催化裂化制备生物柴油的方法.doc

催化裂化制备生物柴油的方法一、背景技术 生物柴油即脂肪酸甲酯。主要利用动、植物油或油脚作为原料制成的一种环保型的、可再生的能源与工业原料。是石油柴油的一种理想的替代品，既是清洁的可再生能源，又是典型的“绿色能源”。开发生物柴油对推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重大意义，因此，生物柴油是世界各国竟相研究开发的热门课题。早在19世纪末，Rudolf Diesel 就曾利用花生油试验成功作为发动机燃料，并首次在1990年巴黎世界博览会上亮相。虽然由于价格原因，其应用一直非常有限。但在20世纪70年代以来，尤其是1991年以后，一方面石油价格不断上涨而石油资源日渐枯竭，全时界都面临着能源短缺的危机；另一方面，随着人类生活水平的提高、环境保护意识的增强，逐渐认识到石油作为燃料造成空气污染的严重性，尤其“光化学污染”对人体造成极大的危害，迫使人类必须寻找一种新能源、“清洁能源”来取代石油原料。 目前，生物柴油主要的生产技术路线归纳起来有三大类，即：物理法、生物法、化学法。 生物类是利用生物技术将油脂转换为生物柴油，由于该项技术不太成熟，所以没有投入市场，化学法根据化学反应原理不同又分为热裂解法、酯化法两种。热裂解法是把油脂通过高温将分子量大的油脂变成分子量小的碳氢化合物，该方法工艺复杂，成本过高。而产品是低标号的生物汽油，副产品才是生物柴油，所以几乎无人问津。酯化法是目前国内外生产生物柴油最主要的方法。该方法是利用甲醇将油脂中的甘油三酸脂的甘油取代出来，形成长链的脂肪酸甲酯，从而降低碳链长度、粘度和密度，这种方法工艺成熟，生产出来的生物柴油质量好，可以直接代替石化柴油，其缺点是原料必须经过前处理，对水分、酸值和杂质有严格的要求，且工艺复杂，甲醇也必须过量，后续工艺必须有甲醇回收装置，催化剂要用腐蚀性大的强碱或浓硫酸，能耗高，酯化副产品难于回收，成本高，生产过程有废酸碱液排放。针对现有技术的不足，我公司研制出了这种在一定的催化剂的作用下生产生物柴油的催化裂解法，该技术有以下特点： （1.）该技术工艺过程简单，使用辅料不多，无酯化和脂交换过程，不需要使用低碳醇，也不需要用醇回收工序，并能在常压下操作，生物柴油的转化率高，85%，生产加工成本低，三废少，无废液排放。 （2.）生产出的产品是生物柴油，且柴油质量好。经行车试验证明，单独使用时，启动性优良，加速性和0号柴油相等；它也可与0号柴油混合使用，不影响启动型、加速性和动力性；而且他的润滑性能好，使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损小；它的闪点高，使用安全性高；发动机废气排放能满足环保要求，可直接代替石化石油，长期应用在各种柴油发动机上。二、生物柴油的原材料： 生产生物柴油的原料主要是废弃的食用油脂，它来源于以下几个地方： 1 炒菜和煎炸食品过程产生的煎炸废油，如麦当劳、肯德基等国外品牌的快餐店产生的煎炸废油，以及我国传统煎炸食品如油条、方便面和饼干加工过程中产生的煎炸废油； 2 烤制食品过程中产生的动物性油脂，如烤鸭、烤羊肉过程中从动物体中烤出的油脂； 3 动物制品常温加工过程中产生的下脚料经处理得到的动物性油脂，如用废猪皮等下脚料熬制的油品； 4 餐饮废油，也称泔水油，主要指从剩余饭菜中经过油水分离得到的油脂； 5 地沟油，主要指在餐具洗涤过程中流入下水道中的油品。 据专家计算，这些废弃油脂的量约占食用油消费总量的 20%-30% 。以我国年均消费食用油量为 2100 万吨计，则每年产生废油 400-700 万吨。能够收集起来作为资源的废弃油脂在 400 万吨左右，再加上酸化油等，中国每年有500万吨的可生产生物柴油的原料。如全国每个县建一个生物油厂，需要年处理量在2500吨的厂才能处理完。 公司研究的生物柴油催化裂解技术对原料的要求不高，各种动植物油脂、潲水油、泔水油等都可以做。特别是油脂厂的各种油下脚，不经过处理可直接作为原料用。三、生物柴油的生产原理： 催化裂解是生产生物柴油的一种方法，在加热的状态下，能将油脂中的含氧官能团除掉。其原理是根据油脂的分子结构中有碳氢长链和含氧的基，羟基官能团，如能将这些含氧官能团分解除掉，剩下的就是只有碳氢长链的化合物，它的碳原子数大多在14-18之间，而且只有直链无环状物属优质柴油的范畴。四、生物柴油技术工艺流程： 一、将油脂原料放入反应釜中，加入用于生成生物柴油的催化剂后，并将反应釜升温，使得油脂脱水，并且使油脂原料内的油脂在反应器中加速反应，用于将油脂原料分解出粗生物柴油；油脂原料包括各种动植物油脂，泔水油各种油下脚。 二、对分解出粗生物柴油的油脂原料进行精馏处理，并加入脱色剂，用于将生物柴油分离出来。 三、在本公司这套生物柴油技术工艺中，冷凝器不能降温的不凝气体为低碳烃类，作为反应釜加热利用燃料液化气或民用燃料气收集于燃气罐中。 四、在生产中产生的焦炭与催化剂混在一起，从反应釜釜低自动排除后回收炭黑作为橡胶制品的填充物。或生产动植物沥青以作为有机肥料再生使用。五、生物柴油技术、质量指标闪点（闭口） 100硫含量 %（m/m） 0.02残碳%（m/m） 0.3十六烷值 49六、生物柴油的特点 1.有优良的环保特性。生物柴油含硫量低，可使二氧化硫和硫化物的排放减少约30%。生物柴油不含对环境造成污染的芳香烃。与普通柴油相比，生物柴油具有环境友好特点，其柴油车尾气中有毒有机物排放量仅为1/10，颗粒物为20%，CO2和CO排放量仅为10%。其废气排放指标可满足欧洲号和号排放标准； 2.有较好的发动机低温启动性能； 3.有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长其使用寿命； 4.有较好的安全性能，其闪点高，不属于危险品； 5.有良好的燃料性能，其十六烷值高，燃烧性能优于普通柴油； 6.具有可再生性。生物柴油作为一种可再生能源，其资源不会枯竭。七、新工艺特点 1、采用复合催化配方进行热催化裂解新技术，使生物柴油收率大大提高。这种新的生产工艺不但保证了生物柴油的收率，而且这种新的生产工艺方法简单。 2、这种新的制取生物柴油的工艺方法，较国内盛行的利用低碳醇类物质（如：甲醇），进行酯化和酯交换生产生物柴油，有很大优势： a、原材料前期不需处理（如：脱水、去杂等工艺），这样不但可以减少前期设备投资，而且减少了生产过程中的费用。 b、这种新的生产工艺在整个生产过程中不需要加入低碳醇类物质，只需少量的催化剂，这样就大大的节约了化学物品的费用。 c、整个生产过程中只需加入4%甲醇作为脱酸剂，不存在甲醇回收设备的投入，可大大减少客户的前期投资。 d这种新的生产工艺方法决定了，原料裂解出的只有生物柴油和极少部分有机动植物沥青。八、设备特点： 花都久金机械设备有限公司经多年研究，成功开发出的废动植物油经过催化裂解法提炼柴油领先技术，彻底解决了传统上的没有效益的酯交换法提炼生物柴油油品发黑，粘度大，密度高，易氧化，臭味大，主要指标相差甚远等弊端，其突出优势有以下几点： 1、整套装置体积小，产量高，易操作，可连续加油连续生产。 2、该工艺是在低温常压下进行，安全系数高，所得油品颜色浅淡黄，粘度小，含硫量低。 3、高效的废气回收系统。在炼油过程中，会产生大量的不能液化的气体，这些气体通过两道安全装置水封和燃气喷嘴充分燃烧，即消除了废气污染，又节约了大量的燃料。 4、燃烧器采用国内先进的反烧技术，生产过程是在无烟的环境中运行的，环保效果良好，烟道出口达到国家级排放标准。 5、独特的防爆安全装置，可让您无后顾之忧。 6、低能耗、高效率：多级催化裂化生产方案，提高了产品的品质。经过多级催化后即分子经过有效定向切割后，就能基本达到汽油和柴油的要求。通过连续作业及多级换热技术，较间歇式一次用热设备节能50以上、工效提高200以上。 7、蒸馏油收率高：较传统方法比较，生物柴油的总体出油率可提升10以上。独有的强力合成催化剂可使生物原料油提炼柴油的还原率达到95以上。 8、通过油性渣料蒸发器，可将蒸馏尾渣内的油份全部蒸发干净，由此与含油尾渣排放相比，生物原材料的总体出油率可提升5以上。 9、通过恒量重复蒸发及气相净化装置，可省去加酸、土洗精制过程，由此可降低油品损失3以上。 10、通过超低温气相冷凝装置，可将轻组份不凝气体中的部分轻组份进行液化收集，与常温水冷方式相比，生物原料油的总体出油率可提升2以上。 11、安全：通过PLC触摸屏自动化控制系统，可将安全隐患提前排除。通过多路安全泄压装置，可将安全隐患进行释放处理。为了确保安全生产，特别设计了中央控制室，并分别在生产的有关部位设置了各种仪表进行跟踪监控，及时将生产各个部位的数据反映到中央控制室，及时了解或调整生产工艺的状态，及时发现或处理生产中可能出现的不正常现象，能够迅速对非安全现象做出处置措施，即准确及时排除可能出现的安全隐患，确保生产安全。 12、环保：整个生产过程基本上是处于全密封操作，没有直接排放“三废”的现象。通过油性废气燃烧装置，可使油性废气在锅炉内得到充分燃烧放热，锅炉尾气经过环保三级过滤，碱液喷淋装置达到无味、无色排放环保标准。冷凝用水采用循环再冷却模式，实现无废水排放。残渣燃烧通过燃烧放热，最终的炉渣售往制砖厂，实现无废渣排放。 13、加工周期短：通过恒量重复蒸发及气相净化装置，可省去加酸、土洗精制过程，可将原料当天加工成商品，当天出售。 14、全方位自动化智能控制：通过PLC触摸屏自动化控制系统，可将该装备全方位智能控制，各项数据可显、可控。反应温度的均衡关系到物料反应的准确顺利的进行，如果温度忽高忽低，裂解程度就会出现波动，太高的温度会出现大量干气即不凝气体，从而降低油料的收率；而太低的温度就会导致裂化速度和程度低，即裂解的不完全性，同样造成油料的质量和产量偏低。 15、采取封闭生产，压力电接点控制，连续生产，安全无气味，产品通过液相催化，气相催化，出来的成品不用酸碱精制，颜色淡黄，密度降低，碳链打断在160-180之间，完全符合柴油燃烧标准。本设备工艺多变性强，可以在气相，液相内加入催化剂所得油品即刻可以出售，节省了靠酸碱，絮凝等烦琐的多道工序，也可只在液相加入催化剂，裂解出轻质油品后再进行精制，以降低成本。 16、加热方式独特：采用远红外线加热和煤炭加热综合方式，既环保又节能。本设备除原始开车即第一次对设备进行预热后就基本可以不必另外使用煤炭或者电源等对物料进行加热，基本上可依靠生产中自身产生的热量和干气等自行加温。与间歇式生产技术对比，每加工一吨燃料油可节约燃料费用 40%左右。 17、独特的高温进料方式：迄今为止，一般中小型炼油企业通常使用的是立式反应釜或卧式反应釜，生产时将原料一次性全部进入反应釜，采取逐步加温的方式将原料汽化后逐步蒸发，然后再逐步降温后排渣。我们采取了高温条件下进原料、高温条件下排出残渣的工艺。本设备从进料到出油、排渣均为流水线，在第一次原始开车温度达到要求后就可以在任何时间连续的进料、汽化、催化裂化、出油、排渣，只要设备正常运转，就完全实现不间断连续生产，大大的提高了生产效率。 18、设计了多种形式的出渣方式。 炼油中总是会分离出少量的残渣，这些残渣既可以将其转变为焦炭型的干渣，也可以将油渣中的油料不蒸发干净，以便作为沥青或其它用途。这种选择性可以更加适应市场的需求，获得最佳的经济效益和社会效益。九、设备主要技术特点 1、本设备采用常压催化裂解工艺和产品化学萃取技术。 2、配备的环保设备比较完善。（如废气回收利用系统和先进的反烧技术） 3、独特的高效脱色去味设计，低成本解决了产品的颜色和异味。 4、产量高，纯净的粗油出油率8590%左右。 5、改传统物料单纯蒸馏为多级催化裂解； 6、改高温热裂解常规反应为非临氢转换反应； 7、改高温裂化为常压低温催化； 8、改单效蒸发为双效蒸馏； 9、改出混合油为出好柴油，配以改性催化剂和综合改质添加剂等技术新配方。 10、设备设计合理，制造工艺先进，自动化程度高，安全设施完备。 11、用途广泛，一机多用。如废机油、变压器油、车用齿轮油、车用废机油、废塑料油、废轮胎油、煤焦油等工业中废弃的大部分废油。十、投资条件及效益分析 1、投资条件（以JJ-X2型设备为例） 设备投资16.8万元。场地300-400平方，厂房100平方。 380伏动力电，工人2人。 2、生物柴油效益分析 以JJ-X2型一天生产的情况为例：废动物植物油 酸化油 地沟油原材料3200元/吨 3000元/吨 3100元/吨原材料费用3200*5吨=16000元3000*5吨=15000元3100*5吨=15500元催化剂260元 260元 260元人工费3人*30元/天=90元3人*30元/天=90元3人*30元/天=90元燃煤费200元 200元 200元水电费30元 30元 30元其它支出30元 30元 30元日综合成本16610元 15610元 16110元成品价格5000元/吨 5000元/吨 5000元/吨日产出成品4吨 4吨 4吨日成品产值4吨*4800元/吨=19200元4吨*4800元/吨=19200元4吨*4800元/吨=19200