CN102559380A - 一种生物柴油粗产品的精制方法和精制系统 - Google Patents

一种生物柴油粗产品的精制方法和精制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种生物柴油粗产品的精制方法，所述生物柴油粗产品含有生物柴油和重质油酯，该方法包括：将生物柴油粗产品在不低于生物柴油的气化温度且低于重质油酯的气化温度下进行蒸馏，并收集蒸馏得到的馏出物，其特征在于，该方法还包括在收集蒸馏得到的馏出物之前，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫。本发明还提供了一种生物柴油粗产品的精制系统，其中，该系统包括蒸馏罐、除沫器和收集器。通过本发明提供的方法得到的生物柴油，其残炭量仅为0.09-0.3重量％，显著低于现有的生物柴油粗产品精制方法得到的生物柴油的残炭量。

Description

一种生物柴油粗产品的精制方法和精制系统
技术领域
本发明涉及一种生物柴油粗产品的精制方法和一种生物柴油粗产品的精制系统。
背景技术
生物柴油(Biodiesel)是生物质能的一种，是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等含有长链脂肪酸甘油三酯的材料作为原料油，通过酯交换法制成的长链脂肪酸的单烷基酯，是能够用于替代石化柴油的可再生性柴油燃料。
现有的工业化生产生物柴油的工艺中，采用酯交换法得到的生物柴油粗产品中除含有生物柴油外，还含有重质油酯。由于重质油酯燃烧性能较差，需要通过对生物柴油粗产品的精制来去分离生物柴油和重质油酯。
由于重质油酯的沸程明显高于生物柴油的沸程，因此现有技术中，分离生物柴油和重质油酯的方法主要是通过蒸馏的方式进行，即通过蒸馏得到含有气相生物柴油的气体，然后将该气体冷凝至得到生物柴油液体。但是，检测结果表明，该生物柴油中残炭含量较高，达到0.5-1.0重量％。
发明内容
为了降低生物柴油中的残炭含量，本发明的发明人进行了研究，出乎意料地发现，通过使蒸馏得到的气体组分通过除沫后收集得到的生物柴油残炭含量大大降低。由此推测现有技术获得的生物柴油中残炭含量高的原因在于：生物柴油粗产品中的长链脂肪酸基团在蒸馏温度下易发生高温聚合和炭化，而且含有气相生物柴油的气体中夹带雾沫，导致了含有气相生物柴油的气体被大量的残炭污染，因而使得生物柴油中残炭含量较高。基于上述原因，本发明的发明人找到了合适的解决办法，由此得到了本发明。
为了克服现有技术中生物柴油中残炭含量较高的缺陷，本发明提供了一种生物柴油粗产品的精制方法，所述生物柴油粗产品含有生物柴油和重质油酯，该方法包括：将生物柴油粗产品在不低于生物柴油的气化温度且低于重质油酯的气化温度下进行蒸馏，并收集蒸馏得到的馏出物，其特征在于，该方法还包括在收集蒸馏得到的馏出物之前，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫。
本发明还提供了一种生物柴油粗产品的精制系统，其中，该系统包括蒸馏罐、除沫器和收集器；所述除沫器设置于所述蒸馏罐中，并且将所述蒸馏罐分隔为蒸馏段和馏出段，所述收集器设置于所述馏出段中或位于所述馏出段外且与所述馏出段连通；或者，所述蒸馏罐与所述收集器通过管道相连，所述除沫器沿管道的径向设置于所述管道中。
通过本发明提供的方法得到的生物柴油，其残炭量仅为0.09-0.3重量％，显著低于现有的生物柴油粗产品精制方法得到的生物柴油的残炭量。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明提供的一种生物柴油粗产品的精制系统的示意图。
附图标记说明
10    蒸馏罐
11    蒸馏段    12    馏出段    13    加热器
20    除沫器
30    收集器    31    收集板    32    换热器
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的“残炭”是指按照GB/T17144-1997《石油产品残炭测定法(微量法)》中的定义和方法测定的数值。
本发明提供了一种生物柴油粗产品的精制方法，所述生物柴油粗产品含有生物柴油和重质油酯，该方法包括：将生物柴油粗产品在不低于生物柴油的气化温度且低于重质油酯的气化温度下进行蒸馏，并收集蒸馏得到的馏出物，其特征在于，该方法还包括在收集蒸馏得到的馏出物之前，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫。
其中，所述生物柴油粗产品可以为通过酯交换法得到的生物柴油粗产品。具体地，可以为将油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等含有长链脂肪酸甘油三酯的材料作为原料油，在酯交换的反应条件下，与一元醇接触，得到酯交换产物，去除该酯交换产物中的过量甲醇、甘油、水和9kPa下沸点低于210℃的轻组分后即得到生物柴油粗产品。
其中，所述生物柴油粗产品含有长链脂肪酸的一元醇酯，例如硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、棕榈酸甲酯和棕榈油酸甲酯等。根据沸程的不同，可以将所述生物柴油粗产品分割为生物柴油和重质油酯，即，在0.5kPa的压力下，沸程在280℃以下的馏分为生物柴油，沸程高于280℃的馏分为重质油酯。
本发明中，未做相反说明的情况下，所述的压力的数值均指绝压。
其中，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫可以通过各种方法进行，例如，可以通过向所述生物柴油粗产品中加入消泡剂来进行。所述消泡剂可以为氟硅聚合物消泡剂，例如聚三氟丙基甲基硅氧烷消泡剂，所述消泡剂可以通过商购获得，例如可以为购自道康宁公司的牌号为FS 1265的产品。所述消泡剂的使用方法可以按照消泡剂的说明书进行。
其中，为了降低生产成本，优选情况下，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫通过使该蒸馏得到的馏出物流过除沫器来进行。所述除沫器可以为丝网除沫器、折流板式除沫器或纤维除沫器。
其中，所述蒸馏可以在蒸馏罐内进行，所述除沫器位于蒸馏罐内，并且将所述蒸馏罐分隔为蒸馏段和馏出段。
其中，丝网除沫器特别适用于降低所述生物柴油中的残炭含量，因此，进一步优选情况下，所述除沫器为丝网除沫器。所述丝网除沫器可以包括丝网、与丝网组成丝网块的丝网格栅和固定丝网块的支承装置。所述丝网除沫器中的丝网可以为不锈钢丝网、铜丝网、钛合金丝网和玻璃丝网中的至少一种。
其中，为了降低生产成本，进一步优选情况下，所述丝网除沫器中的丝网为不锈钢丝网。
其中，为了进一步提高去除雾沫的效率以降低所述生物柴油中的残炭含量，优选情况下，所述丝网的容积重量为170-175kg/m3，体积比表面积为500-550m2/m3，空隙率为97.5-98.1％。
其中，为了进一步提高去除雾沫的效率以降低所述生物柴油中的残炭含量，优选情况下，相对于所述丝网除沫器中的100mm高度的丝网，所述生物柴油粗产品的通入量为100-200kg/min·m2(相对于丝网的截面积)。所述生物柴油粗产品的通入量是指用于进行所述蒸馏的所述生物柴油粗产品的用量。
为了进一步提高生物柴油的生产效率，并同时降低所述生物柴油中的残炭含量，优选情况下，所述蒸馏的压力为0.5-1kPa；温度为250-280℃。
本发明还提供了一种生物柴油粗产品的精制系统，其中，该系统包括蒸馏罐、除沫器和收集器；所述除沫器设置于所述蒸馏罐中，并且将所述蒸馏罐分隔为蒸馏段和馏出段，所述收集器设置于所述馏出段中或位于所述馏出段外且与所述馏出段连通；或者，所述蒸馏罐与所述收集器通过管道相连，所述除沫器沿管道的径向设置于所述管道中。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的“分隔”是指将被分隔的空间分为两个或两个以上的独立的分隔后的空间，不同的分隔后的空间之间的物料只能以透过用于分隔的分隔物的途径进行流动。例如，使用除沫器将所述蒸馏罐分隔为蒸馏段和馏出段，所述蒸馏段的物料只能以透过除沫器的方式流动到馏出段中。
其中，优选情况下，所述收集器包括收集板和换热器；所述除沫器、收集板和换热器按照由下至上的顺序依次设置于所述蒸馏罐中，从而所述收集板能够收集由换热器冷却得到的生物柴油组分。所述收集板穿过所述蒸馏罐的壳体且另一端位于蒸馏罐外，从而将收集到的生物柴油组分送出蒸馏罐外。所述收集板例如可以是具有凹槽的板状体，如半圆柱体。
其中，优选情况下，所述除沫器为丝网除沫器。
其中，优选情况下，所述丝网除沫器中的丝网为不锈钢丝网，所述丝网的容积重量为170-175kg/m3，体积比表面积为500-550m2/m3，空隙率为97.5-98.1％。
根据本发明特别优选的一种实施方式，本发明提供的一种生物柴油粗产品的精制系统如图1所示，该精制系统包括蒸馏罐10、除沫器20和收集器30；所述除沫器20设置于所述蒸馏罐10中，并且将所述蒸馏罐10分隔为蒸馏段11和馏出段12，所述收集器30设置于所述馏出段12中。
其中，所述收集器30包括收集板31和换热器32。
其中，收集板31例如为半圆柱形，位于换热器32的正下方且一端位于闪蒸塔1外，用于接收与换热器32换热后冷却得到的液体组分并导出闪蒸塔1外。优选所述收集板31的上边缘处形成通孔以使馏出物能够与换热器32接触进行换热。
其中，所述所述蒸馏段内设置有加热器13，用于提供蒸馏所需的热量。
其中，所述蒸馏罐上设置至少一个物料进口和至少一个物料出口；进一步优选设置至少两个物料出口。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
以下，通过实施例进一步详细说明本发明。具体地，通过实施例1-4与对比例1的比较，说明本发明提高的方法可以明显降低生物柴油的残炭量。
制备实施例1
本制备实施例用于说明所述生物柴油粗产品的来源。
在高压反应釜中，按摩尔比为9∶1加入动物油和甲醇，在260℃的温度下且压力为6.5MPa下反应2小时后得到酯交换产物，蒸馏除去过量的甲醇后，在90℃的温度下将酯交换产物与0.3％体积(相对于酯交换产物)的水混合后接触2小时以去除甘油，然后去除水相，并蒸馏去除9kPa下沸点低于210℃的轻组分后得到的产物即为生物柴油粗产品。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的生物柴油粗产品的精制方法及系统。
采用如图1所示的生物柴油粗产品系统，即，设置蒸馏罐10，在蒸馏罐10内由下到上三分之二高度处设置除沫器20；除沫器20采用满足HG/21618-1998技术标准的S2700-120 SP 316L/316L型不锈钢丝网除沫器；除沫器20将蒸馏罐10分隔为蒸馏段11和馏出段12；蒸馏段11中设置加热器13；加热器13以导热油为加热介质；蒸馏段11中还设置物料进口，该物料进口用于导入生物柴油粗产品；馏出段12中设置收集器30；收集器30包括倾斜设置(内高外低)的收集板31和设置于收集板31上的换热器32；换热器32以水为冷却介质；收集板31上边缘处形成通孔以通过馏出物；收集板31下边缘处与换热器32之间设置第一物料出口以导出生物柴油；换热器32与蒸馏罐内壁连接处的上方设置第二物料出口以抽出气体。
将制备实施例1得到的生物柴油粗产品加热至210℃，以通过物料进口通入蒸馏罐10中，通入量为160kg/min·m2(面积以丝网除沫器的截面积计算)，通过第二物料出口抽出气体以使蒸馏罐10中的压力为0.75±0.25kPa，通过以325℃的导热油为加热介质的加热器13使蒸馏罐罐底液体的温度为265±15℃；所述生物柴油粗产品在蒸馏段11中得到蒸馏，产生馏出物，馏出物透过除沫器20后流入馏出段12，经过收集板31上边缘处的通孔进入收集器30，换热器32以80℃的水为冷却介质，使收集器中的温度降至85±10℃，在收集器中收集得到的液体即为生物柴油。
按照GB/T 17144-1997《石油产品残炭测定法(微量法)》中的方法，测定本实施例得到的生物柴油中的残炭的含量为0.09重量％。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的生物柴油粗产品的精制系统和方法。
采用实施例1的方法搭建生物柴油粗产品的系统，所不同的是，除沫器20采用满足HG/21618-1998技术标准的S2700-120 HR 316L/316L型不锈钢丝网除沫器。
按照与实施例1相同的方法，测定本实施例得到的生物柴油中的残炭的含量为0.16重量％。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的生物柴油粗产品的精制系统和方法。
采用实施例1的方法搭建生物柴油粗产品的系统。
采用与实施例1相同的方法制备生物柴油，所不同的是，所述生物柴油粗产品的通入量为300kg/min·m2(面积以丝网除沫器的截面积计算)。
按照与实施例1相同的方法，测定本实施例得到的生物柴油中的残炭的含量为0.15重量％。
对比例1
本对比例用于说明现有的生物柴油粗产品的精制方法。
采用实施例1的方法搭建生物柴油粗产品的系统，所不同的是，不设置除沫器20。
采用与实施例1相同的方法制备生物柴油。
按照与实施例1相同的方法，测定本对比例得到的生物柴油中的残炭的含量为0.9重量％。

Claims (10)

1.一种生物柴油粗产品的精制方法，所述生物柴油粗产品含有生物柴油和重质油酯，该方法包括：将生物柴油粗产品在不低于生物柴油的气化温度且低于重质油酯的气化温度下进行蒸馏，并收集蒸馏得到的馏出物，其特征在于，该方法还包括在收集蒸馏得到的馏出物之前，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，去除该蒸馏得到的馏出物中夹带的雾沫通过使该蒸馏得到的馏出物流过除沫器来进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述蒸馏在蒸馏罐内进行，所述除沫器位于蒸馏罐内，并且将所述蒸馏罐分隔为蒸馏段和馏出段。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述除沫器为丝网除沫器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述丝网除沫器中的丝网为不锈钢丝网，所述丝网的容积重量为170-175kg/m3，体积比表面积为500-550m2/m3，空隙率为97.5-98.1％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，相对于所述丝网除沫器中100mm高度的丝网，所述生物柴油粗产品的通入量为100-200kg/min·m2。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述蒸馏的压力为0.5-1kPa；温度为250-280℃。
8.一种生物柴油粗产品的精制系统，其中，该系统包括蒸馏罐、除沫器和收集器；
所述除沫器设置于所述蒸馏罐中，并且将所述蒸馏罐分隔为蒸馏段和馏出段，所述收集器设置于所述馏出段中或位于所述馏出段外且与所述馏出段连通；
或者，所述蒸馏罐与所述收集器通过管道相连，所述除沫器沿管道的径向设置于所述管道中。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述收集器包括收集板和换热器；所述除沫器、收集板和换热器按照由下至上的顺序依次设置于所述蒸馏罐中，从而所述收集板能够收集由换热器冷却得到的生物柴油组分。
10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述除沫器为丝网除沫器，所述丝网除沫器中的丝网为不锈钢丝网，所述丝网的容积重量为170-175kg/m3，体积比表面积为500-550m2/m3，空隙率为97.5-98.1％。
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