CN103031216A

CN103031216A - 一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺

Info

Publication number: CN103031216A
Application number: CN2013100062130A
Authority: CN
Inventors: 杨玉峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2013-04-10

Abstract

本发明属于可再生能源领域，特别涉及一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺。对现行工艺存在操作繁琐、甲醇用量大、能耗高等不足，采用添加有催化剂的地沟油与甲醇蒸汽分别从文丘里气液混合喷射器的液相入口和气相入口进入其中，使二者高效混合、反应。酯化反应生成的水和未反应的甲醇进入甲醇精馏塔，塔底排出水，塔顶的甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器循环；反应液用循环泵循环；文丘里气液混合喷射器的下端浸入反应釜中反应液的液面下，喷射出的射流体对反应液有极佳的搅拌效果。该工艺操作简单、气液混合充分、均匀、反应活性高、酯化率高、甲醇用量小、能耗低。

Description

一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺

(一)所属技术领域：

本发明属于可再生能源领域，特别涉及一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺。

(二)背景技术

生物柴油，又称脂肪酸甲酯是一种清洁含氧燃料，是可再生能源的一种，具有与石化柴油相近的性能。它作为柴油代用品使用时，柴油发动机不需作任何改动或更换零件，可在柴油机上直接使用，也可以与石化柴油以不同的比例掺混调和使用，是石化柴油的理想替代物。与矿物柴油相比，它不含硫、芳香烃等有毒物质；具有更好的润滑性；燃烧尾气中的碳、硫氧化物含量更低。这非常符合“可再生性”和“环境友好型”的要求。

目前我国发展生物柴油面临的主要问题是成本太高。生物柴油制备成本的75％是原料成本，因此采用廉价原料及提高转化率从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。我国每年大中城市餐饮业产生的地沟油近上千万吨。地沟油不仅常给人们带来环境污染，而且常给人们带来“餐桌污染”。研究利用这些油脂作为原料制备生物柴油，不仅有利于降低生物柴油的成本，发展我国生物柴油产业、保障石油安全和保护环境生态具有重要的作用，而且解决了环境污染和“餐桌污染”的问题。地沟油油脂的酸值一般都很高，通常酸值大于110mgKOH·g^-1，有时高达150mg KOH·g^-1。无法直接采用碱催化酯交换反应得到生物柴油。通常采用两步法，即先预酯化把地沟油中的脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，酸值小于1mg KOH·g^-1(游离脂肪酸与碱的皂化反应会严重影响酯交换反应)，然后再碱催化酯交换制得生物柴油。

现行的预酯化工艺主要有：①过量的甲醇与地沟油在催化剂的存在下进行回流反应；②高温气相法，将甲醇蒸汽通入到温度在105～110℃的原料液中反应。前者因甲醇的沸点仅有64.5℃～65.5℃，反应生成的水无法脱离反应体系，酯化反应是一可逆反应，反应进行到一定的程度后即达到化学平衡，故对高酸值的地沟油仅通过一次回流反应，酸值不易达到酯交换工艺的要求，往往要经过几次回流反应方能达到要求，反应时间长，操作繁琐，能耗极高；中国专利CN100999680A采用后一工艺，将甲醇蒸汽通入到釜温为110℃～120℃反应液中反应。甲醇蒸汽与反应液混合效果差，甲醇的用量大、反应时间长，同时甲醇循环使用时，需经冷凝液化，然后再加热汽化步骤带来损耗和能耗增大。

(三)发明内容：

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种甲醇用量小、酯化反应速度快、能耗低、酯化率高的预酯化工艺。

本发明的技术方案如下：采用添加有催化剂的地沟油与甲醇蒸汽分别从文丘里气液混合喷射器的液相入口和气相入口进入其中，使二者高效混合、反应后进入反应釜在一定温度下继续反应；酯化反应生成的水和未反应的甲醇进入甲醇精馏塔，塔底排出水，塔顶的甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器循环反应；反应液用循环泵循环；文丘里气液混合喷射器的下端浸入反应釜中反应液的液面下，喷射出的射流体对反应釜中的反应液有极佳的搅拌效果。其具体步骤是：

①将地沟油打入反应釜，反应釜中的液面应超出文丘里气液混合喷射器的最下端10～15cm，并升温到反应温度105℃～110℃。

②启动循环泵循环。

③加入地沟油质量0.5～1％的催化剂，催化剂可为液体或固体。

④从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，醇酸摩尔比为2.5～3.5。

⑤化验反应液的酸值小于1mg KOH·g^-1，预酯化反应结束。

本发明的有益效果：①气液反应物料在文丘里气液混合喷射器的混合室内形成高度涡漩，极大地提高了气液传质效率，气液混合更充分、均匀，反应物分子之间发生有效撞碰次数增加，因而反应速度快；②减少了物料高温下的聚合与分解，副反应少，提高了预酯化液的质量和收率；③气路的自身循环，无需气体循环压缩机或将气体液化再汽化的设备，降低了设备投资和能耗。

(四)附图说明

附图是一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺示意图：1-反应釜，2-循环泵，3-文丘里气液混合喷射器，4-文丘里气液混合喷射器气相入口，5-文丘里气液混合喷射器液相入口，6-甲醇精馏塔，7-甲醇进料口。

(五)具体实施方式：

以下具体实施例说明本发明的技术方案，但本发明的保护不限于此。

实施例1：

将酸价为110mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的0.5％浓硫酸；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比2.5时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.90mg KOH·g^-1，酯化率为99.18％，停止预酯化反应，经中和、水洗、脱水得可满足酯交换条件的预酯化液。

实施例2：

将酸价为130mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的0.6％浓硫酸；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比3时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.92mgKOH·g^-1，酯化率为99.29％，停止预酯化反应，经中和、水洗、脱水得可满足酯交换条件的预酯化液。

实施例3：

将酸价为135mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的0.7％浓硫酸；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比2.5时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.97mg KOH·g^-1，酯化率为99.28％，停止预酯化反应，经中和、水洗、脱水得可满足酯交换条件的预酯化液。

实施例4：

将酸价为110mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的0.5％浓硫酸；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比3时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.88mg KOH·g^-1，酯化率为99.20％，停止预酯化反应，经中和、水洗、脱水得可满足酯交换条件的预酯化液。

实施例5：

将酸价为140mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的0.5％浓硫酸；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比3.5时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.81mg KOH·g^-1，酯化率为99.42％，停止预酯化反应，经中和、水洗、脱水得可满足酯交换条件的预酯化液。

实施例6：

将酸价为135mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的1％耐高温DNW-1树脂；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比3.0时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.94mg KOH·g^-1，酯化率为99.30％，停止预酯化反应，过滤出树脂催化剂得可满足酯交换条件的预酯化液。

实施例7：

将酸价为140mg KOH·g^-1，温度为50℃的地沟油打入反应釜，液面超出文丘里气液混合喷射器最下端10～15cm；启动循环泵循环，加入地沟油质量的0.7％耐高温DNW-1树脂；将反应釜升温到110℃；从甲醇精馏塔进料口进入甲醇，塔顶甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器，甲醇蒸汽与反应液经混合器混合、反应进入反应釜继续反应。当甲醇进料量达到醇酸摩尔比3.5时，停止甲醇进料。反应3小时，反应液的酸价为0.98mgKOH·g^-1，酯化率为99.30％，停止预酯化反应，过滤出树脂催化剂得可满足酯交换条件的预酯化液。

Claims

1.一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺，其特征在于：采用添加有催化剂的地沟油与甲醇蒸汽分别从文丘里气液混合喷射器的液相入口和气相入口进入其中，使二者高效混合、反应后进入反应釜在一定温度下继续反应；酯化反应生成的水和未反应的甲醇进入甲醇精馏塔，塔底排出水，塔顶的甲醇蒸汽进入文丘里气液混合喷射器循环反应；反应液用循环泵循环；文丘里气液混合喷射器的下端浸入反应釜中反应液的液面下，喷射出的射流体对反应釜中的反应液有极佳的搅拌效果。

2.根据权利要求1所述一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺，其特征还在于其具体步骤为：①将地沟油打入反应釜，并升温到反应温度；②启动循环泵循环；③加入催化剂；④从甲醇精馏塔的甲醇进料口进入甲醇；⑤化验反应液的酸值小于1mg KOH·g^-1，预酯化反应结束。

3.根据权利要求1、2所述一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺，其特征还在于：反应釜中的液面应超出文丘里气液混合喷射器的最下端10～15cm，反应温度为105℃～110℃。

4.根据权利要求1、2所述一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺，其特征还在于：加入地沟油质量的0.5～1％催化剂，催化剂可为液体或固体。

5.根据权利要求2所述一种地沟油生产生物柴油的预酯化工艺，其特征还在于：从甲醇精馏塔进料口进入的甲醇，其醇酸摩尔比为2.5～3.5。