CN108192740A - 一种生物柴油的合成工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物柴油的合成工艺，其原料主要为油脂，所述油脂包括植物油、动物油、废弃油及微生物油；所述合成工艺包括(1)原料预处理；(2)甲醇预酯化；(3)酯交换反应；(4)重力沉淀、水洗与分层；(5)电极诱导，催化甘油的分离与粗制甲酯的获得；(6)水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制生物柴油的获得。本发明合成工艺简单、易行，缩短了制备工艺的时间，极大提高了生物柴油的产率，降低了经济成本，满足实际使用要求。

Description

一种生物柴油的合成工艺及设备
技术领域
本发明涉及一种生物柴油的合成工艺及设备，属于生物能用和资源再 利用技术领域。
背景技术
随着经济的发展，能源短缺和环境污染是目前人类社会面临的巨大挑战， 为了维持各自国家的可持续发展，许多国家正大力开发能源的可替代品。生物 柴油作为优质的能源可替代品具有优良的环保特性和可再生性，大力发展生物 柴油对推进能源替代、减轻环境压力、控制大气污染具有重要意义。生物柴油 是清洁的可再生能源，是一种含氧清洁燃料，由菜籽油、大豆油、回收烹饪油、 动物油等可再生油脂与甲醇发生酯化反应制得。它是优质的石油柴油代用品。 生物柴油是典型“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源 替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。生物柴油在中国是一个新兴的行业，表现出新兴行业在产业化初期所共有的许多市场特征。 许多企业被绿色能源和支农产业双重“概念”凸现的商机所吸引，纷纷进入该 行业，有人以“雨后春笋”形容生物柴油目前的状态。一些外国公司资金实力 雄厚，生产技术成熟，产业化程度高，可以借规模经济效应获取成本优势，抢 占原料基地和市场份额的综合能力更强。在全球经济一体化的进程中，中国的 经济水平将进一步提高，对能源的需求会有增无减，只要把关于生物柴油的研 究成果转化为生产力，形成产业化，则其在柴油引擎、柴油发电厂、空调设备和农村燃料等方面的应用前景是非常广阔的。目前，现有技术关于生物柴油的 合成工艺复杂、原料间的反应时间过长(反应不充分，主要是由原料特殊分子 结构及反应设备的缺陷导致)、工业生产的产率偏低、且经济成本较高。为此， 需要设计一种新的技术方案给予解决。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种生物柴油的合成工艺 及设备，该合成工艺简单、易行，缩短了制备工艺的时间，极大提高了生 物柴油的产率，降低了经济成本，满足实际使用要求。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
一种生物柴油的合成工艺，其原料主要为油脂，所述油脂包括植物油、 动物油、废弃油及微生物油；
所述合成工艺包括：
(1)原料预处理：首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中的磷脂，胶 质等物质)，再将油脂预热、脱水、脱气进入脱酸塔，维持残压，通入过量 蒸汽，在蒸汽温度下，游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂 肪酸以外的净损失，油脂中的游离酸降到极低量，色素被分解，使颜色变 浅，各种废动植物油在催化剂作用下，采用酯化、醇解同时反应工艺生成 粗脂肪酸甲酯；
(2)甲醇预酯化：首先将油脂水化脱胶，用离心机除去磷脂和胶等水 化时形成的絮状物，然后将油脂脱水，原料油脂加入过量甲醇，在酸性催 化剂存在下，进行预酯化，使游离酸转变成甲酯，蒸出甲醇水，经分馏后， 无游离酸的分出棕榈酸甲酯和油酸甲酯；
(3)酯交换反应：经预处理的油脂与甲醇一起，加入少量NaOH做催 化剂，通过反应釜内增设的若干错流板(增加分子间的碰撞、减少反应时 间)，在保证釜内温度均衡且在常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯；采 用二步反应，通过分离器连续地除去初反应中生成的甘油，使酯交换反应 继续进行；
(4)重力沉淀、水洗与分层；
(5)将步骤(4)得到的备用料进行等离子电极诱导；其中，所述等 离子电极诱导为：将步骤(4)获得的备用料置入等离子体装置的下电极介 质上，电压16kV，电流1.6mA、间隙3mm的操作条件下照射25-45秒，催 化甘油的分离与粗制甲酯的释出与获得；
(6)水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制生物柴油的获得。
作为上述技术方案的改进，所述错流板是功率为300W、超声频率 28KHZ的超声错流板。
作为上述技术方案的改进，步骤(1)中所述催化剂为各种废动植物油 自主研发的DYD催化剂。
具体地，所述生物柴油的合成设备，包括釜体，所述釜体一侧顶部设 有进料口和清洗口，所述釜体底部设有出料口，所述釜体顶部设有机架， 所述机架上设有电机，所述电机上设有一端伸入釜体内部的搅拌轴，所述 搅拌轴上设有"U"型搅拌器，所述釜体内两侧分别设有若干功率300W、超 声频率28KHZ超声错流板；
所述釜体另一侧顶部设有与釜体连通的蒸馏柱，所述蒸馏柱顶部设有 带开关的连通管，所述连通管上分别设有冷凝器和分馏器，所述冷凝器和 分馏器下方通过连通管连接一个收集罐。
作为上述技术方案的改进，所述釜体包括内胆和包覆在内胆外侧的保 温层和冷凝层，所述釜体一侧壁上设有与釜体连通的蒸汽进口，所述釜体 另一侧设有与冷凝层连通的冷却剂进口，所述釜体底部设有支撑脚和冷凝 出口。
作为上述技术方案的改进，所述"U"型搅拌器内部为脱酸塔结构，所述 "U"型搅拌器底部设有回料口，所述"U"型搅拌器顶部设有网状蒸发口。
本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：
本发明所述的生物柴油的合成工艺及设备，该合成工艺简单、易行， 缩短了制备工艺的时间，极大提高了生物柴油的产率，降低了经济成本， 满足实际使用要求。
附图说明
图1为实现本发明所述工艺流程闭路循环示意图；
图2为本发明合成设备结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
如图1所示，为实现本发明工艺流程闭路循环示意图。
本发明所述的生物柴油的合成工艺，其原料主要为油脂，所述油脂包 括植物油、动物油、废弃油及微生物油；
所述合成工艺包括：
(1)原料预处理：首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中的磷脂，胶 质等物质)，再将油脂预热、脱水、脱气进入脱酸塔，维持残压，通入过量 蒸汽，在蒸汽温度下，游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂 肪酸以外的净损失，油脂中的游离酸降到极低量，色素被分解，使颜色变 浅，在各种废动植物油自主研发的DYD催化剂作用下，采用酯化、醇解同 时反应工艺生成粗脂肪酸甲酯；
(2)甲醇预酯化：首先将油脂水化脱胶，用离心机除去磷脂和胶等水 化时形成的絮状物，然后将油脂脱水，原料油脂加入过量甲醇，在酸性催 化剂存在下，进行预酯化，使游离酸转变成甲酯，蒸出甲醇水，经分馏后， 无游离酸的分出棕榈酸甲酯和油酸甲酯；
(3)酯交换反应：经预处理的油脂与甲醇一起，加入少量NaOH做催 化剂，通过反应釜内增设的若干错流板(增加分子间的碰撞、减少反应时 间)，在保证釜内温度均衡且在常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯；采 用二步反应，通过分离器连续地除去初反应中生成的甘油，使酯交换反应 继续进行；
(4)重力沉淀、水洗与分层；
(5)将步骤(4)得到的备用料进行等离子电极诱导；其中，所述等 离子电极诱导为：将步骤(4)获得的备用料置入等离子体装置的下电极介 质上，电压16kV，电流1.6mA、间隙3mm的操作条件下照射25-45秒，催 化甘油的分离与粗制甲酯的释出与获得(其中，电极诱导的作用还能降备 料中的絮凝物聚集、除去)；
(6)水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制生物柴油的获得。
进一步改进地，所述错流板是功率为300W、超声频率28KHZ的超声 错流板。
本发明所述的生物柴油的合成工艺及设备，该合成工艺简单、易行， 缩短了制备工艺的时间，极大提高了生物柴油的产率，降低了经济成本， 满足实际使用要求。
序号 检测项目 标准 检测值 结论
1 色度，号 不大于3.5 2.5 合格
2 密度(kg/m3) 实测 838 合格
3 铜片俯视≤ 1a 1a 合格
4 凝点(℃)≤ 0 -4 合格
5 冷滤点(℃)≤ 1 1 合格
6 十六烷值≥ 45 45 合格
7 粘度(mm2/s) 3.0-8.0 5.2 合格
8 机械杂质 无 无 合格
附注：(生物柴油的理化性能检测数据)
具体地，所述生物柴油的合成设备，包括：釜体10，所述釜体10一侧 顶部设有进料口1和清洗口3，所述釜体10底部设有出料口2，所述釜体 10顶部设有机架11，所述机架11上设有电机12，所述电机12上设一端伸 入釜体10内部的搅拌轴13，所述搅拌轴13上设有"U"型搅拌器20，所述 釜体10内两侧分别设有若干错流板30；所述釜体10另一侧顶部设有与釜体10连通的蒸馏柱40，所述蒸馏柱40顶部设有带开关51的连通管50， 所述连通管50上分别设有冷凝器60和分馏器70，所述冷凝器60和分馏器 70下方通过连通管50连接一个收集罐80。
进一步改进地，所述釜体10包括内胆101和包覆内胆101外侧的保温 层102和冷凝层103，而釜体10一侧壁上设有与釜体10连通的蒸汽进口4， 所述釜体10另一侧设有与冷凝层103连通的冷却剂进口5，所述釜体10底 部设有支撑脚14和冷凝出口6。
更具体地，所述"U"型搅拌器20内部为脱酸塔结构21，所述"U"型搅拌 器20底部设有回料口23，所述"U"型搅拌器20顶部设有网状蒸发口22。
本发明所述设备结构设计非常合理，兼具加热、预热、冷却、蒸馏、 分馏及冷凝等功能，且通过釜体内部功率为300W、超声频率28KHZ的超 声错流板的设置，保证了釜内温度的均衡，增强了釜内分子间的碰撞，从 而达到缩短反应时间、提高净产率的效率。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本 发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当 视为属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种生物柴油的合成工艺，其特征在于：其原料主要为油脂，所述油脂包括植物油、动物油、废弃油及微生物油；
所述合成工艺包括：
(1)原料预处理：首先将油脂水化或磷酸处理，除去其中的磷脂，胶质等物质)，再将油脂预热、脱水、脱气进入脱酸塔，维持残压，通入过量蒸汽，在蒸汽温度下，游离酸与蒸汽共同蒸出，经冷凝析出，除去游离脂肪酸以外的净损失，油脂中的游离酸降到极低量，色素被分解，使颜色变浅，各种废动植物油在催化剂作用下，采用酯化、醇解同时反应工艺生成粗脂肪酸甲酯；
(2)甲醇预酯化：首先将油脂水化脱胶，用离心机除去磷脂和胶等水化时形成的絮状物，然后将油脂脱水，原料油脂加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行预酯化，使游离酸转变成甲酯，蒸出甲醇水，经分馏后，无游离酸的分出棕榈酸甲酯和油酸甲酯；
(3)酯交换反应：经预处理的油脂与甲醇一起，加入少量NaOH做催化剂，通过反应釜内增设的若干错流板(增加分子间的碰撞、减少反应时间)，在保证釜内温度均衡且在常压下进行酯交换反应，即能生成甲酯；采用二步反应，通过分离器连续地除去初反应中生成的甘油，使酯交换反应继续进行；
(4)重力沉淀、水洗与分层；
(5)将步骤(4)得到的备用料进行等离子电极诱导；其中，所述等离子电极诱导为：将步骤(4)获得的备用料置入等离子体装置的下电极介质上，电压16kV，电流1.6mA、间隙3mm的操作条件下照射25-45秒，催化甘油的分离与粗制甲酯的释出与获得；
(6)水份的脱出、甲醇的释出、催化剂的脱出与精制生物柴油的获得。
2.根据权利要求1所述一种生物柴油的合成工艺，其特征在于：所述错流板是功率为300W、超声频率28KHZ的超声错流板。
3.根据权利要求1所述一种生物柴油的合成工艺，其特征在于：步骤(1)中所述催化剂为各种废动植物油自主研发的DYD催化剂。
4.一种生物柴油的合成设备，包括：釜体(10)，其特征在于：所述釜体(10)一侧顶部设有进料口(1)和清洗口(3)，所述釜体(10)底部设有出料口(2)，所述釜体(10)顶部设有机架(11)，所述机架(11)上设有电机(12)，所述电机(12)上设有一端伸入釜体(10)内部的搅拌轴(13)，所述搅拌轴(13)上设有"U"型搅拌器(20)，所述"U"型搅拌器(20)下方设有分离器(90)，所述釜体(10)内两侧分别设有若干错流板(30)；
所述釜体(10)另一侧顶部设置有与釜体(10)连通的蒸馏柱(40)，所述蒸馏柱(40)顶部设有带开关(51)的连通管(50)，所述连通管(50)上分别设有冷凝器(60)和分馏器(70)，所述冷凝器(60)和分馏器(70)下方通过连通管(50)连接一个收集罐(80)。
5.根据权利要求4所述一种生物柴油的合成设备，其特征在于：所述釜体(10)包括内胆(101)和包覆在内胆(101)外侧的保温层(102)和冷凝层(103)，所述釜体(10)一侧壁上设有与釜体(10)连通的蒸汽进口(4)，所述釜体(10)另一侧设有与冷凝层(103)连通的冷却剂进口(5)，所述釜体(10)底部设有支撑脚(14)和冷凝出口(6)。
6.根据权利要求4所述一种生物柴油的合成设备，其特征在于：所述"U"型搅拌器(20)内部为脱酸塔结构(21)，所述"U"型搅拌器(20)底部设有回料口(23)，所述"U"型搅拌器(20)顶部设有网状蒸发口(22)。
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