偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置的製作方法

2023-04-26 14:49:21

專利名稱：偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於可再生生物能源技術領域，具體涉及一種汙染少、成本低的偶合 廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置。
背景技術：
隨著世界人口的增長和經濟的發展，能源緊缺和能源安全已經成為世界性的難 題。生物柴油即脂肪酸甲酯，是一種潔淨的、可生物降解的、可再生的液態燃料。與石化柴 油相比，生物柴油具備有無毒、能生物降解、基本上無硫和芳烴、儲存和運輸安全、十六烷值 高、燃燒殘碳低、淨二氧化碳排放為零等優點。目前，歐美主要以菜籽油和大豆油等食用植 物油脂為原料，通過鹼催化酯交換技術生產生物柴油。我國人口眾多，油脂短缺，現有的生 物柴油企業主要以地溝油和酸化油等廢棄動植物油脂為原料生產生物柴油。廢棄油脂中含 有大量的雜質，如水、有機物、氮和磷等。在生產生物柴油過程中，廢棄油脂需要經過淨化處 理，產生大量的廢水。廢水的直接排放帶來嚴重的環境汙染，淨化後排放加大了生物柴油的 生產成本。工程微藻生長速度快，含油率高，單位面積油脂產能大。利用工程微藻製備生物 柴油的研究得到了世界上許多國家的重視。但是，現有的工程微藻生物柴油製備技術尚存 在油脂提取困難和生產成本過高的瓶頸，難以商業化推廣應用。

實用新型內容針對現有技術中存在的上述問題，本實用新型的目的在於提供一種汙染少、成本 低的耦合廢棄油脂和工程微藻製備生物柴油的系統裝置。所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，包括通過管道連接的 微藻培植器，微藻高速離心分離器，廢棄油脂預處理器，乾燥器，酯化反應釜，酯交換反應 釜，甲醇蒸餾器，甘油分離器，水洗塔，過濾器，生物柴油乾燥器，甲醇儲罐，其特徵在於所述 的廢棄油脂預處理器通過管道分別與微藻培植器和乾燥器連接，所述的甲醇儲罐配合設置 在酯化反應釜與甲醇蒸餾器之間，所述的微藻高速離心分離器、甘油分離器和水洗塔通過 管道與微藻培植器連接。所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，其特徵在於所述的酯 化反應釜，微藻培植器接有添加營養液調配釜，PH值調節劑調配釜，以及二氧化碳氣體分散所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，其特徵在於所述的酯 化反應釜接有酸催化劑調配釜。所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，其特徵在於所述的酯 交換反應釜接有鹼催化劑調配釜。上述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，包括通過管道連接的 微藻培植器，微藻高速離心分離器，廢棄油脂預處理器，乾燥器，酯化反應釜，酯交換反應 釜，甲醇蒸餾器，甘油分離器，水洗塔，過濾器，生物柴油乾燥器，甲醇儲罐，所述的廢棄油脂預處理器通過管道分別與微藻培植器和乾燥器連接，所述的甲醇儲罐配合設置在酯化反應 釜與甲醇蒸餾器之間，所述的微藻高速離心分離器、甘油分離器和水洗塔通過管道與微藻 培植器連接。本實用新型通過將廢棄油脂預處理器所產生的廢水、甘油分離器分離出來的 甘油相和水洗塔的廢水進入微藻培植器養殖微藻，降低微藻培養成本，同時又解決了生物 柴油生產的汙染問題，微藻油脂的萃取與油脂的酯交換反應在一個反應釜中進行，不但省 去了微藻提取油脂的高額費用，還提高了微藻所含油脂的利用效率，裝置設備簡單，汙染 少，成本低，適於工業化。

圖1為本實用新型的結構示意圖。圖中1_微藻培植器，2-微藻高速離心分離器，3-廢棄油脂預處理器，4-乾燥器， 5-酯化反應釜，6-酯交換反應釜，7-甲醇蒸餾器，8-甘油分離器，9-水洗塔，10-過濾器， 11-生物柴油乾燥器，12-甲醇儲罐。
具體實施方式
下面結合說明書附圖及實施例對本實用新型作進一步說明如圖1所示，偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，包括通過管道 連接的微藻培植器1，微藻高速離心分離器2，廢棄油脂預處理器3，乾燥器4，酯化反應釜5， 酯交換反應釜6，甲醇蒸餾器7，甘油分離器8，水洗塔9，過濾器10，生物柴油乾燥器11，甲 醇儲罐12，所述的廢棄油脂預處理器3通過管道分別與微藻培植器1和乾燥器4連接，所 述的甲醇儲罐12配合設置在酯化反應釜5與甲醇蒸餾器7之間，所述的微藻高速離心分離 器2、甘油分離器8和水洗塔9通過管道與微藻培植器1連接。所述的酯化反應釜5，微藻 培植器1接有添加營養液調配釜，PH值調節劑調配釜，以及二氧化碳氣體分散口。酯化反 應釜5接有酸催化劑調配釜，所述的酯交換反應釜6接有鹼催化劑調配釜。本實用新型的工作過程如下廢棄油脂和酸水(稀硫酸溶液)進入廢棄油脂預處 理器3，酸水的pH值範圍為2 4，酸水和廢棄油脂的質量比範圍為1 3 3 1，控制廢 棄油脂預處理器溫度範圍為50°C 80°C，攪拌0. 5h 3h後，靜置分層2h 8h，所產生的 廢水進入微藻培植器1，油相進入乾燥器4。添加額外的微藻營養液調節微藻的生長速度和 油脂含量，使用PH調節劑(氫氧化鈉/氫氧化鉀溶液)控制微藻培植器內水溶液的pH值 範圍為5 9，微藻培植器中所通入的二氧化碳為來自發電廠或者鍋爐等的煙道廢氣。微藻 培植器1中的溶液經過微藻高速離心分離器2後，營養液返回微藻培植器1循環使用，微藻 進入乾燥器4，乾燥器4中的油脂和微藻在100°C 130°C下乾燥0. 5h 3h後，進入在酯 化反應釜5中進行預酯化，以降低油脂的自由脂肪酸含量，使油脂酸價小於4。預酯化的酸 催化劑為硫酸、鹽酸或者磷酸等無機酸，催化劑的含量為微藻和廢棄油脂總重量的0. 5% 5%。酯化劑為來自甲醇儲罐12的甲醇，甲醇與油脂的摩爾比範圍為4 1 7 1。預酯 化反應的溫度為50°C 90°C，反應時間為0. 5h 5h。降低了自由脂肪酸含量的微藻和油 脂混合物進入酯交換反應釜6，在鹼催化下，與甲醇發生酯交換反應，生成脂肪酸甲酯和甘 油。酯交換反應的鹼催化劑為Na0H、K0H、Na0CH3或者KOCH3，催化劑含量為微藻和廢棄油脂 總質量的0. 5% 1. 5%，反應溫度為45°C 65°C，反應時間為0. 5h 5h。酯交換反應所生成的脂肪酸甲酯萃取出微藻中的油脂，與甲醇發生酯交換反應。同時，甲醇和催化劑也進 入微藻細胞壁內，與油脂發生酯交換反應。微藻油脂的萃取與油脂的酯交換反應在同一個 反應釜中進行，大大的降低了微藻油脂的提取成本。從酯交換反應釜出來的混合物包括脂 肪酸甲酯、甘油、甲醇、藻泥和催化劑等物質，經過甲醇蒸餾器7，在65°C 90°C下，蒸出甲 醇後，進入甘油分離器8，靜置分層分離出甘油相和油相。甘油相進入微藻培植器1，作為微 藻養殖營養液使用。油相進入水洗塔9，在40°C 70°C溫度範圍內，水洗除去所含的催化 劑和甘油等雜質，洗滌水和油相的質量比範圍為1 2 2 1，所產生的廢水進入微藻培 植器1，作為微藻養殖營養液使用。水洗後的油相經過5微米 10微米膜的過濾器10，分 離出藻泥和油相。油相進入乾燥器11，在90°C 130°C溫度範圍內乾燥後得到成品生物柴 油。 本實用新型將廢棄油脂預處理器產生的廢水，生物柴油水洗塔廢水和副產物粗甘 油進入微藻培植器培養微藻，降低微藻培養成本，同時解決生產生物柴油的汙染問題和養 殖微藻高成本的問題。微藻和廢棄油脂混合在一起甲酯化，利用甲酯化過程中所產生的脂 肪酸甲酯萃取微藻中的油脂，甲醇和催化劑也進入微藻細胞壁內，與油脂發生酯交換反應 生成脂肪酸甲酯(生物柴油)。微藻油脂的萃取與油脂的酯交換反應在一個反應釜中進行， 不但省去了微藻提取油脂的高額費用，還提高了微藻所含油脂的利用效率。本實用新型裝 置設備簡單，環保，成本低，具有顯著的經濟和社會效益。
權利要求偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，包括通過管道連接的微藻培植器(1)，微藻高速離心分離器(2)，廢棄油脂預處理器(3)，乾燥器(4)，酯化反應釜(5)，酯交換反應釜(6)，甲醇蒸餾器(7)，甘油分離器(8)，水洗塔(9)，過濾器(10)，生物柴油乾燥器(11)，甲醇儲罐(12)，其特徵在於所述的廢棄油脂預處理器(3)通過管道分別與微藻培植器(1)和乾燥器(4)連接，所述的甲醇儲罐(12)配合設置在酯化反應釜(5)與甲醇蒸餾器(7)之間，所述的微藻高速離心分離器(2)、甘油分離器(8)和水洗塔(9)通過管道與微藻培植器(1)連接。
2.根據權利要求1所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，其特徵 在於所述的酯化反應釜(5)，微藻培植器(1)接有添加營養液調配釜，PH值調節劑調配釜， 以及二氧化碳氣體分散口。
3.根據權利要求1所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，其特徵 在於所述的酯化反應釜(5)接有酸催化劑調配釜。
4.根據權利要求1所述的偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，其特徵 在於所述的酯交換反應釜(6)接有鹼催化劑調配釜。
專利摘要偶合廢棄油脂和工程微藻生產生物柴油的系統裝置，屬於可再生生物能源技術領域，它包括通過管道連接的微藻培植器，微藻高速離心分離器，廢棄油脂預處理器，乾燥器，酯化反應釜，酯交換反應釜，甲醇蒸餾器，甘油分離器，水洗塔，過濾器，生物柴油乾燥器，甲醇儲罐。本實用新型通過將廢棄油脂預處理器所產生的廢水、甘油分離器分離出來的甘油相和水洗塔的廢水進入微藻培植器養殖微藻，降低微藻培養成本，同時又解決了生物柴油生產的汙染問題，微藻油脂的萃取與油脂的酯交換反應在一個反應釜中進行，不但省去了微藻提取油脂的高額費用，還提高了微藻所含油脂的利用效率，裝置設備簡單，汙染少，成本低，適於工業化生產應用。
文檔編號C11C3/10GK201722351SQ20102023781
公開日2011年1月26日 申請日期2010年6月24日 優先權日2010年6月24日
發明者殷雄 申請人:殷雄