汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法

2023-09-16 11:38:35 4

專利名稱：汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法
技術領域：
本發明涉及生物化工分離領域，特別是一種汽車用生物柴油的精製提純和分離。
背景技術：
隨著石油資源的過度開採，汽車用生物柴油的發展具有巨大的商業前景。目前，國內在生產內燃機用生物柴油(甲酯)的技術通常採取的工藝為酯化反應得到中間產物→靜止分層→取上層液→水洗→乾燥塔→產品(生物柴油)。
應用該生產工藝主要存在以下問題①採用水洗工藝，難以將雜質徹底去除，產品脂肪酸甲酯等的含量相對較低，一般達不到95％，因而達不到歐州排放III等標準生物柴油的脂肪酸甲酯含量相大於98％的要求，因此令生物柴油難以推廣應用，不能在高檔汽車中使用，而只能應用在工業鍋爐、農用機械等相對要求較低的行業；②在水洗處理中產生大量的廢水，既對環境造成嚴重汙染，又浪費水資源，不符合現今的環保要求；③採用水洗後產品需要通過乾燥塔進行乾燥，增加設備成本以及處理成本；④水洗工藝除帶走大部分的雜質(甲醇、甘油等)，也同時帶走部分的甲酯，令產出率降低。
國外生物柴油生產，除反應(酯化)過程外，均需要多步驟分離純化才能夠完成應用純度的要求。

發明內容
為克服上述現有技術的缺點，本發明的提供一種汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，所生產的生物柴油純度達98％以上，符合歐州排放III標準的生物柴油，同時省略水洗工藝，解決了工業的廢水問題。
本發明目的通過如下方法實現一種汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，包括以下步驟①以植物油或動物油之一或混合物為原料，進行酯化反應；②把酯化反應產物進行離心式分子蒸餾處理，製得汽車用生物柴油；所述酯化反應產物離心式分子蒸餾處理至少包括兩級前級處理溫度為50-150℃，真空度為5000-10Pa，轉盤轉速為600～1400rpm，脫氣並分離出甘油和甲醇或乙醇；後級處理溫度為180-280℃，真空度為50-0.1Pa，轉盤轉速為300～1200rpm，分離出甲酯或乙酯。
為進一步實現本發明的目的，優選前置處理溫度為120-200℃，真空度為1000-100Pa，轉盤轉速為800～1000rpm。
步驟②中，酯化反應產物離心式分子蒸餾處理優選包括三級第一級處理控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉盤轉速為600～1200rpm，分離出甲醇或乙醇；第二級處理控制溫度為100-200℃，真空度為100-10Pa，轉盤轉速為800～1400rpm，分離出甘油；第三級處理控制溫度為100-250℃，真空度為50-0.1Pa，轉盤轉速為300～1200rpm，分離出甲酯或乙酯。
所述步驟②中，酯化反應產物進行的離心式分子蒸餾處理包括三級第一級處理控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，分離出甲醇或乙醇；第二級處理控制溫度為80-180℃，真空度為100-10Pa，分離出甘油；第三級處理控制溫度為120-250℃，真空度為50-0.1Pa，分離出甲酯或乙酯。
所述步驟②中第一級處理前，先進行脫氣處理，處理溫度為50-120℃，真空度為5000-1000Pa。
所述步驟①中，植物油或動物油原料與甲醇或乙醇進行酯化反應，其反應產物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇。
與現有技術相比，本發明具有如下優點(1)本發明採用了離心式分子蒸餾技術，與刮膜式分子蒸餾和降膜式分子蒸餾相比，離心式分子蒸餾由於轉盤高速旋轉，可得到極薄的液膜且液膜分布更均勻，蒸發速率和分離效率更好；物料在蒸發麵上的受熱時間更短，降低了熱敏物質熱分解的危險；物料的處理量更大，更適合工業上的連續生產。
(2)本發明實現和完成汽車用生物柴油(甲酯或乙酯)的提純和精製工藝，提純的生物柴油純度可達到98％以上，從而生產出符合國際標準的達標生物柴油。
(3)本發明的方法省略了傳統方法的水洗及乾燥過程，工藝流程簡單，沒有廢水汙染，節省水處理費用。


圖1是本發明的工藝流程框圖；圖2是本發明的生產示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明是一種利用離心式分子蒸餾技術生產汽車用生物柴油的方法，主要工藝步驟為原料→反應後中間產物→離心式分子蒸餾→終產品(汽車用生物柴油)以及副產品(甘油、甲醇或乙醇)。
首先，是以植物油或動物油之一或混合物為原料製備粗生物柴油。植物油可採用椰子油、棕櫚油、菜籽油、小桐子油(麻楓樹)、大豆油或花生油等等，動物油可採用豬油、牛油、禽畜油或魚油等，在此不一一列舉。
目前製備生物柴油主要包括以下四種方法酶解、熱解、超臨界酯化以及酯交換和酯化反應。酯交換和酯化反應是目前生產脂肪酸甲酯的主要方法。酯交換是利用甲醇或乙醇，將三羧酸甘油酯中的甘油基取代下來，形成長鏈脂肪酸甲酯，增加流動性和降低粘度，使之適合作為燃料使用。該反應可在溫度很低、常壓下進行，反應條件溫和，易於控制，同時可加入催化劑縮短反應周期，提高產率。將植物油或動物油與甲醇(或乙醇)進行酯化反應(或酯交換反應)，其反應後中間產物含有甲酯(或乙酯)、甘油(丙三醇)、過量的甲醇(或乙醇)和小量雜質。其反應方程式如下 在進行上述酯化反應後，把酯化反應產物直接進行離心式分子蒸餾處理，蒸餾分離溫度在50℃-250℃，蒸餾分離真空度在2000Pa-0.1Pa，最後蒸餾釜底液為未酯化的維E、植物甾醇、脂類、雜質等。
該離心式分子蒸餾處理至少包括兩級前級處理溫度為50-250℃，真空度為5000-10Pa，轉盤轉速為600～1400rpm，脫氣並分離出甘油和甲醇或乙醇；後級處理溫度為120-280℃，真空度為50-1Pa，轉盤轉速為300～1200rpm，分離出甲酯或乙酯。較好的，酯化反應產物進行的離心式分子蒸餾處理包括三級第一級處理控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉盤轉速為600～1200rpm，分離出甲醇或乙醇；第二級處理控制溫度為100-200℃，真空度為100-10Pa，轉盤轉速為800～1400rpm，分離出甘油；第三級處理控制溫度為100-250℃，真空度為50-0.1Pa，轉盤轉速為300～1200rpm，分離出甲酯或乙酯。採用這種工藝在得到高純度汽車用生物柴油同時，也得到了高純度甘油。最好的，在進行第一級處理前先進行脫氣處理，處理溫度為50-100℃，真空度為5000-1000Pa。
本發明的生產設備構成如圖2所示，包括依次連接的緩衝罐1、脫氣柱2、第一級離心分子蒸餾器3、第二級離心分子蒸餾器4和第三級離心分子蒸餾器5。該離心式分子蒸餾器或者說第一級分子蒸餾器3第二級分子蒸餾器4和第三級分子蒸餾器5可選用常用的離心式分子蒸餾器，本發明選用MDL-200型號的離心式分子蒸餾器但本發明也合適其它型號的離心式分子蒸餾器。
實施例1採用椰子油與甲醇進行酯化反應，椰子油與甲醇的摩爾比為1∶6。如圖2所示，反應後中間產物800ml進入緩衝罐1，然後進入脫氣柱2脫氣處理溫度為60℃，真空度為5000Pa；脫氣後產物進入第一級離心式分子蒸餾器3分離酯化反應過量的甲醇，溫度為80℃，真空度為1000Pa，轉盤轉速為1.200rpm；接著進入第二級離心式分子蒸餾器4分離甘油，溫度為120℃，真空度為100Pa，轉盤轉速為1400rpm；最後進入第三級分子蒸餾塔5將甲酯420克分離出來，溫度為180℃，真空度為0.1Pa，轉盤轉速為1200rpm，剩餘雜質排出。經檢測，所製備的甲酯純度為99％。
實施例2採用牛油與乙醇進行酯化反應，牛油與乙醇的摩爾比為1∶6.5。如圖2所示，反應後中間產物750ml進入緩衝罐1，然後進入脫氣柱2脫氣處理溫度為100℃，真空度為1000Pa；脫氣後產物進入第一級離心分子蒸餾器3分離酯化反應剩餘的乙醇，溫度為150℃，真空度為100Pa，轉盤轉速為600rpm；接著進入第二級離心式分子蒸餾器4分離甘油，溫度為250℃，真空度為10Pa，轉盤轉速為800rpm；最後進入第三級離心式分子蒸餾塔5將乙酯405克分離出來，溫度為250℃，真空度為1Pa，轉盤轉速為800rpm，剩餘雜質排出。經檢測，所製備的甲酯純度為98％。
實施例3採用菜籽油與甲醇進行酯化反應，菜籽油與甲醇的摩爾比為1∶7。如圖2所示，反應後中間產物700ml進入緩衝罐1，然後進入脫氣柱2脫氣處理溫度為80℃，真空度為3000Pa；脫氣後產物進入第一級離心式分子蒸餾器3分離酯化反應剩餘的甲醇，溫度為110℃，真空度為500Pa，轉盤轉速為1000rpm；接著進入第二級離心式分子蒸餾器4分離甘油，溫度為180℃，真空度為50Pa，轉盤轉速為1200rpm；最後進入第三級離心式分子蒸餾塔5將甲酯370克分離出來，溫度為230℃，真空度為25Pa，轉盤轉速為600rpm，剩餘雜質排出。經檢測，所製備的甲酯純度為98.6％。
實施例4採用魚油與甲醇進行酯化反應，魚油與甲醇的摩爾比為1∶7.5。反應後中間產物650ml進入緩衝罐，然後進入第一級離心式分子蒸餾器，進行脫氣並分離甲醇和甘油，溫度為150℃，真空度為500Pa，轉盤轉速為700rpm；最後進入第二級離心式分子蒸餾器將甲酯311克分離出來，溫度為250℃，真空度為10Pa，轉盤轉速為1000rpm，剩餘雜質排出。經檢測，所製備的甲酯純度為98.2％。
權利要求
1.一種汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於包括以下步驟①以植物油或動物油之一或混合物為原料，進行酯化反應；②把酯化反應產物進行離心式分子蒸餾處理，製得汽車生物柴油；所述酯化反應產物離心式分子蒸餾處理至少包括兩級前級處理溫度為50-150℃，真空度為2000-10Pa，轉盤轉速為600～1400rpm，脫氣並分離出甘油和甲醇或乙醇；後級處理溫度為120-250℃，真空度為50-0.1Pa，轉盤轉速為300～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。
2.根據權利要求1所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述前置處理溫度為120-200℃，真空度為1000-100Pa，轉盤轉速為800～1200rpm。
3.根據權利要求1所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述步驟②中，酯化反應產物離心式分子蒸餾處理包括三級第一級處理控制溫度為50-120℃，真空度為1000-100Pa，轉盤轉速為600～1200rpm，分離出甲醇或乙醇；第二級處理控制溫度為100-200℃，真空度為100-10Pa，轉盤轉速為800～1400rpm，分離出甘油；第三級處理控制溫度為100-250℃，真空度為50-0.1Pa，轉盤轉速為300～1200rpm，分離出甲酯或乙酯。
4.根據權利要求3所述的所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述步驟②中第一級處理前，先進行脫氣處理，處理溫度為50-120℃，真空度為5000-1000Pa。
5.根據權利要求1所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述步驟①中，植物油或動物油原料與甲醇或乙醇進行酯化反應，其反應產物主要包括甲酯或乙酯、甘油、甲醇或乙醇。
6.根據權利要求1所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述的植物油為椰子油、棕桐油、麻楓樹油、菜籽油、小桐子油、大豆油或花生油。
7.根據權利要求1所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述的動物油為豬油、牛油、禽畜油或魚油。
8.根據權利要求1所述的汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，其特徵在於所述步驟①中的酯化反應以酶轉化或超臨界酯化代替。
全文摘要
本發明公開了一種汽車用生物柴油的離心式分子蒸餾生產方法，包括以下步驟①以植物油或動物油之一或混合物為原料，進行酯化反應；②酯化反應產物進行離心式分子蒸餾處理，製得汽車生物柴油；酯化反應產物離心式分子蒸餾處理至少包括兩級前級處理溫度為50－150℃，真空度為5000－10Pa，轉盤轉速為600～1400rpm，脫氣並分離出甘油和甲醇或乙醇；後級處理溫度為180－280℃，真空度為50－0.1Pa，轉盤轉速為300～1400rpm，分離出甲酯或乙酯。本發明生產的生物柴油純度達到98％以上，符合汽車用生物柴油的要求，同時該方法省略了水洗及乾燥過程，工藝流程簡單，沒有廢水汙染，節省水處理費用。
文檔編號C10G3/00GK1931964SQ20061003686
公開日2007年3月21日 申請日期2006年8月1日 優先權日2006年8月1日
發明者朱寶璋, 楊婉珍, 陳建華 申請人:華南理工大學, 朱寶璋