联9#需01 2010年12月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
生物柴油超临界甲醇法生产工艺全流程模拟与经济分析
曾宏”，，李洪明”，方柏山”
(1.华侨大学化工学院，福建夏门361021：2.厦门大学化学化工学院，福建厦门361005
3.泉州师范学院化学与生命科学学院，福建泉州362000)
Vol.10 No.6 Dec.2010
摘要：基于小试结果放大，应用SuperProDesigner"仿真软件，设计模拟超临界甲醇法年产5万t生物柴油的工艺流程，并进行了经济成本核算。模拟结果表明，主要过程数据符合实验结果，工艺设计合理；经济分析显示，高温高压设备占设备成本较大比例，原料成本占生产成本70%以上，项目总投资约7272万元，税后净利润约2704万元/a.该工艺具有较好的可行性
关键词：生物柴油：超临界甲醇；流程模拟：经济分析
中图分类号：TQ018;T-9 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)06-1168-07
甘油过剩问题.Demirbas1]、王瑞红等[1]和马震等[18]也作了较全面综述，认为超临界酯交换法比传统化学催化
生物柴油的制备方法有化学催化法、生物酶法、超临界法及近临界法等(-)，目前主要采用化学催化法，即用植物或动物油脂与甲醇等低碳醇在酸或碱性催化剂条件下进行酯交换反应，主要生成脂肪酸申酯(FAME)，调制后制得生物紫油。传统化学催化法使用液体酸碱催化剂，优点是反应条件较为温和、设备价格不高，其主要缺点是反应时间较长、产品分离困难、有废酸碱液排放等.改进的工艺目前常采用固体酸碱催化剂多相催化法解决产物与催化剂的分离问题(45)，避免了均相催化剂工艺所需的中和洗涤步骤，减少废酸或废碱液，但该法反应条件较高，非均相反应速率慢，油脂转化率较低，自前仍未能较好解决催化剂易中毒和制备成本较高的问题，生物酶催化法[6-8)目前有工业化生产报道的主要是固定化脂肪酶工艺，具有反应条件温和、无废物产生等优点，但成本较高且制备时间长，
利用超临界流体技术制备生物柴油的研究近年来方兴未艾.Saka等[910]提出了超临界甲醇法，在350C、醇油比42:1条件下反应，产物是脂肪酸甲酯和甘油，生物柴油收率95%.Demirbastl比较了6种作物油并肯定了超临界甲醇法，但也指出以作物油为原料未必经济。 Kusdiana等l12)]认为游离脂肪酸和水分对超临界酯交换工艺无负面影响，高酸值、低成本的废餐饮油和麻疯树油等可用于制备生物柴油.Saka等[13-15]采用超临界乙酸甲酯和超临界碳酸二甲酯合成生物柴油工艺，也获得较高收率，之后Saka等[16]又提出了次临界乙酸和超临界甲醇联合工艺，提高转化率的同时一定程度上解决了废
法有一定竞争性，尤其对以餐饮废油等低成本油为原料的生产过程。在谢明霞(19]、王存文等(2)超临界研究的基础上，陈文等[21)提出了耦合闪蒸装置的超临界反应工艺，经小试验证通过，该工艺特点是反应后的物料直接进行闪蒸，回收部分过量甲醇使能量得到综合利用
基于超临界条件设计的生物柴油生产过程的仿真研究最近开始有些报道119,2-24]，主要基于ASPEN和 SIMSCI公司的传统化工模拟软件.超临界甲醇法制备生物柴油目前还处于小试和中试阶段，缺少完整的工艺仿真和经济分析。因此，本工作结合实验结果，设计超临界甲醇法生产生物柴油工艺，应用SuperProDesigner* 模拟软件，对工艺全流程的物耗和能耗进行计算，并基于此进行经济成本核算和分析，为过程应用和工业化设计提供依据.
2生产工艺流程
参考文献[21]，根据实验设计超临界甲醇法生产生物柴油的工艺流程如图1所示，原料油和甲醇经混合预热后，通过高压泵加压获得超临界操作压力，进入高压反应器中进行酯交换反应，生成目标产物脂肪酸甲酯和副产物甘油.反应混合物经闪蒸分离，气相甲醇回收，液相为脂肪酸甲酯和甘油，经换热后进入分相罐。甘油与甲酯互溶性差，静置后重力分层，下层为粗甘油，上层为粗甲酯.粗甲酯经甲醇精馅塔进步回收甲醇后进入甲酯精馏塔，塔项馏出生物柴油产品，塔釜出料主要是甘油和未反应的油脂，调制后可循环利用
收稿日期：20100813，修回日期：20101209
基金项目：国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(编号：2006AA020103)：泉州市技术研究与开发基金资助项目(编号：2010G6)
作者简介：曹宏(1977-)，男，福建省厦门市人，博士研究生，生物化工专业，E-mail：bongzeng@126.com；方柏山，通讯联系人，E-mail:fbs@xmu.eda.cn.
注：1,2为并列第一单位万方数据