一种采用化学合成法制备生物柴油的生产工艺

摘要

本发明涉及一种采用化学合成法制备生物柴油的生产工艺。其技术方案是包括以下步骤：第一工段：将原料池中的脂肪酸加热熔化，与甲醇进入一级固定床反应器，反应物经一级固定床反应器反应后，过量的甲醇循环使用；反应生成脂肪酸甲酯和没反应的脂肪酸，以液相的形态进入二级固定床反应；第二工段：采用三塔流程工艺，原料经与重组份，精馏塔侧线采出换热器及重组份油采出换热器进行热交换后，预热到一定的温度，进入初分馏塔分离，分离出轻重两个组份，塔底产品为重组份油。本发明的有益效果是：改变传统液相进料精馏方式，极大的降低了能耗；在重组份精馏塔开一侧线采出，易于控制采出温度，因而可获得高质量成品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备生物柴油的新方法，特别涉及一种采用化学合成法制备生物柴油的生产工艺。 

背景技术

生物柴油的生产方法有物理合成与化学合成方法，其中，化学合成法是用低碳醇（主要是甲醇或乙醇）与天然油脂进行酯交换，酯交换后得到长链脂肪酸的低碳醇酯，相对分子质量便降到300左右，接近柴油的相对分子质量，理化性质接近于柴油，燃油性能同柴油无多大差别。在温和的条件下，催化剂的作用对酯交换反应时很重要的。 

目前国内生物柴油生产仅有一条蒸馏工艺路线 ，该法具有设备投资少，工艺简单，产品质量一般，只适合于底层的产品。 

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种采用化学合成法制备生物柴油的生产工艺，该方法为新工艺，采用过滤分离、精馏和化学合成法，技术先进，设备投资大，工艺复杂，区别于一般的抽提装置，产品质量有质的提升。 

其技术方案是包括以下步骤： 

第一工段：

将原料池中的脂肪酸加热熔化，并经加热釜加热，脂肪酸进量13750kg/h，甲醇进量3500kg/h进入一级固定床反应器，控制一级固定床反应器的温度在95°C左右；反应物经一级固定床反应器反应后，过量的甲醇和反应生成的水，以气相形式进入甲醇精镏塔，经精馏可得到99.9%以上甲醇，循环使用；反应生成脂肪酸甲酯和没反应的脂肪酸，以液相的形态进入二级固定床反应，经过一级固定床反应器没反应的脂肪酸再一次进行反应，从二级固定床反应器流出液态物质经刮板蒸发器，真空脱除微量的甲醇和水份即为成品；

第二工段：

采用三塔流程工艺，原料经与重组份，重组份为中温煤焦油，精馏塔侧线采出换热器及重组份油采出换热器进行热交换后，预热到一定的温度，进入初分馏塔分离，分离出轻重两个组份，轻组份以气相的形式进入轻组份精馏塔，分离出轻组份从塔顶，经冷凝器冷凝得轻组份产品；重组份从初分馏塔底泵入重组份精馏塔，塔顶得馏份重新返回初分馏塔再次分离，侧线采出150～2000C为成品产品，塔底产品为重组份油。

上述的第二工段的中温煤焦油的馏程为100-140℃，重组份油指馏程大于200℃以上。 

本发明的有益效果是：原料经三级分离，一次初级分离，一次重组份精馏，一次轻组份精馏可得三种产品，提高原材料的利用率；原料经初馏塔分离，轻组份以气相形式直接进入轻组份精馏塔进行精馏，改变传统液相进料精馏方式，极大的降低了能耗；在重组份精馏塔开一侧线采出，易于控制采出温度，因而可获得高质量成品。 

附图说明

附图1是本发明的第一工段的工艺流程图； 

附图2是本发明的第二工段的工艺流程图。

具体实施方式

    结合附图1和2，对本发明作进一步的描述： 

本发明的第一工段的反应原理及流程： 

本发明的工艺流程是：

将原料池中的脂肪酸加热熔化，并经加热釜加热至60度以上。脂肪酸进量13750kg/h，甲醇进量3500kg/h进入一级固定床反应器，控制一级固定床反应器的温度在95°C左右；反应物经一级固定床反应器反应后，过量的甲醇和反应生成的水，以气相形式进入甲醇精镏塔，经精馏可得到99.9%以上甲醇，循环使用；反应生成脂肪酸甲酯和没反应的脂肪酸，以液相的形态进入二级固定床反应，经过一级固定床反应器没反应的脂肪酸再一次进行反应，从二级固定床反应器流出液态物质经刮板蒸发器，真空脱除微量的甲醇和水份即为成品。

本发明的第二工段的工艺流程如下： 

采用三塔流程工艺。原料经与重组份（中温煤焦油）精馏塔侧线采出换热器及重组份油采出换热器进行热交换后，预热到一定的温度，进入初分馏塔分离，分离出轻重两个组份。轻组份以气相的形式进入轻组份精馏塔，分离出轻组份从塔顶，经冷凝器冷凝得轻组份产品；重组份从初分馏塔底泵入重组份精馏塔，塔顶得馏份重新返回初分馏塔再次分离，侧线采出150～200⁰C为成品产品，塔底产品为重组份油。

本发明的工艺特点是： 

原料经三级分离，一次初级分离，一次重组份精馏，一次轻组份精馏可得三种产品，提高原材料的利用率；原料经初馏塔分离，轻组份以气相形式直接进入轻组份精馏塔进行精馏，改变传统液相进料精馏方式，极大的降低了能耗；在重组份精馏塔开一侧线采出，易于控制采出温度，因而可获得高质量成品。

本发明的物料平衡数据如下： 

1、第一工段

方程式RCOOH﹢CH₃OH → RCOOCH₃﹢H₂O 

若脂肪酸进量为13750㎏，需投甲醇3259㎏，生成脂肪酸甲酯11570㎏，生成水733㎏，反应用去甲醇1304㎏，未反应甲醇1955㎏，未反应的脂肪酸2750㎏。

二级反应器的物料衡算： 

进入二级反应器的脂肪酸2750㎏,脂肪酸甲酯11570㎏,依据反应方程式:

RCOOH﹢CH₃OH → RCOOCH₃﹢H₂O需投甲醇3259㎏,生成脂肪酸甲酯2603㎏,生成水165㎏,反应用去甲醇293㎏,未反应甲醇2966㎏,未反应脂肪酸275㎏。

第二工段：中温煤焦油指馏程100-140℃，重组份油指馏程大于200℃以上： 

本发明采用的装置主要包括如下：

1、原料池。长×宽×高=12×6×2.5（m3）外衬不锈钢板，安装有不锈钢加热管，换热面积约200 m2；

2、中转罐。（均带液位计）。一、二级反应器中转罐，容积3 m3，材质不锈钢或陶瓷，各35台；精馏塔甲醇接收罐，容积5m3，材质不锈钢或陶瓷。刮板蒸发器下液体接收罐，容积5 m3，材质不锈钢或陶瓷，刮板蒸发器蒸汽液化接收罐，容积3 m3，材质不锈钢或陶瓷22台；真空缓冲罐，容积0.3～0.5 m3，材质碳钢12台；

3、反应釜。容积10m3（厂里有许多釜协商定），材质不锈钢或陶瓷11台；

4、固定床反应器。φ1500×h4000～5000（mm）材质不锈钢12台；

5、刮板蒸发器。材质不锈钢。S=12 m2，11台；

6、真空泵。水力喷射泵，型号360；

7、甲醇精馏塔。材质不锈钢，φ800×h约20000（mm）.11台；

8、冷凝器。反应釜上放空冷凝器，列管式，S=15 m2，材质不锈钢，22台；甲醇精馏塔冷凝器，列管式，材质不锈钢S=80 m2，11台；甲醇接收罐上的冷凝器，列管式，材质不锈钢S=30 m2，11台；刮板蒸发器配冷凝器，列管式，材质不锈钢S=50 m2，11台；公用放空冷凝器11台，S=20 m2，成品冷却器，螺旋板式，S=50 m2，材质碳钢，16台；

9、泵。将精馏塔甲醇接收罐和甲醇原料贮罐的甲醇打入反应釜，流量20 m3/h，材质不锈钢，11台；将原料池脂肪酸打入反应釜，流量40 m3/h，自吸式，材质不锈钢，11台；一级固定床反应器反应液输送泵，流量10 m3/h，扬程≥40m材质不锈钢，12台（双配）；一级固定床反应器产液输出泵，流量10 m3/h，杨程≥40m材质不锈钢，12台（双配）；管道混合器甲醇打入泵，流量1 m3/h，杨程≥40m材质不锈钢，12台（双配）；二级固定床反应器反应液输出泵，流量10 m3/h，扬程≥20m材质不锈钢，12台（双配）；成品转出泵，自吸式，吸程≥8m材质不锈钢，16台；甲醇回流泵，1～2 m3/h，扬程≥40m材质不锈钢，22台（双配）；

10、流量计。打入反应釜中的甲醇计量计，累积式，误差≤1%，不锈钢，13台；打入反应釜中的脂肪酸计量计，累积式，误差≤1%，不锈钢，18台；一级固定床反应器进料流量计，瞬时流量在9m3/h，电容靶式流量计（或金属管浮子流量计），不锈钢，36台；一、二级固定床反应器液体流出转子流量计，流量9m3/h各16台；管道混合器甲醇进料流量计，电容靶式流量计，流量700升/小时，不锈钢，16台；精馏塔甲醇流出流量计，玻璃转子流量计，量程0～3 m3/h，16台；回流流量计，电容靶式流量计，流量，700升/小时，11台；

11、管道混合器。不锈钢，液体流量20m3/h，18台；

12、阀门。除设备随带外，其余材质均为不锈钢，与管道相配；

13、管道。不锈钢，脂肪酸管道部分应考虑用套管（或伴热器）以防凝固；

14、罐区：30万吨。