一種生物柴油的酯化方法與流程
2023-11-30 04:23:16 4
本發明涉及生物柴油領域，具體而言，涉及生物柴油的酯化方法。
背景技術：
生物柴油是清潔的可再生能源，它以生物質資源作為原料為基礎加工而成的一種柴油（液體燃料），主要化學成分是脂肪酸甲酯。具體而言，動植物油，如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、米糠油、棉籽油；以及動植物油下腳料酸化油，脂肪酸；動物油：豬油、雞油、鴨油、動物骨頭油等經一系列化學轉化，精製而成的液體燃料，是優質的石油柴油代用品。生物柴油是典型的「綠色能源」，大力發展生物柴油對經濟可持續發展，推進能源替代，減輕環境壓力，控制城市大氣汙染具有重大的戰略意義。
現有的生物柴油主要有鹼催化法、酸催化法、脂肪酶或生物酶法、超臨界萃取法，但是考慮到各方面的因素，商業化生產大多採用鹼催化法與酸催化法，而在我國目前的國情和當前的油價下，使用食品級油脂作為原料來生產生物柴油還不太現實，餐飲廢油和部分工業用油脂相對來說成本較低。但是，這些廢棄油脂通常含有較高的游離脂肪酸，所以對於這些廢棄油脂要先用酸催化法進行酯化，然後通過鹼性催化劑進行酯交換反應。鹼催化法和酸催化法又被稱為化學法。
酯化反應過程中均伴隨有攪拌以保障甲醇與油脂充分接觸、加快反應速度、保證反應完全，而常規的攪拌下酯化反應需要較長的時間，導致採用化學法製備生物柴油周期較長，常規攪拌下酯化反應時間為12小時左右。
在酯化過程中大多採用磷酸或硫酸作為催化劑，硫酸或磷酸隨水蒸氣與甲醇混合形成組合氣體，進入甲醇循環系統，經過冷凝、得到pH為4左右的廢甲醇酸液，再進入甲醇精餾罐將甲醇與廢液分離，分離後的甲醇繼續使用，廢液經處理後排放。但是由於廢液中含大量硫酸或磷酸、屬於危化廢水，處理難度大、消耗高；同時整個過程中硫酸的存在導致設備要求高，各儲罐需要用不鏽鋼材質，泵需要用磁力泵等，導致工程所需投資高；精餾所得甲醇顯酸性，不適用於酯交換反應，精餾時甲醇濃度較低，精餾消耗大、且甲醇損失較大，一般而言精餾廢水中含5～7%的甲醇。
技術實現要素：
針對上述問題，本發明提出了一種生物柴油的酯化方法，可以有效處理由酸、水、甲醇為主的該氣體，從而降低生產消耗與投資成本。
為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案為，一種生物柴油的酯化方法包括循環混合與氣體處理。
所述的氣體處理包括以下步驟：
①氣體鹼化：對反應釜內釋放出的氣體採用原始鹼液進行噴霧，使氣體pH≥9；
②冷凝：鹼化後的氣體進行冷凝後進入儲罐；
③配料：儲罐內的液體進入配料罐中與鹼進行混合配料，得到循環鹼液；
④循環：採用循環鹼液代替步驟①中的原始鹼液重複步驟①—③1次或多次；
⑤甲醇精餾：經過1次或多次循環後，在儲罐液體中甲醇含量≥65wt%時，對儲罐液體進行甲醇精餾，得到甲醇與廢水。
所述的循環混合包括以下步驟：
a水力空化：利用泵抽取反應釜內的反應混合物，進入真空度為-0.085～-0.095MPa的真空環境中；
b文丘裡反應：將通過真空環境的反應混合物通過一段先收縮而後逐漸擴大的管道；
c射油：通過步驟b的反應混合物射到位於反應釜內的固態靶上。
所述的反應混合物為生物柴油酯化反應過程中反應釜內的物質。
進一步，所述步驟①中的鹼液為氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀中的一種或混合。
進一步，所述步驟③種的鹼為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種或混合。
作為優選，所述步驟①中鹼液的溶質與所述步驟③中的鹼為同種物質，為氫氧化鈉或氫氧化鉀中的一種。
進一步，所述步驟③中的循環鹼液pH≥10。
作為優選，所述步驟⑤在儲罐液體中甲醇含量≥75wt%時，對儲罐液體進行甲醇精餾。
進一步，所述步驟a中泵的揚程為40～50m。
進一步，所述步驟a中真空環境的真空度為-0.09～-0.092MPa。
進一步，所述步驟c中固態靶為圓錐形，反應混合物射擊中心位於圓錐頂部。
作為優選，所述的真空環境、先收縮而後逐漸擴大的管道均位於固態靶正上方。
進一步，所述的固態靶固定於反應釜內液面上方
作為優選，所戶的固態靶位於反應釜中心。
採用本發明所述的方法處理酯化反應中的混合氣體可以有效解決後續處理過程中作為催化劑的酸對設備的腐蝕問題，使原本的不鏽鋼儲罐更換為普通碳鋼材質、將原本的磁力泵更換為常規泵，投資成本不足原投資成本的1/5；精餾所得甲醇顯鹼性可用於後續酯交換反應使用，且甲醇儲罐；精餾所得廢水中為硫酸鈉與不超過1wt%甲醇、為常規廢水，處理方便、廢水處理成本低；採用多次循環後，甲醇含量高，精餾損耗小，耗能更少，同時本發明通過水力空化反應、文丘裡反應、環路循環反應並配以撞擊作用，可以有效的加速反應物混合與接觸，其混合效益遠遠高於攪拌作用，從而有效的加快酯化反應的反應速度，從而有效的縮短生物柴油的生產周期，可以將原本需要12個小時左右的酯化反應縮短至3.5小時。
具體實施方式
下面通過具體的實施例對本發明做進一步的詳細描述。
實施例1：一種生物柴油的酯化方法包括循環混合與氣體處理。
所述的氣體處理包括以下步驟：
①氣體鹼化：對氣體採用氫氧化鉀溶液進行噴霧，使氣體pH≥9；
②冷凝：鹼化後的氣體進行冷凝後進入儲罐；
③配料：儲罐內的液體進入配料罐中與氫氧化鈉及氫氧化鉀進行混合配料，得到循環鹼液，循環鹼液pH≥10；
④循環：採用循環鹼液代替步驟①中的原始鹼液重複步驟①—③1次；
⑤甲醇精餾：經過1次循環後，在儲罐液體中甲醇含量≥65wt%時，對儲罐液體進行甲醇精餾，得到甲醇與廢水。
所述的循環混合包括以下步驟：
a水力空化：利用揚程為45m的泵抽取酯化反應釜內的反應混合物，進入真空度為-0.09～-0.092MPa的真空環境中；
b文丘裡反應：將通過真空環境的反應混合物通過一段先收縮而後逐漸擴大的管道；
c射油：通過步驟b的反應混合物射到固定於酯化反應釜內液面上方，位於酯化反應釜中心的圓錐形固態靶上，反應混合物射擊中心位於圓錐頂部。
所述的真空環境、先收縮而後逐漸擴大的管道均位於固態靶正上方。
經過檢驗得甲醇顯弱鹼性，廢水中主要成分為硫酸鈉，甲醇含量為1wt%。3.5h後酯化反應充分反應完全。
實施例2:一種生物柴油的酯化方法包括循環混合與氣體處理。
所述的氣體處理包括以下步驟：
①氣體鹼化：對氣體採用氫氧化鉀溶液與氫氧化鉀溶液的混合液進行噴霧，使氣體pH≥9；
②冷凝：鹼化後的氣體進行冷凝後進入儲罐；
③配料：儲罐內的液體進入配料罐中與氫氧化鈉進行混合配料，得到循環鹼液，循環鹼液pH≥10；
④循環：採用循環鹼液代替步驟①中的原始鹼液重複步驟①—③3次；
⑤甲醇精餾：經過3次循環後，在儲罐液體中甲醇含量≥75wt%時，對儲罐液體進行甲醇精餾，得到甲醇與廢水。
所述的循環混合包括以下步驟：
a水力空化：利用揚程為50m的泵抽取酯化反應釜內的反應混合物，進入真空度為-0.085～-0.09MPa的真空環境中；
b文丘裡反應：將通過真空環境的反應混合物通過一段先收縮而後逐漸擴大的管道；
c射油：通過步驟b的反應混合物射到位於酯化反應釜內的固態靶上。
所述步驟c中固態靶為圓錐形，反應混合物射擊中心位於圓錐頂部，所述的真空環境、先收縮而後逐漸擴大的管道均位於酯化反應釜正上方，所述的固態靶固定於反應釜內液面上方、位於酯化反應釜中心。
經過檢驗得甲醇顯弱鹼性，廢水中主要成分為硫酸鈉，甲醇含量為0.8wt%。3.6h後酯化反應反應完全。
實施例3：一種生物柴油的酯化方法包括循環混合與氣體處理。
所述的氣體處理包括以下步驟：
①氣體鹼化：對氣體採用氫氧化鈉溶液進行噴霧，使氣體pH≥9；
②冷凝：鹼化後的氣體進行冷凝後進入儲罐；
③配料：儲罐內的液體進入配料罐中與氫氧化鈉進行混合配料，得到循環鹼液，循環鹼液pH≥10；
④循環：採用循環鹼液代替步驟①中的原始鹼液重複步驟①—③多次；
⑤甲醇精餾：經過多次循環後，在儲罐液體中甲醇含量≥75wt%時，對儲罐液體進行甲醇精餾，得到甲醇與廢水。
所述的循環混合包括以下步驟：
a水力空化：利用揚程為40m的泵抽取酯化方法反應釜內的反應混合物，進入真空度為-0.085～-0.09MPa的真空環境中；
b文丘裡反應：將通過真空環境的反應混合物通過一段先收縮而後逐漸擴大的管道；
c射油：通過步驟b的反應混合物射到位於酯化方法反應釜內的固態靶上。
所述步驟c中固態靶為圓錐形，反應混合物射擊中心位於圓錐頂部，所述的真空環境、先收縮而後逐漸擴大的管道均位於酯化方法反應釜正上方，所述的固態靶固定於反應釜內液面上方、位於酯化方法反應釜中心。
經過檢驗得甲醇顯弱鹼性，廢水中主要成分為硫酸鈉，甲醇含量為0.5wt%。3.3h後，酯化反應完成。
實施例4：與實施例3基本相似，其不同之處在於：採用氫氧化鉀代替氫氧化鈉。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，在本發明的精神和原則內可以有各種更改和變化，這些等同的變型或替換等，均包含在本發明的保護範圍之內。