前言

随着社会的发展和进步，物质、能源的消耗愈来愈多，渐渐处于供不应求的状况，这就需要我们创造更多的资源和可能，如能实现原料-废料-原料的最大限度循环利用，如此就能节省大量的原料资源，又可以减轻废弃物对环境的污染。特别是，在交通工具发达的现在，单单紧靠不可再生的石油来维持是远远不够的，所以急切需要生物质能源来制造生物柴油、汽油等。而能够利用各种废弃油脂，尤其是大量废弃食用油。废弃油脂是近期可依赖的重要资源，依据我国人民的饮食习惯，每年需要大量的食用油。我国目前食用油消费量约为2500万吨／年 ( 包括动物油脂 ) ，并且每年还在不断增加，估计每年废弃食用油的数量大约在375~625万吨【1】。

因此利用可用资源废油脂设计生产工艺。通过课程设计，要求学生能综合运用本课程和前修课程的基本知识，进行融会贯通、独立思考，在规定的时间内完成指定的化工单元操作的设计任务，从而得到化工工程设计的初步训练。通过课程设计，要求学生了解工程设计的基本内容，掌握化工设计的程序和方法，培养学生分析和决工程实际问题的能力。

此次设计主要完成设计方案的设计工艺流程的选择、物料和热量衡算、生产车间各设备的工艺计算、各设备和换热器的主要尺寸的计算、辅助设备的设计，绘制工艺流程图，固定床反应器，高、低压分离器，精馏塔等主要设备的设计。研究生物柴油生产的开车、停车、生产等操作。

一、设计项目：

加氢催化裂解法生产生物柴油工厂设计

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1.原料规格：

原料为选定城市生产的废油脂，先期采用过滤、漂白和脱臭等处理措施，含水量低于3%，氧化值低于5，酸值为88mgKOH/g。日处理量：350吨，产率约90%。 1、 废油的组成： 成分 棕榈酸 硬脂酸 油酸 35.19% 亚油酸 32.04% 亚麻酸 3.42% 其他 5.66% 质量分数 16.14% 7.55% 2、产品组成： 组成 汽油 含量 燃料气（含CO2） 富气 粗汽油 轻柴油 重柴油 25% 5% 20% 25% 15% 5% 5% 柴油 未转化油 油浆 焦炭 3、厂址选择

（1）产量多。目前兰州市一天的泔水产量在2500吨左右，全年的泔水产量约80～90万吨，这些泔水可产8万吨地沟油。

（2）交通便利。由于兰州作为西北地区的交通和运输枢纽，这就给地沟油的流通创造了有利的条件。目前，甘肃省内的地沟油大多数都由省内各市集中到兰州，再由兰州统一往其它省市发货。泔水产量主要来源于营业面积在80－200㎡（含）、200－800㎡（含）、800－5000㎡三个档次的餐饮企业，它们提供的泔水日产量占到兰州市所有餐饮企业日泔水产量总额的比例分别为31.86%、26.36%、

【2】

30.76% ，合计达到88.98%。

4、产品的用途和市场前景研究分析

我国生物柴油工业生产比国外晚几年，在2001年之后才陆续有工业装置投

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产，这主要包括海南正和、福建卓越、四川古衫等，都建立1～2万吨/年左右的生物柴油厂，原料基本都是采用地沟油、酸化油等。技术上，中石化开发的生物柴油生产技术在西安完成中试，并即将工业应用；中石油在南充建立研发基地，大力研究生物柴油，并将建立中试装置；中海油也在积极运作，与各方联系、合作。 我国生物柴油产业逐渐进入推广阶段，目前已达到100 kt生物柴油的产能，并且在原料供应和技术应用方面已经逐渐形成自己的特色。西北正和公司在甘肃已开发了11万亩黄连木种植基地（1亩=666．67 m2，下同），每年可产果实20-30 kt，可获得生物柴油原料8000-10 000 t，该公司计划在此基础上建立年产生物柴油50-200 kt的炼油化工厂。目前该公司在河北邯郸建成年产10 kt的生物柴油工厂。四川古杉集团建成年产30 kt生物柴油工厂。北京等省市也已经建成一定规模的生产线。上述这些生产线目前均是利用垃圾油或植物油脚、餐饮废油等为原料生产生物柴油。在今后5年内，我国将建成年产20-50 kt规模的生物柴油产业化示范工程。

5、主要技术经济指标分析

废弃油脂价格随市场变化波动较大，主要是 受国内食用油和原油价格波动的共同影响。目前，废弃油脂收购价已涨至4200~4600／ 吨左右。地沟油从当地收集到生物柴油厂之间储运费用约为360~560元／吨，估计到厂价在4560~4760元／ 吨。废弃油脂采购存在的主要问题是，废弃油脂的收集和初加工多为地方个体企业，规模较小且分散，无法提供相关票据 ( 主要是税票 )，增值税由原料收购方承担，使生物柴油原料成本增加。要确保提供价量稳定的废弃油脂 ，国家必须出台强制性措施。进口棕榈油在国际市场价格合适的情况下可以作为生物柴油原料的补充。

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二、工艺方案及设备选择

1、 工艺流程图：

静置沉淀 过滤 多管换热 真空脱水脱溴 催化反应 气液分离 精馏

2、原料预处理

注：（1）废食用油加入口；（2）贮存罐；（3）闸阀；（4）过滤器；（5）废食用油计量泵；（6）多管热交换器；（7）蒸汽锅炉；（8）真空脱水、脱臭塔；（9）冷凝器；（10）真空表；（11）真空装置

废食用油首先经过前处理部分（1~4），通过在贮存,罐2中经120~140h的静

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置沉淀后进入滤芯式过滤器（4），将油中的杂质除去。脱水脱臭部分（5~11）将除去杂质后的废食用油通过多管热交换器6和真空脱水脱臭塔8将油中的水分和臭气除去[3]。 3、催化剂选择

随着石油资源的日益短缺, 由植物油生产生物柴油的研究日益受到重视。通常生物柴油是由植物油在碱性或酸性催化剂作用下与甲醇进行酯交换得到的,此反应由于存在环境污染问题或需要高温高压设备,且所得生物柴油凝点较高,所以使用受到限制[ 4]。目前比较有代表性的催化剂有加拿大 Saskatchew an Research Council 大学的负载型 CoMoN i 硫化态催化剂, 柴油收率可达80%以上,十六烷值为90~ 100, 但催化剂容易因硫的流失而失活, 所得柴油凝点高于 25℃, 耗氢量大[5 - 7]。Herskow i t z 采用 Pt/ SA PO - 11 催化剂,对植物油进行单段加氢脱氧生成 C14~ C18的烷烃,同时进一步异构生成异构烷烃, 冷滤点从17℃下降为- 4℃ ,但由于发生环化和芳构化反应, 造成柴油的十六烷值降为 65, 且氢耗高。Murzin 等使用Al2O3、 SiO2 或活性炭负载的Pt、 Pd 等贵金属,负载量为2%~ 8% , 转化率为62%, 正构烷烃选择性为93%。与加氢脱氧反应相比, 氢气消耗量下降了70% ~ 90%,但是催化剂价格昂贵[8]。运用过渡金属碳化物具有与贵金属Pt 和Pd 类似的表面性质和吸附特性,对石油馏分的加氢处理、 烃的异构化以及碳氧化物的加氢等都具有较高的催化活性.本次采用新型催化剂β沸石负载的碳化钼催化剂具有优良的低碳正构烷烃异构化活性与选择性[ 9- 11]。对常规的沸石进行改性, 调变其表面结构和酸性,有利于植物油大分子的扩散, 以及植物油加氢脱羧后长链烷烃的异构化。本项目采用 Mo2C 负载量为 21. 25%的 Mo 2C/β沸石为催化剂, 在压力为 3. 5 MPa、 液时空速 0. 5 h- 1、 氢油体积比 500、 反应温度 280、320℃的条件下,大豆油经过加氢后, 凝点下降到- 5~ - 10℃ , 十六烷值保持在 70 以上[12]。 4、反应阶段

第一代生物柴油主要是脂肪酸低碳醇酯，其中尤以甲酯为主。在使用过程中有以下缺点：倘如饱和度高，如棕榈油、牛羊油等生产出来的甲酯其凝固点高，

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