[发明专利]一种采用环管反应器制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用环管反应器制备生物柴油的方法。 

技术背景 

生物柴油是清洁的可再生能源，它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石油柴油替代品。生物柴油是典型的“绿色能源”，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。 

目前生物柴油的生产主要是用化学法，即用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸或者碱性催化剂和一定温度下进行转酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经过洗涤干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生产过程中可循环使用，生产过程中可产生10％左右的副产品甘油。 

国际上生产生物柴油大多都采用化学法，根据原料性质选择不同的催化剂。典型的大型生物柴油制备工艺都以中性植物油为原料，采用碱催化法进行生产。主要有英国D1，意大利的Novamont、Ballestra和Merloniprogetti，法国的IFP，德国的Henkel、Scott、ATT、LURGI和CIMBRIASKETGmbH等。传统液相碱催化工艺的代表有德国LURGI公司的两级连续醇解工艺，Scott公司的连续脱甘油醇解工艺，Henkel公司的碱催化连续高压醇解工艺，奥地利BDT公司采用液体碱两段酯交换反应工艺，其关键生产工艺集中在模块组装生产装置(MPU)。意大利梅洛尼公司采用“连续喷射反应”工艺(简称C.J.R技术)，持续地注入物料进行酯交换反应。 

法国石油研究院开发的Esterfip-H工艺是固体碱催化工艺的典型代表。此工艺用尖晶石结构的固体碱作催化剂，采用多相催化反应来制备生物柴油。 

加拿大多伦多大学开发了加入共溶剂的生物柴油BIOX生产工艺。传统的液相工艺中，油脂与甲醇在反应的初级阶段并不互溶，而是分成两相，这就导致反应速率比较慢。而BIOX工艺在酯交换反应中引入了惰性的助溶剂，使油酯和甲醇成为一相，从而大大加快了反应的速度。 

超临界反应法生产生物柴油，是指在甲醇处于超临界状态(甲醇超临界温度为239.4℃，压力为8.09MPa)下进行酯化反应。 

现在应用于生物柴油制备的主要有搅拌釜工艺和高压管式反应器，搅拌釜生产生物柴油工艺是在反应器内增加搅拌浆，强制搅拌，使得物料充分混合以提高转化率，但搅拌釜反应器在生产过程中，存在着功率消耗高、反应物接触不充分及反应时间长等问题。管式反应器应用于高温高压制备生物柴油工艺。 

环管反应器是一种封闭的环状管式反应器，从结构上有单环管和双环管，反应物料在管内循环流动，在流动过程中实现动量、热量和质量的传递。可以连续操作也可以间歇操作。物料的循环是依靠轴流泵或其它形式的输送设备的驱动。环管外可以设置夹套来提供热量。 

发明内容

本发明的目的是提供一种采用环管反应器制备生物柴油的方法，在环管反应器中实现油脂原料和低碳醇及催化剂在管内的高流速，高湍流强度，强混合效果，实现高转化率，高选择性。 

本发明所述的一种采用环管反应器制备生物柴油的方法所述的环管反应器是由多根直管式反应管构成，直管式反应管外设有夹套，直管式反 应管之间由环管连接，第一根直管式反应管和最后一根直管式反应管用连接管连接构成闭合回路，在环管反应器的闭合回路上设有循环泵。 

将油脂原料和低碳醇按照醇油摩尔比为4～16，催化剂为NaOH或KOH，按浓度为油脂原料重量的200～50000ppm混合，用计量泵打入环管反应器中，反应压力为0.2～10.0MPaG，在反应器的夹套中通入导热油作为热源，调节导热油的流量，使物料在循环流动中反应温度控制在60～300℃，反应物料在反应器的停留时间为10～120分钟，通过调节循环泵的流量调节管内介质的循环比为25～250，油脂原料和低碳醇在全混反应状态下，在催化剂作用下发生酯交换反应生成生物柴油。 

油脂原料是植物油脂、动物油脂，泔水油，地沟油或酸化油酯。 

低碳醇是碳原子数在1～5之间的脂肪醇。 

低碳醇，油脂原料及催化剂以自然温度下(如常温)进入环管反应器，与循环物料发生混合、升温并反应。反应器的夹套提供热源以保证反应温度。循环泵提供物料循环动力。循环比大于25，以使得环管反应器成为全混反应器。油脂的转化率达99％，脂肪酸甲酯的选择性达97％。