CN101250425A - 一种采用环管反应器制备生物柴油的方法 - Google Patents

一种采用环管反应器制备生物柴油的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种采用环管反应器制备生物柴油的方法，采用环管反应器，将原料油脂和低碳醇按照醇油摩尔比为4～16，催化剂为NaOH或KOH，浓度为植物油重量的200～50000ppm混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为0.2～10.0MPaG，在反应器的夹套中通入导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中反应温度控制在60～300℃，反应物料在反应器的停留时间为10～120分钟，通过调节循环泵的流量调节管内介质的循环比为25～250，植物油和低碳醇在全混反应状态下，在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油；油脂的转化率99％，脂肪酸甲酯的选择性97％。

Description

一种采用环管反应器制备生物柴油的方法
技术领域
本发明涉及一种采用环管反应器制备生物柴油的方法。
技术背景
生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油替代品。生物柴油是典型的“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。
目前生物柴油的生产主要是用化学法，即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和一定温度下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产过程中可产生10％左右的副产品甘油。
国际上生产生物柴油大多都采用化学法，根据原料性质选择不同的催化剂。典型的大型生物柴油制备工艺都以中性植物油为原料，采用碱催化法进行生产。主要有英国D1，意大利的Novamont、Ballestra和Merloniprogetti，法国的IFP，德国的Henkel、Scott、ATT、LURGI和CIMBRIASKETGmbH等。传统液相碱催化工艺的代表有德国LURGI公司的两级连续醇解工艺，Scott公司的连续脱甘油醇解工艺，Henkel公司的碱催化连续高压醇解工艺，奥地利BDT公司采用液体碱两段酯交换反应工艺，其关键生产工艺集中在模块组装生产装置(MPU)。意大利梅洛尼公司采用“连续喷射反应”工艺(简称C.J.R技术)，持续地注入物料进行酯交换反应。
法国石油研究院开发的Esterfip-H工艺是固体碱催化工艺的典型代表。此工艺用尖晶石结构的固体碱作催化剂，采用多相催化反应来制备生物柴油。
加拿大多伦多大学开发了加入共溶剂的生物柴油BIOX生产工艺。传统的液相工艺中，油脂与甲醇在反应的初级阶段并不互溶，而是分成两相，这就导致反应速率比较慢。而BIOX工艺在酯交换反应中引入了惰性的助溶剂，使油酯和甲醇成为一相，从而大大加快了反应的速度。
超临界反应法生产生物柴油，是指在甲醇处于超临界状态(甲醇超临界温度为239.4℃，压力为8.09MPa)下进行酯化反应。
现在应用于生物柴油制备的主要有搅拌釜工艺和高压管式反应器，搅拌釜生产生物柴油工艺是在反应器内增加搅拌浆，强制搅拌，使得物料充分混合以提高转化率，但搅拌釜反应器在生产过程中，存在着功率消耗高、反应物接触不充分及反应时间长等问题。管式反应器应用于高温高压制备生物柴油工艺。
环管反应器是一种封闭的环状管式反应器，从结构上有单环管和双环管，反应物料在管内循环流动，在流动过程中实现动量、热量和质量的传递。可以连续操作也可以间歇操作。物料的循环是依靠轴流泵或其它形式的输送设备的驱动。环管外可以设置夹套来提供热量。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用环管反应器制备生物柴油的方法，在环管反应器中实现油脂原料和低碳醇及催化剂在管内的高流速，高湍流强度，强混合效果，实现高转化率，高选择性。
本发明所述的一种采用环管反应器制备生物柴油的方法所述的环管反应器是由一根或多根直管式反应管构成，直管式反应管外设有夹套，直管式反应管之间由环管连接，第一根直管式反应管和最后一根直管式反应管用连接管连接构成闭合回路，在环管反应器的闭合回路上设有循环泵。
将油脂原料和低碳醇按照醇油摩尔比为4～16，催化剂为NaOH或KOH，按浓度为油脂原料重量的200～50000ppm混合，用计量泵打入环管反应器中，反应压力为0.2～10.0MPaG，在反应器的夹套中通入导热油作为热源，调节导热油的流量，使物料在循环流动中反应温度控制在60～300℃，反应物料在反应器的停留时间为10～120分钟，通过调节循环泵的流量调节管内介质的循环比为25～250，油脂原料和低碳醇在全混反应状态下，在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。
油脂原料是植物油脂、动物油脂，泔水油，地沟油或酸化油酯。
低碳醇是碳原子数在1～5之间的脂肪醇。
低碳醇，油脂原料及催化剂以自然温度下(如常温)进入环管反应器，与循环物料发生混合、升温并反应。反应器的夹套提供热源以保证反应温度。循环泵提供物料循环动力。循环比大于25，以使得环管反应器成为全混反应器。油脂的转化率达99％，脂肪酸甲酯的选择性达97％。
在采用环管反应器的生物柴油生产工艺中，不需要额外的换热器来加热原料，即可完成生物柴油的制备。
环管反应器有较大的传热面积，用夹套保温，可以减少热载体的用量，降低能耗。物料在环管反应器内停留时间短，对于生物柴油的生产可以有效抑制副反应的进行。
附图说明
图1利用环管反应器制备生物柴油的工艺流程图。
图2环管反应器
其中：1、2、3-原料罐，4、5、6-进料泵，7-循环泵，8-环管反应器，9-减压阀，10-甲醇回收塔，11、12、16-换热器，13-甲酯甘油分层罐，14-甲酯水洗塔，15-甲酯蒸馏塔，17-甲酯储罐，18-甘油储罐8-1-进料口，8-3-弯管，8-4-直管，8-5-夹套，8-2-出料口
具体实施方式
下面的实例对本发明进一步说明，但不对本发明构成限制.
实施例1
本发明所述的环管反应器制备生物柴油使用的设备是有如下流程构成(见附图1)，原料罐1、2、3通过进料泵4、5、6与环管反应器8的进料口8-1连接，环管反应器8的出料口8-2通过减压阀9与甲醇回收塔10连接，甲醇回收塔10顶部通过换热器11与甲醇原料罐2连接，甲醇回收塔10底部通过换热器12与甲酯甘油分层罐13上部入口连接，甲酯甘油分层罐13底部连接甘油储罐18，甲酯甘油分层罐13出口依次连接甲酯水洗塔14、甲酯蒸馏塔15、换热器16和甲酯储罐17；环管反应器8由一根或多根直管式反应管8-4构成，直管式反应管8-4外设有夹套8-5，直管式反应管8-4之间由环管8-3连接，第一根直管式反应管和最后一根直管式反应管用连接管连接构成闭合回路，在环管反应器8的闭合回路上设有循环泵7。
实施例2
根据实施例1的工艺流程和设备，在环管反应器中制备生物柴油，将植物油脂原料和低碳醇(甲醇)按照醇油摩尔比为4，碱催化剂(NaOH)浓度为200ppm的比例混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为0.6MPaG，同时在反应器的夹套通入100℃的导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中将反应温度控制在80℃，通过调节循环泵的流量来调节循环比为50(循环比即循环介质的体积与入口介质的体积之比)，保证物料在环管反应器中成为全混反应状态，植物油脂和低碳醇在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。从反应器出料口采样分析其组成，反应转化率达99％，甲酯的选择性大于97％。
实施例2
根据实施例1的工艺流程和设备，在环管反应器中，将植物油脂原料和低碳醇(乙醇)按照醇油摩尔比为6，碱催化剂(KOH)浓度为500ppm的比例混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为1.0MPaG，同时在反应器的夹套通入210℃的导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中将反应温度控制在180℃，通过调节循环泵的流量来调节循环比为80(循环比即循环介质的体积与入口介质的体积之比)，保证物料在环管反应器中成为全混反应状态，植物油脂和低碳醇在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。从反应器出料口采样分析其组成，反应转化率达99％，甲酯的选择性大于97％。
实施例3
根据实施例1的工艺流程和设备，在环管反应器中，将动物油脂原料和低碳醇(甲醇)按照醇油摩尔比为9，碱催化剂(NaOH)浓度为800ppm的比例混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为2.0MPaG，同时在反应器的夹套通入210℃的导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中将反应温度控制在180℃，通过调节循环泵的流量来调节循环比为100(循环比即循环介质的体积与入口介质的体积之比)，保证物料在环管反应器中成为全混反应状态，动物油脂和低碳醇在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。从反应器出料口采样分析其组成，反应转化率达99％，甲酯的选择性大于97％。
实施例4
根据实施例1的工艺流程和设备，在环管反应器中，将泔水油原料和低碳醇(乙醇)按照醇油摩尔比为9，碱催化剂(KOH)浓度为800ppm的比例混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为4.5MPaG，同时在反应器的夹套通入320℃的导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中将反应温度控制在240℃，通过调节循环泵的流量来调节循环比为100(循环比即循环介质的体积与入口介质的体积之比)，保证物料在环管反应器中成为全混反应状态，泔水油和低碳醇在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。从反应器出料口采样分析其组成，反应转化率达99％，甲酯的选择性大于97％。
实施例5
根据实施例1的工艺流程和设备，在环管反应器中，将地沟油原料和低碳醇(甲醇)按照醇油摩尔比为9，碱催化剂(NaOH)浓度为800ppm的比例混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为6.5MPaG，同时在反应器的夹套通入320℃的导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中将反应温度控制在260℃，通过调节循环泵的流量来调节循环比为150(循环比即循环介质的体积与入口介质的体积之比)，保证物料在环管反应器中成为全混反应状态，地沟油和低碳醇在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。从反应器出料口采样分析其组成，反应转化率达99％，甲酯的选择性大于97％。
实施例6
在环管反应器中，将酸化油酯原料和低碳醇(乙醇)按照醇油摩尔比为12，碱催化剂(KOH)浓度为1000ppm的比例混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为8.5MPaG，同时在反应器的夹套通入320℃的导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中将反应温度控制在260℃，通过调节循环泵的流量来调节循环比为150(循环比即循环介质的体积与入口介质的体积之比)，保证物料在环管反应器中成为全混反应状态，酸化油酯和低碳醇在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。从反应器出料口采样分析其组成，反应转化率达99％，甲酯的选择性大于97％。

Claims (3)

1. 一种采用环管反应器制备生物柴油的方法，其特征在于：将油脂原料和低碳醇按照醇油摩尔比为4～16，催化剂为NaOH或KOH，浓度为油脂原料重量的200～50000ppm混合，用计量泵打入环管反应器中，调节反应压力为0.2～10.0MPaG，在反应器的夹套中通入导热油作为热源，调节导热油的流量，使得物料在循环流动中反应温度控制在60～300℃，反应物料在反应器的停留时间为10～120分钟，通过调节循环泵的流量调节管内介质的循环比为25～250，油脂原料和低碳醇在全混反应状态下，在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油；
环管反应器8由一根或多根直管式反应管8-4构成，直管式反应管8-4外设有夹套8-5，直管式反应管8-4之间由环管8-3连接，第一根直管式反应管和最后一根直管式反应管用连接管连接构成闭合回路，在环管反应器8的闭合回路上设有循环泵7。
2. 根据权利要求1所述的采用环管反应器制备生物柴油的方法，其特征在于：油脂原料是植物油脂、动物油脂，泔水油，地沟油或酸化油酯。
3. 根据权利要求1所述的采用环管反应器制备生物柴油的方法，其特征在于：低碳醇是碳原子数在1～5之间的脂肪醇。
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