yīng)鍋—填料塔—反應(yīng)鍋的物料循環(huán)設(shè)計，因而增加了汽、液兩相反應(yīng)接觸面積，具有反應(yīng)速度增加，反應(yīng)更加完全，充分。
2、由于采用了反應(yīng)鍋—填料塔—反應(yīng)鍋的物料循環(huán)，且甲醇蒸汽與物料逆向運動，具有收得率高的特點。
3、由于采用了增加汽、液接觸面積的設(shè)計，反應(yīng)接觸面增加，因而適用于各種廢動植物油脂的酯化處理，且處理后物料的酸價低，AV≤0.5mgKOH/g具有工藝簡單，成本低，適用性廣等特點。
權(quán)利要求
1.一種制備生物柴油的酯化工藝，其特征在于1)在反應(yīng)鍋(3)內(nèi)，加入高酸值動植物油(a)，催化劑(b)；2)開啟反應(yīng)鍋(3)的蒸汽進口閥門，用飽和水蒸汽(e)加熱反應(yīng)鍋(3)；3)啟動化工泵；4)反應(yīng)鍋(3)內(nèi)物料經(jīng)化工泵(1)和填料塔(4)后，經(jīng)反應(yīng)鍋(3)和回流口(d)回到反應(yīng)鍋(3)內(nèi)，完成物料從反應(yīng)鍋(3)-填料塔(4)-反應(yīng)鍋(3)的循環(huán)。5)當(dāng)反應(yīng)鍋(3)內(nèi)物料的溫度達到80-110℃時，向填料塔(4)內(nèi)送入70±5℃的甲醇蒸汽，完成汽、液反應(yīng)；6)所述的汽、液反應(yīng)中過剩的甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水蒸汽，從填料塔(4)排出，并經(jīng)回收裝置(6)回收甲醇，循環(huán)使用；7)汽、液反應(yīng)1-2小時后，測定反應(yīng)物酸價，當(dāng)酸價不大于0.5-1.0mgKOH/g時，停止向填料塔(4)送入甲醇蒸汽；8)關(guān)閉化工泵(1)，反應(yīng)物料停止循環(huán)；9)靜置0.5-1.0小時；10)酯化工藝結(jié)束，從反應(yīng)鍋(3)內(nèi)排出反應(yīng)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種制備生物柴油的酯化工藝，其特征在于，所述的循環(huán)物料從填料塔(4)上部進口(g)進入，從填料塔(4)下端出口(h)回流至反應(yīng)鍋(3)內(nèi)，所述的甲醇蒸汽從填料塔(4)下部進口(j)進入，所述的剩余甲醇蒸汽和反應(yīng)生成的水從填料塔(4)頂端出口(k)排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種制備生物柴油的酯化工藝，其特征在于，所述的70±5℃甲醇蒸汽，醇、酸摩爾為3-8∶1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備生物柴油的酯化工藝的裝置，包括反應(yīng)鍋(3)，物料輸送動力化工泵(1)以及甲醇回收裝置(6)，其特征在于，還包括填料塔(4)，填料塔(4)進口(g)經(jīng)化工泵(1)連接反應(yīng)鍋(3)循環(huán)出口，填料塔(4)出口連接反應(yīng)鍋(3)回流口(d)，填料塔還包括甲醇蒸汽進口(j)和排氣出口(k)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備生物柴油的酯化工藝的裝置，其特征在于，所述的填料塔(4)物料進口(g)設(shè)置在填料塔(4)上部，所述的填料塔(4)物料出口(h)設(shè)置在填料塔(4)下端，所述的填料塔(4)甲醇蒸汽進口(j)設(shè)置在填料塔(4)下部，所述的填料塔排氣出口(k)設(shè)置在填料塔(4)頂端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備生物柴油的酯化工藝的裝置，其特征在于，化工泵(1)與填料塔(4)物料進口(g)之間連接轉(zhuǎn)子流量計(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種制備生物柴油的酯化工藝裝置，其特征在于，甲醇回收裝置(6)中還包括儲罐(9)，儲罐(9)出口連接加熱器(8)，經(jīng)分配器(7)后連接填料塔(4)下部的甲醇進氣口(j)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備生物柴油的酯化工藝及其裝置，在反應(yīng)鍋內(nèi)加入高酸值動植物油和催化劑，加熱反應(yīng)鍋，啟動化工泵，物料在反應(yīng)鍋—填料塔—反應(yīng)鍋間循環(huán)，當(dāng)溫度達到80－110℃時，從填料塔下部送入70±5℃甲醇蒸汽，反應(yīng)1－2小時后，測定酸價，當(dāng)AV≤0.5－1.0mgKOH/g時，停止送入甲醇蒸汽，關(guān)閉化工泵，物料停止循環(huán)，靜置0.5－1.0小時，酯化反應(yīng)工藝結(jié)束。從而解決了酯化工藝中反應(yīng)時間長，反應(yīng)不完全等問題。具有工藝簡單，酯化時間短，反應(yīng)充分，回收率高以及物料酸價低的特點，可廣泛適用于各種高酸值動植物油生產(chǎn)生物柴油中作酯化處理工藝。
文檔編號C10G3/00GK1958729SQ20061012501
公開日2007年5月9日 申請日期2006年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月11日
發(fā)明者李心剛 申請人:李心剛