CN1958727A - 生物柴油的生产方法及蒸馏塔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物柴油的制造，特别是一种以酸化油、地沟油、餐饮废油、植物油为原料的生物柴油的生产方法及蒸馏塔。其方法依次包括以下工序：预处理、预酯化、回收甲醇、酯交换、二次回收甲醇、水洗、脱水、蒸馏。本发明的方法通过预酯化，酯交换的二次反应，保证了原料多样性而不影响产品的质量，提高产品的产出率。为了解决易结焦，流动性能差和色泽深的问题，在蒸馏塔高温的作用下，粗生物柴油汽化上升，经过冷凝部分冷却回收，从而保证蒸馏出来的生物柴油色泽优于0#柴油，提高了流动性能，排除了结焦现象。
Description
技术领域
本发明涉及生物柴油的制造，特别是一种以酸化油、地沟油、餐饮废油、植物油为原料的生物柴油的生产方法及蒸馏塔。
背景技术
生物柴油是生物质液体燃料中主要研究开发的对象之一。生物质能的原始能量来源于太阳，它取之不尽，用之不竭，是一种可再生能源。目前，城市空气中的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫的含量越来越高，主要是由于使用汽油、柴油过程中排放废气所至，它不仅对城市的空气质量和生态环境有极大影响，而且容易导致引发人体缺氧、胸闷、头痛等不良反应，对人类的健康存在着极大危害。而生物柴油分子中含有氧原子，燃烧属有氧燃烧比较充分，燃烧后产生的废气中几乎不含二氧化硫和一氧化碳，所以生物柴油又有“绿色能源”之称。
近几年来，我国的一些院校和企业科研人员致力于这方面研究，有些已初见成果。他们大多是以植物、动物油脂以及废弃食用油、地沟油等作原料，通过酯化反应和脱色方法得到生物柴油，中国专利文献200610024679.3公开了一种生物柴油的制造方法及装置，是利用脂肪酸、油酸、酸化油、地沟油及甲醇为原料任意比例混合、加入甲醇和催化剂，加温调和而成。这种生物柴油虽然制作成本低，但存在着以下一些问题：1)是质量难以保证。用植物油脂作原料，其原料价格高、成本高，难以正常营运，而用一些低价的废弃食用油、地沟油等作原料，它的原料来源不一、具有多变性、一次酯化影响产率，同时质量难以控制；2)是储存时间会影响质量。因生产过程中使用白土、双氧水等，脱色剂脱色，效果不明显，并且放置一段时间后，生物柴油会氧化，色泽远不如0#柴油，所以不受用户的信赖。3)是流动性能差，使用过程中由于这种生物柴油里含胶量多，燃烧后残炭量高，易结焦，同时含胶量还影响产品的流动性能。
发明内容
针对以上存在的不足，本发明的目的在于提供一种以酸化油或地沟油或餐饮废油或植物油为原料，在工艺过程中免去用化学脱色剂的方法改变生物柴油色泽，进行酯交换二次反应，通过蒸馏塔的蒸馏、冷凝、回收来降低生产成本，使质量更稳定的生物柴油的生产方法及蒸馏塔。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种生物柴油的生产方法，依次包括以下工序：
第一步、预处理，取油温75℃的原料油加入反应锅，在搅拌条件下加入占原料油重量10％的水，水温80℃，加水时间15分钟，加水结束后停止搅拌，自然沉淀4小时后放脚；所述原料油为酸化油或地沟油或餐饮废油或植物油；
第二步、预酯化，将预处理后的油由泵抽至反应锅中，加温至40～50℃，加入占原料油重量5％～10％的甲醇、占原料油重量0.5％～1％的强酸催化剂，搅拌调和1～3小时；
第三步、回收甲醇，搅拌情况下，升温至60～90℃，将蒸发的甲醇通过冷凝回收；
第四步、酯交换，将占原料油重量5～10％的甲醇和占原料油重量1～2％的强碱催化剂加入预酯化油中，经加温至40～60℃搅拌1～2小时；
第五步、二次回收甲醇，搅拌情况下，升温至60～90℃，将蒸发的甲醇通过冷凝回收；
第六步、水洗、脱水，向反应锅里加入占原料油重量10％、温度为80℃的水进行水洗，沉淀分离后放出水脚，并且对锅里的反应物进行脱水，即得到粗生物柴油；
第七步、蒸馏，粗生物柴油由进料管进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏温度为180～270℃，粗生物柴油由液相变成气相上升大部分通过冷凝回收为成品，少部分轻馏分物继续上升并由轻馏分收集部分回收，一部分黑脚则由底部黑脚出口处排出，而一些没有被完全蒸馏物则由再沸部分进入再次蒸馏过程。
上述预酯化工序所使用的强酸催化剂可采用浓度为90％以上的硫酸或盐酸。上述酯交换工序所使用的强碱催化剂可采用氢氧化钾或氢氧化钠或醇钠或固定化酶。
前述的蒸馏工序是在本发明的蒸馏塔中完成，蒸馏塔由轻馏分收集部分、冷凝部分、回收部分、蒸馏部分、再沸部分组成。 在蒸馏塔的中部即蒸馏部分内设有进料管，连接进料管的分配器将蒸馏部分隔成上下两层，填料由托架支撑，蒸馏塔的中上部是回收部分，下部通过蒸馏部分连接再沸部分，回收部分内设有档液收集板和成品出口管、冷凝部分设有冷却器和冷却进、出水口，蒸馏塔的上部是轻馏分收集部分，内设有轻馏分收集口和挡液板，蒸馏塔的下部是再沸部分，设有进气管、再沸器接口、底部设有黑脚出口和再沸循环口。
利用本发明生产的生物柴油的，通过预酯化，酯交换的二次反应，保证了原料多样性而不影响产品的质量，提高产品的产出率。为了解决易结焦，流动性能差和色泽深的问题，在蒸馏塔高温的作用下，粗生物柴油汽化上升，经过冷凝部分冷却回收，从而保证蒸馏出来的生物柴油色泽优于0#柴油，提高了流动性能。排除了结焦现象。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明的蒸馏塔示意图。
图中：
1、轻馏分收集口 2、挡液板 3、冷却水出口 4、冷却器5、冷却水进口 6、档液收集板 7、成品出口管 8、12、填料 9、13、托架 10、进料管 11、分配器 14、进气管 15、再沸器接口 16、黑脚出口 17、再沸循环口 18、温度计接口。
具体实施方式
本发明的方法实施例1：
第一步、预处理，取酸化油100公斤、油温75℃、水量10公斤、水温80℃，在搅拌条件下加入水，加水时间15分钟，加水结束后停止搅拌，自然沉淀4小时后放脚；
第二步、预酯化，将预处理的油由泵抽至反应锅中，经加温至40℃，入甲醇5公斤、催化剂0.5公斤，搅拌调和2小时；
第三步、回收甲醇，升温至90℃，冷凝回收多余甲醇；
第四步、酯交换：甲醇5公斤，催化剂1公斤，加入预酯化油中，经加温(60℃)，搅拌1.5小时；
第五步、二次回收甲醇，升温至90℃，冷凝回收多余甲醇；
第六步、水洗、脱水：向反应锅里加入10公斤，80℃的水进行水洗，沉淀分离后放出水脚，并且对锅里的反应物进行脱水，即得到粗生物柴油；
七步、蒸馏：粗生物柴油，由进料管进入蒸馏塔、在270℃下，粗生物柴油由液相变成气相上升至冷凝部分，大部分冷凝后由回收部分回收为成品，部分轻馏分物则上升由轻馏分收集部分回收，一部分黑脚则由底部黑脚出口处排出，而一些没有被完全蒸馏物则由再沸部分进入再次蒸馏过程。
本发明的方法实施例2：
第一步、预处理：取植物油100公斤、油温75℃、水量10公斤、水温80℃，在搅拌条件下加入水，加水时间15分钟，加水结束后停止搅拌，自然沉淀4小时后放脚；
第二步、预酯化：将预处理的油由泵抽至反应锅中，经加温(50℃)，加入甲醇10公斤、催化剂1.0公斤，搅拌调和3小时；
第三步、回收甲醇：升温至90℃，冷凝回收多余甲醇；
第四步、酯交换：甲醇10公斤，催化剂1.5公斤，加入预酯化油中，经加温(50℃)，搅拌2小时；
第五步、二回收甲醇，在70℃的温度下回收多余甲醇；
第六步、第七步同实施例1。
图1是本发明的生产生物柴油的工艺路线，酸化油、地沟油、餐饮废油、植物油按上述述实施例比例进行预处理、预酯化、回收甲醇、酯交换、水洗、脱水、蒸馏至成品。
粗生物柴油蒸馏过程在图2所示的蒸馏塔中进行，粗生物柴油由进料管10抽进蒸馏塔，分布于填料中。蒸馏塔由轻馏分收集部分、冷凝部分、回收部分、蒸馏部分、再沸部分组成。在蒸馏塔的中部即蒸馏部分内设有进料管10，连接进料管10的分配器11将蒸馏部分隔成上下两层，填料8、12由托架9、13支撑，蒸馏塔的中上部是回收部分，下部通过蒸馏部分连接再沸部分，回收部分内设有档液收集板6和成品出口管7、冷凝部分设有冷却器4和冷却进、出水口5、3，蒸馏塔的上部是轻馏分收集部分，内设有轻馏分收集口1和挡液板2，蒸馏塔的下部是再沸部分，设有进气管14、再沸器接口15、底部设有黑脚出口16和再沸循环口17，温度计接口18用来测定蒸馏部分的温度。
在蒸馏部分温度270℃以内，粗生物柴油汽化上升，经过冷凝部分冷却，部分成品则在成品出口管7处收集，少许轻馏分物质上升至顶部，由轻馏分收集1处收集，物料下落至再沸部分时，经过再沸器接口15进入再沸循环系统。在连续进料蒸馏回收和再沸过程中，底部黑脚由黑脚出口16排出，从而保证蒸馏出来的生物柴油色泽优于0#柴油，流动性能提高了。结焦现象也排除了。经实际使用，证明使用效果与0#柴油没有差别。
经过上述过程对成品生物柴油的性能检测与0#柴油比较图如下：
| 生物柴油 | 0#柴油 | |
| 冷凝点(CFPP) | ＜0℃ | 0℃ |
| 密度(g/ml) | 0.87 | 0.83 |
| 闪点(闭口) | ＞90 | ＞65 |
| 十六烷值 | 52 | 50 |
| 热值(Kcal/kg) | 10100 | 10200 |
| 硫含量(W％) | ≤0.01 | ≤0.2 |
| 粘度(40℃mm2/S) | 3.5-5.0 | 3.0-8.0 |
| 残炭(％) | 0.001 | 0.0025 |
| 氧含量(V％) | 10 | 0 |
Claims (2)
1、一种生物柴油的生产方法，其特征是：依次包括以下工序
第一步、预处理，取油温75℃的原料油加入反应锅，在搅拌条件下加入占原料油重量10％的水，水温80℃，加水时间15分钟，加水结束后停止搅拌，自然沉淀4小时后放脚；所述原料油为酸化油或地沟油或餐饮废油或植物油；
第二步、预酯化，将预处理后的油由泵抽至反应锅中，加温至40～50℃，加入占原料油重量5％～10％的甲醇、占原料油重量0.5％～1％的强酸催化剂，搅拌调和1～3小时；
第三步、回收甲醇，搅拌情况下，升温至60～90℃，将蒸发的甲醇通过冷凝回收；
第四步、酯交换，将占原料油重量5～10％的甲醇和占原料油重量1～2％的强碱催化剂加入预酯化油中，经加温至40～60℃搅拌1～2小时；
第五步、二次回收甲醇，搅拌情况下，升温至60～90℃，将蒸发的甲醇通过冷凝回收；
第六步、水洗、脱水，向反应锅里加入占原料油重量10％、温度为80℃的水进行水洗，沉淀分离后放出水脚，并且对锅里的反应物进行脱水，即得到粗生物柴油；
第七步、蒸馏，粗生物柴油由进料管进入蒸馏塔蒸馏，蒸馏温度为180～270℃，粗生物柴油由液相变成气相上升大部分通过冷凝回收为成品，少部分轻馏分物继续上升并由轻馏分收集部分回收，一部分黑脚则由底部黑脚出口处排出，而一些没有被完全蒸馏物则由再沸部分进入再次蒸馏过程。
2、一种权利要求1的方法中所使用的蒸馏塔，其特征是：它由轻馏分收集部分、冷凝部分、回收部分、蒸馏部分、再沸部分组成，在蒸馏塔的中部即蒸馏部分内设有进料管(14)，连接进料管(10)的分配器(11)将蒸馏部分隔成上下两层，填料(8)、(12)由托架(13)支撑，蒸馏塔的中上部是回收部分，下部通过蒸馏部分连接再沸部分，回收部分内设有档液收集板(2)和成品出口管(7)、冷凝部分设有冷却器(4)和冷却进、出水口(5)、(3)，蒸馏塔的上部是轻馏分收集部分，内设有轻馏分收集口(1)和挡液板(2)，蒸馏塔的下部是再沸部分，设有进气管(14)、再沸器接口(15)、底部设有黑脚出口(16)和再沸循环口(17)。
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