[发明专利]一种基于多层蒸发的生物柴油连续精馏系统和工艺

说明书

技术领域

本发明涉及生物柴油分离提纯技术领域，尤其是一种基于多层蒸发的生物柴油连续精馏系统和工艺。

背景技术

工业生物柴油精馏过程是一个涉及高温(加热导热油的温度通常控制在250～300℃之间)高真空(操作绝压通常低于1000Pa)的单元操作，操作的关键之一就是高真空条件的维持。高真空操作的目的主要有两方面：1)生物柴油组分甲酯沸点高，高真空操作可降低甲酯沸点，从而降低加热介质导热油温度，减少能耗。生物柴油主要由碳16甲酯和碳18甲酯组成，因原料不一样，也会含有一定量的低碳甲酯(碳数小于16个)和高碳甲酯(碳数大于18个)，操作绝压在1000Pa条件下，碳16甲酯、碳18甲酯的沸点仍处在较高的温度，约在170℃～200℃之间。2)生物柴油组分碳18甲酯中不饱和键含量较多(油酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸甲酯等)，高真空可降低甲酯沸点，进而减少甲酯在高温汽化的过程不饱和键的分解。操作的另一关键是生物柴油加热汽化过程的停留时间控制，过长也会造成甲酯中不饱和键的分解，产品酸值升高，颜色加深，甲酯精馏得率下降。

工业生物柴油精馏过程还需要考虑的一个问题就是热能回收。生物柴油的汽化热平均值约为65kcal/kg，比热约为0.5kcal/(kg.℃)，这意味着1kg生物柴油液体产品从饱和温度冷到室温所释放的热量与1kg甲酯蒸汽冷凝释放的汽化潜热相当，因而热量回收应不仅仅考虑甲酯显热，同时也要考虑甲酯的潜热一起回收。

现有的工业生物柴油精馏系统并不能在上述三个方面同时实现，分别是：1)维持较高的真空度；2)再沸器中生物柴油的停留时间不能控制；3)热能回收。

中国专利CN100547056C，CN100503533C，CN201125232Y在生物柴油精馏过程中再沸器均采用釜式结构，因釜式再沸器内持液量大，加热盘管表面液层厚，从而增加了甲酯汽化的绝对压力，造成生物柴油的沸腾温度加大，同时加热汽化过程生物柴油的停留时间也无法控制，停留时间长导致生物柴油高温聚合和结焦，降低生物柴油精馏得率且能耗高。

针对上述问题，中国专利CN101033411B所述装置采用降膜式再沸器，同时采用换热器回收生物柴油产品的热能，较好的解决液层厚度对生物柴油汽化过程的影响，然而，因为粗生物柴油成分复杂，粗生物柴油在降膜式再沸器内走管程，高温下少量聚合和结焦就容易造成加热管堵塞，污垢热阻增大，造成传热面积和总传热系数明显下降，造成蒸发量明显下降，不利于稳定运行，此外，对塔顶生物产品冷凝所释放的热量(潜热)并未进行回收，整体能耗较大。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种高效、低耗的基于多层蒸发的生物柴油连续精馏系统和工艺。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于多层蒸发的生物柴油连续精馏系统，包括进料泵，进料泵连有产品-原料换热器，产品-原料换热器通过组合冷凝器连有多层蒸发器，多层蒸发器上方连有冷凝器，冷凝器连有产品中间罐，产品中间罐连有出料泵，多层蒸发器下方通过中间进料泵连有精馏塔，精馏塔上方通过组合冷凝器连有轻组分中间罐，轻组分中间罐经回流泵连有产品-原料换热器以及预热器，预热器连回精馏塔。

作为优选，所述精馏塔的底部设有多层蒸发加热托盘。

作为优选，所述多层蒸发器和精馏塔底部的多层蒸发加热托盘内的加热管均为U型加热管，加热托盘的层数可以是3-10层。

作为优选，所述多层蒸发器、精馏塔底部多层蒸发加热装置和预热器的加热介质均采用高温导热油。

作为优选，所述组合冷凝器由两组U型列管换热器组合而成。

作为优选，所述组合冷凝器、冷凝器、轻组分中间罐和产品中间罐上均设有与真空泵连接的出口。

作为优选，所述组合冷凝器接真空泵段和冷凝器的冷却介质均采用冷却水。

一种基于多层蒸发的生物柴油连续精馏工艺，包括以下步骤：

1)通过进料泵输送，粗生物柴油原料依次通过产品-原料换热器、组合冷凝器预热，进入多层蒸发器脱除低碳甲酯等轻组分，轻组分蒸汽通过与多层蒸发器顶部连接的冷凝器冷凝后，收集在轻组分中间罐，经出料泵输送作为生物柴油轻组分产品；

2)脱净低碳甲酯等轻组分后的粗生物柴油再经中间进料泵输送，进入精馏塔精制，进入精馏塔内的粗生物柴油由精馏塔底部多层蒸发加热托盘汽化，生物柴油蒸汽经与精馏塔顶部连接的组合冷凝器冷凝，收集在产品中间罐，经回流泵输送，部分经预热器加热回流至精馏塔内，部分经产品-原料换热器冷却后出料作为生物柴油产品，精馏塔底部出料为生物沥青。