[发明专利]一种生物柴油生产中酯交换反应方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续制备生物柴油的方法，特别涉及一种低碱法甲醇超 临界法制备生物柴油的方法及其装置。

背景技术

生物柴油作为石油的一种替代品，是由可再生的生物资源——动植物油 脂通过酯交换反应生成的长链脂肪酸酯类物质。由于它具有可生物降解、无 毒性、低排污量、生产原料十分丰富等特点，开发和研究这一绿色环保型燃 料，以替代将枯竭的石油能源已迫在眉睫。近几年来，生物柴油的研究和应 用在国内已经取得了大的进展。积极开发连续化生产工艺，代替目前生产效 率较低，装置生产规模小的间歇生产方式势在必行。

生物柴油生产主要反应是脂肪酸甘油酯(动植物油料)与甲醇的酯交换， 生成脂肪酸甲酯和副产物甘油，反应是两个互不相溶的液相之间的对峙反应， 包括连串的三步酯交换，总反应为：

  甘油三酸酯     甲醇                 脂肪酸甲酯    甘油

Triglycerides  CH₃OH                RCOOCH₃       Glycerine

目前已经在工业上实现上述的生物柴油的主要生产方法是碱催化酯交换 和超临界无催化酯交换两种。由于生物柴油产品要求严格控制游离甘油含量 (≤0.020％)和总甘油含量(≤0.24％)。碱催化法需要两步酯交换，两步反 应之间必须将甘油分离掉，为保障反应继续向右进行，碱催化酯交换的转化 率一般难以达到98％以上，而且产品需要水洗除去残余碱，因此工艺存在废 液需要处理的问题，总的工艺流程长，投资较大。超临界法是在超临界状态 下，油料和甲醇处于均一相态，反应成为均相酯交换，一步就可以完成，不 需要水洗，转化率高、反应时间短是超临界工艺的优点。可是，该工艺的反 应压力15MPa～20Mpa，由于采用管式反应器，一般来说工业上实现并不很 困难，缺点是需要350℃～400℃的高温热源，而且反应器进料醇/油比高，能 耗和投资也较高。

发明内容

本发明的目的旨在提出一种生物柴油制备过程中的连续酯交换的方法。 它是以甲醇、油脂为原料，对反应混合物采用原料混合预酯化、升温反应、 绝热延续反应工艺。工艺采用低碱甲醇临界技术，反应温度在240℃～260℃， 压力控制在6MPa～8MPa之间。反应在甲醇超临界状态下进行，采用连续运 转的管式反应器，少量甚至微量碱作为残余酸性物质的中和剂和反应催化剂， 使反应能够在20～30min内酯交换率达到98.5％。

本发明的另一目的提供实现上述生物柴油制备过程中的连续酯交换的方 法的装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种生物柴油制备过程中的连续酯交换的方法包括下列步骤：

a、油料和甲醇及催化剂溶液输送进入酯交换原料混合罐，原料混合罐内 压力为0.5～1.0MPa，温度65±1℃，搅拌，使互不相溶油料和甲醇与催化剂 NaOH充分混合均匀，进行预酯化反应，反应1-2h；

b、经过预酯化反应的动物油脂和植物油，离开原料混合罐后，经过静态 混合器混合由酯交换反应进料泵连续、计量输送，通过原料预热器，进入酯 交换组合反应器，在列管式等温反应器进行反应，壳程有热载体升温，维持 反应物料的反应温度为245℃±5℃；

c、反应物进入延续反应器组，进行绝热酯交换反应，在延续反应组件中 只需停留20～30min。

为了使甘油酯和甲醇两种互不相溶反应物充分接触和反应，本发明采用 预酯化-升温反应-延续绝热反应的不同元件组合的装置，所述装置包括：

一个原料混合罐，用来装油料和甲醇及催化剂溶液，进行预酯化反应；

一个酯交换反应进料泵，安装在原料混合罐与静态混合器之间，用来将 原料混合罐反应物由它连续、计量输送原料预热器；

一个静态混合器，用来接受酯交换反应进料泵输入的反应物，进一步对 反应物混合；

一个原料预热器，用来加热由静态混合器的反应物；

一个酯交换组合反应器、用来接受原料预热器反应物。依靠热载体升温， 使反应物反应温度达到245℃±5℃；