废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置

摘要

本发明公开了一种废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置，包括搪玻璃反应塔、循环泵和静态混合器；搪玻璃反应塔耐压0.5MPa，耐温160℃，高径比H/D＝3‑15，其顶部设过量甲醇气与水蒸气出口，上部一侧设废油脂与催化剂混合物进料口，另一侧设上下液位计接口，下部一侧设反应出料口，另一侧设循环物料进口，底部设循环物料出口，循环物料进口下方设温度计接口，该搪玻璃反应塔上部还设有观察口，下部设有人孔；循环泵进口管道连接循环物料出口，循环泵出口管道连接静态混合器进口，静态混合器出口管道连接循环物料进口，静态混合器进口端侧面设过热甲醇气进口；循环泵采用内衬聚四氟乙烯耐酸离心泵。本发明设备投资少、生产连续高效、能耗低。

说明书

技术领域

本发明涉及生物柴油生产装置技术领域，具体涉及利用废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置。

背景技术

生物柴油是指利用生物油脂生产的生物质燃料，受中国人口多，人均耕地面积小的国情影响，国内的生物柴油的生产原料以废弃餐厨油脂、潲水油、酸化油等废动植物油脂为主。废动物油脂主要由脂肪酸和脂肪酸甘油三酯组成，脂肪酸和脂肪酸甘油三酯与甲醇分别发生酯化反应和酯交换反应得到脂肪酸甲酯，即生物柴油。生物柴油生产方法包括化学催化法、高温连续酯化法、超临界醇解法和酶催化法等。中国专利CN105001999B公开了一种高温连续酯化生产生物柴油的方法，此方法虽然实现了无催化剂连续进出料的生产，提高了自动化化水平，但是原料适应性差，大豆酸化油等含有少量磷脂、胶质，经过高温预热会使换热器结焦结碳而影响正常生产；超临界甲醇醇解法，虽然具有不使用酸碱催化剂、反应时间短和原料转化率高等优点，但是反应条件苛刻，需高温高压，设备投资和能耗高；酶催化反应尽管工艺条件温和，但由于对原料油品质要求高，反应转化率低，且酶成本较高，工业化有一定难度；国内废动植物油脂杂质较多较复杂，而化学催化法具有原料适应强，催化效率高等优势，是国内生物柴油的主流生产方法。

化学催化法由于酸催化存在腐蚀问题，故在反应设备材质上大多采用搪玻璃。间歇法生产选择搪玻璃釜，不仅存在反应器高径比小、气液分散不均匀、反应效率低等问题，且规模小，自动化水平低，操作繁琐，操作环境差；连续法生产选择搪玻璃塔，弥补了间歇法生产的不足，CN201920559060.5公开了一种废油脂连续酯化生产装置，它包括三级搪玻璃塔和气液分离器，由于搪玻璃容器制造的固有特性，反应设备内部无法设置液体分配盘和气体分布器等内构件，需要从搪瓷玻璃塔底部通入的大量气化甲醇与从反应塔上部进料的原料油逆向流动，使发生碰撞鼓泡，由于甲醇气的气泡大，分散性较差，造成反应效率低，故需要多塔串联，这将导致加大反应醇油比，从而增加了甲醇汽化过热过程和甲醇回收单元的能耗。因此，解决搪瓷设备连续制备生物柴油过程中甲醇分散性差的问题，降低醇油比，提高废动植物油脂和甲醇反应效率很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备投资少、生产连续高效、能耗低的废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置，以提高酯化反应效率，降低反应醇油比，解决现有技术采用搪玻璃反应塔多塔串联酯化生产工艺中的反应效率低、能耗高、设备投资大的问题。

为实现以上目的，本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置包括搪玻璃反应塔1、循环泵2、静态混合器3及管道与阀门；所述搪玻璃反应塔1耐压0.5MPa，耐温160℃，以提高工艺安全性和灵活性，其高径比为 H/D＝3-15，该搪玻璃反应塔1的顶部设有过量甲醇气与水蒸气出口a，上部一侧设有废油脂与催化剂混合物进料口b，上部另一侧设有上液位计接口l

所述搪玻璃反应塔1的高径比H/D＝7-10。

所述静态混合器3采用垂直安装。

上述搪玻璃反应塔具有一定的高径比，范围H/D＝3-15，优选H/D＝7-10，效率最高。若高径比太小，甲醇蒸汽未能完全与废油脂充分反应，液相出料产品不合格；若高径比太高，甲醇气体已达到反应平衡还停留在油脂液体内，占据无效体积，反而会效率降低。

上述静态混合器是一种多相强化传质反应器，可使甲醇气体与油脂反应的同时，将甲醇气体强制有效分散，把甲醇气体分散成直径

上述废动植物油脂和甲醇蒸汽在搪玻璃反应塔内是逆向流动，能增加气相甲醇在液相油脂中的停留时间，以不断更新反应界面，使反应效率提高。

上述搪玻璃反应塔系统可以作为一个独立的反应单元，当生产规模扩大时也可以两个或多个串联，既可间歇生产也可连续生产；既可以常压反应，必要时也可在≤0.5MPa压力下反应，工艺较为灵活，优选连续常压反应。

上述废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置采用大容量的搪玻璃反应塔替代传统的搪玻璃反应釜，可实现规模化生产，减少了频繁操作，降低操作强度，易实现自动化生产，节省用工成本。

作业时，生物柴油生产原料废动植物油脂预热到设定温度并与酸性催化剂经管道混合器混合均匀后，从废油脂与催化剂混合物进料口b进入搪玻璃反应塔1；甲醇汽化并过热到设定温度后从过热甲醇气进口g进入静态混合器3，与循环泵2出口的循环物料混合并强制分散，甲醇气体被分散成微米级的小气泡，油脂与甲醇气的气液混合物从循环物料进口c进入搪玻璃反应塔1内，与废油脂与催化剂混合物进料口b进入的物料在搪玻璃反应塔1内作逆向流动并反应，生成的水和过量的甲醇以气体状态从过量甲醇气与水蒸气出口a流至甲醇回收单元分离，反应后的物料从反应出料口e排出进入下一个反应塔单元。上液位计接口l

本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置通过采用静态混合器对甲醇气体进行强制分散，和合理的高径比反应塔，具有以下技术特点和有益效果：

1、反应速率加快，相同容积的反应器，本发明日产量明显增大；

2、处理同等质量的废动植物油脂，甲醇进料量明显减少，醇油比明显降低，大大降低汽化甲醇和回收甲醇单元负荷，节省能耗；

3、采用了连续生产，无需频繁操作，降低操作工劳动强度，节约人工成本；

4、对原料的适应性强，可适应各种废弃动植物油脂原料；

5、自动化程度提高，不会产生人为因素的影响及误操作，产品质量稳定。

附图说明

图1是本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置结构示意图。

附图标记：搪玻璃反应塔1、循环泵2、静态混合器3、过量甲醇气与水蒸气出口a，废油脂与催化剂混合物进料口b，循环物料进口c，人孔d，反应出料口e，循环物料出口f，过热甲醇气进口g，温度计接口h，观察口i，上液位计接口l

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置作进一步详细说明。

图1所示，本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置包括搪玻璃反应塔1、循环泵2、静态混合器3及管道与阀门；所述搪玻璃反应塔1耐压0.5MPa，耐温160℃，以提高工艺安全性和灵活性，其高径比H/D＝7-10，该搪玻璃反应塔1的顶部设有过量甲醇气与水蒸气出口a，上部一侧设有废油脂与催化剂混合物进料口b，上部另一侧设有上液位计接口l

以下通过应用例来说明本发明的有益效果。其中应用例1采用现有技术的做法，即将气化后的甲醇直接进入搪玻璃反应塔1内参与反应；应用例2-应用例4采用本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置。

应用例1：以酸价为130mgKOH/g的酸化油、废弃餐厨油脂、潲水油的混合废油脂作为生产生物柴油原料，经在线流量计计量并用泵连续泵送，先与反应出料口e的出料进行换热，然后经预热器加热到130℃后与酸性催化剂于管道混合器混合均匀，再从废油脂与催化剂混合物进料口b进入搪玻璃反应塔1；甲醇用泵输送，经流量计进入甲醇加热器，汽化并过热到设定温度约130℃后直接从循环物料进口c进入搪玻璃反应塔1内，与废油脂与催化剂混合物进料口b进入的物料在搪玻璃反应塔1内逆向流动并反应，生成的水和多余的甲醇以气态从过量甲醇气与水蒸气出口a排出流至甲醇回收单元分离。保持反应塔内温度 120℃，系统压力为常压，循环泵2关闭，反应体系醇油比0.4:1，反应塔下部的反应出料口e流出的物料酸值1.5mgKOH/g。

应用例2：以酸价为130mgKOH/g的酸化油、废弃餐厨油脂、潲水油的混合废油脂作为生产生物柴油原料，经在线流量计计量并用泵连续泵送，先与反应出料口e的出料进行换热，然后经预热器加热到130℃后与酸性催化剂于管道混合器混合均匀，再从废油脂与催化剂混合物进料口b进入搪玻璃反应塔1；甲醇用泵输送，经流量计进入甲醇加热器，汽化并过热到设定温度约130℃后从过热甲醇气进口g进入静态混合器3，与循环泵2出口的物料混合并将甲醇气体分散成直径

应用例3：以酸价为130mgKOH/g的酸化油、废弃餐厨油脂、潲水油的混合废油脂作为生产生物柴油原料，经在线流量计计量并用泵连续泵送，先与反应出料口e的出料进行换热，然后经预热器加热到130℃后与酸性催化剂于管道混合器混合均匀，再从废油脂与催化剂混合物进料口b进入搪玻璃反应塔1；甲醇用泵输送，经流量计进入甲醇加热器，汽化并过热到设定温度约130℃后从过热甲醇气进口g进入静态混合器3，与循环泵2出口的物料混合并将甲醇气体分散成直径

应用例4：以酸价为130mgKOH/g的酸化油、废弃餐厨油脂、潲水油的混合废油脂作为生产生物柴油原料，经在线流量计计量并用泵连续泵送，先与反应出料口e的出料进行换热，然后经预热器加热到130℃后与酸性催化剂于管道混合器混合均匀，再从废油脂与催化剂混合物进料口b进入搪玻璃反应塔1；甲醇用泵输送，经流量计进入甲醇加热器，汽化并过热到设定温度约130℃后从过热甲醇气进口g进入静态混合器3，与循环泵2出口的物料混合并将甲醇气体分散成直径

各应用例的相关技术性能指标对比如下表：

对比应用例1与应用例2、应用例3和应用例4可以得出，本发明废动植物油脂生产生物柴油的高效连续反应装置通过在搪瓷塔反应器过热汽化甲醇进口设置静态混合器3和循环泵2，采用循环油分散甲醇的方式明显有利于降低醇油比、提高废油脂与甲醇的反应效率、降低能耗。

对比应用例2、应用例3、应用例4，应用例3效果最佳，控制静态混合器 3的循环油脂与气态甲醇的体积比为1:0.3，此时条件下，反应体系的醇油比 0.25:1，废油脂酸值从130mgKOH/g反应下降至0.80mgKOH/g。废油脂与甲醇反应转化率高，醇油比低，能耗最低。