專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高酸值油脂制備生物柴油的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備生物柴油的方法及裝置，特別涉及ー種高酸值油脂制備生物柴油的方法及裝置，屬生物能源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物柴油是ー種良好的石化柴油替代品，與石化柴油相比，具有優(yōu)良的環(huán)保性，較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能和安全性能，良好的燃料性能及可再生等特點(diǎn)。生物柴油制備成本中75%是原料成本，價(jià)格高是生物柴油替代燃料商品化的主要障礙，尋求廉價(jià)原料成為 生物柴油替代柴油燃料能否實(shí)用化的關(guān)鍵。高酸值油脂污染大氣和環(huán)境，經(jīng)常被不法商販經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的脫色、脫臭、脫酸處理后重新流入市場(chǎng)，由于含有大量病菌及致癌物質(zhì)，對(duì)公眾健康造成極大危害。然而，將這些高酸值油脂用于制備生物柴油，卻是優(yōu)質(zhì)的資源。如果將高酸值油脂用于生產(chǎn)生物柴油，既可降低生產(chǎn)成本，又保護(hù)了環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
為降低生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境，本發(fā)明的目的在于提供ー種高酸值油脂制備生物柴油的方法和裝置，本發(fā)明通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。ー種高酸值油脂制備生物柴油的方法，經(jīng)過(guò)下列各步驟
(O酸解反應(yīng)在高酸值油脂中加入高酸值油脂質(zhì)量20 25%的酸性溶液，在70 80°C下攪拌加熱60 120分鐘，然后將混合液靜置30 60小時(shí)，下層酸液用于回收甘油，上層為脂肪酸；
(2)膜分離酯化反應(yīng)將步驟(I)得到的脂肪酸與甲醇、酸性催化劑按質(zhì)量比為10010 15 I 5混合，并攪拌均勻，在60 64°C下進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，通過(guò)膜滲透得到粗廣品；
(3)產(chǎn)品分離和甲醇回收將步驟(2)所得的粗產(chǎn)品靜置、分離，得到下層為催化劑，上層為甲醇和生物柴油，對(duì)上層進(jìn)行甲醇回收后即得到生物柴油。所述步驟(I)中的高酸值油脂為地溝油、酸化油或油脂堿煉皂腳。所述步驟(I)中的酸性溶液的質(zhì)量濃度為10 30%。所述步驟(2)中的酸性催化劑為硫酸、對(duì)甲苯磺酸或鹽酸。所述步驟(3)中所得下層的催化劑返回步驟(2)作為酸性催化劑進(jìn)行循環(huán)使用。所述步驟(3)中回收的甲醇返回步驟(2)進(jìn)行循環(huán)使用。本發(fā)明的另一目的在于提供ー種高酸值油脂制備生物柴油的裝置，包括酸解反應(yīng)器I、油水分離器2、混合器3、加熱器4、膜分離酯化反應(yīng)器5、計(jì)量泵8、緩沖罐10、真空泵
11、甲醇回收塔12、粗產(chǎn)品分離器13，所述酸解反應(yīng)器I底部出口與油水分離器2的進(jìn)ロ相連通，油水分離器2的出口與混合器3的進(jìn)ロ相連通，混合器3的出口與膜分離酯化反應(yīng)器5的進(jìn)ロ通過(guò)加熱器4和計(jì)量泵8連接，膜分離酯化反應(yīng)器5與緩沖罐10和真空泵11連接，加熱器4的出口與粗產(chǎn)品分離器13的進(jìn)ロ相連通，粗產(chǎn)品分離器13分別與混合器3和甲醇回收塔12連接。所述酸解反應(yīng)器I內(nèi)部設(shè)有攪拌器和加熱裝置。所述膜分離酯化反應(yīng)器5包括親水性分離膜6、反應(yīng)器內(nèi)腔7、反應(yīng)器外腔9，其中親水性分離膜6排放在反應(yīng)器內(nèi)腔7中，反應(yīng)器內(nèi)腔7外部設(shè)置反應(yīng)器外腔9。所述高酸值油脂制備生物柴油的裝置還包括換熱器14，換熱器14設(shè)置在混合器3與甲醇回收塔12之間。工作時(shí)，將高酸值油脂加入酸解反應(yīng)器I中，同時(shí)加入酸性溶液，在攪拌下加熱，然后將混合液轉(zhuǎn)入油水分離器2中靜置數(shù)小時(shí)，下層酸液并入至甘油回收系統(tǒng)，上層脂肪酸進(jìn)入混合器3中，再將甲醇、酸性催化劑按比例加入混合器3中，攪拌均勻；然后啟動(dòng)真空泵11和加熱器4，用計(jì)量泵8將利用加熱器4加熱好的混合原料打入膜分離酯化反應(yīng)器的反應(yīng)內(nèi)腔7中，甲醇與脂肪酸在膜分離酯化反應(yīng)器內(nèi)腔7中發(fā)生酯化反應(yīng)生成脂肪酸甲 離酯化反應(yīng)器外腔9中，并從緩沖罐10中排出，從而打破酷化反應(yīng)平衡，使得酯化反應(yīng)快速向正方向進(jìn)行；酸性催化劑、剰余甲醇和反應(yīng)生成的生物柴油進(jìn)入粗產(chǎn)品分離器13進(jìn)行靜置、分離，下層為催化劑，將其返回混合器3中循環(huán)利用；上層為甲醇和生物柴油，通過(guò)管道將其通入甲醇回收塔12中，在甲醇回收塔12中加熱使得甲醇?xì)饣?，甲醇蒸氣通過(guò)管道經(jīng)換熱器14冷凝后進(jìn)入混合器3中循環(huán)利用；最后從甲醇回收塔12底部排放ロ收集生物柴油
女ロ
)PR ο本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
(I)本發(fā)明在制備生物柴油的過(guò)程中利用膜分離將生成的水及時(shí)地分離，使得反應(yīng)快速向正方向進(jìn)行，提高酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。(2)本發(fā)明在制備生物柴油結(jié)束后，將催化劑和甲醇分離并使其重新參與酯化反應(yīng)，循環(huán)利用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。(3)本發(fā)明流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資成本低，生產(chǎn)清潔，具有環(huán)境友好性。


圖I為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意 圖中，I 一反應(yīng)器；2 —油水分離器；3 —混合器；4 一加熱器；5 —膜分離酯化反應(yīng)器；6 ー親水性分離膜；7 —反應(yīng)器內(nèi)腔；8 —計(jì)量泵；9 一反應(yīng)器外腔；10 —緩沖罐；11 一真空泵；12 —甲醇回收塔；13 —粗產(chǎn)品分離器；14 ー換熱器。
具體實(shí)施例方式下面以實(shí)例進(jìn)ー步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容并不限于此。實(shí)施例I
如圖1，高酸值油脂制備生物柴油的裝置，包括酸解反應(yīng)器I、油水分離器2、混合器3、加熱器4、膜分離酯化反應(yīng)器5、計(jì)量泵8、緩沖罐10、真空泵11、甲醇回收塔12、粗產(chǎn)品分離器13，所述酸解反應(yīng)器I底部出口與油水分離器2的進(jìn)ロ相連通，油水分離器2的出口與混合器3的進(jìn)ロ相連通，混合器3的出口與膜分離酯化反應(yīng)器5的進(jìn)ロ通過(guò)加熱器4和計(jì)量泵8連接，膜分離酯化反應(yīng)器5與緩沖罐10和真空泵11連接，加熱器4的出口與粗產(chǎn)品分離器13的進(jìn)ロ相連通，粗產(chǎn)品分離器13分別與混合器3和甲醇回收塔12連接；其中酸解反應(yīng)器I內(nèi)部設(shè)有攪拌器和加熱裝置；膜分離酯化反應(yīng)器5包括親水性分離膜6、反應(yīng)器內(nèi)腔7、反應(yīng)器外腔9，其中親水性分離膜6排放在反應(yīng)器內(nèi)腔7中，反應(yīng)器內(nèi)腔7外部設(shè)置反應(yīng)器外腔9 ;還包括換熱器14，換熱器14設(shè)置在混合器3與甲醇回收塔12之間。采用上述裝置制備生物柴油
(1)酸解反應(yīng)在地溝油中加入地溝油質(zhì)量23%的硫酸溶液(質(zhì)量濃度為10%)，在70°C下攪拌加熱60分鐘，然后將混合液靜置60小時(shí)，下層酸液用于回收甘油，上層為脂肪酸；
(2)膜分離酯化反應(yīng)將步驟(I)得到的脂肪酸與甲醇、對(duì)甲苯磺酸按質(zhì)量比為10010 5混合(共115質(zhì)量份)，并攪拌均勻，在60°C下進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，通過(guò)膜滲透得到 粗廣品；
(3)產(chǎn)品分離和甲醇回收將步驟(2)所得的粗產(chǎn)品靜置、分離，得到下層為催化劑返回步驟(2)作為酸性催化劑進(jìn)行循環(huán)使用，上層為甲醇和生物柴油，對(duì)上層進(jìn)行甲醇回收后即得到生物柴油95. 5質(zhì)量份，其中脂肪酸甲酷含量為97. 62%，回收的甲醇返回步驟(2)進(jìn)行循環(huán)使用。實(shí)施例2
采用實(shí)施例I所述裝置制備生物柴油
(1)酸解反應(yīng)在酸化油中加入酸化油質(zhì)量20%的鹽酸溶液(質(zhì)量濃度為20%)，在80°C下攪拌加熱120分鐘，然后將混合液靜置40小時(shí)，下層酸液用于回收甘油，上層為脂肪酸；
(2)膜分離酯化反應(yīng)將步驟(I)得到的脂肪酸與甲醇、硫酸按質(zhì)量比為100 15
I混合(共116質(zhì)量份)，并攪拌均勻，在64°C下進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，通過(guò)膜滲透得到粗產(chǎn)品;
(3)產(chǎn)品分離和甲醇回收將步驟(2)所得的粗產(chǎn)品靜置、分離，得到下層為催化劑返回步驟(2)作為酸性催化劑進(jìn)行循環(huán)使用，上層為甲醇和生物柴油，對(duì)上層進(jìn)行甲醇回收后即得到生物柴油96. 3質(zhì)量份，其中脂肪酸甲酷含量為96. 87%，回收的甲醇返回步驟(2)進(jìn)行循環(huán)使用。實(shí)施例3
采用實(shí)施例I所述裝置制備生物柴油
(1)酸解反應(yīng)在油脂堿煉皂腳中加入油脂堿煉皂腳質(zhì)量25%的對(duì)甲苯磺酸溶液(質(zhì)量濃度為25%)，在75°C下攪拌加熱90分鐘，然后將混合液靜置30小時(shí)，下層酸液用于回收甘油，上層為脂肪酸；
(2)膜分離酯化反應(yīng)將步驟(I)得到的脂肪酸與甲醇、硫酸按質(zhì)量比為100 15
I混合(共116質(zhì)量份)，并攪拌均勻，在60°C下進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，通過(guò)膜滲透得到粗產(chǎn)品;
(3)產(chǎn)品分離和甲醇回收將步驟(2)所得的粗產(chǎn)品靜置、分離，得到下層為催化劑返回步驟(2 )作為酸性催化劑進(jìn)行循環(huán)使用，上層為甲醇和生物柴油，對(duì)上層進(jìn)行甲醇回收后即得到生物柴油92. 5質(zhì)量份，其中脂肪酸甲酷含量為97. 83%，回收的甲醇返回步驟(2)進(jìn)行循環(huán)使用。實(shí)施例4
采用實(shí)施例I所述裝置制備生物柴油(1)酸解反應(yīng)在地溝油中加入地溝油質(zhì)量25%的硫酸溶液(質(zhì)量濃度為30%)，在70 80°C下攪拌加熱60 120分鐘，然后將混合液靜置30 60小時(shí)，下層酸液用于回收甘油，上層為脂肪酸；
(2)膜分離酯化反應(yīng)將步驟(I)得到的脂肪酸與甲醇、鹽酸按質(zhì)量比為100 12
2混合(共114質(zhì)量份)，并攪拌均勻，在63°C下進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，通過(guò)膜滲透得到粗產(chǎn) 品;
(3)產(chǎn)品分離和甲醇回收將步驟(2)所得的粗產(chǎn)品靜置、分離，得到下層為催化劑返回步驟(2 )作為酸性催化劑進(jìn)行循環(huán)使用，上層為甲醇和生物柴油，對(duì)上層進(jìn)行甲醇回收后即得到生物柴油98. 6質(zhì)量份，脂肪酸甲酷含量為99. 13%，回收的甲醇返回步驟(2)進(jìn)行循環(huán)使用。
權(quán)利要求
1.一種高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列各步驟 (1)在高酸值油脂中加入高酸值油脂質(zhì)量20 25%的酸性溶液，在70 80°C下攪拌加熱60 120分鐘，然后將混合液靜置30 60小時(shí)，下層酸液用于回收甘油，上層為脂肪酸； (2)將步驟(I)得到的脂肪酸與甲醇、酸性催化劑按質(zhì)量比為100 10 15 : I 5混合，并攪拌均勻，在60 64°C下進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，通過(guò)膜滲透得到粗產(chǎn)品； (3)將步驟(2)所得的粗產(chǎn)品靜置、分離，得到下層為催化劑，上層為甲醇和生物柴油，對(duì)上層進(jìn)行甲醇回收后即得到生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于所述步驟(I)中的高酸值油脂為地溝油、酸化油或油脂堿煉皂腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于所述步驟(I)中的酸性溶液的質(zhì)量濃度為10 30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于所述步驟(2)中的酸性催化劑為硫酸、對(duì)甲苯磺酸或鹽酸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于所述步驟(3)中所得下層的催化劑返回步驟(2)作為酸性催化劑進(jìn)行循環(huán)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高酸值油脂制備生物柴油的方法，其特征在于所述步驟(3)中回收的甲醇返回步驟(2 )進(jìn)行循環(huán)使用。
7.一種用于權(quán)利要求I 6所述的任意一種高酸值油脂制備生物柴油方法的裝置，其特征在于包括酸解反應(yīng)器(I)、油水分離器(2)、混合器(3)、加熱器(4)、膜分離酯化反應(yīng)器(5)、計(jì)量泵(8)、緩沖罐(10)、真空泵(11)、甲醇回收塔(12)、粗產(chǎn)品分離器(13)，所述酸解反應(yīng)器(I)底部出口與油水分離器(2)的進(jìn)口相連通，油水分離器(2)的出口與混合器(3)的進(jìn)口相連通，混合器(3)的出口與膜分離酯化反應(yīng)器(5)的進(jìn)口通過(guò)加熱器(4)和計(jì)量泵(8)連接，膜分離酯化反應(yīng)器(5)與緩沖罐(10)和真空泵(11)連接，加熱器(4)的出口與粗產(chǎn)品分離器(13)的進(jìn)口相連通，粗產(chǎn)品分離器(13)分別與混合器(3)和甲醇回收塔(12)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高酸值油脂制備生物柴油的裝置，其特征在于所述酸解反應(yīng)器(I)內(nèi)部設(shè)有攪拌器和加熱裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高酸值油脂制備生物柴油的裝置，其特征在于所述膜分離酯化反應(yīng)器(5)包括親水性分離膜(6)、反應(yīng)器內(nèi)腔(7)、反應(yīng)器外腔(9)，其中親水性分離膜(6 )排放在反應(yīng)器內(nèi)腔(7 )中，反應(yīng)器內(nèi)腔(7 )外部設(shè)置反應(yīng)器外腔(9 )。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高酸值油脂制備生物柴油的裝置，其特征在于所述高酸值油脂制備生物柴油的裝置還包括換熱器(14)，換熱器(14)設(shè)置在混合器(3)與甲醇回收塔(12)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高酸值油脂制備生物柴油的方法及裝置，通過(guò)將高酸值油脂與酸性溶液進(jìn)行酸解反應(yīng)，再加入甲醇、酸性催化劑進(jìn)行膜分離酯化反應(yīng)，然后對(duì)產(chǎn)品分離和甲醇回收即得到生物柴油。裝置包括酸解反應(yīng)器、油水分離器、混合器、加熱器、膜分離酯化反應(yīng)器、計(jì)量泵、緩沖罐、真空泵、甲醇回收塔和粗產(chǎn)品分離器。在制備生物柴油的過(guò)程中利用膜分離將生成的水及時(shí)地分離，使得反應(yīng)快速向正方向進(jìn)行，提高原料的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)結(jié)束后，將催化劑和甲醇分離并使其重新參與酯化反應(yīng)，循環(huán)利用，節(jié)約了生產(chǎn)成本。本發(fā)明流程簡(jiǎn)單，設(shè)備投資成本低，生產(chǎn)過(guò)程清潔，具有環(huán)境友好性。
文檔編號(hào)C11C3/04GK102676302SQ20121017953
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者葉節(jié)連, 吳楨芬, 潘奇林, 王 華, 蘇有勇, 陳恒杰 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)