CN1283765C - 一种生物清洁燃料的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种生物清洁燃料的生产方法，其步骤是：以植物油下脚料、低碳醇、催化剂为原料，按90～120∶35～400∶0.4～4的重量比加入酯化釜内，进行低碳酯化反应，得到混合脂肪酸低碳酯；将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至pH值为6～8；将物料送入冷析罐内，逐渐降温至0～2℃，有结晶析出；过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；将滤液泵入低碳醇蒸馏塔，加热至80～110℃，时间0.8～1.2小时，蒸馏回收多余低碳醇和水；将余液泵入蒸酯釜内，抽真空至0.4～10kPa，升温至200-260℃，冷凝后得生物清洁燃料。该发明方法投资成本低，生产的燃料可作为柴油的替代品且对环境少污染，可大量节约石油资源，应用中无需对发动机进行改装。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于仅由碳、氢及氧组成的成份为主的液体含碳燃料的生产方法，具体地说，涉及一种生物清洁燃料的生产方法。
背景技术
中国是世界上第二大能源消费国，但人均能源资源占有量却不到世界平均水平的一半，而石油只占1/10。国际石油生产与消费的复杂形势，已对我国石油进口形成很大压力。随着我国公路网建设的加快，汽车运输业得到了飞速发展，但汽车是消耗石油资源的大户，目前我国汽车消耗的汽油约占我国汽油生产总量的90％，消耗的柴油约占柴油产量的20％。并且，我国汽车的耗能指标和废气排放指标都比世界上发达国家要高许多。在消耗大量石油资源的同时，其排放的废气已成为我国大、中城市空气的主要污染源，环境污染日益严重。因此，采用其它可再生资源作为石油资源的替代和补充，同时降低尾气污染，保护大气环境，已是中国实施可持续发展战略的重要组成部分。
目前，我国在环保清洁燃料的研究开发方面有下述几种主要方法。一是在石油炼制生产过程中采用新技术、新工艺，降低汽、柴油产品的污染成份，如采用催化重整技术、催化裂化技术、含氧化合物生产技术、异构化技术、加氢裂化技术等等。其次是在成品油中加入添加剂的方法，即通过在成品油中添加少量抗氧剂、清净剂、缓蚀剂、抗混蚀剂、抗菌剂等添加剂，达到减少污染物排放和燃烧更有效、更安全的目的。三是采用其它可再生资源生产的替代品作为汽、柴油的代用燃料，如二异丙醚、二甲醚、碳酸二甲酯、乙醇、液化气、生物柴油等新型石油成品油的替代品。而其中生物柴油作为一种可再生能源，可以由动、植物油脂通过转酯化反应来制备，它在燃料特性方面与矿物柴油十分相似，使用中无需对发动机进行任何改造，排出尾气中不含硫氧化物，HC、CO量也比矿物柴油大大降低；据文献报导，国内四川古杉油脂化学公司用植物油下脚料为原料，采用分子蒸馏技术成功开发出了生物柴油。
但是，现有环保清洁燃料的上述生产方法仍然存在一些缺陷和尚待解决的问题。其中在石油炼制过程中采用新技术、新工艺的方法，虽然能降低尾气排放的污染指标，但它的原材料仍然是石油，并不能从根本上解决石油资源紧张的问题，并且投资规模浩大，综合成本高。往汽、柴油成品中添加少量添加剂的方法虽然也能减少污染，但同样不能节省石油资源。采用其它可再生资源生产汽油、柴油替代品的方法，虽说是节省了石油资源，但应用中都需对汽、柴油发动机进行改装后才能使用，且投资成本也很大，所以影响了它的推广应用。国内四川古杉油脂化学公司生产的生物柴油，由于采用了分子蒸馏技术，设备投资也相对比较高，如年产万吨生物柴油的设备投资需1500万元。
发明内容
本发明的目的，乃是为了解决现有环保清洁燃料的几种生产方法存在着的不能节省石油资源、应用中需对发动机进行改装以及设备投资成本高的问题，提供一种可大量节约石油资源、应用中无需对发动机进行改装以及投资成本较低的生物清洁燃料的生产方法。
本发明的解决方案如下：①以植物油下脚料、低碳醇、催化剂为原料，按90～120∶35～400∶0.4～4的重量比例混合加入酯化釜内，进行低碳酯化反应，得到混合脂肪酸低碳酯；②将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为6～8；③将所得物料送入冷析罐内，逐渐降温冷冻至0～2℃，有结晶析出；④过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；⑤将滤液泵入低碳醇蒸馏塔，加热至80～110℃，时间0.8～1.2小时，蒸馏回收多余低碳醇和水；⑥将余液泵入蒸酯釜内，抽真空至0.4～10KPa，升温至200～260℃，冷凝后得到生物清洁燃料。
本发明方法的显著特点是用常用的化工生产设备，选用资源丰富、可再生的植物油下脚料作为主要原料，在科学配方和最佳工艺参数条件下生产出环保生物清洁燃料，它作为柴油的替代品，既可直接作柴油使用，又可与柴油以一定的比例混合，得到用途各不相同的柴油替代品，而且这种新型燃料无需对现有柴油发动机进行任何改装。因此说，本发明方法既是资源的的综合利用或废物利用，又是一种全新的能源生产方法。它具有设备投资少、经济效益高、回报丰厚的优点，是一项符合国家产业政策、具有广阔市场前景的技术，并将产生巨大社会经济效益。如投资建立一个年产万吨规模的生物清洁燃料工厂，设备总投资为150～200万元，每吨生物清洁燃料的生产成本(不含副产品甾醇的价值)为2200元～2600元/吨，每产一吨生物清洁燃料还将产出约50-100kg的粗甾醇，若按目前的市场行情计算，所有投资可在3个月内全部收回。
该发明方法生产的生物清洁燃料，经湖南省产品质量监督检验所检验，符合国标SH/T0356-1996中4号轻燃油标准；经湖南省机动车排气污染控制技术研究与检测中心在HD4108Q柴油机上台架试验，其动力性和经济性与0#柴油基本相同，尾气排放烟度下降30％以上。
具体实施方式
本发明方法中所用原料植物油下脚料可采用食用植物油厂在脱酸、脱臭、脱色工艺过程中的蒸馏物或皂脚，也可采用工业用植物油(如棉籽油、米糠油、芘麻油、椰子油、棕榈油等)炼制过程中的下脚料及油脚等，还可采用植物油皂脚经皂化、水洗、酸化得到的酸化油以及高酸油等等；所用原料低碳醇可采用甲醇、乙醇等；所用原料催化剂可采用酸性催化剂，如各种无机、有机酸类，也可采用碱性催化剂，如各种碱类及碱性氧化物。本发明方法技术解决方案的前述步骤①中在酯化釜内进行低碳酯化反应，可以采用快速加压反应法，即是在压力为0.5～1.5MPa下进行加压反应，反应时间为0.2～2小时；也可以采用回流酯化法，即是反应加热至60～90℃，回流酯化0.5-4小时。
实施例一：取菜籽油脱臭馏出物100Kg、甲醇45kg、硫酸1.5kg，混合加入酯化釜内进行快速加压反应法低碳酯化反应，压力为0.8MPa，保压2小时，得到混合脂肪酸甲酯；将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为7；将物料置入冷析罐内，逐渐降温冷冻至2℃，有结晶析出；过滤冷冻液，得到副产品粗甾醇，将滤液泵入甲醇蒸馏塔，加温至105℃，时间为1小时，蒸馏回收多余的甲醇和水；将余液泵入减压蒸酯釜内，抽真空至0.9KPa，升温至220℃，得到约60kg生物清洁燃料(脂肪酸甲酯)。
实施例二：取花生油皂脚经皂化、水洗、酸化得到的酸化油100kg、甲醇130kg、硫酸1kg，混合加入酯化釜内进行回流酯化法低碳酯化反应，升温至80℃，回流酯化2小时，得到混合脂肪酸甲酯；将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为7；将物料置入冷析罐内，逐渐降温冷却至1℃，有结晶析出；过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；将滤液泵入甲醇蒸馏塔，加温至80℃，时间为1小时，蒸馏回收多余的甲醇和水；将余液泵入减压蒸酯釜内，抽真空至0.7kPa，升温至200℃，得到约82kg生物清洁燃料(脂肪酸甲酯)。
实施例三：取大豆油精炼过程中脱臭馏出物100kg、甲醇350kg、硫酸2kg，混合加入酯化釜内进行回流酯化法低碳酯化反应，升温至70℃，回流酯化时间为2小时，得到混合脂肪酸甲酯；将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为7；将物料置入冷析罐内，逐渐降温冷却至1℃，有结晶物析出；过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；将滤液泵入甲醇蒸馏塔，加温至100℃，处理时间为1小时，蒸馏回收多余的甲醇和水；将余液泵入减压蒸酯釜内，抽真空至2.5KPa，升温至200℃，得到约70kg生物清洁燃料(脂肪酸甲脂)。
实施例四：取棕榈油下脚料制得的高酸油100kg、乙醇80kg、氧化锌粉3kg、混合加入酯化釜内进行快速加压反应法低碳酯化反应，压力为1.2MPa，保压1.5小时，得到混合脂肪酸乙酯；将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为7；将物料置入冷析罐内，逐渐降温冷却至2℃，有结晶物析出；过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；将滤液泵入乙醇蒸馏塔，加温至95℃，时间为1小时，蒸馏回收多余的乙醇和水；将余液泵入减压蒸酯釜内，抽真空至0.8KPa，升温至230℃，得到约75kg的生物清洁燃料(脂肪酸乙酯)。
实施例五：取棉籽油下脚料100kg、乙醇150kg、20％氢氧化钠水溶液4kg，混合加入酯化釜内进行快速加压反应法低碳酯化反应，压力为1.5MPa，反应时间为1小时，得到混合脂肪酸乙酯；将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为7；将物料置入冷析罐内，逐渐降温冷却至2℃，有结晶物析出；过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；将滤液泵入乙醇蒸馏塔，加温至90℃，处理时间为1小时，蒸馏回收多余的乙醇和水；将余液泵入减压蒸酯釜内，抽真空至0.9kPa，升温至240℃，得到约65kg的生物清洁燃料(脂肪酸乙酯)。
在上述实施例中，植物油下脚料也可先在干燥罐内加热干燥去水、并过滤后得到预处理料，然后再送入酯化釜内进行低碳酯化反应。
Claims (6)
1、一种生物清洁燃料的生产方法，其特征在于，其生产步骤为：①以植物油下脚料、低碳醇、催化剂为原料，按90～120∶35～400∶0.4～4的重量比例混合加入酯化釜内，进行低碳酯化反应，得到混合脂肪酸低碳酯；②将所得物料泵入水洗罐内，水洗中和至PH值为6～8；③将所得物料送入冷析罐内，逐渐降温冷冻至0～2℃，有结晶析出；④过滤冷冻液，得副产品粗甾醇；⑤将滤液泵入低碳醇蒸馏塔，加热至80～110℃，时间0.8～1.2小时，蒸馏回收多余低碳醇和水；⑥将余液泵入蒸酯釜内，抽真空至0.4～10KPa，升温至200～260℃，冷凝后得到生物清洁燃料。
2、根据权利要求1所述的一种生物清洁燃料的生产方法，其特征在于，植物油下脚料采用食用植物油厂在脱酸、脱臭、脱色工艺过程中的蒸馏物或皂脚。
3、根据权利要求1所述的一种生物清洁燃料的生产方法，其特征在于，植物油下脚料采用工业植物油炼制过程中的下脚料及油脚。
4、根据权利要求1所述的一种生物清洁燃料的生产方法，其特征在于，植物油下脚料采用植物油皂脚经皂化、水洗、酸化得到的酸化油及高酸油。
5、根据权利要求1所述的一种生物清洁燃料的生产方法，其特征在于，在生产步骤①中在酯化釜内进行低碳酯化反应采用快速加压反应法，即是在压力为0.5～1.5MPa下进行加压反应，反应时间为0.2～2小时。
6、根据权利要求1所述的一种生物清洁燃料的生产方法，其特征在于，在生产步骤①中在酯化釜内进行低碳酯化反应采用回流酯化法，即是反应加热至60～90℃，回流酯化0.5～4小时。
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