生物柴油具有环保、可再生和可替代现有石化柴油的特点,引起了世界许多国家的高度重视,成为最受欢迎的石化柴油替代品。 已有生物柴油的生产方法中,酯交换法是目前工业生产生物柴油的主要方法。现行的酯交换工艺主要通过两次酯交换反应来提高原料的转化率,并用大量的水进行洗涤来提高生物柴油的纯度。另外,还要求原料无水和酸值必须小于1.0。此类工艺方法操作烦琐,能耗较大,易造成二次环境污染和副产物损失,成本较高。针对这些问题,在总结国内外文献基础上,设计了“循环气相酯化—酯交换—水蒸汽蒸馏”制备生物柴油和回收副产物的工艺及实验装置。采用该技术工艺和装置研究了7种不同的原料油(餐饮业废油、小桐子油、菜籽油、大豆油、亚麻油、花生油和棕榈油)生产生物柴油的最佳工艺参数,获得的主要工艺参数为: ① 循环气相酯化工艺参数: 温度:酯化反应器为95～105℃;甲醇蒸气发生器为60～70~C; 甲醇精馏回流比:2.0～2.5; 甲醇蒸气通入量:100g原料油6L/min左右; 酸性催化剂硫酸用量:占原料油重量的0.2%～1.0%,硫酸先配制成2%的甲醇溶液; 反应时间:30～120min。 ② 酯交换工艺参数: 反应温度:60～80℃; 酯交换次数:1次; 反应时间:60～120min; 甲醇用量:为原料油中脂肪酸甘油酯重量的20～25%; 碱性催化剂用量为原料油重量的0.4～1.5%。 ③ 生物柴油精制工艺参数 温度:生物柴油蒸馏釜液相为180～280℃,气相为120～220℃,水蒸汽发生器为95～105℃; 水蒸汽通入量:100g原料油5L/min左右。 该工艺主要创新点有四点:① 甲醇先气化再进入酯化反应器,提高了酯化反应效率;② 在酯化反应中增加甲醇气体的循环,有效回收酯化反应过剩的甲醇气,提高了甲醇利用率,几乎没有甲醇的浪费;③ 工艺对进行酯交换反应的原料酸值要求可放宽到5.0;④ 副产物甘油和硫酸钾的回收与酯化工艺有机结合,完成了生物柴油的精制与副产物的回收,提高了生产效率,降低了生产成本。 在工艺研究的基础上,进一步深入研究了7种生物柴油的热值、粘度、挥发性、着火点等燃料油性能,柴油机运行试验表明,柴油机不需作任何改动就可直接使用研究所得到的生物柴油。 经充分了解和综合分析我国油脂原料状况,认为我国尚不具备大规模推广生物柴油生产的条件,主要原因在于我国的油脂以食用油为主,而每年的食用油还存在600万t左右的缺口,不具备经济可行性。为此,提出了我国生物柴油产业可分三个阶段发展的设想和6条合理化建议。