一种生物柴油的提炼方法 【技术领域】
本发明涉及一种生物柴油的提炼方法，尤其涉及一种将动植物油或废弃的食用油转化成生物柴油的提炼方法，属于石油化工领域。
背景技术
目前用于生产生物柴油的方法有很多，但基本的工作原理均是将动植物油转酯化，也既是将动植物油中的三酸甘油脂转化成长炼的脂肪酸甲酯，成为适合做为然料的生物柴油，然后再以水洗法或以生物脢将其中的胶质以及菑醇等物质脱除，最后再将生物柴油进行干燥而成。
由于生物柴油转酯化的过程中需要6小时以上的反应时间，而在反应时间终了前无法进行次一阶段的水洗过程，因此，传统上制程的安排上都是以批组式的方法进行生产，需要消耗等待的时间。
另一方面，于水洗或以生物脢进行脱胶的制程通常是以搅拌机进行，搅拌动作需缓速进行，直到生物柴油中的胶质以及菑醇充分与水或生物脢接触完成洗涤的过程为止，这个过程也需要耗费等待均匀搅拌的时间。
为了弥补等待时间的空档，业者通常需要将转酯化反应槽与水洗槽容量做得很大，使得设备造价大幅提高，对投资者也非常不利。
【发明内容】
为了克服现有技术所存在的缺陷，本发明提出一种可以连续生产方式进行转酯化过程，以及使用均质机进行瞬间完成全面接触的水洗制程以取代传统以搅拌机搅拌进行水洗的制程；另外，在需要将生物柴油半成品静置，以便将生物柴油及皂化甘油混合物分离的过程，或者是将水洗过程之后的生物柴油静置以便将生物柴油与水及动植物胶分离的方式，也以碟盘式离心分离机(DISCBOWLSEPARATOR)取代，以便于瞬间，就能将上述两种以上的混合物加以分离。因此，整个制程变得流畅及有效率，通过机械设备的助力使得生产管理变得很容易进行，让业者可以降低生产成本。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种生物柴油的提炼方法，包括：(1)将动植物油脂加热至55℃后与甲基混合物添加剂混合进行转酯化反应；其中，所述的甲基混合物添加剂由氢氧化钾和甲醇混合在一起搅拌而得；(2)用碟盘式离心分离机将生物柴油半成品从转酯化反应产物中加以分离，得到生物柴油半成品；(3)半成品生物柴油进行多次的洗涤及分离处理，然后，再将洗涤后的半成品生物柴油进行薄膜真空干燥处理，即得。
上述提炼方法中，步骤(1)中，优选的，氢氧化钾的用量占动植物油脂总重量的0.5～0.6％，甲醇的用量占动植物油脂总重量的18～20％；
所述的转酯化反应的时间优选为6～12小时，转酯化反应过程中搅拌机启动并进行慢速搅拌；
步骤(2)中将将生物柴油半成品从转酯化反应产物中加以分离的步骤，优选为，完成转酯化的反应产物持续的送入碟盘式分离机中进行离心分离；该比重较轻的生物柴油于离心机内被容留于离心机碟体中央之部位，然后被推挤进入管线中经由控制阀进入均质机中与洗涤水进行接触，洗涤水则系由洗涤水储存槽中而由输送泵经由控制阀送入均质机，比重较重的皂化甘油混合物则被排出离心机。
步骤(3)中所述的洗涤所需设备包括三组碟盘式离心分离机(StackDiscSeparator)，二组均质机，三只生物柴油半成品调合槽，洗涤水储槽(WTK)、五组循环泵，以及其它管件、控制阀等。
步骤(3)中该洗涤的生物柴油被送入生物柴油半成品调合槽之中，将物料经由控制阀送入碟盘式离心分离机进行分离，由于生物柴油比重较轻，在高速离心过程中被容留在离心机中间的位置之后，被甩出离心机经由控制阀进入均质机内，同时，由于含有生物胶之洗涤水比重较重，因此被推挤进入离心机碟盘之外侧然后被甩出离心机然后被持续的推出经由控制阀至离心机之外部。
步骤(3)中以均质机将生物柴油的分子剪切至小到接近5μ(5/1000mm)的粒径大小，以便能与洗涤水之水分子充份接触，完成接触及洗涤的生物柴油、水及动植物胶的混合物则再送入下一个碟盘式离心机进行液/液分离，将比重较轻的生物柴油送入均质机进行下一个洗涤制程，以此类推。
步骤(3)中该生物柴油干燥制程需用的设备包含一只生物柴油半成品调合槽、一组预热器、一只薄膜蒸发器、一组板式热交换器、一组生物柴油成品暂存槽、一组成品拨出泵、一组废水暂存槽、一组废水泵、一组真空泵、一组气液分离器、一组导热油加热炉、一组导热油循环泵、一组输送泵、一组导热油膨胀槽、一组冷却水塔、两组冷却水循环泵、以及管线、控制阀等零组件。
步骤(3)中所述的薄膜真空干燥处理为：将生物柴油半成品以输送泵送入预热器中与导热油进行间接热交换，让离开预热器的生物柴油半成品维持在95℃，再进入薄膜蒸发器，进入薄膜蒸发器缸体内的生物柴油被刮成薄膜均匀涂抹在薄膜蒸发器缸体内，生物柴油中所含的水份在95℃即开始蒸发进入外部的热交换器被冷凝下来，而未能被蒸发地生物柴油膜则沿膜蒸发器缸体内壁滑下落入生物柴油成品暂存槽，完成脱水干燥制程。
【附图说明】
图1是本发明生物柴油的提炼制程流程示意图；
图2是本发明的动植物油酯化提炼方法的单元示意图；
图3是本发明生物柴油离心分离及洗涤方法单元示意图；
图4是本发明生物柴油干燥制程单元示意图。
附图标记说明：动植物油酯化制程单元100；生物柴油离心分离及洗涤制程单元200；生物柴油干燥制程单元300；动植物油脂储存槽1；预热器2、2b；导热油加热炉3、37；导热油膨胀槽4、4b；氢氧化钾(KOH)储存槽5；氢氧化钾之螺旋式输送泵6；甲醇(Methane)储存槽7；甲基混合物添加剂调合槽8；搅拌器81；酯化反应调合槽9(共6只91-96)；搅拌机911；碟盘式离心分离机10、17、18、19；均质机11、20、21；输送泵12a、12b、12c、12d；导热油循环泵12e、12o；循环泵12f、12g、12h、12i、12j、12k、121；废水泵12m；成品拨出泵12n；冷却水循环泵12p、12q；控制阀13、15、26、27、28；洗涤水储存槽14；生物柴油半成品调合槽；22、23、24、29；薄膜蒸发器30；板式热交换器31；冷却水塔32；生物柴油成品暂存槽33；废水暂存槽34；气液分离器35；真空泵36。
【具体实施方式】
有关本发明的技术内容及详细明，现配合图式说明如下：
请参阅第一图，是本发明的生物柴油的提炼制程流程示意图。如图所示：本发明生物柴油的提炼制程包含一动植物油转酯化制程单元100、一生物柴油离心分离及洗涤制程单元200、及一生物柴油干燥制程单元300。
首先，请参阅第二图有关本发明动植物油转酯化制程单元示意图。如图所示：本单元制程所需的主要设备包含一只动植物油脂储存槽1、一只预热器2、一只导热油加热炉3、一只导热油膨胀槽4、一只氢氧化钾(KOH)储存槽5、一只氢氧化钾之螺旋式输送泵6、一只甲醇(Methane)储存槽7、一只甲基混合物添加剂调合槽8、一搅拌器81、多组酯化反应调合槽9(包含91-96)、一组碟盘式离心分离机10、一组均质机11、以及多组用于输送流体之输送泵12a～12d、导热油循环泵12e，以及所需之管线、控制阀等周边设备。
实际作业时，于动植物油脂储存槽1中放入经预处理及过滤的动植物油，于氢氧化钾储存槽5中放入纯度92％以上之固态氢氧化钾KOH，于甲醇(Methane)储存槽7中放入纯度100％以上的甲醇，并由外部经由导热油循环泵12e吸入导热油充满导热油管线。
作业开始时，先启动导热油循环泵12e开始让导热油经由预热器2，以及进入导热油膨胀槽4再回到导热油加热炉3中形成自体式循环，同时启动导热油加热炉3让导热油升高温度至75-80℃，然后开始启动输送泵12c用以输送原料油，让动植物油即原料经由预热器2将油脂温度升高至55℃后再进入酯化反应调合槽9，通过由液位开关的控制让已加热的原料油充入酯化反应调合槽91-96；同时，同步启动氢化钾的螺旋式输送泵6，而以与原料油总重量相比为0.5～0.6％的比例将氢氧化钾送入甲基混合物添加剂调合槽8，以及启动输送泵12a用以输送甲醇，以与原料油总重量相比为18～20％的甲醇同步送入甲基混合物添加剂调合槽8，让两种添加剂于甲基混合物添加剂调合槽8中混合；同时，启动搅拌器81将送入甲基混合物添加剂调合槽8中的氢氧化钾及甲醇进行搅拌及调合，制成甲基混合物。完成搅拌及调合后的两种甲基混合物添加剂再以输送泵12b送入第一个酯化反应调合槽91中与动植物油进行转酯化反应，转酯化反应过程中搅拌机911启动并进行慢速搅拌，将甲基混合物添加剂混合液及动植物油及原料油混合均匀但不产生乳化现象。转酯化反应时间6～12小时；于第一个酯化反应调合槽91内的物料进行转酯化反应期间，上述的程序持续进行，亦即持续的将原料油与甲基混合物添加剂送入酯化反应调合槽92中进行转酯化反应，依此类推；
由于多组的酯化反应调合槽(91-96)及配合作业的输送泵其流量可以调整，可让调合物料的过程利用时间差而形成一个连续性的转酯化制程，而此一连续的制程则可以在以小时为单位的时间内完成一个整数的批次，例如于24小时内完成24公吨的生物柴油的转酯化制程，而进料出料泵的流量则控制在每小时1公吨；如此一来，就不需要让此一转酯化制程单元产生制程停滞的情况；
转酯化完成后暂存于酯化反应调合槽9(91-96)的生物柴油混合液，其上层即为生物柴油半成品，下层即为生物柴油制程的副产物，其中含有甲醇、游离脂肪酸、以及粗甘油等物料。此时，碟盘式离心分离机10开始启动，而输送泵12d则开始依序将第1至第6个酯化反应调合槽(91-96)中物料持续的送入碟盘式离心分离机10中进行离心分离；过程中比重较轻的生物柴油于碟盘式离心分离机10内被容留于碟体中央之部位，然后被推挤进入管线中经由控制阀13进入均质机11中与洗涤水进行接触，洗涤水则系由洗涤水储存槽(WTK)14中而由循环泵12g经由控制阀15送入均质机11，如此过程，转酯化完成之生物柴油即完成了初步的洗涤，再送入生质柴油半成品调合槽22(请参阅第三图)内准备进行生物柴油的洗涤制程；同时，碟盘式离心分离机10内的转酯化过程副产物则因为比重较重被推挤至离心碟体内之外侧出口然后被甩出离心机之外，等待进入下一阶段的粗甘油预处理制程。
于本处，同时使用多只酯化反应槽是为了提高生产效率；例如，于第一个酯化反应调合槽91正在进行酯化反应时，可以将进料口切换，让前述准备、混合、搅拌调匀的制程持续进行，而在6～12小时之后，当最后一只酯化反应调合槽96准备工作完成时，刚好第一个酯化反应调合槽91的转酯化反应已经完成，因此，可以启动输送泵12d用以将第一个酯化反应调合槽91中转酯化反应完成物料泵入下一阶段的制程；而在第一个酯化反应调合槽91的物料泵送完成之后，第二个酯化反应调合槽92内的物料也已转酯化完成，经过控制阀的切换，该输送泵12d则转而泵送第二个酯化反应调合槽92内的物料，以此类推，形成一个连续性的制程。
请参阅第三图，系本发明之生物柴油离心分离及洗涤制程单元示意图。如图所示：本单元制程所需用的主要设备包括三组碟盘式离心分离机(StackDiscSeparator)17～19，二组均质机20、21，四只生物柴油半成品调合槽22、23、24、29，洗涤水储槽(WTK)14、五组循环泵12g～12k，以及其它管件、控制阀等等。
实际作业时，由前述动植物油酯化制程及经过初步洗涤的生物柴油半成品被送入生物柴油半成品调合槽22之中，于液位到达设定液位时，循环泵12f启动，将物料经由控制阀26送入碟盘式离心分离机17进行分离，由于生物柴油比重较轻，因此在高速离心过程中被容留在离心机中间的位置之后被推挤出离心机经由控制阀27进入均质机20内，同时，由于含有生物胶之洗涤水比重较重，因此被推挤进入碟盘式离心分离机17之外侧出口然后被持续推出至离心机的外部备用；至此，生物柴油及初步洗涤之洗涤水已被分离，而经过第二次洗涤的生物柴油则被输送经由控制阀28进入生物柴油半成品调合槽23，准备进行第三次的洗涤制程。以此类推，此种洗涤制程共有三次，以便将生物柴油中的动植物胶经由洗涤制程分离出来。
于本发明中，将生物柴油与水进行紧密之接触以便进行洗涤脱胶的设备是一种运用离心及高速剪切并行的均质机11、20、21，洗涤过程中，均质机运用离心及高速剪切并行的原理，将生物柴油的分子剪切至接近5μ(5/1000mm)的粒径大小，以便能与洗涤水之水分子充份接触，达到洗涤的目的，完成接触及洗涤的生物柴油、水以及动植物胶的混合物则再送入下一个碟盘式离心机进行液/液分离，再将比重较轻的生物柴油送入均质机进行下一个洗涤制程，依此类推。由于水以及黏附于水分子的动植物胶的比重较大(约1.0)，而生物柴油的分子其比重较小(约于0.82～0.90之间)，因此水及黏附于水分子的动植物胶(生物胶)被甩至离心分离机的碟体的外缘，而生物柴油则被容留在碟体内的中间层，由于不断进料的结果，形成一个连续进料及出料的连续制程；完成洗涤的生物柴油则送入下一制程进行干燥。
本发明为避免浪费水资源，可以使用不同的生物柴油半成品调合槽将洗涤过后的洗涤水分装分级供再次利用；例如第二次洗涤所使用过的洗涤水可再次利用做为下一批次第一次洗涤用的洗涤水，而第三次洗涤所使用过的洗涤水可以再次使用做为下一批次第二次洗涤用的洗涤水使用，依此类推。第一次所使用过的洗涤水以及重复使用的回收洗涤水则排入废水处理厂进行废水处理。
请参阅第四图，系本发明生物柴油干燥制程单元示意图。如图所示：本单元制程需用的主要设备包含一只生物柴油暂存槽24(于第三图)、一组预热器2b、一导热油膨胀槽4b、一组薄膜蒸馏器30、一只板式热交换器31、一组生物柴油成品暂存槽33、一组废水暂存槽34、一组气液分离器35、一组真空泵36、一组导热油循环泵120、一输送泵121、一组导热油加热炉37、一组冷却水塔32、两组冷却水循环泵12p及12q、以及管线、控制阀等周边设备。
在作业时，先启动真空泵36将薄膜蒸发器30及其所相连结的管线、以及废水暂存槽34、生物柴油成品暂存槽33持续抽气，让薄膜蒸发器30内部及相连结之管线内之压力降至50mBar(0.05bar)为止，然后让真空泵36维持在待命状态于压力上升至100mBar(0.1bar)时再自行启动。
启动冷却水塔32以及冷却水循环泵12p或12q，将冷却水送入板式热交换器31，以便与进入板式热交换器31的水蒸气进行热交换再回到冷却水塔32内进行散热，同时，冷却水也必须导入薄膜蒸发器30的轴封冷却水入口，对轴封进行冷却，再回流至冷却塔32。
启动导热油循环泵120，将导热油送入循环管线中流经壳式预热器2b及薄膜蒸发器30之夹层，另一方面同时流经导热油膨胀槽4b再回到导热油循环泵12o入口形成不中断的循环。然后，启动导热油加热炉37，让导热油开始加热，让导热油工作温度升高至140℃以上。
启动输送泵121将生物柴油半成品调合槽24中之生物柴油送入预热器2b中与导热油进行间接热交换，让离开预热器2b之生物柴油维持在95℃，再进入薄膜蒸发器30缸体内；虽然，进入薄膜蒸发器30缸体内的生物柴油被刮成薄膜均匀涂抹在薄膜蒸发器30缸体内，但由于导热油的温度能保持薄膜蒸发器30缸体内之生物柴油薄膜维持在95℃的工作温度，另一方面，由于薄膜蒸发器30缸体内之气压维持在100～150mbar(0.1～0.15bar)的状态，生物柴油中所含的水份在95℃即开始蒸发，被蒸发的水分子则循出口管线进入板式热交换器31内与冷却水进行热交换之后被冷凝下来，再进入废水暂存槽34，而在废水暂存槽34液位到达预设高度时，启动废水泵12m将废水排出。
另一方面，由于生物柴油于100mBar的工作压力下仍然未达蒸馏点，因此未能蒸发之生物柴油油膜则沿着缸体内壁滑下落入生物柴油成品暂存槽33，而于液位达到设定点时成品拨出泵12n启动，将成品油送至外部的成品油储槽区储存，等待出售。
上述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施范围。即凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。