CN1958729A - 一种制备生物柴油的酯化工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备生物柴油的酯化工艺及其装置，在反应锅内加入高酸值动植物油和催化剂，加热反应锅，启动化工泵，物料在反应锅—填料塔—反应锅间循环，当温度达到80－110℃时，从填料塔下部送入70±5℃甲醇蒸汽，反应1－2小时后，测定酸价，当AV≤0.5－1.0mgKOH/g时，停止送入甲醇蒸汽，关闭化工泵，物料停止循环，静置0.5－1.0小时，酯化反应工艺结束。从而解决了酯化工艺中反应时间长，反应不完全等问题。具有工艺简单，酯化时间短，反应充分，回收率高以及物料酸价低的特点，可广泛适用于各种高酸值动植物油生产生物柴油中作酯化处理工艺。

Description

一种制备生物柴油的酯化工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种利用高酸值动植物油生产生物柴油的工艺及其装置，特别是涉及该工艺方法中的酯化工艺及其装置。

背景技术

目前制备生物柴油主要是用化学法生产，即用动植物油脂与甲醇或乙醇等低碳醇在酸或碱性催化剂和高温下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经洗涤干燥等处理即得到生物柴油。碱催化酯化反应有一个局限性，就是它对于反应物的游离脂肪酸比较敏感，而酸催化酯化反应其缺陷是其反应速度慢。

中国专利CN1382762A公开了一种“利用废动植物油脂生产生物柴油的工艺”，在酸性催化剂存在的条件下，将各种不同酸值的废动植物油脂进行醇解反应和酯化反应。其酯化工艺为，取酸价为152的废动植物油脂，加入甲醇和硫酸，置于酯化反应器内，打开回流冷却水及热油加热阀门，进行升温加热，约1小时后，甲醇回流视盅内出现甲醇回流，气相温度为70℃，在气相温度为70-73℃的条件下，甲醇回流5小时，在气相温度为73℃的条件下，甲醇回流5小时，在气相相为73-85℃的条件下，甲醇回流3小时15分钟，在气相温度为85-90℃的条件下，甲醇回流3小时，抽验物料的酸值不大于15，回流时间累计11小时15分钟，得粗酯，关闭回流阀门，打开甲醇蒸馏阀门，将剩余甲醇蒸出，在气相温度为98℃的条件下收集完蒸出的甲醇，将粗酯经冷凝器降温后，泵到储罐，静止12小时后放出下层稀硫酸及甘油水，其存在的不足之处在于，反应时间长，且反应不完全，原料利用率不高，得率低，且反应终点酸值高(≤15mgKOH/g)。

中国专利CN1556174A公开了一种“利用高酸值动植物油脂生产生物柴油的方法”，将高酸值动植物油脂与甘油在带有冷凝回流装置的反应设备中进行混合，同时加入强酸用作催化剂，再加入二元共沸蒸馏溶剂或三元共沸蒸馏溶剂，搅拌加热进行回流酯化反应，反应生成的水份被共沸蒸馏溶剂带出，冷凝后水和溶剂自动分离，共沸蒸馏溶剂回流反应设备中，而水则排出，直至无水份带出反应器反应结束。其存在不足之处在于，反应过程中加入了高成本的甘油，以及二元或三元共沸蒸馏溶剂苯、二甲苯，使得生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃的优点丧失殆尽，且成本高。

中国专利CN158021B公开了一种“以动植物油脂为原料连续法制备脂肪酸短链酯的方法”，将加温至100-120℃的原料油脂用泵加压经喷嘴进入酯化槽，在喷嘴处加入70±5℃的短链醇气以及酸性催化剂，在喉管内与脂肪酸及催化剂瞬间混合后，落在酯化槽内，反复循环。甲醇蒸汽和反应生成的水蒸汽从酯化槽上部排到分馏器分离水分，甲醇循环使用，酯化槽内物料酸价＜1mgKOH/g为反应终点。其存在的不足之处在于，由于汽液两相接触时间短，而汽相甲醇在极短时间内离开反应体系，因而对酯化反应极为不利，反应不充分。

发明内容

本发明其目的就在于提供一种制备生物柴油的酯化工艺及其装置，具有工艺简单，成本低，酯化时间短，反应完全，充分，回收率高且酸价低的特点。

实现上述目的而采取的技术方案包括：

1)在反应锅内，加入高酸值动植物油，催化剂；

2)开启反应锅的蒸汽进口阀门，用饱和水蒸汽加热反应锅；

3)启动化工泵；

4)反应锅内物料经化工泵和填料塔后，经反应锅的回流口回到反应锅内，完成物料从反应锅—填料塔—反应锅的循环；

5)当反应锅内物料的温度达到80--110℃时，向填料塔内送入70±5℃的甲醇蒸汽，使所述循环物料与所述的甲醇蒸汽相混合，增加汽、液接触面积，完成汽、液反应；

6)所述的汽、液反应中过剩的甲醇蒸汽和反应生成的水蒸汽，从填料塔排出，并经回收装置回收甲醇，循环使用；

7)汽、液反应1-2小时后，测定反应物酸价，当酸价不大于0.5-1.0mgKOH/g时，停止向填料塔送入甲醇蒸汽；

8)关闭化工泵，反应物料停止循环；

9)静置0.5-1.0小时；

利用所述工艺制备生物柴油的酯化工艺的装置，包括反应锅，物料输送动力化工泵以及甲醇回收装置，还包括填料塔，填料塔进口经化工泵连接反应锅循环出口，填料塔出口连接反应锅回流口，填料塔还包括甲醇蒸汽进口和排气出口。

附图说明

图1是本发明原理工艺结构示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

本发明原理为增加汽、液反应速度，增加汽、液反应速度的关键是增加汽、液接触面积，故选择采用填料塔工艺，在填料塔内进行汽、液反应可以大幅度增加接触面积，如图所示，其工艺包括，

1)在反应锅3内，加入高酸值动植物油a，催化剂b；

2)开启反应锅3的蒸汽进口阀门，用饱和水蒸汽e加热反应锅3；

3)启动化工泵；

4)反应锅3内的物料经化工泵1和填料塔4后，经反应锅3的回流口d回到反应锅3内，完成物料从反应锅3-填料塔4-反应锅3的循环，所述的循环物料从填料塔4上部进口g进入，从填料塔4下端出口h回流至反应锅3内；

5)当反应锅3内物料的温度达到80-110℃时，向填料塔4内送入70±5℃的甲醇蒸汽，使所述循环物料与所述的甲醇蒸汽相混合，增加汽、液接触面积，完成汽、液反应，所述的甲醇蒸汽从填料塔4下部进口j进入，所述的70±5℃甲醇蒸汽，醇、酸摩尔比为3-8∶1；

6)所述的汽、液反应中过剩的甲醇蒸汽和反应生成的水蒸汽，从填料塔4排出，并经回收装置6回收甲醇，循环使用，所述剩余甲醇蒸汽和反应生成的水从填料塔4顶端出口k排出；

7)汽、液反应1-2小时后，测定反应物酸价，当酸价不大于0.5-1.0mgKOH/g时，停止向填料塔4送入甲醇蒸汽；

8)关闭化工泵1，反应物料停止循环；

9)静置0.5-1.0小时；

10)酯化工艺结束，从反应锅3内排出反应物。

使用上述制备生物柴油的酯化工艺的装置，包括反应锅3，物料输送动力化工泵1，以及甲醇回收装置6，还包括填料塔4，填料塔4进口g经化工泵1连接反应锅3循环出口f，填料塔4出口h连接反应锅3回流口d，填料塔4还包括甲醇蒸汽进口j和排气出口k。

所述的填料塔4物料进口g设置在填料塔4上部，所述的填料塔4物料出口h设置在填料塔4下端，所述的填料塔4甲醇蒸汽进口j设置在填料塔4下部，所述的填料塔4排出口k设置在填料塔4顶端。

所述的化工泵1与填料塔4物料进口g之间连接转子流量计2。

所述的甲醇回收装置6中还包括储罐9，储罐9出口连接加热器8，经分配器7后连接填料塔4下部的甲醇进气口j。

实施例，以金属丝网CY型填料为例，1立方米填料，比表面积为700平方米，气相甲醇从填料塔下部进入，酸化油和催化剂从填料塔上部均匀洒下，呈逆向运动，反应物酸价从上向下，逐渐降低，气相甲醇含量从下向上慢慢下降，反应生成的水蒸汽从下而上渐渐增多，根据质量作用定律，在填料塔下部酯化反应处在无水状态下进行，对酯化反应很有利，在2小时内，酸价降至0.5mgKOH/g以下，在80-110℃时，反应生成的水，迅速汽化，与过剩的甲醇蒸汽混合，离开填料塔，打破了系统平衡，因此酯化得以顺利进行，混合汽进入甲醇回收塔回收甲醇，循环使用。

具体步骤为，在反应锅3内，加入原料a，催化剂b，用饱和水蒸汽e加热，启动化工泵1，经转子流量计2循环，从反应锅3-填料塔4-反应锅3，当温度达到80-110℃时，从填料塔4下部进口j送入70±5℃甲醇蒸汽，醇、酸摩尔比为3-8∶1，过剩的甲醇蒸汽和反应生成的水蒸汽，离开填料塔4，从顶部出口k排出，经集气器5，进入回收装置6，回收甲醇，循环使用，反应1小时后，停止化工泵1，反应物停止循环，静置0.5小时，从反应锅3内排出反应物，酯化工艺结束。

附图所示为三组反应锅填料塔4和回收装置6组合示意图，为实施例之一，可视物料的多少，依物料平衡组合。多套组合时，其甲醇蒸汽加热器8后连接分配器7，由分配器7分配供给各反应锅3的甲醇蒸汽，多组反应锅3和填料塔4组合时，填料塔4排气出口K，连接集气器5，经集气器5后，进入回收装置6。

与现有技术相比本发明具有以下优点。

1、由于采用了反应锅—填料塔—反应锅的物料循环设计，因而增加了汽、液两相反应接触面积，具有反应速度增加，反应更加完全，充分。

2、由于采用了反应锅—填料塔—反应锅的物料循环，且甲醇蒸汽与物料逆向运动，具有收得率高的特点。

3、由于采用了增加汽、液接触面积的设计，反应接触面增加，因而适用于各种废动植物油脂的酯化处理，且处理后物料的酸价低，AV≤0.5mgKOH/g具有工艺简单，成本低，适用性广等特点。

Claims (7)

1、一种制备生物柴油的酯化工艺，其特征在于：

1)在反应锅(3)内，加入高酸值动植物油(a)，催化剂(b)；

2)开启反应锅(3)的蒸汽进口阀门，用饱和水蒸汽(e)加热反应锅(3)；

3)启动化工泵；

4)反应锅(3)内物料经化工泵(1)和填料塔(4)后，经反应锅(3)和回流口(d)回到反应锅(3)内，完成物料从反应锅(3)-填料塔(4)-反应锅(3)的循环。

5)当反应锅(3)内物料的温度达到80-110℃时，向填料塔(4)内送入70±5℃的甲醇蒸汽，完成汽、液反应；

6)所述的汽、液反应中过剩的甲醇蒸汽和反应生成的水蒸汽，从填料塔(4)排出，并经回收装置(6)回收甲醇，循环使用；

7)汽、液反应1-2小时后，测定反应物酸价，当酸价不大于0.5-1.0mgKOH/g时，停止向填料塔(4)送入甲醇蒸汽；

8)关闭化工泵(1)，反应物料停止循环；

9)静置0.5-1.0小时；

10)酯化工艺结束，从反应锅(3)内排出反应物。

2、根据权利要求1所述的一种制备生物柴油的酯化工艺，其特征在于，所述的循环物料从填料塔(4)上部进口(g)进入，从填料塔(4)下端出口(h)回流至反应锅(3)内，所述的甲醇蒸汽从填料塔(4)下部进口(j)进入，所述的剩余甲醇蒸汽和反应生成的水从填料塔(4)顶端出口(k)排出。

3、根据权利要求1或2所述的一种制备生物柴油的酯化工艺，其特征在于，所述的70±5℃甲醇蒸汽，醇、酸摩尔为3-8∶1。

4、根据权利要求1所述制备生物柴油的酯化工艺的装置，包括反应锅(3)，物料输送动力化工泵(1)以及甲醇回收装置(6)，其特征在于，还包括填料塔(4)，填料塔(4)进口(g)经化工泵(1)连接反应锅(3)循环出口，填料塔(4)出口连接反应锅(3)回流口(d)，填料塔还包括甲醇蒸汽进口(j)和排气出口(k)。

5、根据权利要求4所述的一种制备生物柴油的酯化工艺的装置，其特征在于，所述的填料塔(4)物料进口(g)设置在填料塔(4)上部，所述的填料塔(4)物料出口(h)设置在填料塔(4)下端，所述的填料塔(4)甲醇蒸汽进口(j)设置在填料塔(4)下部，所述的填料塔排气出口(k)设置在填料塔(4)顶端。

6、根据权利要求4所述的一种制备生物柴油的酯化工艺的装置，其特征在于，化工泵(1)与填料塔(4)物料进口(g)之间连接转子流量计(2)。

7、根据权利要求4所述的一种制备生物柴油的酯化工艺装置，其特征在于，甲醇回收装置(6)中还包括储罐(9)，储罐(9)出口连接加热器(8)，经分配器(7)后连接填料塔(4)下部的甲醇进气口(j)。

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