一種生物柴油的提煉方法

專利名稱：一種生物柴油的提煉方法
技術領域：
本發明涉及一種生物柴油的提煉方法，尤其涉及一種將動植物油或廢棄的 食用油轉化成生物柴油的提煉方法，屬于石油化工領域。
背景技術：
目前用于生產生物柴油的方法有很多，但基本的工.作原理均是將動植物油 轉酯化，也既是將動植物油中的三酸甘油脂轉化成長煉的脂肪酸甲酯，成為適 合做為然料的生物柴油，然后再以水洗法或以生物酶將其中的膠質以及菡醇等 物質脫除，最后再將生物柴油進行干燥而成。
由于生物柴油轉酯化的過程中需要6小時以上的反應時間，而在反應時間 終了前無法進行次一階段的水洗過程，因此，傳統上制程的安排上都是以批組 式的方法進行生產，需要消耗等待的時間。
另一方面，于水洗或以生物嗨進行脫膠的制程通常是以攪拌機進行，攪拌 動作需緩速進行，直到生物柴油中的膠質以及笛醇充分與水或生物胸接觸完成 洗滌的過程為止，這個過程也需要耗費等待均勻攪拌的時間。
為了彌補等待時間的空檔，業者通常需要將轉酯化反應槽與水洗槽容量做 得很大，使得設備造價大幅提高，對投資者也非常不利。

發明內容
為了克服現有技術所存在的缺陷，本發明提出一種可以連續生產方式進行 轉酯化過程，以及使用均質機進行瞬間完成全面接觸的水洗制程以取代傳統以 攪拌機攪拌進行水洗的制程；另外，在需要將生物柴油半成品靜置，以便將生 物柴油及皂化甘油混合物分離的過程，或者是將水洗過程之后的生物柴油靜置 以便將生物柴油與水及動植物膠分離的方式，也以碟盤式離心分離機 (DISCBOWLSEPARATOR)取代，以便于瞬間，就能將上述兩種以上的混合物加以分離。因此，整個制程變得流暢及有效率，通過機械設備的助力使得生產管 理變得很容易進行，讓業者可以降低生產成本。
本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的
一種生物柴油的提煉方法，包括(1 )將動植物油脂加熱至55。C后與曱基 混合物添加劑混合進行轉酯化反應；其中，所述的曱基混合物添加劑由氬氧化 鉀和甲醇混合在一起攪拌而得；(2)用碟盤式離心分離機將生物柴油半成品從 轉酯化反應產物中加以分離，得到生物柴油半成品；(3)半成品生物柴油進行 多次的洗滌及分離處理，然后，再將洗滌后的半成品生物柴油進行薄膜真空干 燥處理，即得。
上述提煉方法中，步驟(l)中，優選的，氬氧化鉀的用量占動植物油脂總 重量的0.5—0.6%,曱醇的用量占動植物油脂總重量的18 20%;
所述的轉酯化反應的時間優選為6— 12小時，轉酯化反應過程中攪拌機啟 動并進行'f曼速攪拌；
步驟(2)中將將生物柴油半成品從轉酯化反應產物中加以分離的步驟，優 選為，完成轉酯化的反應產物持續的送入碟盤式分離機中進行離心分離；該比 重較輕的生物柴油于離心機內被容留于離心機碟體中央之部位，然后被推擠進 入管線中經由控制閥進入均質機中與洗滌水進行接觸，洗滌水則系由洗滌水儲 存槽中而由輸送泵經由控制岡送入均質機，比重較重的皂化甘油混合物則被排 出離心才幾。
步驟(3)中所述的洗滌所需設備包括三組碟盤式離心分離機 (StackDiscSeparator), 二組均質機，三只生物柴油半成品調合槽，洗滌水儲槽 (WTK)、五組循環泵，以及其它管件、控制閥等。
步驟(3)中該洗滌的生物柴油被送入生物柴油半成品調合槽之中，將物料 經由控制岡送入碟盤式離心分離機進行分離，由于生物柴油比重較輕，在高速 離心過程中被容留在離心機中間的位置之后，被甩出離心機經由控制閥進入均 質機內，同時，由于含有生物膠之洗滌水比重較重，因此被推擠進入離心機碟 盤之外側然后被甩出離心機然后被持續的推出經由控制閥至離心機之外部。
步驟(3 )中以均質機將生物柴油的分子剪切至小到接近5n(5/1000mm)的粒 徑大小，以便能與洗滌水之水分子充份接觸，完成接觸及洗滌的生物柴油、水 及動植物膠的混合物則再送入下一個碟盤式離心機進行液/液分離，將比重較輕的生物柴油送入均質機進行下 一個洗滌制程，以此類推。
步驟(3)中該生物柴油干燥制程需用的設備包含一只生物柴油半成品調合 槽、 一組預熱器、 一只薄膜蒸發器、 一組板式熱交換器、 一組生物柴油成品暫 存槽、 一組成品撥出泵、 一組廢水暫存槽、 一組廢水泵、 一組真空泵、 一組氣 液分離器、 一組導熱油加熱爐、 一組導熱油循環泵、 一組輸送泵、 一組導熱油 膨脹槽、 一組冷卻水塔、兩組冷卻水循環泵、以及管線、控制閥等零組件。
步驟(3)中所述的薄膜真空干燥處理為將生物柴油半成品以輸送泵送入 預熱器中與導熱油進行間接熱交換，讓離開預熱器的生物柴油半成品維持在 95°C,再進入薄膜蒸發器，進入薄膜蒸發器缸體內的生物柴油被刮成薄膜均勻 涂抹在薄膜蒸發器缸體內，生物柴油中所含的水份在95。C即開始蒸發進入外部 的熱交換器被冷凝下來，而未能被蒸發的生物柴油膜則沿膜蒸發器缸體內壁滑 下落入生物柴油成品暫存槽，完成脫水干燥制程。


圖l是本發明生物柴油的提煉制程流程示意圖； 圖2是本發明的動植物油酯化提煉方法的單元示意圖； 圖3是本發明生物柴油離心分離及洗滌方法單元示意圖； 圖4是本發明生物柴油干燥制程單元示意圖。
附圖標記說明動植物油酯化制程單元100;生物柴油離心分離及洗滌制程 單元200;生物柴油干燥制程單元300;動植物油脂儲存槽1;預熱器2、 2b; 導熱油加熱爐3、 37;導熱油膨脹槽4、 4b;氬氧化鉀(KOH)儲存槽5;氫氧化 鉀之螺旋式輸送泵6;甲醇(Methane)儲存槽7;甲基混合物添加劑調合槽8;攪 拌器81;酯化反應調合槽9(共6只91-96);攪拌機911;碟盤式離心分離機10、 17、 18、 19;均質機ll、 20、 21;輸送泵12a、 12b、 12c、 12d;導熱油循環泵 12e、 12o;循環泵12f、 12g、 12h、 12i、 12j、 12k、 121;廢水泵12m;成品撥 出泵12n;冷卻水循環泵12p、 12q;控制閥13、 15、 26、 27、 28;洗滌水儲存 槽14;生物柴油半成品調合槽；22、 23、 24、 29;薄膜蒸發器30;板式熱交換 器31;冷卻水塔32;生物柴油成品暫存槽33;廢水暫存槽34;氣液分離器35; 真空泵36。
具體實施例方式
有關本發明的技術內容及詳細明，現配合圖式說明如下
請參閱第一圖，是本發明的生物柴油的提煉制程流程示意圖。如圖所示 本發明生物柴油的提煉制程包含一動植物油轉酯化制程單元100、 一生物柴油離 心分離及洗滌制程單元200、及一生物柴油干燥制程單元300。
首先，請參閱第二圖有關本發明動植物油轉酯化制程單元示意圖。如圖所 示本單元制程所需的主要設備包含一只動植物油脂儲存槽1、 一只預熱器2、 一只導熱油加熱爐3、 一只導熱油膨脹槽4、 一只氫氧化鉀(KOH)儲存槽5、 一 只氫氧化鉀之螺旋式輸送泵6、 一只甲醇(Methane)儲存槽7、 一只甲基混合物添 加劑調合槽8、 一攪拌器81、多組酯化反應調合槽9(包含91-96)、 一組碟盤式 離心分離.才幾IO、 一組均質才幾ll、以及多組用于輸送流體之輸送泵12a—12d、導 熱油循環泵12e，以及所需之管線、控制岡等周邊設備。
實際作業時，于動植物油脂儲存槽1中放入經預處理及過濾的動植物油， 于氫氧化鉀儲存槽5中放入純度92%以上之固態氬氧化鉀KOH，于曱醇(Methane) 儲存槽7中放入純度100%以上的甲醇，并由外部經由導熱油循環泵12e吸入導 熱油充滿導熱油管線。
作業開始時，先啟動導熱油循環泵12e開始讓導熱油經由預熱器2,以及進 入導熱油膨脹槽4再回到導熱油加熱爐3中形成自體式循環，同時啟動導熱油 加熱爐3讓導熱油升高溫度至75-80°C,然后開始啟動輸送泵12c用以輸送原料 油，讓動植物油即原料經由預熱器2將油脂溫度升高至55。C后再進入酯化反應 調合槽9,通過由液位開關的控制讓已加熱的原料油充入酯化反應調合槽91-96; 同時，同步啟動氫化鉀的螺旋式輸送泵6,而以與原料油總重量相比為0.5—0.6% 的比例將氫氧化鉀送入曱基混合物添加劑調合槽8,以及啟動輸送泵12a用以輸 送甲醇，以與原料油總重量相比為18—20%的曱醇同步送入甲基混合物添加劑 調合槽8，讓兩種添加劑于甲基混合物添加劑調合槽8中混合；同時，啟動攪拌 器81將送入甲基混合物添加劑調合槽8中的氫氧化鉀及曱醇進行攪拌及調合， 制成甲基混合物。完成攪拌及調合后的兩種曱基混合物添加劑再以輸送泵12b 送入第一個酯化反應調合槽91中與動植物油進行轉酯化反應，轉酯化反應過程 中攪拌機911啟動并進行慢速攪拌，將曱基混合物添加劑混合液及動植物油及 原料油混合均勻但不產生乳化現象。轉酯化反應時間6—12小時；于第一個酯化反應調合槽91內的物料進行轉酯化反應期間，上述的程序持續進行，亦即持 續的將原料油與甲基混合物添加劑送入酯化反應調合槽92中進行轉酯化反應， 依此類推；
由于多組的酯化反應調合槽(91-96)及配合作業的輸送泵其流量可以調整， 可讓調合物料的過程利用時間差而形成一個連續性的轉酯化制程，而此一連續 的制程則可以在以小時為單位的時間內完成一個整數的批次，例如于24小時內 完成24公噸的生物柴油的轉酯化制程，而進料出料泵的流量則控制在每小時1 公噸；如此一來，就不需要讓此一轉酯化制程單元產生制程停滯的情況；
轉酯化完成后暫存于酯化反應調合槽9(91-96)的生物柴油混合液，其上層即 為生物柴油半成品，下層即為生物柴油制程的副產物，其中含有甲醇、游離脂 肪酸、以及粗甘油等物料。此時，碟盤式離心分離機IO開始啟動，而輸送泵12d 則開始依序將第1至第6個酯化反應調合槽(91-96)中物料持續的送入碟盤式離 心分離機10中進行離心分離；過程中比重較輕的生物柴油于碟盤式離心分離機 10內被容留于碟體中央之部位，然后被推擠進入管線中經由控制閥13進入均質 機11中與洗滌水進行接觸，洗滌水則系由洗滌水儲存槽(WTK)14中而由循環泵 12g經由控制閥15送入均質機11,如此過程，轉酯化完成之生物柴油即完成了 初步的洗滌，再送入生質柴油半成品調合槽22(請參閱第三圖)內準備進行生物 柴油的洗滌制程；同時，碟盤式離心分離機10內的轉酯化過程副產物則因為比 重較重被推擠至離心碟體內之外側出口然后被甩出離心機之外，等待進入下一 階段的粗甘油預處理制程。
于本處，同時使用多只酯化反應槽是為了提高生產效率；例如，于第一個 酯化反應調合槽91正在進行酯化反應時，可以將進料口切換，讓前述準備、混 合、攪拌調勻的制程持續進行，而在6—12小時之后，當最后一只酯化反應調 合槽96準備工作完成時，剛好第一個酯化反應調合槽91的轉酯化反應已經完 成，因此，可以啟動輸送泵12d用以將第一個酯化反應調合槽91中轉酯化反應 完成物料泵入下一階段的制程；而在第一個酯化反應調合槽91的物料泵送完成 之后，第二個酯化反應調合槽92內的物料也已轉酯化完成，經過控制閥的切換， 該輸送泵12d則轉而泵送第二個酯化反應調合槽92內的物料，以此類推，形成 一個連續性的制程。
請參閱第三圖，系本發明之生物柴油離心分離及洗滌制程單元示意圖。如圖所示本單元制程所需用的主要設備包括三組碟盤式離心分離機 (StackDiscSeparator)17—19, 二組均質機20、 21，四只生物柴油半成品調合槽 22、 23、 24、 29,洗滌水儲槽(WTK)14、五組循環泵12g—12k，以及其它管件、 控制閥等等。
實際作業時，由前述動植物油酯化制程及經過初步洗滌的生物柴油半成品 被送入生物柴油半成品調合槽22之中，于液位到達設定液位時，循環泵12f啟 動，將物料經由控制閥26送入碟盤式離心分離機17進行分離，由于生物柴油 比重較輕，因此在高速離心過程中被容留在離心機中間的位置之后被推擠出離 心機經由控制閥27進入均質機20內，同時，由于含有生物膠之洗滌水比重較 重，因此被推擠進入碟盤式離心分離機17之外側出口然后被持續推出至離心機 的外部備用；至此，生物柴油及初步洗滌之洗滌水已被分離，而經過第二次洗 滌的生物柴油則被輸送經由控制閥28進入生物柴油半成品調合槽23,準備進行 第三次的洗滌制程。以此類推，此種洗滌制程共有三次，以便將生物柴油中的 動植物膠經由洗滌制程分離出來。
于本發明中，將生物柴油與水進行緊密之接觸以便進行洗滌脫膠的設備是 一種運用離心及高速剪切并行的均質機11、 20、 21,洗滌過程中，均質機運用 離心及高速剪切并行的原理，將生物柴油的分子剪切至接近5n(5/1000mm)的粒 徑大小，以便能與洗滌水之水分子充份接觸，達到洗滌的目的，完成接觸及洗 滌的生物柴油、水以及動植物膠的混合物則再送入下一個碟盤式離心才幾進4亍液/ 液分離，再將比重較輕的生物柴油送入均質機進行下一個洗滌制程，依此類推。 由于水以及黏附于水分子的動植物膠的比重較大(約1.0),而生物柴油的分子其 比重較小(約于0.82—0.90之間)，因此水及黏附于水分子的動植物膠(生物膠)被 甩至離心分離機的碟體的外緣，而生物柴油則被容留在碟體內的中間層，由于 不斷進料的結果，形成一個連續進料及出料的連續制程；完成洗滌的生物柴油 則送入下一制程進行干燥。
本發明為避免浪費水資源，可以使用不同的生物柴油半成品調合槽將洗滌 過后的洗涂水分裝分級供再次利用；例如第二次洗滌所使用過的洗滌水可再次 利用做為下一批次第一次洗滌用的洗滌水，而第三次洗滌所使用過的洗滌水可 以再次使用做為下一批次第二次洗滌用的洗滌水使用，依此類推。第一次所使 用過的洗滌水以及重復使用的回收洗滌水則排入廢水處理廠進行廢水處理。請參閱第四圖，系本發明生物柴油干燥制程單元示意圖。如圖所示本單 元制程需用的主要設備包含一只生物柴油暫存槽24(于第三圖)、 一組預熱器2b、 一導熱油膨脹槽4b、 一組薄膜蒸餾器30、 一只板式熱交換器31、 一組生物柴油 成品暫存槽33、 一組廢水暫存槽34、 一組氣液分離器35、 一組真空泵36、 一 組導熱油循環泵120、 一輸送泵121、 一組導熱油加熱爐37、 一組冷卻水塔32、 兩組冷卻水循環泵12p及12q、以及管線、控制岡等周邊設備。
在作業時，先啟動真空泵36將薄膜蒸發器30及其所相連結的管線、以及 廢水暫存槽34、生物柴油成品暫存槽33持續抽氣，讓薄膜蒸發器30內部及相 連結之管線內之壓力降至50mBar(0.05bar)為止，然后讓真空泵36維持在待命狀 態于壓力上升至100mBar(0.1bar)時再自行啟動。
啟動冷卻水;荅32以及冷卻水循環泵12p或12q,將冷卻水送入板式熱交換: 器31,以便與進入板式熱交換器31的水蒸氣進行熱交換再回到冷卻水塔32內 進行散熱，同時，冷卻水也必須導入薄膜蒸發器30的軸封冷卻水入口 ，對軸封 進行冷卻，再回流至冷卻;荅32。
啟動導熱油循環泵120,將導熱油送入循環管線中流經殼式預熱器2b及薄 膜蒸發器30之夾層，另一方面同時流經導熱油膨脹槽4b再回到導熱油循環泵 12o入口形成不中斷的循環。然后，啟動導熱油加熱爐37，讓導熱油開始加熱， 讓導熱油工作溫度升高至140。C以上。
啟動輸送泵121將生物柴油半成品調合槽24中之生物柴油送入預熱器2b 中與導熱油進行間接熱交換，讓離開預熱器2b之生物柴油維持在95。C，再進入 薄膜蒸發器30缸體內；雖然，進入薄膜蒸發器30缸體內的生物柴油被刮成薄 膜均勻涂抹在薄膜蒸發器30缸體內，但由于導熱油的溫度能保持薄膜蒸發器30 缸體內之生物柴油薄膜維持在95。C的工作溫度，另一方面，由于薄膜蒸發器30 缸體內之氣壓維持在100—150mbar(0.1 — 0.15bar)的狀態，生物柴油中所含的水 份在95 °C即開始蒸發，被蒸發的水分子則循出口管線進入板式熱交換器31內與 冷卻水進行熱交換之后被冷凝下來，再進入廢水暫存槽34，而在廢水暫存槽34 液位到達預設高度時，啟動廢水泵12m將廢水排出。
另一方面，由于生物柴油于100mBar的工作壓力下仍然未達蒸餾點，因此 未能蒸發之生物柴油油膜則沿著缸體內壁滑下落入生物柴油成品暫存槽33,而 于液位達到設定點時成品撥出泵12n啟動，將成品油送至外部的成品油儲槽區儲存，等待出售。
上述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用來限定本發明實施范圍。即凡 依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利范圍所涵蓋。
權利要求
1、一種生物柴油的提煉方法，包括(1)將動植物油脂加熱至55℃后與甲基混合物添加劑混合進行轉酯化反應；其中，所述的甲基混合物添加劑由氫氧化鉀和甲醇混合在一起攪拌而得；(2)用碟盤式離心分離機將生物柴油半成品從轉酯化反應產物中加以分離，得到生物柴油半成品；(3)半成品生物柴油進行多次的洗滌及分離處理，然后，再將洗滌后的半成品生物柴油進行薄膜真空干燥處理，即得。
2、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(l)中氫氧化鉀 的用量占動植物油脂總重量的0.5—0.6%,甲醇的用量占動植物油脂總重量的18 一20%。
3、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于轉酯化反應過程中將 反應原料進行攪拌，所述的轉酯化反應的時間為6— 12小時。
4、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(2)中將完成轉 酯化的反應產物持續的送入碟盤式分離機中進行離心分離；該比重較輕的生物 柴油于離心機內被容留于離心機碟體中央之部位，然后被推擠進入管線中經由 控制閥進入均質機中與洗滌水進行接觸，洗滌水則系由洗滌水儲存槽中而由輸 送泵經由控制閥送入均質機，比重較重的皂化甘油混合物則被排出離心機。
5、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(3)中所述的洗 滌所需設備包括碟盤式離心分離機，均質機，生物柴油半成品調合槽，洗滌水 儲槽、循環泵，以及其它管件、控制閥。
6、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(3)中該洗滌的 生物柴油被送入生物柴油半成品調合槽之中，將物料經由控制閥送入碟盤式離 心分離機進行分離，由于生物柴油比重較輕，在高速離心過程中被容留在離心 機中間的位置之后，被甩出離心機經由控制閥進入均質機內，同時，由于含有 生物膠之洗滌水比重較重，因此被推擠進入離心機碟盤之外側然后被甩出離心 才幾然后凈皮持續的推出經由控制閥至離心機之外部。
7、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(3)中以均質機 將生物柴油的分子剪切至小到接近5n(5/1000mm)的粒徑大小，以便能與洗滌水 之水分子充份接觸，完成接觸及洗滌的生物柴油、水及動植物膠的混合物則再送入下 一 個碟盤式離心機進行液/液分離，將比重較輕的生物柴油送入均質機進行下一個洗滌制程，以此類推。
8、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(3)中該生物柴油干燥制程需用的設備包含生物柴油半成品調合槽、預熱器、薄膜蒸發器、板式熱交換器、生物柴油成品暫存槽、成品撥出泵、廢水暫存槽、廢水泵、真空泵、氣液分離器、導熱油加熱爐、導熱油循環泵、輸送泵、導熱油膨脹槽、冷卻水塔、冷卻水循環泵、管線、控制閥。
9、 按照權利要求1所述的提煉方法，其特征在于步驟(3)中所述的薄膜真空干燥處理為將生物柴油半成品以輸送泵送入預熱器中與導熱油進行間接熱交換，讓離開預熱器的生物柴油半成品維持在95。C，再進入薄膜蒸發器，進入薄膜蒸發器缸體內的生物柴油被刮成薄膜均勻涂.抹在薄膜蒸發器缸體內，生物柴油中所含的水份在95。C即開始蒸發進入外部的熱交換器被冷凝下來，而未能被蒸發的生物柴油膜則沿膜蒸發器缸體內壁滑下落入生物柴油成品暫存槽，完成脫水干燥制程。
全文摘要
本發明公開了一種生物柴油的提煉方法，包括(1)將動植物油脂加熱至55℃后與甲基混合物添加劑混合進行轉酯化反應；其中，所述的甲基混合物添加劑由氫氧化鉀和甲醇混合在一起攪拌而得；(2)用碟盤式離心分離機將生物柴油半成品從轉酯化反應產物中加以分離，得到生物柴油半成品；(3)半成品生物柴油進行多次的洗滌及分離處理，然后，再將洗滌后的半成品生物柴油進行薄膜真空干燥處理，即得。本發明提煉方法相比于現有的生物柴油提煉方法更為流暢、簡捷、富有效率，通過機械設備的助力也使得生產管理變得很容易進行，有效的降低了生產成本。
文檔編號C10G3/00GK101654625SQ200810214318
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月22日 優先權日2008年8月22日
發明者張偉民 申請人:張偉民;臺灣渥茂股份有限公司;張正穎;張正霖;張蕓甄