[发明专利]一种固体碱催化非均相酯交换法生产生物柴油的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于生物质能生产化工工艺领域，涉及一种固体碱催化非均相酯交换法生产生物柴油的装置和方法。

背景技术

随着世界经济的飞速发展及能源紧缺问题的日益严重，各国对于能源的需求日益增加。由于传统的化石燃料能量利用率低、污染大且不可再生，各国的研究人员都在积极探索发展高效、环保的再生能源来替代或减缓传统的化石燃料。生物质能、太阳能、风能等其他可再生能源逐渐成为世界能源的主角。生物柴油作为一种清洁的生物质能具有很好的发展前景，它可替代石化柴油燃料，经过近二十年的发展，已经成为继乙醇之后的第二大生物质燃料。

目前欧洲，美国及日本等对生物柴油研究较早的国家已经能够大规模生产生物柴油。例如欧洲主要利用供应量充足的菜籽油为原料生产生物柴油，欧盟对于生物柴油生产也制定了相关的支持政策及相应的发展目标。但是在中国，对生物柴油的研究起步较晚，生产原料成本高且供应不稳定等问题严重限制我国生物柴油的发展。

生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯，它是通过对可再生资源例如花生油、大豆油等植物油以及猪、牛、羊等动物油进行醇解得到的。它具有十六烷值高、含氧量高、无毒可再生、安全易运输，并不含硫、铅、卤素等有害物质等优势。而且生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗，提高动力性能。因此，生物柴油具有无与比拟的优势和发展潜力。

常用的生物柴油的制备技术有物理法及化学法两种：物理法主要包括直接混合法和微乳法，化学法主要包括高温裂解法和酯交换法。直接混合法和微乳法是将动植物油直接与柴油进行混合使用，但由于制得的生物柴油具有积炭严重、燃烧不完全、润滑油粘度增加等缺点而不宜采用。高温裂解法是在热或热和催化剂作用下，使一种物质转化成另外一种物质，虽然过程简单、没有污染，但裂解设备昂贵，且反应过程不易控制。酯交换法是利用低碳醇在催化剂作用下与植物油或动物油中的脂肪酸甘油酯进行反应生产生物柴油的方法。目前主要包括液体碱、酸催化均相酯交换法、生物酶催化酯交换法、超临界酯交换法、固体催化剂非均相酯交换法等四种方法。其中液体碱、酸催化均相酯交换法原料预处理工艺复杂，反应物中的游离脂肪酸和水对酯交换反应影响比较大，残留碱在柴油中会生成皂，容易造成堵塞管道等问题；生物酶催化酯交换法因反应时间较长、酶的价格贵，且甲醇易造成生物酶不可逆失活，寿命较短等问题而很少被应用于工业中；超临界酯交换法反应条件要求高温高压，设备投资大，甲醇难以循环利用，原料利用率低；固体催化剂非均相酯交换法对原料质量要求不高，不受水分和游离脂肪酸的影响，设备腐蚀弱，催化剂易于分离和重复利用，不会产生废液而深受研究者的青睐。因此本发明提出了一种采用固体碱催化非均相酯交换法生产生物柴油的装置和方法，用于解决当前碱催化均相酯交换工艺中存在的原料利用率低、工艺流程长、废水量多等问题。

发明内容

基于以上现有技术的缺点，本发明第一目的在于提出一种固体碱催化非均相酯交换发生产生物柴油的方法。

本发明第二目的在于解决当前碱催化均相酯交换工艺中反应条件要求高，原料利用率低等问题。

本发明第三目的在于解决现有工艺中催化剂分离困难，循环利用率低等问题。

本发明第四目的在于提供利用植物油或者动物油、甲醇为原料生产生物柴油的方式，解决当前我国能源紧缺问题。

本发明技术方案如下。

一种固体碱催化非均相酯交换法生产生物柴油的装置，包括原料混合罐、反应器、分液器、离心机、流化床干燥器、吸收过滤装置、生物柴油精馏塔、甘油精馏塔、生物柴油储罐和甘油储罐；

所述原料混合罐出口与反应器、分液器依次连接，分液器下层出口与离心机进料口连接，离心机第一出料口与干燥器进料口连接，干燥器出料口与反应器第二进料口连接，离心机第二出料口与甘油精馏塔进料口连接，分液器上层出料口、甘油储罐出料口与吸收过滤装置第二进料口连接，吸收过滤装置出料口与生物柴油精馏塔进料口连接；所述生物柴油精馏塔塔顶出料口与原料混合罐第三进料口连接，生物柴油精馏塔塔底出料口与生物柴油储罐进料口连接，甘油精馏塔塔顶出料口与原料混合罐第三出料口连接，甘油精馏塔塔底出料口与甘油储罐进料口连接。

上述装置，还包括原料预热器、甲醇甘油预热器、生物柴油精馏塔冷凝器、生物柴油精馏塔再沸器、甘油精馏塔冷凝器、甘油精馏塔再沸器、生物柴油冷凝器、甘油冷凝器；