[发明专利]以菜子油生产生物柴油的工艺方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种以菜子油生产生物柴油的工艺方法及设备，属能源、化学、化工领域。

背景技术

矿物石油正逐渐耗尽，价格不断上涨对世界经济形成严峻考验，全球各国都受到石油价格暴涨的冲击；传统燃料对环境的破坏日趋严重，寻找可再生而环保的能源迫在眉睫。生物柴油(脂肪酸甲酯)是一种可再生、高效、安全的清洁能源，有许多石化柴油不可企及又是人类迫切所需的优点：1、可再生，用之不尽，将真正实现能源永续利用，维持和促进资源、环境、社会经济协调持续发展。2、无污染。与矿物柴油不同，燃烧后排放的碳氢化合物、CO、SO₂、NO_x等有害物质极少。3、储藏、运输、使用等安全、方便。因为不是易燃易爆、有毒物质。4、可促进其他产业，如种植业、油脂加工业等。5、无须对目前使用矿物柴油的装置改装，且因生物柴油润滑作用好，对发动机的磨损大大降低。因此，开发生物柴油不仅能摆脱能源危机，实现能源永续利用，而且有利于构建资源节约型、环境友好型社会，促进经济社会全面协调可持续发展，具有显著的经济和社会意义。如能大规模商品化生产之，人类渴望再生又洁净的能源的宿愿便可实现。

生物柴油的生产是一个很缓慢且可逆的反应过程，目前生物柴油的生产过程中存在的主要问题是反应物停留时间过长，反应效率不高，从而增加了生物柴油的成本，限制了生物柴油的生产规模。而提高反应效率可以从改进工艺和装置等方面着手。开发连续生产工艺可使生物柴油的生产效率提高、生产规模扩大、成本降低，有利于生物柴油的推广应用。目前制造生物柴油的技术大多为间歇式搅拌方式，效率低，操作不便，且不能控制反应物的组成。必须开发生物柴油的专有技术——包括工艺流程和设备，才能使之成为真正具有竞争力的新兴产业。

发明内容

本发明的目的是提供一种以菜子油生产生物柴油的工艺方法及设备，若用除菜子油、甲醇、氢氧化钠或甲醇钠以外的原料生产生物柴油，除原料各组分间的配比与本发明可能不同外，本发明所提供的工艺流程和生产设备同样适用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：按每升甲醇(CH₃OH)溶解约24～35克氢氧化钠(NaOH)或甲醇钠(或称甲基钠)(NaOMe)催化剂的比例配制好甲醇与催化剂的混合物，关闭阀门23，将该混合物贮存于器皿21，每次生产前，CH₃OH和NaOH或NaOMe二者在约40℃温度下混合1小时左右。开始生产时，调节好计量泵24：使CH₃OH和NaOH或NaOMe的混合物的流量与菜子油的流量(单位均为升/小时，l/h)比为1∶4.5～5.5；将反应物(含催化剂的甲醇与菜子油)从各自的器皿内抽出，并加热到50～65℃输入反应器1。反应器1进、出口处设置与之密封配合固联的机械振荡装置，使反应器1中的反应物充分混合而强化反应过程。机械振荡装置的特征是：几何轴线与转轴10相交的转子7单个或多个装配于同一转轴10或不同转轴10上，或两两对称或非对称装配于同一转轴10或不同转轴10上，转子7的偏心距形成180°的相位差，转子7与活塞5外端成活动或固定联接，当转轴10带动转子7转动时，活塞5被转子7驱动，使活塞5作往复运动，或使两相邻活塞5作方向相反、位移绝对值相等的往复运动，转子7在转轴10的方向可以移动或固定，移动的结果改变转子7在活塞5所处位置的偏心距，即改变活塞5的振幅，使活塞5可以在不同的振幅下振动，活塞导筒16与反应器1成密封联接，活塞5的往复运动激励反应器1内的反应物，使反应器1内反应物质点的碰撞几率增加，形成湍流或充分混合，改善反应物流动状态，使各质点流速趋于均匀，避免返混，达到柱塞流，产生有利于反应过程进行的运动；所述反应器1内可安装挡板2或填料，反应器1的形状为管状或盆状，横截面为圆或非圆，直径均匀或有变化，安装方式为立式或卧式或斜置，强化方式为单级、双级或多级，管状包括直管、弯管、“L”形管、“T”形管、“十”字形管或盘管，可为单管式或多管式；加热器25出口至反应器1入口18之间的输送管路可采取保温措施以使反应物保持适当的反应温度。在适当的频率和振幅下反应完毕后，生成物(粗生物柴油+甘油)先进入分离器34进行进行分离，也可采用自然分离方式：甘油密度大，沉底；粗生物柴油密度小，上浮。分离出来的含甲醇的粗生物柴油(或采用自然分离时，上面的粗生物柴油)进入水洗器32，洗去甲醇。经水洗的生物柴油先经过滤水器30(滤水介质可采用沙子)，滤去水分，然后进入吸水器29(吸水介质可采用食盐或工业盐)进一步脱水后进入储藏罐36得到成品生物柴油。通过调控活塞5的频率和/或振幅可调控反应器1内反应物的流动状态和停留时间或生成物的成份组成和/或转化率或反应速率；活塞5的频率可通过改变调速电机转速而改变，活塞5的振幅可通过改变转子位置而改变。除转子7外，活塞驱动机构还有连杆机构、移动凸轮机构41、圆柱凸轮机构43、齿轮机构、蜗轮蜗杆机构、或螺旋机构；活塞驱动机构对称或非对称安装。所述活塞驱动机构的速度可调或恒定。所述转子7包括盘状转子和柱状转子，转子7在其旋转轴线方向固定或可移动，转子外表面与活塞外端成点接触或切线接触。所述盘状转子7包括圆截面转子、或非圆截面转子；转子7单个或两两对称或非对称固定于同一转轴10或不同转轴10上。所述柱状转子包括圆柱、圆台、或非圆截面柱体；柱状转子的几何轴线与其旋转轴线相交、或交叉、或平行、或重合；柱状转子横截面与其几何轴线垂直或不垂直；采用柱状转子时，柱状转子单个或两两对称或非对称固定于同一转轴10或不同转轴10上。