[发明专利]一种板式泡罩催化精馏塔及生物柴油催化精馏生产方法

说明书

 

技术领域

本发明属于生物柴油制备技术领域，涉及板式泡罩催化精馏塔和连续化制备生物柴油的生产方法，尤其涉及以固体酸或碱装填的泡罩塔为装置的催化精馏法生产生物柴油的方法。

 

背景技术

生物柴油是一种可再生的替代能源，它基本不含硫和芳烃，十六烷值很高，具有较高的燃烧特性和燃烧效率。其开口闪点较高便于存储、使用和运输。可与石化柴油以任意比例混合制备生物柴油混合燃料。

现有的生产生物柴油的方法有酯化法和酯交换法，使用的催化剂通常有液相、固相的酸或碱，或使用生物酶作为催化剂。专利号CN102229858 A公开了使用生物酶催化合成生物柴油的方法，该方法具有转化率高能耗低的优点，可生产高质量的生物柴油。但生物酶存在价格高、易被甲醇毒化失活的问题。

专利号CN102358866公开了一种酸催化精馏合成生物柴油的方法，甲醇在反应完成后即从塔顶蒸出，缩短了反应时间，循环套用后可减少甲醇用量，但是所使用的液体酸与产物的后续分离需要大量水洗，不仅过程复杂而且费水耗能。专利号CN102206552 A公开了一种利用固定床固体酸催化制备生物柴油的方法，甲醇蒸汽从下部通入，上部喷淋脂肪酸，在催化剂床层发生气液固非均相反应，反应后不用水洗，后续处理简单。副产物水在高温下被气化后带出装置促进反应向酯化方向进行，从而能达到98 %的转化率，但该方法因其使用的原料仅限于脂肪酸，大大限制了原料来源，不利于推广。专利号CN102628006 A公开的利用固体酸或碱催化精馏制备生物柴油的方法其产物不需要水洗，原料来源广泛，但低碳醇原料以气体形式在催化剂床层与油脂发生反应，不利于传质从而影响反应进行。

本发明针对上述发明的不足之处，提出了能耗低、耗时短、产率高、操作简单、传质好的方案。

 

发明内容

技术问题：针对传统方法生产生物柴油催化剂不易处理、产品分离繁琐、原料来源不足、原料传质不佳、醇消耗过多、耗时耗能的现状，本发明提供了一种集反应-精馏于一体，同时又分开在不同区域内进行、相互促进又不影响，催化剂易装填的板式泡罩催化精馏塔，同时提供了一种催化剂与产物不需后续处理、产物与原料醇可即时分离、可循环套用提高塔内醇油比例，工艺简单、传质效果好、效率高、环境友好的生物柴油催化精馏生产方法。       

技术方案：本发明的板式泡罩催化精馏塔，反应段中从上至下平行设置多个水平的塔板，两上下相邻的塔板之间设置有挡板，挡板将两相邻塔板之间的区域分割为下部的精馏区和上部的反应区，反应区中设置升气管，升气管上端穿过塔板与上一级精馏区相连，下端延伸至挡板并与下一级的精馏区连通，升气管的上端覆盖有泡罩，上下两级塔板之间设置有穿过挡板的反应区降液管，反应区降液管的上端高于反应区中装填催化剂的床层高度，挡板上方设置有穿过塔板的精馏区降液管，精馏区降液管的上端与泡罩相邻；反应区中设置有催化剂卸载口、液相物料出口、位于催化剂卸载口上方的催化剂装填口和位于液相物料出口上方的液相物料进口。

本发明的板式泡罩催化精馏塔中，反应段的上方设置有精馏段，下方设置有提馏段。

本发明的采用上述板式泡罩催化精馏塔的生物柴油催化精馏生产方法，包括以下步骤：

1）将摩尔比例为1:3~12的低碳醇与生物油脂，分别经预热器预热后，泵入装填有固体酸或碱的板式泡罩催化精馏塔内，生物油脂从反应段最上部的反应区泵入塔内，低碳醇以蒸汽形式从反应段最下部的反应区泵入塔内，反应区装填有固体酸或碱的催化剂；

2）低碳醇蒸汽沿各级升气管在精馏区与液相充分接触后上升至塔顶，进入催化精馏塔顶部冷凝器液化后进入催化精馏塔顶部回流罐，液化后的低碳醇一部分回流至塔顶，另一部分采出循环至低碳醇存储罐；

3）回流的液态低碳醇与生物油脂在反应区内发生酯交换反应，反应产物连同未反应的低碳醇和生物油脂，经过反应区降液管流至下方的精馏区，低碳醇蒸汽在精馏区与液相低碳醇充分接触后沿升气管上升至上一级精馏区，精馏区中包括生物油脂、液态低碳醇和产物的料液经精馏区降液管溢流至下一级的反应区；

4）未反应的液态低碳醇、产物生物柴油及副产甘油经各级反应-精馏过程后流至塔底，然后进入再沸器，低碳醇气化后回流至塔底，产物经分层罐分层，上层得到生物柴油，下层为甘油。

本发明的生物柴油催化精馏生产方法中，低碳醇预热器温度为65~78℃，生物油脂预热器温度为65~120℃。