TWI297357B - System for continuously producing biodiesel - Google Patents

Description

Ϊ297357 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種連續式生質柴油製造系統，尤指一 種適用於精鍊廢食用油以製造車用柴油之製造系統。 5 " 【先前技術】 生質柴油（Biodiesel)是利用動植物油脂或廢食用油之 長鏈脂肪酸，於觸媒存在下與烷基醇類反應產生烷基酯類 之燃料，已證明為有效的柴油車輛引擎的燃料，可改善引 1〇擎排放廢氣的品質，且不需修改既有石化柴油引擎有關設 備直接即可使用或做為石化柴油添加劑，其十六烧值比 石化柴油為咼，閃火點（Flash p〇int)較低，可安全使用；同 時，美國環保署（EPA)已將B100(純生質柴油，如黃豆脂肪 酸甲酯）及B20(生質柴油20%與石化柴油8〇%的混合油）列 15入美國環保署認可的替代柴油燃料，可減少污染物排放， 而改善環境空氣品質。 習知之將動植物油或廢食用油轉化成為生質 柴油技術，包括稀釋、裂解、微乳化與轉酯化，其中以轉 酉旨化較具效率；廢食用油在轉酯化前需經一前處理，請參 20考圖1，首先廢食用油10經過濾器15將固體粒子去除，再以 蒸餾20的方式將水份去除，而廢食用油中游離脂肪酸則以 預酯化30的方式進行處理，精鍊程序多而繁雜，若品質控 制不穩定’則會影響後續生質柴油轉酯化反應之效率。 在後續製備生質柴油之轉酯化反應上，為了增加原料 1297357 j月曰轉化成生質柴油的轉化率，多在轉酯化反應後再利用 靜置的方式將生質柴油及甘油分離，請參考圖2，為二階段 軺s曰化流程，主要在油品經上述前處理後，與低碳醇以 及鹼觸媒（NaOH)42 —起進入轉酯化反應槽4〇中混合進行 5反應，再進入靜置槽5〇中，使甲基酯層（粗生質柴油）與甘 油層刀離，上層粗生質柴油再進入第二次轉酯化反應槽ο 中與低碳醇以及鹼觸媒（!^011)42混合進行第二次轉酯化 ^應，再一次進入靜置槽51，使生質柴油層與甘油層分離， 最後將粗生質柴油進行蒸餾回收甲醇後，進行中和水洗， ίο及m質柴油水分蒸顧去除等程序，得到純生質柴油；此 程序之单道轉化率低，操作步驟多，操作時間較長，設備 費用也車父南。 在反應結束後則必須將殘存的鹼觸媒去除；一般是使 用酸進行中和程序去除鹼觸媒，再進行水洗程序去除雜 15質；此水洗程序鹼觸媒會和脂肪酸形成皂化物，降低產率， 造成生質柴油純化上的困難，而大量廢水的排放，也造成 頭外廢水處理的成本與時間。 因此，在環保意識抬頭，生質柴油需求越高之情況 下，若能結合原料油（廢食用油）之精鍊程序，使原料油品 20質易於後續的轉酯化反應，結合生質柴油迴流及甘油移除 的程序使轉酯化之轉化率提高，並結合陽離子交換程序， 將可降低生質柴油製程中大量中和水洗的製程、減少廢液 的處理程序，提高生質柴油純化及生產的效率，大量降低 成本。 6 25 1297357 【發明内容】 本發明利用離心裝置將原料油脂中的固體粒子、水份 和游離脂肪酸去除，並以靜置分離槽作一迴流裝置，將粗 生質柴油部分迴流至反應槽繼續參與反應；同時利用時間 5抆制态控制甘油排放閥的開關，以連續性的移除甘油，達 ^刀離的目的；此外，利用陽離子交換樹脂又可避免水洗 等=化步驟’減少廢水處理程序，再進行蒸館去除水份及 低碳醇，可提高生質柴油純化的效率。 本發明連續式生質柴油製造系統，包括：一具一進料 10端與一出口端之離心槽體；一轉sl化反應槽體，與離心槽 體之出口端相連接；-驗製程供應裝置，係以管線與轉醋 化反應槽體連接；-靜置槽體，係位於轉醋化反應槽體之 後：且轉酯化反應槽體與靜置槽體間係以管線形成一迴流 通迢’ g離子父換裝置，係以管線與靜置槽體相連；以 15及-蒸餾裝置’以管線與陽離子交換裝置相連。 -種連續式製造生質柴油之方法，其步驟包括：⑷提 供-如上述之連續式生質柴油製造系統，以及一生物性油

粗生貝架油層送入陽離子交換裝置中 之觸媒；（f)將該粗生質柴油 冬衣置中，移除粗生質柴油中 進行蒸餾純化；（g)收集該純 1297357 化後之生質柴油。 本發明系統中，用以製備成生質柴油之原料可以直接 從離心槽體之進料端送入離心，較佳離心槽體之進料端更 可連接一原料供應槽，以配合自動化生產系統；同時，離 5心槽體之出口端更可連接一精煉油儲存槽，以預先儲放離 心後油脂’而精煉油儲存槽再與轉酯化反應槽體相接。 適用於本發明之原料可以是任何一種生物性油脂，較 佳之生物性油脂係植物性油脂或動物性油脂，更佳為一回 收之食用油脂。而本發明系統中鹼製程供應裝置係指一可 10供應轉酯化反應槽體進行轉酯化所需要之低碳數醇類與觸 媒作用之裝置。 本發明系統中，位於轉酯化反應槽體以及靜置槽體之 15 20 間的迴流通道，可將進入該靜置槽體内之一粗生質柴油部 分再迴流入該轉酯化反應槽體内，再次進行轉酯化反應， 以增進粗生質柴油轉酯化之效率。 於本發明之靜置槽體更包括一甘油排放控制閥，以利 於連續排放靜置於靜置槽體中之不用的甘油；而陽離子交 換衣置内之陽離子為吸附不同種類之觸媒，可以有多種不 同之陽離子裝配於其中’例如一強酸性陽離子。 =明連續式製造生質柴油系統之最佳實施方式為 管路門各裝置間可利用幫浦或控制閘閥調控各個 以間之進出’以實現高效率製造生質柴油之系統與方法。 【實施方式】 25 本發明連續式製造生質柴油之程序， 主要以廢食用油 1297357 為進料，而在進行轉酯化反應前，本發明利用離心設備將 原料油固體粒子，水分以及游離脂肪酸等先行去除，再接 著進行轉酯化程序，主要裝置結構與製造過程詳述如下。 實施例1 5 請參考圖3，為本發明連續式生質柴油製造系統之較 佳實施例示意圖，其中係包括一進料槽1〇〇，連接於離心= 體200之進料端，而離心槽體2〇〇之出口端則連接一精煉= 儲槽300,係用以儲存離心後之油脂；一轉酯化反應槽體*⑽ 係與於精煉油儲槽300相連接，以承接來自精煉油儲槽3〇〇 10之精煉油進行轉酯化反應。 15 轉酯化反應槽體400更連接一鹼製程供應裝置，可供 應轉酯化反應槽體400内進行轉酯化所需要之低碳數醇類 (於本實施例為甲醇）與觸媒（於本實施例為烷基氧化鈉）,·而 轉酯化反應槽體400之出口端則與一靜置槽體6〇〇相連接， 且在轉酯化反應槽體4〇〇與靜置槽體6〇〇之間係以管線形成 一迴流通道，以使靜置槽體6〇〇内之粗生質柴油部分再迴流 入轉酯化反應槽體400内，再次進行轉酯化反應；靜置槽體 6〇〇更包括一甘油排放閥，以連續性的排出甘油。 #置槽體600之一端與陽離子交換塔7〇〇相接，陽離子 交換塔700内係裝填有抓取氫氧化鈉觸媒之一強酸性陽離 子，以將粗生質柴油内之氫氧化鈉料，接著，陽離子交 換塔彻連接一蒸顧裝置_，以移除生質柴油中之水分或 低碳數醇類等物質，純化生質柴油。 實施例2 20 Ϊ297357 本發明連續式製造生質柴油之方法，同樣請參考圖 3，首先將一生物性油脂，於本實施例為廢食用油，置入進 料槽100中，沿著管線進入離心設備200中，將原料油中固 體粒子，水分以及游離脂肪酸等先行去除，再送入精鍊油 5儲槽300中；接著與鹼製程供應裝置500 一起進入轉醋化反 應槽400中混合處理，進行轉酯化反應；完成後，沿著連通 管601將粗生質柴油61〇及甘油620—起送入靜置槽中進 行靜置分離，此時部分之粗生質柴油61〇將依連通管6〇2, 603移入轉酯化反應槽4〇〇中，繼續進行轉酯化反應，於此 10為一迴流設計，可藉此提升轉酯化效率與分離速率；同時， 有一甘油排放控制閥，可連續性的將甘油從靜置槽6〇〇中移 除0 15 20

而粗生質柴油610中仍然有少量的觸媒，傳統需利用 中和水洗等料進行觸狀㈣，而於本财，則直接將 粗生質柴油610從靜置槽_中送人陽離子交換塔中，利 用=子交財式移除出生f柴油中之驗，λ幅減少用水， 同時也提高後續進行蒸餾等純化效率。

*粗生質柴油經過陽離子㈣塔處理後，進入蒸 衣置800中，移除水分鱼低碳數 、、 質柴油_。 -低厌數之^貝，即可取得純化之 述貫施例僅係為了方便說明而 主張之權利範圍自應以申已本舍明 私μ㈣^專利域所料準，而非僅 於上述貫施例。 10 1297357 【圖式簡單說明】 圖1係習知技術之廢食用油前處理程序示意圖。 圖2係習知技術之二階段轉酯化流程。 圖3係本發明連續式生質柴油製造系統示意圖。 【主要元件符號說明】 10廢食用油 15過濾器 20蒸餾 30預酯化 40轉酯化反應槽 41轉酯化反應槽

42鹼製程供應裝置 50靜置槽 51靜置槽 100進料槽 200離心槽體 300精煉油儲槽 400轉酯化反應槽500鹼製程供應裝置 600靜置槽 601連通管 602連通管 603連通管 610粗生質柴油 620甘油 700陽離子交換塔800蒸餾裝置 900純化之生質柴油

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Claims (1)

1. ::29235Z_' 公告本ί ___ 十、申請專利範圍： 1 · 一種連續式生質柴油製造系統，包括： 一具一進料端與一出口端之離心槽體； 一轉s旨化反應槽體，與該離心槽體之該出口端相連接； 5 一驗製程供應裝置，係以管線與該轉酯化反應槽體連 接； 一靜置槽體，係位於該轉酯化反應槽體之後，且該轉 醋化反應槽體與該靜置槽體間係以管線形成一迴流通道； 一陽離子交換裝置，係以管線與該靜置槽體相連；以 10 及 一蒸鶴裝置’以管線與該陽離子交換裝置相連。 2·如申請專利範圍第1項所述之製造系統，其中該離 心槽體之該進料端更連接一原料供應槽，且該出口端更連 接一精煉油儲存槽。 15 3·如申請專利範圍第2項所述之製造系統，其中該原 料係一生物性油脂。 4·如申4專利範圍第3項所述之製造系統，其中該生 物性油脂係植物性油脂或動物性油脂。 5·如申請專利範圍第丨項所述之製造系統，其中該鹼 20製程供應裝置係指供應低碳數醇類與觸媒，在該轉酯化反 應槽體進行轉酯化，該低碳醇係碳數低於8之一醇類。 ί 6.如申請專利範圍第1項所述之製造系統，其中該鹼 製程供應裝置係指供應低碳數醇類與觸媒，在該轉酯化反 應槽體進行轉酯化，該觸媒係烷基氧化鈉、烷基氧化鉀、 12 1297357 氢氧化鈉、或氫氧化鉀等。 7·申請專利範圍第1項所述之製造系統，其中該迴流 通道係將進入該靜置槽體内之一粗生質柴油部分再迴流入 該轉酯化反應槽體内，再次進行轉酯化反應。 5 10 15 20 8.申請專利範圍第丨項所述之製造系統，其中該靜置 槽體更包括一甘油排放控制閥。 9· 一種連續式製造生質柴油之方法，其步驟包括·· (a) 提供一連續式生質柴油製造系統以及一生物性油 月曰σ玄連續式生貝柴油製造系統係含一具一進料端與一出 口端之離心槽體；一轉酯化反應槽體，係以管線與該離心 槽體之該出π端相連接；製程供應裝置，係以管線愈 該轉醋化反應槽體連接；一靜置槽體，係位於該轉醋化反 應槽體之後，且該轉酯化反應槽體與該靜置槽體間係以管 線形成-迴流通道；-陽離子交換裝置，係以管線與該靜 置槽體相連，·以及-蒸德裝置，係以管線與該陽離子交換 裝置相連； (b) 將該生物性油脂自該進料端送入該離心槽體 行離心； U)將該離心後之該生物性油脂送人—轉醋化反應槽 體中，與低碳醇與觸媒混合，進行轉酯化反應； 〜曰 (d)將該轉酯化反應後之一生成物送入靜 中’使該生成物進行分相，為一粗生質柴油層盥_甘二 ⑷將靜置後之該粗生質柴油層送入該陽離子交換曰裝 置中’移除該粗生質柴油令之觸媒； 、 13 4 1297357 (f) 將該粗生質柴油進行蒸餾純化； (g) 收集該純化後之生質柴油。 10·如申請專利範圍第9項所述 該生物性油脂係植物性油脂或動物性^旨，。其中步驟（a)中 1 1·如申請專利範圍第9項所述之: 該生物性油脂係一回收食用油。 /、中V驟（a)中 之方法，其中步驟（a)中 應裝置中，該低碳醇係 12·如申請專利範圍第9項所述 更包含加入一低碳醇於該鹼製程供 碳數低於8之一醇類。 10 15 20

   13 ·如申凊專利範圍第9項所述 該繼生質柴油製造系統内之該驗製程供 包含加入一觸媒於該鹼製程供應裝置中，： 化納、烧基氧化卸、氫氧㈣、錢氧^媒係燒基^ 14.如申請專利範圍第9項所述之方去、 該連續式生質柴油製造系統之該靜置槽體間 排放控制閥。 尺匕括一甘》 15·如申請專利範圍第9項所述之方法，

   之後更包括一步驟(d，)’將進入該靜置槽體内：中步驟( 柴油部分再迴流入該轉酯化反應槽體内，" 粗生： 反應。 ，再次進行轉酯4 14