一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的方法和系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物能源技術領域，尤其是涉及一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的方法和系統。
【背景技術】
[0002]隨著環境意識的增強和能源危機的影響，人們開始尋找一種能夠替代石油燃料并對環境破壞小的新能源。最近幾年石油價格的升高和石油的缺乏，使人們開始思考利用植物油去替代柴油。同時，餐飲廢油不僅污染環境，而且還危害人們的健康，因此餐飲廢油的有效利用成為一個值得研究的問題。以餐廚垃圾為原料進行能源生產，既可以獲得清潔能源，又能減少污染物排放，可降低生物柴油的生產成本，是目前研究的熱點。
[0003]到目前為止，人們已開發出了四種制備生物柴油的生產方法:摻和法、微乳法、熱裂解、轉酯法。這些合成生物柴油的傳統工藝中多采用均相催化劑，如氫氧化鈉，氫氧化鉀，濃硫酸等，這些催化劑要求使用FFA(游離脂肪酸，Free Fatty Acids)對原料進行脫水干燥、脫色等預處理，去除游離脂肪酸，使其盡可能無水、無色、無游離脂肪酸后才進入反應；反應完畢需要分離催化劑的設備完成中和、洗滌并回收催化劑；另外，反應過程中伴隨的副產物(如皂化、甘油和水)的產生，需要去除副產物。而且，有的工藝還要求高溫200度以上，高壓8?1Mbar的工作條件，工藝復雜，設備成本高，環境污染嚴重。
[0004]因餐飲廢棄油脂多經過反復使用，內含各種色素以及大量游離脂肪酸，在傳統工藝中需要對其進行更加復雜的處理。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對目前存在的問題，提供一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的方法和系統，其使餐飲廢棄油脂得到了有效利用，而且本發明無需高壓高溫，工藝簡單，設備成本低。
[0006]本發明的目的通過如下技術方案實現:
[0007]本發明提供一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統，其包括:
[0008]反應物料攪拌容器、酯化反應器、脂交換反應器和生物柴油收集桶；
[0009]裝有廢棄油脂和甲醇的反應物料攪拌容器的輸出端連接裝有陽離子樹脂的酯化反應器的輸入端；
[0010]所述酯化反應器的輸出端連接裝有陰離子樹脂的脂交換反應器；
[0011]所述脂交換反應器的輸出端接生物柴油收集桶。
[0012]所述反應物料攪拌容器、酯化反應器和脂交換反應器置于50?60°C溫度的環境中。
[0013]更進一步地，所述利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統還包括:
[0014]用于廢棄油脂和甲醇混合溶液栗送的流量栗；所述流量栗的輸入端通過廢棄油脂和甲醇混合溶液管道連接所述反應物料攪拌容器，輸出端通過廢棄油脂和甲醇混合溶液管道連接所述酯化反應器。
[0015]更進一步地，所述利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統還包括:加熱鍋；
[0016]所述加熱鍋設置有能夠加熱水的電阻絲；所述加熱鍋內設置有50?60° C導熱介質；所述反應物料攪拌容器置于所述加熱鍋內。
[0017]更進一步地，所述酯化反應器的反應釜外部設有酯化反應器加熱套；脂交換反應器的反應釜外部設有脂交換反應器加熱套；所述基于餐飲廢棄物的生物柴油制備裝置還包括:循環栗；所述加熱鍋內的熱介質通過所述循環栗注入到所述酯化反應器加熱套和脂交換反應器加熱套中，并經頂部設置的回流管中。
[0018]更進一步地，所述酯化反應器的頂部接酯化反應后溶液管道的入口端，酯化反應后溶液管道的出口端接脂交換反應器的底部。
[0019]更進一步地，所述脂交換反應器的頂部接生物柴油生成物管道的入口端，生物柴油生成物管道的出口端連接生物柴油收集桶。
[0020]更進一步地，所述反應物料攪拌容器中設置有攪拌頭，所述攪拌頭通過所述攪拌電機驅動旋轉。
[0021]本發明還提供一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的方法，其包括:
[0022]步驟S101，將甲醇溶液和廢棄油脂按設定摩爾比比例混合，均勻攪拌；該混合在常壓，50?60 °C溫度下進行；
[0023]步驟S102，將混合溶液以一定的流量栗入包含陽離子樹脂的酯化反應器中，保持反應器內溫度為50?60°C，使廢棄油脂中的游離脂肪酸發生酯化反應，同時廢棄油脂中的水、色素被陽離子樹脂吸附；
[0024]步驟S103，酯化反應器中的流出的反應物直接流入包含陰離子樹脂的脂交換反應器中，保持反應器內溫度為50?60°C，使廢棄油脂中的脂肪酸與甲醇發生脂交換反應，反應過程中產生的副產物甘油被陰離子吸附；
[0025]步驟S104，從脂交換反應器流出的反應物中收集生物柴油。
[0026]更進一步地，所述設定摩爾比比例為1:3。
[0027]更進一步地，所述廢棄油脂的酸值為14?200mgK0H/g ;甲醇的純度為98%。。
[0028]由上述本發明的技術方案可以看出，本發明通過，能夠產生如下技術效果:
[0029]I)減少反應前期的干燥、脫色、去除游離脂肪酸FFA設備，和反應后期分離催化劑的設備，無需高壓高溫，降低設備成本。
[0030]2.)陽離子催化劑可以反復使用50次以上，陰離子樹脂催化劑通過再生可使用100次以上，有效降低設備運行成本。
[0031]3)設備規模可從50L/天?IT/天，適合不同需求的地區部署發展餐飲廢棄油脂制備生物柴油的應用，易于推廣。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統的結構示意圖；
[0033]圖2為本發明的一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統的處理流程圖。
[0034]附圖中:
[0035]攪拌電機101、加熱鍋102、反應物料攪拌容器103、攪拌頭104、回流管105、供熱管106、生物柴油收集桶107、流量栗108、循環栗109、酯化反應器201、陽離子樹脂202、酯化反應器加熱套203、脂交換反應器204、陰離子樹脂205、脂交換反應器加熱套206、廢棄油脂和甲醇混合溶液管道211、酯化反應后溶液管道212、生物柴油生成物管道213。
【具體實施方式】
[0036]以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
[0037]本發明提供一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統，其結構如圖1所示，包括如下各個部分:
[0038]攪拌電機101、加熱鍋102、反應物料攪拌容器103、攪拌頭104、回流管105、供熱管106、生物柴油收集桶107、流量栗108、循環栗109、酯化反應器201、酯化反應器加熱套203、脂交換反應器204、脂交換反應器加熱套206、廢棄油脂和甲醇混合溶液管道211、酯化反應后溶液管道212、生物柴油生成物管道213。
[0039]各個部分之間的位置或連接關系如下:
[0040]反應物料攪拌容器103內設置有攪拌頭104，該攪拌頭104通過攪拌電機101驅動旋轉，用于混合置于反應物料攪拌容器103內的廢棄油脂和甲醇。
[0041]反應物料攪拌容器103置于加熱鍋102內，加熱鍋102設置有能夠加熱水的電阻絲。
[0042]加熱鍋102外設置有流量栗108和循環栗109。流量栗108用于廢棄油脂和甲醇混合溶液的栗送，其輸入端通過廢棄油脂和甲醇混合溶液管道211連接反應物料攪拌容器103，輸出端通過廢棄油脂和甲醇混合溶液管道211連接酯化反應器201。循環栗109的輸入端連接加熱鍋102，循環栗109的輸出端通過供熱管106分別連接酯化反應器加熱套203和脂交換反應器加熱套206的底部。酯化反應器加熱套203和脂交換反應器加熱套206的頂部接回流管105的入口，回流管105的出口連接加熱鍋102。
[0043]酯化反應器201內裝有陽離子樹脂202，其頂部接酯化反應后溶液管道212的入口端，酯化反應后溶液管道212的出口端接脂交換反應器204的底部。脂交換反應器204內裝有陰離子樹脂205，其頂部接生物柴油生成物管道213的入口端，生物柴油生成物管道213的出口端連接生物柴油收集桶107。
[0044]本發明的一種利用餐飲廢棄油脂制備生物柴油的系統的工作原理如下:
[0045]陽離子樹脂202和陰離子樹脂205經激活預處理后分別加入酯化反應器201和脂交換反應器204中。
[0046]將廢棄油脂與甲醇按照設定摩爾比比例加入反應物料攪拌容器103內，并開啟攪拌電機101，同時將加熱鍋102容器內用于加熱的介質(如熱水)加熱到攝氏50度。廢棄油脂通過人工用電子稱計量，然后人工投入到反應物料攪拌容器103內；甲醇通過人工用量筒計量，然后緩慢投入到反應物料攪拌容器103內。
[0047]開啟熱水循環栗109，將加熱鍋102內的熱介質分別注入到酯化反應器加熱套203和脂交換反應器加熱套206中，使酯化反應器201和脂交換反應器204內保持攝氏50度左右。
[0048]使用流量栗108按一定流量將反應物料攪拌容器103內充分混合后的溶液通過廢棄油脂和甲醇混合溶液管道211栗入酯化反應器201的底部；
[0049]注入到酯化反應器201內的溶液與酯化反應器201內的陽離子樹脂202反應后從酯化反應器201的頂部流出，通過酯化反應后溶液管道212流入脂交換反應器204的底部。廢棄油脂溶液中所含的水、色素被酯化反應器201內的陽離子樹脂202吸附；
[0050]進入脂交換反應器204內