CN103160381A - 一种制备生物柴油的专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备生物柴油的专用设备，该专用设备包括反应器、分离器、精馏罐和回流罐，其中，反应器开设有用于放入催化剂的催化剂填装口，反应器的进料口与料源连通，其出料口与分离器的进料口连通，分离器的出料口与精馏罐的进料口连通，精馏罐开设有生物柴油出口和甘油出口，回流罐的进料口与反应器连通，其出料口与料源连通。这样，未经过充分反应的原料经过回流罐重新进入酯交换系统，并进行再次反应，从而避免了反应物的浪费，降低了生产成本，提高了产品得率和纯度。

Description

一种制备生物柴油的专用设备

技术领域

本发明涉及生物柴油精细化学技术领域，特别是涉及一种制备生物柴油的专用设备。

背景技术

生物柴油是指由动植物油脂（脂肪酸甘油三酯）与醇（甲醇或乙醇）经酯交换反应得到的脂肪酸单烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯。与传统的石化能源相比，其硫及芳烃含量低、闪点高、十六烷值高、具有良好的润滑性，可部分添加到石化柴油中。

生物柴油多采用传统的化学酯交换法得到，即动、植物油脂和醇在催化剂作用下进行酯交换反应，生成脂肪酸酯和甘油。专用设备是生物柴油制备的主要生产设备，其性能直接影响到生物柴油的质量和制备效率。

请参考图1，图1为一种传统的专用设备的结构示意图。

一种传统的专用设备包括加热器11、至少两个反应器12、中心管13、夹套14、分离器15、连接管16和冷凝器17，加热器11设有进口和出口，反应器12为第一反应器和第二反应器，中心管13为一两端开放的中空管道，设有进口和出口，夹套14设于反应器12的两侧，分离器15设于反应器12的顶部，连接管16连接第一反应器和第二反应器，冷凝器17设于分离器15的上方。但是，该种专用设备采用一级串行反应的形式，酯交换过程中接触面积有限，转化效率较低。

请参考图2，图2为一种典型的专用设备的结构示意图。

为了提高酯交换转化效率，目前多将多级的管道反应器引入专用设备中。如图2所示，该种专用设备包括甲醇罐21、油脂罐22以及与甲醇罐21和油脂罐22均连通的醇油混合器23，管道反应器24的进口通过多级换热器25与醇油混合器23连通，管道反应器24的出口与旋转分离器26的进口连通，旋转分离器26的出口分别与蒸馏罐27和甲醇储罐28连通，蒸馏罐27的出口与收集生物柴油的静置罐29连通。反应过程中，将酸价达标的植物油脂装入油脂罐，将混有氢氧化钾的甲醇、共溶剂丁酮溶液装入甲醇罐；打开多级换热器，调节温度；通过控制醇油流量调节醇油物质的量之比；然后通过醇油混合器混合均匀并进入多级换热器加热，达到一定温度后流入带保温层的管道反应器反应；反应后的混合物蒸馏脱甲醇和共溶剂，并进行甘油分离，即得到粗制生物柴油。

在上述酯交换过程中，由于酯交换反应是可逆反应，过量的醇能够使平衡向生成产物的方向移动，故醇的用量大于理论量；反应过程中会存在大量的未经过置换的醇；同时，油脂也可能反应不完全而滞留在管道反应器中，醇和油脂等反应物的浪费较为严重，增加了生产成本，且影响了产品得率和纯度。

因此，在加大原料处理能力的同时，如何避免醇和油脂等反应物的浪费，降低生产成本，提高产品得率和纯度，就成为本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备生物柴油的专用设备，该专用设备采用新型的并列式管道反应器，内置多条并行反应管，实现高效的连续化酯交换反应。同时，该设备还能够实现反应不充分原料的收集，并使这些原料自动重新进入交换系统，从而避免了反应物的浪费，在提升设备处理能力的同时，降低了生产成本，提高了产品得率和纯度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种制备生物柴油的专用设备，包括开设有催化剂填装口的反应器，所述反应器的进料口与料源连通，其出料口与分离器的进料口连通，所述分离器的出料口与精馏罐的进料口连通，所述精馏罐开设有生物柴油出口和甘油出口；所述专用设备还包括回流罐，所述回流罐的进料口与所述反应器连通，其出料口与所述料源连通。

优选地，所述分离器上开设有醇回流口，所述醇回流口与所述料源连通。

优选地，所述料源包括醇油混合器，所述醇油混合器的进料口分别与醇源和油脂源连通；所述反应器的进料口、所述回流罐的出料口和分离器的醇回流口均与所述醇油混合器连通。

优选地，还包括预热均流器，所述预热均流器设置于所述反应器的进料口与所述料源之间。

优选地，所述预热均流器靠近所述反应器的进料口设置。

优选地，所述反应器为并列式管道反应器。

本发明所提供的制备生物柴油的专用设备包括反应器、分离器、精馏罐和回流罐，其中，反应器开设有用于放入催化剂的催化剂填装口，反应器的进料口与料源连通，其出料口与分离器的进料口连通，分离器的出料口与精馏罐的进料口连通，精馏罐开设有生物柴油出口和甘油出口，回流罐的进料口与反应器连通，其出料口与料源连通。

在制备过程中，料源内酸价达标的动物或植物油脂、醇进入反应器中，将催化剂从催化剂装填口注入并列反应器，醇油混合物在反应器内在催化剂的作用下进行酯交换反应；同时，回流罐对未充分反应的原料进行收集回流，并返回进行间歇性二次酯交换；充分酯交换后的产物先后在旋液分离器和精馏罐中进行分离提纯，得到最终的生物柴油及其副产物甘油。这样，未经过充分反应的原料经过回流罐重新进入酯交换系统，并进行再次反应，从而避免了反应物的浪费，降低了生产成本，提高了产品得率和纯度。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的制备生物柴油的专用设备，其分离器上开设有醇回流口，醇回流口与料源连通；这样，反应过程中多余的醇通过醇回流口回到料源，并进行再次反应，从而避免了醇的浪费，进一步降低了生产成本。

在另一种具体实施方式中，本发明所提供的专用设备还包括预热均流器，该预热均流器设置于反应器的进料口与料源之间；这样，在反应物进入反应器之前通过预热均流器进行预热，使得进入反应器的反应物具有较高的温度，从而提高了酯交换反应速度，保证了酯交换反应的连续性和均匀性。

附图说明

图1为一种传统的专用设备的结构示意图；

图2为一种典型的专用设备的结构示意图；

图3为本发明所提供的专用设备一种具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种制备生物柴油的专用设备，该专用设备采用新型的并列式管道反应器，内置多条并行反应管，实现高效的连续化酯交换反应，并能够进行反应不充分原料的收集，使这些原料自动重新进入交换系统，从而在提升设备处理能力的同时，避免了反应物的浪费，降低了生产成本，提高了产品得率和纯度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图3，图3为本发明所提供的专用设备一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明所提供的制备生物柴油的专用设备包括反应器31、分离器32、精馏罐33和回流罐34，其中，反应器31开设有用于放入催化剂的催化剂填装口311，反应器31的进料口与料源连通，其出料口与分离器32的进料口连通，分离器32的出料口与精馏罐33的进料口连通，精馏罐33开设有生物柴油出口和甘油出口，回流罐34的进料口与反应器31连通，其出料口与料源连通。

需要指出的是，本发明所提供的专用设备并非仅具有反应器31、分离器32、精馏罐33和回流罐34等结构，其还应包括能够完成酯交换反应的其他必要结构，例如设置在料源进料口处的进料泵和各种控制阀门等，这些结构与本发明并无关联，在此不再赘述。

本实施例中的催化剂优选为氢氧化钾，也可以为本领域中常规使用的其他具有催化作用的试剂，例如各种碱、各种酸或者酸碱混合物等；醇优选为甲醇，也可以为其他醇化物，例如乙醇、丙醇等。

上述反应器31为并列式管道反应器，管道反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应，如列管式固定床反应器。通常，反应物流处于湍流状态时，空管的长径比大于50；填充段长与粒径之比大于100(气体)或200（液体），物料的流动可近似地视为平推流。管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。此外，管式反应器可实现分段温度控制。

上述分离器32具体为旋液分离器，用以分离以液体为主的悬浮液或乳浊液的设备。料液由圆筒部分以切线方向进入，作旋转运动而产生离心力，下行至圆锥部分更加剧烈。料液中的固体粒子或密度较大的液体受离心力的作用被抛向器壁，并沿器壁按螺旋线下流至出口（底流）。澄清的液体或液体中携带的较细粒子则上升，由中心的出口溢流而出。

上述蒸馏塔是一种塔式汽液接触装置。有板式塔与填料塔两种主要类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。蒸汽由塔底进入。蒸发出的汽相与下降液进行逆流接触，两相接触中，下降液中的易挥发(低沸点)组分不断地向汽相中转移，汽相中的难挥发(高沸点)组分不断地向下降液中转移，汽相愈接近塔顶，其易挥发组分浓度愈高，而下降液愈接近塔底，其难挥发组分则愈富集，从而达到组分分离的目的。由塔顶上升的汽相进入冷凝器，冷凝的液体的一部分作为回流液返回塔顶进入精馏塔中，其余的部分则作为馏出液取出。塔底流出的液体，其中的一部分送入再沸器，加热蒸发成汽相返回塔中，另一部分液体作为釜残液取出。生产中是采用加热蒸馏的办法，把各种不同沸点、比重、挥发性的物质从不同的设备中分离出来。

在制备过程中，料源内酸价达标的动物或植物油脂、醇进入反应器31中，将催化剂从催化剂装填口注入并列反应器31，醇油混合物在反应器31内在催化剂的作用下进行酯交换反应；同时，回流罐34对未充分反应的原料进行收集回流，并返回进行间歇性二次酯交换；充分酯交换后的产物先后在旋液分离器和精馏罐33中进行分离提纯，得到最终的生物柴油及其副产物甘油。这样，未经过充分反应的原料经过回流罐34重新进入酯交换系统，并进行再次反应，从而避免了反应物的浪费，降低了生产成本，提高了产品得率和纯度。

上述分离器32上可以开设有醇回流口321，醇回流口321与料源连通；这样，反应过程中多余的醇通过醇回流口321回到料源，并进行再次反应，从而避免了醇的浪费，进一步降低了生产成本。

本发明所提供的专用设备还包括预热均流器36，该预热均流器36设置于反应器31的进料口与料源之间；这样，在反应物进入反应器31之前通过预热均流器36进行预热和流量均衡，使得反应物能够以较高的温度且流量均匀的进入反应器31的各并行反应管道中，从而提高了酯交换反应速度，保证了酯交换反应的连续性和均匀性。

上述预热均流器36可以靠近所述反应器31的进料口设置，以提高预热效果。

上述料源包括醇油混合器35，所述醇油混合器35的进料口分别于醇源和油脂源连通；所述反应器31的进料口、所述回流罐34的出料口和与分离器32的醇回流口321均与所述醇油混合器35连通；这样，通过设置醇油混合器35实现醇与油脂的均匀混合，提高了醇油混合的均匀性，提高了反应效率。

下面以上述具体实施方式为例，简单介绍本发明所提供的专用设备的制备过程。

将酸价达标的动物或植物油脂、甲醇分别从油脂注入口和低碳醇注入口注入，在醇油混合器中进行均匀后，进入预热均流器进行原液预热和均流，确保进入多条并行反应管道中的反应物能均匀分布；将氢氧化钾从催化剂装填口注入并列式管道反应器中，保证醇油混合物进行充分均匀的连续酯交换反应；同时，回流罐对未充分反应的原料进行收集回流，并返回进行间歇性二次酯交换；充分酯交换后的产物先后在旋液分离器和精馏罐中进行分离提纯，得到最终的生物柴油及其副产物甘油。

以上对本发明所提供的一种制备生物柴油的专用设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种制备生物柴油的专用设备，包括开设有催化剂填装口（311）的反应器（31），所述反应器（31）的进料口与料源连通，其出料口与分离器（32）的进料口连通，所述分离器（32）的出料口与精馏罐（33）的进料口连通，所述精馏罐（33）开设有生物柴油出口和甘油出口；其特征在于，所述专用设备还包括回流罐（34），所述回流罐（34）的进料口与所述反应器（31）连通，其出料口与所述料源连通。

2.根据权利要求1所述的制备生物柴油的专用设备，其特征在于，所述分离器（32）上开设有醇回流口（321），所述醇回流口（321）与所述料源连通。

3.根据权利要求2所述的制备生物柴油的专用设备，其特征在于，所述料源包括醇油混合器（35），所述醇油混合器（35）的进料口分别与醇源和油脂源连通；所述反应器（31）的进料口、所述回流罐（34）的出料口和分离器（32）的醇回流口（321）均与所述醇油混合器（35）连通。

4.根据权利要求1至3任一项所述的制备生物柴油的专用设备，其特征在于，还包括预热均流器（36），所述预热均流器（36）设置于所述反应器（31）的进料口与所述料源之间。

5.根据权利要求4所述的制备生物柴油的专用设备，其特征在于，所述预热均流器（36）靠近所述反应器（31）的进料口设置。

6.根据权利要求1至3任一项所述的制备生物柴油的专用设备，其特征在于，所述反应器（31）为并列式管道反应器。

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