TWI421335B - Continuous system and method for producing biomass diesel - Google Patents

Description

產製生質柴油之連續式系統及方法

本發明係關於一種產製生質柴油之系統及方法，詳言之，係關於一種產製生質柴油之連續式系統及方法。

傳統生質柴油是以鹼製程或酸製程完成，但因使用酸鹼觸媒或反應物，往往造成後段產品純化與回收處理的困擾。目前國內合法的生質柴油工廠，均屬第一代技術而且以美規為主，酯化反應時間長、轉化率不高，由於使用酸與鹼原料，廢液處理是一大問題，又多含雜質(如皂化物)，必須精餾才能達成CNS標準，成本較高。

目前也有數種改善傳統生質柴油方法的製程，二階段轉酯化產製技術是其中一種，唯仍也存在諸多缺點；另生物轉酯化雖具有可直接轉化游離脂肪酸與甘油易分離等優點，但相對因使用生物觸媒成本較高，且反應速率較慢；至於固態觸媒方法目前仍多在文獻探討，尚未有產業化實績。

美國專利第6,211,390 B1號專利名稱「Method for producing fatty acid」(脂肪酸酯製造方法)，揭示一種利用超臨界萃取產製生質柴油的方法，該專利是將富含三酸甘油脂的原料，在鹼性觸媒作用下與醇類進行轉酯化反應，生成的脂肪酸酯與未反應完過量醇類反應物，再經由近或超臨界流體於異相觸媒作用下進行萃取分離，獲得高純度的生質柴油。該專利缺點對於製造生質柴油料源有所限制，無法廣泛應用於含水或游離脂肪酸的油源；再者反應物甲醇在轉酯化過程需過量，對以超臨界流體於異相觸媒作用下進行甲醇萃取分離，可能需耗大量的能源方可達高分離純化的目的。

中華民國專利公告第466271號專利名稱「從油脂類製造脂肪酸之烷基酯的方法」，揭示一種不需使用金屬鹼觸媒或酸觸媒，於超臨界低級醇狀態下轉酯化產製生質柴油的方法。該專利係可使用含游離脂肪酸的油脂類料源和低碳醇類反應，並將油脂類中所含的三甘油酯於超臨界醇類狀態下進行轉酯化反應以製造脂肪酸之烷基酯，同時於不使用金屬鹼觸媒、酸觸媒的條件下進行反應，即可不需進行將游離脂肪酸酯化之前處理工程，且不會生成脂肪酸皂之副產物，因而可省略或簡化生成物的回收精製工程。該專利僅著限於以超臨界甲醇製造脂肪酸之烷基酯的方法，料源可能是廢食用油或生物質油脂。

中國大陸應用化學期刊 第23卷第12期之「油菜籽與超臨界甲醇原位萃取-酯交換反應製備生物柴油」文獻中指出：直接利用油菜籽與超臨界甲醇作用製備生物柴油，可以將超臨界萃取與超臨界酯交換反應結合起來，一方面利用超臨界萃取來提高菜籽中油脂的萃取率；另一方面超臨界萃取與超臨界酯交換反應在同一個反應器中同時進行，可以省去榨油的程序、降低生物柴油的生產成本。關於植物油脂的超臨界法萃取，目前研究較多的是超臨界CO₂ 萃取法，該文採用超臨界甲醇法進行油脂的萃取以及將超臨界萃取與超臨界酯交換反應結合起來製備生物柴油的研究目前均無文獻報導。然而最佳萃取與轉酯化的操作溫度與壓力條件並不相同，且於同一反應器中同時進行超臨界萃取與超臨界轉酯化為批次操作，並無法達到連續式製程。

因此，有必要提供一種創新且具進步性的產製生質柴油之連續式系統及方法，以解決上述問題。

本發明提供一種產製生質柴油之連續式系統，包括：一液態醇儲存槽、一連續式壓榨模組、一管式轉酯化反應器及一氣液分離槽。該液態醇儲存槽用以儲存液態醇。該連續式壓榨模組具有複數個壓榨裝置，至少其中之一壓榨裝置用以接收液態醇，並與壓榨裝置內之油脂料源進行壓榨萃取，以取得壓榨液，並達到連續壓榨萃取。該管式轉酯化反應器用以接收壓榨液，以進行轉酯化，得到轉酯化產物。該氣液分離槽用以分離轉酯化產物，以得到生質柴油。

本發明另提供一種產製生質柴油之連續式方法，包括以下步驟：(a)利用一連續式壓榨模組進行連續壓榨萃取，其中該連續式壓榨模組具有複數個壓榨裝置，至少其中之一壓榨裝置用以接收液態醇，並與壓榨裝置內之油脂料源進行壓榨萃取，以取得壓榨液；(b)將壓榨液進行轉酯化，以得到轉酯化產物；及(c)分離轉酯化產物，以得到生質柴油。

本發明產製生質柴油之連續式系統及方法利用連續式壓榨模組及方法進行壓榨萃取，再進行醇類轉酯化，壓榨萃取與轉酯化為連續製程，可簡化製程、節省人力與成本，並降低能源消耗。

參考圖1，其顯示本發明產製生質柴油之連續式系統之示意圖。以下利用圖1說明本發明產製生質柴油之連續式系統及方法。本發明產製生質柴油之連續式系統10包括：一液態醇儲存槽11、一連續式壓榨模組12、一管式轉酯化反應器13及一氣液分離槽14。該液態醇儲存槽11用以儲存液態醇。在本實施例中，液態醇可為1~5碳的低碳醇。

在常溫常壓下，液態醇導入該連續式壓榨模組12。該連續式壓榨模組12具有複數個壓榨裝置121、122、123，至少其中之一壓榨裝置用以接收液態醇，並與壓榨裝置內之油脂料源進行壓榨萃取，以取得壓榨液，並達到連續壓榨萃取。在本實施例中，該連續式壓榨模組12包括三個壓榨裝置121、122、123，用以分別進行油脂料源裝填、壓榨萃取及卸料之交替作業。

舉例說明，若第一壓榨裝置121進行油脂料源裝填時，第二壓榨裝置122可進行壓榨萃取，此時，液態醇導入第二壓榨裝置122進行壓榨裝置萃取，該第三壓榨裝置123可進行卸料作業。當第二壓榨裝置122壓榨萃取完畢後，由於第一壓榨裝置121油脂料源裝填完成，可將液態醇導入第一壓榨裝置121進行壓榨萃取，第三壓榨裝置123可進行油脂料源裝填作業。因此，三個壓榨裝置121、122、123，可分別進行油脂料源裝填、壓榨萃取及卸料之交替作業，使得壓榨萃取作業連續不間斷。

在本實施例中，該油脂料源係為富含三酸甘油酯之料源植物，例如壓碎至1~5mm顆粒大小的痲瘋籽碎粒，該液態醇係選擇為甲醇。本發明產製生質柴油之連續式系統10另包括一攪拌槽15，用以攪拌來自壓榨裝置之壓榨液。

在本實施例中，本發明產製生質柴油之連續式系統10另包括一液態泵16及一預熱器17，設置於該攪拌槽15及該管式轉酯化反應器13之間，用以加壓及加熱壓榨液。在本實施例中，加壓及加熱該壓榨液至80~200atm及240~360℃。

該管式轉酯化反應器13用以接收壓榨液，以進行轉酯化，得到轉酯化產物。在本實施例中，該管式轉酯化反應器13係維持於甲醇之超臨界態操作條件，進行超臨界甲醇轉酯化反應。然而，壓榨液之轉酯化反應並不限定於超臨界態操作，亦可於亞臨界態或高壓液態操作。轉酯化產物包括：脂肪酸酯(生質柴油)、甘油(副產品)與水溶液及未反應甲醇。本發明產製生質柴油之連續式系統10以超臨界醇進行轉酯化產製生質柴油，轉化率較高、反應時間短、不使用酸鹼觸媒、無酸鹼再處理問題。

該氣液分離槽14用以分離轉酯化產物，以得到生質柴油。該氣液分離槽14分離轉酯化產物為液相之脂肪酸酯(生質柴油)、甘油至槽底，及氣相之醇類至槽頂。本發明產製生質柴油之連續式系統10另包括一冷凝器18，設置於該氣液分離槽14與該液態醇儲存槽11之間，用以將氣相之醇類冷凝導入該液態醇儲存槽11回收使用。

本發明產製生質柴油之連續式系統及方法利用連續式壓榨模組及方法進行壓榨萃取，再進行醇類轉酯化，壓榨萃取與轉酯化為連續製程，可簡化製程、節省人力與成本，並降低能源消耗。

惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

10．．．本發明產製生質柴油之連續式系統

11．．．液態醇儲存槽

12．．．連續式壓榨模組

13．．．管式轉酯化反應器

14．．．氣液分離槽

15．．．攪拌槽

16．．．液態泵

17．．．預熱器

18．．．冷凝器

121．．．第一壓榨裝置

122．．．第二壓榨裝置

123．．．第三壓榨裝置

圖1顯示本發明產製生質柴油之連續式系統之示意圖。

10．．．本發明產製生質柴油之連續式系統

11．．．液態醇儲存槽

12．．．連續式壓榨模組

13．．．管式轉酯化反應器

14．．．氣液分離槽

15．．．攪拌槽

16．．．液態泵

17．．．預熱器

18．．．冷凝器

121．．．第一壓榨裝置

122．．．第二壓榨裝置

123．．．第三壓榨裝置

Claims (14)

1. 一種產製生質柴油之連續式系統，包括：一液態醇儲存槽，用以儲存液態醇；一連續式壓榨模組，具有複數個壓榨裝置，至少其中之一壓榨裝置用以接收液態醇，並與壓榨裝置內之油脂料源進行壓榨萃取，以取得壓榨液，並達到連續壓榨萃取；一管式轉酯化反應器，用以接收壓榨液，以進行轉酯化，得到轉酯化產物；及一氣液分離槽，用以分離轉酯化產物，以得到生質柴油。
2. 如請求項1之連續式系統，其中該連續式壓榨模組包括三個壓榨裝置，用以分別進行油脂料源裝填、壓榨萃取及卸料之交替作業。
3. 如請求項1之連續式系統，另包括一攪拌槽，用以攪拌壓榨液。
4. 如請求項3之連續式系統，另包括一液態泵及一預熱器，設置於該攪拌槽及該管式轉酯化反應器之間，用以加壓及加熱壓榨液。
5. 如請求項1之連續式系統，其中該管式轉酯化反應器係維持於液態醇之超臨界態操作條件。
6. 如請求項1之連續式系統，其中該氣液分離槽用以分離轉酯化產物為液相之脂肪酸酯、甘油，及氣相之醇類。
7. 如請求項6之連續式系統，另包括一冷凝器，設置於該氣液分離槽與該液態醇儲存槽之間，用以將氣相之醇類冷凝導入該液態醇儲存槽。
8. 一種產製生質柴油之連續式方法，包括以下步驟：(a)利用一連續式壓榨模組進行連續壓榨萃取，其中該連續式壓榨模組具有複數個壓榨裝置，至少其中之一壓榨裝置用以接收液態醇，並與壓榨裝置內之油脂料源進行壓榨萃取，以取得壓榨液；(b)將壓榨液進行轉酯化，以得到轉酯化產物；及(c)分離轉酯化產物，以得到生質柴油。
9. 如請求項8之連續式方法，其中在步驟(a)中，該連續式壓榨模組包括三個壓榨裝置，用以分別進行油脂料源裝填、壓榨萃取及卸料之交替作業。
10. 如請求項8之連續式方法，其中在步驟(a)後，另包括一攪拌步驟，用以攪拌壓榨液。
11. 如請求項10之連續式方法，其中在攪拌步驟後，另包括一加壓及加熱步驟，用以加壓及加熱壓榨液。
12. 如請求項8之連續式方法，其中在步驟(b)中，係維持於液態醇之超臨界態操作條件進行轉酯化。
13. 如請求項8之連續式方法，其中在步驟(c)中，分離轉酯化產物為液相之脂肪酸酯、甘油，及氣相之醇類。
14. 如請求項13之連續式方法，其中在步驟(c)後，另包括一冷凝步驟，用以將氣相之醇類冷凝。