CN100424153C - 利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内燃机用生物柴油的离心式分子蒸馏生产方法，包括以下步骤：包括以下步骤：①以植物油或动物油之一或混合物为原料，进行酯化反应；②把酯化反应产物进行粗分离得粗甲酯或粗乙酯；③将粗甲酯或粗乙酯进行离心式分子蒸馏处理，包括两级：前级处理温度为50-150℃，真空度为5000-100Pa，转盘转速为300～1000rpm，脱气并分离出甲醇或乙醇；后级处理温度为100-250℃，真空度为50-1Pa，转盘转速为600～1400rpm，分离出甲酯或乙酯。本发明生产的生物柴油纯度达到98%以上，符合内燃机用生物柴油的要求，同时该方法省略了水洗及干燥过程，工艺流程简单，没有废水污染，节省水处理费用。

Description

利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法
技术领域
本发明涉及生物化工分离领域，特别是一种生物柴油的精制提纯和分离。
背景技术
随着石油资源的过度开采，内燃机用生物柴油的发展具有巨大的商业前景。目前，国内在生产内燃机用生物柴油(甲酯)的技术通常采取的工艺为：
酯化反应得到中间产物→静止分层→取上层液→水洗→干燥塔→产品(生物柴油)。
应用该生产工艺主要存在以下问题：①采用水洗工艺，难以将杂质彻底去除，产品脂肪酸甲酯等的含量相对较低，一般达不到95％，因而达不到欧州排放III等标准生物柴油的脂肪酸甲酯含量相大于98％的要求，因此令生物柴油难以推广应用，不能在高档汽车中使用，而只能应用在工业锅炉、农用机械等相对要求较低的行业；②在水洗处理中产生大量的废水，既对环境造成严重污染，又浪费水资源，不符合现今的环保要求；③采用水洗后产品需要通过干燥塔进行干燥，增加设备成本以及处理成本；④水洗工艺除带走大部分的杂质(甲醇、甘油等)，也同时带走部分的甲酯，令产出率降低。
国外生物柴油生产，除反应(酯化)过程外，均需要多步骤分离纯化才能够完成应用纯度的要求。
发明内容
为克服上述现有技术的存在的问题，本发明的提供一种利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，其可生产出纯度达98％以上，符合欧州排放III标准的内燃机生物柴油，同时省略水洗工艺，解决了工业的废水问题。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，包括以下步骤：①以植物油或动物油之一或混合物为原料，进行酯化反应；②把酯化反应产物进行粗分离得粗甲酯或粗乙酯；③将粗甲酯或粗乙酯进行离心式分子蒸馏处理，制得生物柴油产品；所述粗甲酯或粗乙酯的离心式分子蒸馏处理至少包括两级：前级处理温度为50-150℃，真空度为5000-100Pa，转盘转速为300～1000rpm，脱气并分离出甲醇或乙醇；后级处理温度为100-250℃，真空度为50-1Pa，转盘转速为600～1400rpm，分离出甲酯或乙酯。
所述步骤③中，粗甲酯或粗乙酯的前级处理包括：脱气处理，处理温度为50-100℃，真空度为5000-1000Pa；分离甲醇或乙醇的处理，控制温度为50-120℃，真空度为1000-100Pa，转盘转速为500～1000rpm。
所述步骤②中，粗分离为静止分层或用高速离心分离。
所述步骤①中，植物油或动物油原料与甲醇或乙醇进行酯化反应，其反应产物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇和杂质。
本发明所述的粗分离是指简单的分层或者高速离心机分离。粗甲酯是指通过粗分离获得的纯度低于95％的甲酯。粗乙酯是指通过粗分离获得的纯度低于95％的乙酯。
相对于现有技术，本发明具有如下优点：
(1)本发明采用了离心式分子蒸馏技术，与刮膜式分子蒸馏和降膜式分子蒸馏相比，离心式分子蒸馏由于转盘高速旋转，可得到极薄的液膜且液膜分布更均匀，蒸发速率和分离效率更好；物料在蒸发面上的受热时间更短，降低了热敏物质热分解的危险；物料的处理量更大，更适合工业上的连续生产。
(2)本发明把酯化反应产物进行粗分离得粗甲酯或粗乙酯；可以减少一级离心蒸馏分离，简化流程，降低设备成本和运行成本，而且通过分离出处理量较大的粗甲酯或粗乙酯，可较大地提高离心式分子蒸馏效率。
(3)本发明实现和完成内燃机用生物柴油(甲酯或乙酯)的提纯和精制工艺，提纯的生物柴油纯度可达到98％以上，从而生产出符合国际标准的达标生物柴油。
(4)本发明的方法省略了传统方法的水洗及干燥过程，工艺流程简单，没有废水污染，节省水处理费用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程框图；
图2是本发明的生产示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机生物柴油的方法，主要工艺步骤为：原料→反应后中间产物→粗分离→离心式分子蒸馏→终产品(内燃机生物柴油)以及副产品(甘油)。
首先，是以植物油或动物油之一或混合物为原料制备粗生物柴油。植物油可采用椰子油、棕榈油、菜籽油、小桐子油(麻枫树)、大豆油或花生油等等，动物油可采用猪油、牛油、禽畜油或鱼油等，在此不一一列举。
目前制备生物柴油主要包括以下四种方法：酶解、热解、超临界酯化以及酯交换和酯化反应。酯交换和酯化反应是目前生产脂肪酸甲酯的主要方法。酯交换是利用甲醇或乙醇，将三羧酸甘油酯中的甘油基取代下来，形成长链脂肪酸甲酯，增加流动性和降低粘度，使之适合作为燃料使用。该反应可在温度很低、常压下进行，反应条件温和，易于控制，同时可加入催化剂缩短反应周期，提高产率。将植物油或动物油与甲醇(或乙醇)进行酯化反应(或酯交换反应)，其反应后中间产物含有甲酯(或乙酯)、甘油(丙三醇)、过量的甲醇(或乙醇)和小量杂质。其反应方程式如下：
Figure C20061003686400061
在进行上述酯化反应后，把酯化反应产物通过静止分层或用高速离心进行粗分离，然后将粗甲酯进行离心式分子蒸馏处理，蒸馏分离温度在50℃-250℃，蒸馏分离真空度在5000Pa-1Pa，最后蒸馏釜底液为未酯化的维E、植物甾醇、脂类、杂质等。
由于进行了粗分离，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。分子蒸馏处理包括两级：前级处理温度为50-100℃，真空度为5000-1000Pa，分为脱气(温度为50-100℃，真空度为5000-1000Pa)，分离甲醇或乙醇(温度为50-120℃，真空度为5000-100Pa，转速300-1400rpm)；后级处理温度为100-250℃，真空度为50-1Pa，分离出甲酯或乙酯。
实施例1
采用椰子油与甲醇进行酯化反应，椰子油与甲醇的摩尔比为1∶6。酯化反应产物通过静止分层，取上层液(粗甲酯)900ml进入缓冲罐1，如图2所示，然后进入脱气柱2脱气处理温度为60℃，真空度为5000Pa；脱气后产物进入第一级离心式分子蒸馏柱3分离酯化反应剩余的甲醇，温度为80℃，真空度为1000Pa，转盘转速600rpm；最后进入第二级离心式分子蒸馏器4将825克甲酯分离出来，温度为180℃，真空度为50Pa，转盘转速1000rpm剩余杂质排出。经检测，所制备的甲酯纯度为99％。
实施例2
采用牛油与乙醇进行酯化反应，牛油与乙醇的摩尔比为1∶6.5。酯化反应产物通过静止分层，取上层液(粗乙酯)750ml进入缓冲罐1，如图2所示，然后进入脱气柱2脱气处理温度为100℃，真空度为1000Pa；脱气后产物进入第一级离心式分子蒸馏柱3分离酯化反应剩余的乙醇，温度为150℃，真空度为100Pa，转盘转速300rpm；最后进入第二级离心式分子蒸馏器4将乙酯635克分离出来，温度为280℃，真空度为1Pa，转盘转速1400rpm剩余杂质排出。经检测，所制备的乙酯纯度为98.6％。
实施例3
采用菜籽油与甲醇进行酯化反应，菜籽油与甲醇的摩尔比为1∶7。酯化反应产物通过高速离心进行粗分离，取粗甲酯700ml进入缓冲罐1，如图2所示，然后进入脱气柱2脱气处理温度为80℃，真空度为3000Pa；脱气后产物进入第一级分子蒸馏柱3分离酯化反应剩余的甲醇，温度为110℃，真空度为500Pa，转盘转速1000rpm；最后进入第二级离心式分子蒸馏器4将甲酯638克分离出来，温度为230℃，真空度为25Pa，转盘转速1200rpm剩余杂质排出。经检测，所制备的甲酯纯度为98.3％。
实施例4
采用鱼油与甲醇进行酯化反应，鱼油与甲醇的摩尔比为1∶7.5。酯化反应产物通过高速离心进行粗分离，取粗甲酯800ml进入缓冲罐，然后进入第一级分子蒸馏柱，进行脱气并分离甲醇，温度为50℃，真空度为1000Pa，转盘转速800rpm；最后进入第二级离心式分子蒸馏器将甲酯762克分离出来，温度为250℃，真空度为10Pa，转盘转速1100rpm剩余杂质排出。经检测，所制备的甲酯纯度为99％。

Claims (7)

1. 一种利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，包括以下步骤：①以植物油或动物油之一或混合物为原料，进行酯化反应；②把酯化反应产物进行粗分离得粗甲酯或粗乙酯；其特征在于，还包括步骤③将粗甲酯或粗乙酯进行离心式分子蒸馏处理，制得生物柴油产品；所述粗甲酯或粗乙酯的离心式分子蒸馏处理为两级：前级处理温度为50-150℃，真空度为5000-100Pa，转盘转速为300～1000rpm，脱气并分离出甲醇或乙醇；后级处理温度为100-250℃，真空度为50-1Pa，转盘转速为600～1400rpm，分离出甲酯或乙酯。
2. 根据权利要求1所述的利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤③中，粗甲酯或粗乙酯的前级处理包括：脱气处理，处理温度为50-100℃，真空度为5000-1000Pa；分离甲醇或乙醇的处理，控制温度为50-120℃，真空度为1000-100Pa，转盘转速为500～1000rpm。
3. 根据权利要求1所述的利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤②中，粗分离为静止分层或用高速离心分离。
4. 根据权利要求1所述的利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤①中，植物油或动物油原料与甲醇或乙醇进行酯化反应，其反应产物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇和杂质。
5. 根据权利要求1所述的利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，其特征在于：所述的植物油为椰子油、棕榈油、麻枫树油、菜籽油、小桐子油、大豆油或花生油。
6. 根据权利要求1所述的利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，其特征在于：所述的动物油为猪油、牛油、禽畜油或鱼油。
7. 根据权利要求1所述的利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤①中的酯化反应以酶解、热解或超临界酯化代替。
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