一種生物柴油的合成工藝及設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種生物柴油即脂肪酸甲醋的合成工藝及設備，特別是關于利用餐廚 廢食用油脂（即地購油)、粗植物油脂、粗動物油脂等為原料生產生物柴油的合成工藝及設 備，屬于生物質能源和資源再利用領域。 技術背景
[0002] 不可再生的石油資源被大規模地開發使用，使能源愈益緊張，尋找環保型可再生 能源成為石油化工領域和能源領域的重要課題之一。本發明人將生物柴油的制備方法按催 化劑不同分為四條工藝路線： (1) 均相催化交醋化反應工藝，其中又可分為濕法和干法兩類，催化劑主要是無機酸堿 和有機酸堿； (2) 非均相催化交醋化反應工藝，其中又可分為固體堿催化劑和固體酸催化劑兩類，多 數為復合金屬敵合型氧化物，或其水化物； (3) 生物酶交醋化工藝； (4) 超臨界非催化交醋化工藝。
[0003] 其中，目前國內外最成熟用得最多的還是W酸堿水溶液為催化劑的工藝，但其缺 點是轉化率較低，并有較多的工藝污水產生；其優點是催化劑價廉、工藝簡單。動植物油脂 即脂肪酸甘油脂其主要成分是；Cw、C22、C24混合脂肪酸甘油醋，其中，WCis脂肪酸甘油 醋為主，一般約占50~80% ;動物油脂，主要是飽和脂肪酸即硬脂酸甘油醋為主，但也含有 部分不飽和脂肪酸甘油醋；植物油脂中W不飽和脂肪酸即軟脂酸甘油醋為主，但也含有部 分飽和脂肪酸甘油醋。而不管是硬脂酸甘油醋還是軟脂酸甘油醋，其中主要是十八碳脂肪 酸的甘油醋；植物油中W油酸(含一個雙鍵）甘油醋為主，而動物油中W飽和脂肪酸即硬脂 酸(不含雙鍵）甘油醋為主；麻風果油、茶巧油、玉米油、挪子油、芝麻油、桐油、藍麻油、黃連 木油、亞麻油等成分中除了主要含有一個雙鍵的油酸(十八碳帰-[9]-酸，Oleicacid)甘 油醋外，還富含兩個雙鍵的亞油酸（十八碳二帰-[9，12]-酸，Linoleicacid)甘油醋和一 定量的含Η個雙鍵的亞麻酸(十八碳Η帰-[9,12,1引-酸，Linolenicacid)甘油醋。它們 不僅是制藥業中制備降血脂降血壓藥物的原料，而且也是制備生物柴油的最好原料，由它 們制備的生物柴油其流動性好、凝點低、冷濾點低，而表征柴油機抗爆性指標的十六焼值均 在50W上，優于石油柴油。
【發明內容】
[0004] 本發明包括生物柴油合成工藝及其主要設備，合成工藝包括Η部分內容，如說明 書附圖1所示：（1)原料油的預處理，對原料進行脫膠除雜的預處理工藝；（2) -步法催 化醋化一交醋化反應工藝；（3)生物柴油反應物中和精制與分離殘物及甘油的精傭提純工 藝；W及上述Η個過程所需的主要設備。
【附圖說明】 說明書附圖中，圖1、催化醋化/交醋化一步法制備生物柴油工藝流程圖； 圖2、原料油的預處理反應蓋；圖3、帶攬拌及冷凝器的醋化/交醋化反應蓋。
[0005] 原料油預處理工藝 毛油中一般都含有一定量的膠溶性雜質，如粘液質、磯脂、蛋白質、甘油二醋、細微食物 (尤其是餐廚廢食用油中），它們將會降低醋化和交醋化反應效率，降低產品質量和收率。本 發明采用加入強電解質并加水水化脫膠凈化的工藝，可W有效地凈化毛油，為后續的醋化 和交醋化反應制備脂肪酸甲醋，即生物柴油打下基礎。其工藝簡單、低溫常壓、操作易行、成 本低廉。一種用于生物柴油生產的粗原料毛油的處理方法，如說明書附圖1所示，先將動 植物粗油脂或地溝油（100%)加入預處理反應蓋中，接著在常壓、50~8(TC、且充分攬拌條 件下，加入0. 05~1. 5% (m/m)、濃度85% (m/m)的強電解質磯酸，進行精制反應。然后加入 5 + 3%的水進行水化反應，使之絮凝并聚集，從油脂中游離出來；然后采用離必分離方法將 反應混合物中的凝絮物除去，即可得到較理想的凈化原料油，也即凈化的脂肪酸甘油脂。上 述原料預處理反應過程見實施舉例。所得到的膠溶性雜質凝膠，一般為透明或半透明的淺 黃色或澄色或紅褐色液體，其中含有相當數量的卵磯脂，如果生產量大的話可提取之，也具 有較高的經濟價值。
[0006] 一步法醋化工藝 由上述所制得的凈化原料油也即凈化的脂肪酸甘油脂，已除去絕大部分膠溶性各種雜 質，送對于后續的生物柴油制備反應很必要。但仍然含有一定量的游離脂肪酸，它們對交醋 化反應有不利影響。一般制備生物柴油工藝均需要將它們預先分離出去，才能使交醋化反 應順利進行。尤其對游離脂肪酸含量較高即酸值較高的原料油脂，如餐廚地溝油等尤為重 要。而送部分游離脂肪酸也是生物柴油的原料。本專利制備生物柴油技術的特點是；采用 一步法醋化一交醋化工藝合成生物柴油，如說明書附圖1所示，先將上一程序所得的精制 原料油脂在常壓室溫下加入醋化反應蓋中，啟動攬拌；再將4~8倍于原料油脂當量(脂肪 酸甘油醋和游離脂肪酸兩者之和的當量，W皂化值計算為準）的甲醇，在常溫下加入原料油 脂中，充分攬拌，使不相溶的油醇兩相充分混合；然后加入1~3%的專用催化劑于攬拌下的 反應混合物中。加熱至回流溫度，回流下進行1~4小時的醋化一交醋化反應。然后脫甲 醇，再加入活性白±進行精制脫色。并同時從底部吹入二氧化碳，中和堿性催化劑。此時粗 生物柴油和粗甘油都會得到精制，如此得到生物柴油（也即脂肪酸甲醋）和甘油混合物；然 后再進行沉降，并將上層液體進行離必分離，或經減壓蒸傭，即制得生物柴油成品。而下層 為粗甘油，再去蒸傭，即可得較純凈的工業級甘油。顯然，一步法工藝省去了原料油脂中游 離脂肪酸的堿煉脫酸或預醋化脫酸，及產物分離的兩道工序，使整個合成工藝大為簡化，節 省了設備投資和操作費用。而且，生物柴油的產品收率也有所提高，產品質量達到國標柴油 GB252和德國生物柴油DIN-RME標準。所述專用催化劑包括無機堿、有機堿、雙金屬復合 堿。主要為堿金屬或堿±金屬的氨氧化物，和堿金屬的低級醇途，及由水滑石制備的鉛鎮敵 合復合型固體堿金屬氧化物MgzAl等Η類催化劑。
[0007].連續化生產裝置及主要設備 一種生物柴油的連續化生產裝置，其特點是包括Η個工段： (1)第一工段，原料油脂的預處理工段 其工藝是，采用特殊的電解質作為破凝/凝聚劑，和采用加水水化工藝，在低溫常壓條 件下將各種有害于生物柴油合成反應的膠質雜質除去。該工段的主要設備有帶攬拌的原料 油預處理反應蓋、所述的預處理反應蓋蓋體內安裝有攬拌軸及其獎葉，攬拌軸與蓋頂的減 速機和電機相連接。蓋體外圍設置有電加熱夾套，蓋體內壁還設置有加熱蒸汽盤管，蓋體 下部一側設置有反應物抽出口，底部設置有排凈口，蓋體下部一側設置有測溫管，和檢修人 孔，蓋頂設置有兩個進料口和一個備用口，及為保持蓋內密封和常壓的呼吸閥。該反應蓋 下部一側的反應物抽出口與一具沉降罐相連，與沉降罐底部液料抽出管相連的是一臺高速 離必機。此外在此工段還設置有原料油脂罐、中間沉降罐、高速離必機、或邸式或立式葉片 式或圓盤式過濾機、精制原料油脂罐、膠溶性雜質儲罐。W及配套所需的水熱鍋爐或電熱裝 置、機泉、電器儀表、管線閥口。其中關鍵設備是原料油預處理反應蓋，其結構如說明書附 圖2所表述；1-反應蓋體、2-攬拌軸和框式攬拌器、由電機12通過標準的行星擺線針輪減 速機11帶動之、3-蓋外電加熱裝置(可用標準的遠紅