CN105418369B - 一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置及方法。该装置包括原料输送系统、一次分离系统和二次分离系统；原料输送系统由输送泵和加热器组成。一次分离系统为塔釜式结构的脱醇塔，内部设有螺旋喷嘴和反射挡液锥，用于进行一次分离，并将分离后的甲醇蒸气导入二次分离系统，二次分离系统为旋液分离器，将分离出的甲醇蒸气导出，将分离出甘油回流到一次分离系统。本发明的分离方法基于上述装置，利用甘油、甲醇的沸点差大的特点，使气雾状态的甘油‑甲醇混合液中的两种组分分别汽化和液化，再将甲醇进行两级分离，使甘油与甲醇在脱醇塔内进行两次传质传热作用，使甘油与甲醇得以分离。本发明具有不易堵塞、能耗低、分离后产物纯度高等优点。

Description

一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置及方法

技术领域

本发明属于化工设备及工艺方法技术领域，具体涉及一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置及方法。

背景技术

生物柴油是以油料作物、野生油料植物、微藻等植物油脂和动物油脂等为原料油，与醇类通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的燃料，是一种环境友好的可再生能源。工业常用的生物柴油生产方法有低酸价油脂的醇解方法、酸碱二步催化的酯化加醇解法，无论何种方法，在油脂与醇（主要是甲醇）反应过程中除了生成脂肪酸酯（生物柴油）外，还会生成大量的副产物——甘油。

目前的生产过程中，普遍使用过量的甲醇，而甘油与甲醇是相互溶解的，所以用一般的沉降分离方式是难以分离的。因此现在通常采取的作法是：先将甘油与甲醇分离均是将甲醇与甘油混合物收集，再采用精馏分离。这种分离方式不仅使用的设备造价高，而且甘油在塔内精馏时极易造成填料或塔板堵塞。另外，由于甘油与甲醇互溶，需要很大的回流比才能进行精馏，导致分离能耗高、处理能力较弱。

如何解决甘油与甲醇分离时堵塞、降低能耗是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种不易堵塞、能耗低、分离后产物纯度高的生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，包括原料输送系统、一次分离系统和二次分离系统；所述的原料输送系统包括送料泵和加热器，所述的送料泵与所述加热器的进料口连通，所述加热器的出料口与一次分离系统连通；所述的一次分离系统为塔釜式结构的脱醇塔；该脱醇塔的进料管的一端与所述加热器的出料口连通，另一端为位于脱醇塔内腔上部的螺旋喷嘴，该螺旋喷嘴位于所述脱醇塔的中轴线上，用于将甘油-甲醇混合液以气雾形式喷于脱醇塔内；所述脱醇塔的顶部设置有一次甲醇分离管，用于将一次分离系统分离出的甲醇输送到二次分离系统；所述脱醇塔的底部设置有甘油输出管，用于将液态甘油排出所述的脱醇塔；在所述的螺旋喷嘴与所述的一次甲醇分离管之间设置有反射挡液锥，该反射挡液锥为下端开口的圆锥形，用于截留蒸气中的甘油组分；所述的二次分离系统为旋液分离器，该旋液分离器中部与所述的一次甲醇分离管连通，顶部设置有用于排出甲醇的二次甲醇分离管，底部设置有二次甘油回流管；该二次甘油回流管与所述的脱醇塔连通，用于将旋液分离器分离出的甘油回流至脱醇塔中。

进一步，还包括甘油循环系统，所述的甘油循环系统包括循环泵和再沸器；所述的甘油输出管与所述的循环泵连通，所述的循环泵与所述再沸器的进液口通过甘油循环管连通；所述再沸器的出液口与所述脱醇塔的循环甘油进口连通；所述的循环甘油进口位于所述的螺旋喷嘴下方；所述的甘油循环管上设置有甘油回收管。

进一步，所述的脱醇塔内还设置有与其内径相匹配的液体分布器；所述的液体分布器位于所述的反射挡液锥和螺旋喷嘴之间，并与所述的二次甘油回流管连通。

进一步，所述的脱醇塔上设置有观察镜，用于观察脱醇塔内部的反应情况。

进一步，所述的甘油输出管、甘油循环管和甘油回收管上均设置有阀门。

进一步，所述的加热器和再沸器为管板式换热器；所述的加热器的上、下部分别设置有加热介质进出口；所述的再沸器的上、下部分别设置有再沸介质进出口。

进一步，在所述的循环甘油进口和所述的螺旋喷嘴之间还设置有规整填料，该规整填料与所述的脱醇塔的内径相适应。

一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离方法，包括以下步骤：

1）先将制备生物柴油过程中产生的甘油-甲醇混合液泵入加热器中加热，再将其通过螺旋喷嘴喷淋在真空度为-0.06～0.07MPa的脱醇塔的上部，以形成80℃～90℃的喷雾；使该喷雾在温度和真空的作用下，形成气相的一次蒸气和液相的沉降液；再使所述的一次蒸气经过反射挡液锥，让其中的部分组分形成截留液；所述的沉降液、截留液均形成下落液滴；

2）将步骤1）中经过反射挡液锥的一次蒸气导入旋液分离器进行分离，得到气相的二次蒸气和液相的回流液；再将二次蒸气排出到甲醇回收装置，把回流液回流到脱醇塔；使回流液形成液滴与上升的一次蒸气接触，形成回流液滴；

3）将步骤1）中的下落液滴和步骤2）中的回流液滴在脱醇塔底部汇集成沉降液体，并将其排出。

进一步，还可以包括以下步骤：

4）将排出的沉降液体泵入再沸器，使之形成140℃的循环蒸气和循环液，并输送到脱醇塔的上部、螺旋喷嘴的下方；使向上运动的循环蒸气进入脱醇塔内的规整填料中，并与从规整填料上方进入其中的回流液滴和下落液滴接触；循环液则向下运动进入沉降液体；

5）重复步骤1）-4），并检验沉降液体的组分，当其甲醇含量≤0.5%时，将其导出甘油回收装置。

与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明将加热至一定温度的甘油、甲醇混合物料通过螺旋喷嘴的雾化作用极大地增加了液体的比表面积，利用甲醇与甘油沸点相差大的原理，使甲醇快速汽化，使其从甘油中分离出来。

2、本发明脱醇塔内连续实现两次甘油、甲醇的传热与传质交换，提高了分离出来的甘油及甲醇的纯度。本发明利用挡液锥及旋液分离器结合，解决甲醇蒸发甘油夹带问题。利用沸点差，采用挡液锥与旋液分离器两次将甘油从气相甲醇内脱出，提高了气相甲醇产物的浓度。

3、本发明利用再沸器，使脱醇塔底部的甘油及微量甲醇中的甲醇汽化，进入塔内气相，极佳地脱除甘油中的甲醇。

4、本发明将采用真空系统，利用甲醇（沸点64.7℃）与甘油（290℃）沸点差值大的特点进行分离，在确保甘油不会聚合与分解的同时，最大程度地节约了能源，其能源消耗量只有精馏塔的2/5左右。

5、本发明内无任何塔板，在一定的温度下连续操作，不易堵塞。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图中：11—送料泵；12—加热器；121—加热介质进出口；2—脱醇塔；21—螺旋喷嘴；22—反射挡液锥；23—液体分布器；24—观察镜；25—一次甲醇分离管；26—甘油输出管；27—循环甘油进口；28—规整填料；3—旋液分离器；31—二次甲醇分离管；32—二次甘油回流管；41—循环泵；42—再沸器；421—再沸介质进出口；43—甘油循环管；44—甘油回收管。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一、一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，包括原料输送系统、一次分离系统和二次分离系统：

所述的原料输送系统包括送料泵11和加热器12，所述的送料泵11与所述加热器12的进料口连通，所述加热器12的出料口与一次分离系统连通。

所述的一次分离系统为塔釜式结构的脱醇塔2；该脱醇塔2的进料管的一端与所述加热器12的出料口连通，另一端为位于脱醇塔2内腔上部的螺旋喷嘴21，该螺旋喷嘴21位于所述脱醇塔2的中轴线上，用于将甘油-甲醇混合液以气雾形式喷于脱醇塔2内；所述脱醇塔2的顶部设置有一次甲醇分离管25，用于将一次分离系统分离出的甲醇输送到二次分离系统；所述脱醇塔2的底部设置有甘油输出管26，用于将液态甘油排出所述的脱醇塔2；在所述的螺旋喷嘴21与所述的一次甲醇分离管25之间设置有反射挡液锥22，该反射挡液锥22为下端开口的圆锥形，用于截留蒸气中的甘油组分。螺旋喷嘴21的选择应确保形成的喷淋液面的直径与塔下段直径相同，以保证雾化处于最佳状态。

所述的二次分离系统为旋液分离器3，该旋液分离器3中部与所述的一次甲醇分离管25连通，顶部设置有用于排出甲醇的二次甲醇分离管31，底部设置有二次甘油回流管32；该二次甘油回流管32与所述的脱醇塔2连通，用于将旋液分离器3分离出的甘油回流至脱醇塔2中。

作为一种优选的实施方式，本装置还可以设有甘油循环系统，所述的甘油循环系统包括循环泵41和再沸器42；所述的甘油输出管26与所述的循环泵41连通，所述的循环泵41与所述再沸器42的进液口通过甘油循环管43连通；所述再沸器42的出液口与所述脱醇塔2的循环甘油进口27连通；所述的循环甘油进口27位于所述的螺旋喷嘴21下方；所述的甘油循环管43上设置有甘油回收管44。

作为一种优选的实施方式，所述的脱醇塔2内还设置有与其内径相匹配的液体分布器23；所述的液体分布器23位于所述的反射挡液锥22和螺旋喷嘴21之间，并与所述的二次甘油回流管32连通。

作为一种优选的实施方式，所述的脱醇塔2上设置有观察镜24，用于观察脱醇塔2内部的反应情况。

作为一种优选的实施方式，所述的甘油输出管26、甘油循环管43和甘油回收管44上均设置有阀门。可以通过甘油输出管26、甘油循环管43上的阀门来调节流量、流速；还可以通过开启甘油回收管44，将成分合格的甘油加收到储藏器中。

作为一种优选的实施方式，所述的加热器12和再沸器42为管板式换热器；所述的加热器12的上、下部分别设置有加热介质进出口121；所述的再沸器42的上、下部分别设置有再沸介质进出口421。加热介质和再沸介质可以使用气态介质（如水蒸气），也可以使用液态介质（如导热油）。采用气态介质则采用上进下出的方式加热，采用液态介质则采用下进上出的方式加热，以保证加热介质在壳程中有足够的停滞时间。

作为一种优选的实施方式，在所述的循环甘油进口27和所述的螺旋喷嘴21之间还设置有规整填料28，该规整填料28与所述的脱醇塔2的内径相适应。

二、一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离方法，包括以下步骤：

1）先将制备生物柴油过程中产生的甘油-甲醇混合液泵入加热器中加热，再将其通过螺旋喷嘴喷淋在真空度为-0.06～0.07MPa的脱醇塔的上部，以形成80℃～90℃的喷雾；使该喷雾在温度和真空的作用下，形成气相的一次蒸气和液相的沉降液；再使所述的一次蒸气经过反射挡液锥，让其中的部分组分形成截留液；所述的沉降液、截留液均形成下落液滴。

一次蒸气中的主要成分为夹带少量甘油组分的甲醇，而沉降液则为夹带了少量甲醇组分的甘油。一次蒸气在上升中遇到反射挡液锥，其中的甘油组分会被截留下来变成液态截留液，使一次蒸气中的甘油含量大大减少，而沉降液和截留液会在重力作用下下落。

2）将步骤1）中经过反射挡液锥的一次蒸气导入旋液分离器进行分离，得到气相的二次蒸气和液相的回流液；再将二次蒸气排出到甲醇回收装置，把回流液回流到脱醇塔；使回流液形成液滴与上升的一次蒸气接触，形成回流液滴；

二次蒸气为纯度≥99.5%的甲醇，而回流液则为夹带了微量甲醇的甘油。回流液以液滴的形式与一次蒸气接触，发生传质传热作用，即回流液使蒸气中的少量甘油蒸气液化，与回流液一起形成下落的回流液滴，而回流液的热量使甲醇汽化上升。

3）将步骤1）中的下落液滴和步骤2）中的回流液滴在脱醇塔底部汇集成沉降液体，并将其排出。

作为一种优选的实施方式，还包括以下步骤：

4）将排出的沉降液体泵入再沸器，使之形成140℃的循环蒸气和循环液，并输送到脱醇塔的上部、螺旋喷嘴的下方；使向上运动的循环蒸气进入脱醇塔内的规整填料中，并与从规整填料上方进入其中的回流液滴和下落液滴接触；循环液则向下运动进入沉降液体。

沉降液为夹带有少量甲醇组分的甘油，将再沸器内出料温度控制在140℃左右，远低于甘油聚合分解的温度、高于甲醇的沸点。通过再沸器的加热，使其中的甲醇组成变为循环蒸气、甘油组分则以液态的循环液的形式出现。循环蒸气与下落的液体分别从上、下进入规整填料发生传质传热作用，二者中的甲醇组分在热量的作用下形成蒸气上升、甘油组分形成液滴下落。循环液则进入沉降液体中。

5）重复步骤1）-4），使上述过程循环发生，适时地检验沉降液体的组分，当其甲醇含量≤0.5%时，将其导出甘油回收装置。

本发明分离出来的甲醇含量≥99.5%，完全满足生物柴油生产甲醇含量的要求；而蒸气、电等能源消耗只有精馏塔的2/5；分离出来的甘油经过化验分析检测，其中甲醇含量在0.5%以下，为甘油下一步处理打下了良好的基础。

本发明基于甲醇与甘油的沸点的温度差进行了三级分离：第一级是螺旋喷嘴出来的甘油-甲醇混合液由于沸点不同而使大量甲醇汽化、甘油液化；第二级是旋液分离器将大量甲醇分离出来，再将以甘油为主要组分的回流液通过液体分布器再次进入脱醇塔并使之与一次蒸气接触发生传质传热作用；第三级则是让循环蒸气与下落的液体分别从上、下进入规整填料发生传质传热作用。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，其特征在于，包括原料输送系统、一次分离系统和二次分离系统；

所述的原料输送系统包括送料泵和加热器，所述的送料泵与所述加热器的进料口连通，所述加热器的出料口与一次分离系统连通；

所述的一次分离系统为塔釜式结构的脱醇塔；该脱醇塔的进料管的一端与所述加热器的出料口连通，另一端为位于脱醇塔内腔上部的螺旋喷嘴，该螺旋喷嘴位于所述脱醇塔的中轴线上，用于将甘油-甲醇混合液以气雾形式喷于脱醇塔内；所述脱醇塔的顶部设置有一次甲醇分离管，用于将一次分离系统分离出的甲醇输送到二次分离系统；所述脱醇塔的底部设置有甘油输出管，用于将液态甘油排出所述的脱醇塔；在所述的螺旋喷嘴与所述的一次甲醇分离管之间设置有反射挡液锥，该反射挡液锥为下端开口的圆锥形，用于截留蒸气中的甘油组分；

所述的二次分离系统为旋液分离器，该旋液分离器中部与所述的一次甲醇分离管连通，顶部设置有用于排出甲醇的二次甲醇分离管，底部设置有二次甘油回流管；该二次甘油回流管与所述的脱醇塔连通，用于将旋液分离器分离出的甘油回流至脱醇塔中；

所述的脱醇塔内还设置有与其内径相匹配的液体分布器；所述的液体分布器位于所述的反射挡液锥和螺旋喷嘴之间，并与所述的二次甘油回流管连通；

还包括甘油循环系统，所述的甘油循环系统包括循环泵和再沸器；所述的甘油输出管与所述的循环泵连通，所述的循环泵与所述再沸器的进液口通过甘油循环管连通；所述再沸器的出液口与所述脱醇塔的循环甘油进口连通；所述的循环甘油进口位于所述的螺旋喷嘴下方；所述的甘油循环管上设置有甘油回收管。

2.根据权利要求1所述的生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，其特征在于，所述的脱醇塔上设置有观察镜，用于观察脱醇塔内部的反应情况。

3.根据权利要求1所述的生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，其特征在于，所述的甘油输出管、甘油循环管和甘油回收管上均设置有阀门。

4.根据权利要求1所述的生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，其特征在于，所述的加热器和再沸器为管板式换热器；所述的加热器的上、下部分别设置有加热介质进出口；所述的再沸器的上、下部分别设置有再沸介质进出口。

5.根据权利要求1所述的生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离装置，其特征在于，在所述的循环甘油进口和所述的螺旋喷嘴之间还设置有规整填料，该规整填料与所述的脱醇塔的内径相适应。

6.一种生物柴油工艺中产生甘油与甲醇的分离方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）先将制备生物柴油过程中产生的甘油-甲醇混合液泵入加热器中加热，再将其通过螺旋喷嘴喷淋在真空度为-0.06～0.07MPa的脱醇塔的上部，以形成80℃～90℃的喷雾；使该喷雾在温度和真空的作用下，形成气相的一次蒸气和液相的沉降液；再使所述的一次蒸气经过反射挡液锥，让其中的部分组分形成截留液；所述的沉降液、截留液均形成下落液滴；

2）将步骤1）中经过反射挡液锥的一次蒸气导入旋液分离器进行分离，得到气相的二次蒸气和液相的回流液；再将二次蒸气排出到甲醇回收装置，把回流液回流到脱醇塔；使回流液形成液滴与上升的一次蒸气接触，形成回流液滴；

3）将步骤1）中的下落液滴和步骤2）中的回流液滴在脱醇塔底部汇集成沉降液体，并将其排出；

4）将排出的沉降液体泵入再沸器，使之形成140℃的循环蒸气和循环液，并输送到脱醇塔的上部、螺旋喷嘴的下方；使向上运动的循环蒸气进入脱醇塔内的规整填料中，并与从规整填料上方进入其中的回流液滴和下落液滴接触；循环液则向下运动进入沉降液体；

5）重复步骤1）-4），并检验沉降液体的组分，当其甲醇含量≤0.5%时，将其导出甘油回收装置。