[发明专利]一种生物柴油的生产装置及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物柴油的生产装置及生产方法，具体涉及一种塔釜一体化生产装置及其生产多功能生物柴油的方法，属于生物柴油的制备技术领域。

背景技术

生物柴油是一种绿色、环保、可再生的二次能源，与一次能源石油柴油相比，具有闪点高，储存运输安全，自身可生物降解，对环境友好等优点，而且其燃烧排放物中二氧化硫、硫化物、二氧化碳等有害物质含量低。生物柴油代替石油柴油可以缓解柴油供应紧缺的现状，进而缓解石油供给危机。

生物柴油的制备是以动植物油脂为原料，用甲醇或乙醇在催化剂作用下经酯交换而制成，其方法有酸碱催化法、生物酶催化法和超临界法。国内外生物柴油大规模生产均以传统均相催化法为主，即以油脂和甲醇为反应物，以液体酸（HCl、H₂SO₄、HNO₃等）和液体碱（NaOH、KOH等）为催化剂进行酯化和酯交换反应生产生物柴油。而采用均相酸或碱催化制生物柴油（如CN1473907A、DE3444893等）需要通过中和与水洗除去催化剂。由此引发了研究多相固体酸或碱催化剂（CN101338215A、CN101289629A、CN101294096A等），但仅仅是实验室的研究，其受限于反应工艺的改进和生产装置的革新。

绝大部分生物柴油的生产工艺均以釜式反应器进行，极性的甲醇和非极性的油脂互相不相溶，而且反应釜搅拌速率低，如CN101245253A中提到转数为30～50r/min，这样醇油两相不能充分接触而进行反应，造成反应转化率低。不同的反应工艺，反应温度和压力也不同，温度一般在65℃～280℃（申请号为200610165102.4，200710037601.X的专利），压力从常压到超临界（申请号为201010161581.9，200810017849.4，200610010882.5的专利）。一直难以解决的实际问题是极性的甲醇（或乙醇）和非极性的动植物油脂不互溶使其与催化剂接触面积小而导致反应缓慢或转化率低等。

另外，生物柴油在发动机中应用，存在明显的属性问题是其黏度（1.9-6.0）大于石油柴油（1.3-4.1）[Renewable and Sustainable Energy Reviews 35(2014)136–153]，主要由于其原料来源复杂且分子量大，所以在生产过程中能依据产物的沸点将其分离出黏度小的轻组分和黏度大的重组分，分别对其利用是非常有实用价值和社会意义的。

发明内容

本发明旨在提供一种生物柴油的生产装置及生产方法，解决了在酯交换反应中油脂与甲醇互不相溶、催化剂不能充分和反应物接触的问题。本发明提供一种塔釜一体化装置，实现了液态的油脂、气态的甲醇和固体催化剂三相接触的方式，进行催化反应并制备出不同沸点的生物柴油，从而实现生物柴油的高效生产和多功能用途。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种生物柴油的生产装置，包括塔釜一体化装置和精馏塔、闪蒸塔、分离塔；所述塔釜一体化装置由反应塔和静置分层釜组成，反应塔为筒体结构，反应塔上层为催化反应层，下层为甲醇提温层，甲醇提温层的下部连接静置分层釜；催化反应层的上部设有油脂入口，反应塔中部设有气相甲醇入口，反应塔顶部设有甲醇回流装置；静置分层釜的下部连接极性产物储罐，中部连接粗油产物储罐；所述粗油产物储罐依次连接一级精馏塔、二级精馏塔、三级精馏塔，最终通往油脂储罐；所述极性产物储罐依次连接甲醇闪蒸塔和甘油分离塔。

上述生产装置中，所述催化反应层是由填料和固体催化剂混合，由填料作支撑形成的床层。

上述生产装置中，所述甲醇提温层是由倾斜10°的加温塔板对称交替排列而成；或者，甲醇提温层是由双螺旋倾角10°的螺旋板体组成。

所述催化反应层和甲醇提温层的高度比为：4~10:1。

一种生物柴油的生产方法，包括以下步骤：

（1）油脂原料从反应塔上部的油脂入口进入反应塔，甲醇从反应塔的中部进入反应塔，进入反应塔的甲醇以气相状态上升进入催化剂反应层，油脂向下经催化剂反应层与气相甲醇逆流接触反应，未反应的甲醇上升到塔顶通过甲醇回流装置返回反应塔，另一部分进入甲醇储罐；

（2）反应产物沿床层向下流入提温层，与产物互溶的甲醇在提温层再次气化进入催化剂床层与油脂反应，其他产物继续向下流入静置分层釜中静置分层；

（3）反应产物静置分层后，下层为极性产物，进入极性产物储罐，上层为粗油产物，进入粗油产物储罐；