[发明专利]旋转固定床快速反应制备生物柴油装置及方法

说明书

本发明提供一种旋转固定床快速反应制备生物柴油的装置及方法，主要由带转动轴（9）的固定床反应器构成。首先，反应物甲醇加入填充有固体催化剂的固定床反应器，同时开启电动机（12）使反应釜旋转。控制原料油的滴加流速，实现油与过量甲醇发生快速反应。旋转不仅能增加反应物与催化剂的接触机会，占据更多的活性点位，还能促进脂肪酸甲酯的下沉与分离。液体再分布器的设置，避免液体由于旋转离心分布不均的现象。观察视盅（21）分层情况，及时移除产物。过量的甲醇，产物的及时移除及旋转的反应釜均能加快可逆反应的正向进行。该发明具有操作简单、原料利用率高及酯化效率高等优点，可用于生物柴油的快速连续制备。

技术领域

本发明属于化工设备和生物柴油技术领域，具体涉及一种旋转固定床快速反应制备生物柴油的装置及方法，主要用于生物柴油的快速生成与分离，实现高效连续化生产。

背景技术

随着石油储量日益锐减以及化石燃料使用带来严重环境问题，世界各国都希望找到既符合环保要求，又可再生的新能源。生物柴油是近十几年颇受重视的一类绿色环保能源，其以生物脂质为原料，通过与短碳链醇酯交换反应得到的长碳链脂肪酸单烷基酯。生物柴油的粘度、热值等性能与石化柴油相似。另外，生物柴油储存使用安全性高、无毒、可生物降解、低温启动、无需变动现有柴油机、可部分或全部替代石化柴油且可加速燃烧进程。

从化学反应角度，生产生物柴油最好的原料是精炼植物油。然而，中国作为最大的发展中国家，虽然经济高速增长需要更多能源，但有限的精制食用油必须首先满足消费者需要。因此，在中国非食用油和废弃动植物油脂是生产生物柴油的主要原料，如桐油、麻疯树油、废烹饪油、地沟油、酸化油和动植物油下脚料等。

生物柴油的制备是将反应原料油与短链醇（如甲醇）在酯化反应器中以一定的比例混合，在一定的温度和催化剂用量下，反应足够时间，然后进一步对生成的生物柴油进行分离与提纯。

目前，酯化反应制备生物柴油多采用酸催化法，根据使用催化剂状态的不同，大体分为均相酸催化剂和非均相酸催化剂。均相酸催化剂如硫酸、对甲苯磺酸。液体酸催化酯化反应会产生诸多问题，如催化剂难以分离，产生废水且对设备造成严重腐蚀。为了克服液体酸催化剂的缺点，所用强酸性阳离子交换树脂由于其具有诸多优点：催化剂易分离，反应条件温和、不腐蚀设备而且产生废水量少，在化学工业中广泛应用。

传统酯化反应一般是在内部带有搅拌器的反应釜中进行，存在死点和涡流，导致加热及混合不均匀，生产效率低。搅拌器的长期使用，会造成损坏和磨损，需定期进行更换，不利于连续化生产。对于酯化反应而言，不仅反应时间长，还存在反应不彻底、效率低，产物难分离以及能耗高等问题。

公开号为CN103710155A的专利中公开了一种高酸值油脂高温酯化反应制备生物柴油的方法，利用滴加装置向装有高酸值油脂和酸性催化剂的反应器中滴加甲醇制备生物柴油，操作简单，能耗低，但整个滴加过程需要1-8h，存在后处理复杂，生产周期长等问题。

公开号为CN1824734A的专利公开了一种采用固定床气相酯化反应制备生物柴油的方法，具体利用动植物油脂与低碳醇为原料，气相状态下与固体催化剂接触在固定床中发生反应制备生物柴油，但所述油脂温度控制在350-400^oC，对设备温度和压力要求高，不利于生产安全和降低能耗。

公开号为CN203513651U的专利公开了一种生物柴油酯化反应器。反应釜为圆柱体，下端为锥体，并设有出料阀门，反应釜顶端设有搅拌器、原料加入阀门和催化剂入口阀门，提供了一种酯化效率高、原料利用率高及设计合理的酯化反应器。但对于可逆的酯化反应而言，该发明设有一个原料加入阀门，不能方便快捷的实现一种反应物极大地过量。另外，搅拌器的使用，存在死点和涡流，导致加热及混合不均匀，生产效率低。搅拌器长期使用，还会造成损坏和磨损，需定期进行更换，不利于连续化生产。

发明内容