高效低成本地沟油制生物柴油产业化项目可行性研究报告

1、- - -高效低成本地沟油制生物柴油产业化项目可行性研究报告目录总论 错. 误！未定义书签项目概述 错. 误！未定义书签编制依据和原则 错. 误！未定义书签可行性研究报告的工作范围 错误！未定义书签主要数据及技术经济指标 错误！未定义书签可行性研究报告结论 错. 误！未定义书签项目建设背景及改造的必要性 错误！未定义书签项目建设背景 错. 误！未定义书签改造的必要性 错. 误！未定义书签企业基本情况 错. 误！未定义书签单位概况 错. 误！未定义书签财务状况 错. 误！未定义书签项目建设条件 错. 误！未定义书签地理位置 错. 误！未定义书签自然条件 错. 误！未定义书签资源现状 错. 误！未

2、定义书签企业前景分析 错. 误！未定义书签农产品加工企业前景广阔 错误！未定义书签油脂加工企业发展方向 错误！未定义书签菜子油市场 错. 误！未定义书签项目改造方案 错. 误！未定义书签项目改造目标 错. 误！未定义书签生产工艺 错. 误！未定义书签主要建设内容 错. 误！未定义书签辅助设施 错. 误！未定义书签进度计划 错. 误！未定义书签定员及培训 错. 误！未定义书签劳动定员 错. 误！未定义书签员工培训 错. 误！未定义书签生态环境影响及评价 错. 误！未定义书签环境影响 错. 误！未定义书签项目生产采用的环境保护标准 错误！未定义书签环保部门评估意见 错. 误！未定义书签投资估算与资

3、金筹措 错. 误！未定义书签投资估算 错. 误！未定义书签资金筹措 错. 误！未定义书签效益分析 错. 误！未定义书签10.1 经济效益分析 错. 误！10.2 社会效益分析 错. 误！可行性研究报告结论与建议 错误！11.1 可行性研究结论 错. 误！11.2 问题与建议 错. 误！未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签 未定义书签附图 厂区总体布局图 错. 误！- - -一、对项目相关领域国内外技术现状和发展趋势的掌握和理解1、项目背景简述本项目利用各种废弃油脂和含油脚料制造生物柴油。这些资源包括 炒菜和煎炸食品过程产生的废油、烤制食品过程中产生的动物性油脂、 动物制品

4、常温加工过程中产生的下脚料经过处理得到的动物性油脂、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） 、 地沟油、厨房抽油烟机泠凝的油脂、含油脚料（如皮革、橡胶等工业废 油）等。废弃油脂是近期可依赖的重要资源， 棕榈油作为补充原料 , 而中国食 用油需要大量进口，因此菜籽油、棉籽油以及大豆油不可能作为生物柴 油的原料。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 375625万吨。从这些油脂是一种可再利用的资源被人们认识以后，它便成了抢手 货，一支捞油回

5、收队伍便应运而生。仅在上海无证捞油人员达 1000 人之 多，无固定场所、无营业执照、无管理的“三无”废油脂处理加工点上 百个，这其中有相当一部分加工点把这些废油经简单处理后，作为精制 食用油又重新回到了市场，对居民健康构成了潜在的严重威胁。这种现 象已经发展成全国性的问题，中央电视台及各省市媒体对这种现象都作 了跟踪报道，引起了各地政府的高度重视。近年来，我国部分城市相继 出台了“禁止地沟油非法加工”等相关管理条例。因此地沟油的再利用 技术也成为一个新的研究项目，引起了科研工作者的极大关注。以此为契机，一种以地沟油为主要原料生产出来的环境友好型新能 源生物柴油（脂肪酸甲酯）越来越引起关注。生

6、物柴油是一种从植 物油或动物油脂转化而来的清洁燃油，其作为柴油机的代用燃料主要优 点在于其对环境的友好性，大气污染小、硫含量低，是清洁可再生、环 境友好型燃料。作为直接化工原料，脂肪酸甲酯可作为绿色溶剂、脱漆 剂、润滑剂、塑料增塑剂等。作为间接生产原料，脂肪酸甲酯是重要的 有机合成中间体，用于制备洗涤剂、乳化剂、发泡剂等表面活性剂及纺 织助剂、皮革加酯剂等。生物柴油中碳链一般是1418个碳，与常规柴油分子的15个左右很 相近。作为高级脂肪酸甲酯燃料，生物柴油可直接用于现有的柴油引擎， 是优质的柴油代用品，属典型的环境友好型“绿色能源”，具有深远的经 济效益与社会效益。如下表所示，列出了生物柴油

7、与常规柴油的比较：表1生物柴油与常规柴油的比较捋标名称生物柴油常规柴油冷滤点：夏季产品）-100务季产品（P）*20*20密度(g/ml, 20r)运动粘度10060可燃性（十六烷值最小56堪小49热值(MJ/kg)3235懒烧功效（柴油=100% （%）104100硫含奄（W, %）0,0010.2氧含量（V, %）100燃烧1煌燃料（按化学计算法）的摄小空吒耗量（炖）12.514.5水危害等级12三星期后的生物分解率（%）9S70与常规柴相比，生物柴油具有下述无法比拟的性能:具有优良的环保特性 由于生物柴油的高氧低硫，使得其燃烧效果好，排烟少，一氧化碳 的排放与柴油相比减少约 10( 有催

8、化剂时为 95) ，而二氧化硫和硫化 物的排放可减少约 30( 有催化剂时为 70) 。同时生物柴油中不含对环 境会造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于柴油，与普通柴 油相比，使用生物柴油可降低 90的空气毒性，降低 94的患癌率。另 外，生物柴油易于生物降解。具有较好的安全性 闪点是衡量生物柴油在运输、储存和使用过程中的安全性的重要指标。生物柴油的碳链的平均长度比石化柴油长，闪点一般在100C以上,比石化柴油高。因此其在安全性方面的优势是显而易见的。具有良好的燃料性能 十六烷值是衡量柴油点火性能、影响柴油燃烧特性的参数。生物柴油的十六烷值一般高于 45，其燃烧均匀，热功率高，可降低燃

9、料消耗， 燃烧性能优于石化柴油。按一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油 耗、提高动力性，并降低尾气污染。同时，燃烧残余物呈微酸性，使催 化剂和发动机机油的使用寿命延长。具有可再生性 生物柴油与石油、煤等矿物能源不同，生物柴油的生产、加工、消费是一个碳的有机的循环过程。生物柴油的原料植物通过光合作用把太 阳能转化为生物能储存起来，通过加工制成生物柴油，经过燃烧，其中 的碳以 C02 形式回到大气中去，作为下次光合作用的原料。生物柴油的 可再生性可以解决一些石化能源枯竭而引起的能源危机，保证能源需求。具有较好的润滑性能，能延长发动机的使用寿命 发动机的寿命与油品的腐蚀性有很大的关系。油中的含硫物

10、在燃烧后产生的S02和S03等硫化物会严重腐蚀高温区的机体，对发动机的寿 - - -命影响很大。而生物柴油的含硫量极微，使用生物柴油的发动机寿命会 得到很好的保障。此外，生物柴油的优异润滑性能使喷油泵、发动机缸 体和连杆的磨损率低，延长使用寿命。总的来说，生物柴油是一种可再生的能源，不会枯竭；生物柴油又 是安全的能源，不易发生爆炸；生物柴油更是对环境友好的能源，对人 类健康无害。因此，可以说生物柴油在保证国家能源安全上有着比石油 更美好的前景。2、国内外技术现状及发展趋势地沟油是含杂质的高酸值油，含有游离脂肪酸、蛋白聚合物、分解 物等，这些对于制取生物柴油会产生十分不利的影响，必须经过过滤将

11、废油中的杂质去掉，以免杂质在制取生物柴油的过程中发生其它的反应 或滞留在生物柴油中。酸价高也是地沟油的一个关键的问题，目前研究 的脱酸方法有碱炼中和，加入过度催化剂，有机溶剂萃取，蒸馏精炼， 酸催化预酯化等。这些方法都各有优缺点，碱炼中和用碱量大，有机溶 剂萃取太浪费溶剂，蒸馏精炼太耗能，而且可能破坏生物柴油的副产品， 他们成本都比较高，不利于工业化生产，而且可能污染环境。目前用于降酸的方法主要是酸催化预酯化，其中催化剂可分为固体 催化剂和液体催化剂，而浓硫酸是应用最广泛的催化剂。不过其主要缺 点有反应完后难分离，浓酸对设备的腐蚀，产生废水污染环境，甚至使 油脂氧化脱水发生副反应。针对以上缺点

12、，固体催化剂在这些方面就体 现出了优势。它反应完后可分离，条件温和，对设备要求较低，没有副 反应，而且不对环境造成污染。目前国内外利用酯交换法制备生物柴油生产技术主要有碱催化法、 酸催化法、酶催化法、无催化剂超临界反应和超声波强化反应等。酸催 化交换过程产率较高，但反应速率慢，分离难，易产生三废，比较适合 酸价高和含水杂的低级油脂；碱催化法反应速率较快，但不适用于低级 油脂；酶催化法环保率低、成本高，原料适应性差；超临界法，催化剂 用量少，产率较高，但设备要求高、能耗高。本项目组系统研究了超声 空化、碱催化制备生物柴油新技术，发现反应时间可缩短至 10 小时（转 化率近 100%），说明超声空

13、化能加速油脂一醇非均相反应进程，但是超 声空化技术存在难于规模化的缺点。美国、俄罗斯、日本、印度等国家 研究认为水力空化是一种容易实现、能量利用高，适合工业化的空化方 法。PANDIT等系统研究水力空化产生机理和效能；KALUMUCK等采用 水力空化氧化硝基酚，并与超声空化比较，超声的试验结果与文献值一 致，而水力空化的能量效率比超声提高两个数量级； AMBULGEKAR 等 在常温下采用水力空化氧化甲苯为苯甲酸，发现超声和水力空化使这个 非均相反应过程得到显著加速，研究还表明水力空化能量效率较超声提 高 48倍，在此基础上项目组首次探索水力空化强化生物柴油反应器技术， 结果表明水力空化技术强

14、化酯交换反应具有与超声类似的效果。国内对 普通碱催化制备生物柴油技术有一定的积累，也有小规格试生产，但急 需在制备工艺的原料广泛适应性（如利用废弃油脂、高酸价油脂等） 、反 应过程强化与降低提纯过程能耗方面取得突破。项目组对超声空化对传 质过程和化学反应的强化影响已有多年，取得一些较重要成果。前期的 研究结果表明水力空化能够极大地缩短生物柴油反应时间，提高转化率， 降低能耗及生产成本。近年来，国内一些高等院校、科研究所对生物柴油制备中原料和工 艺选择、产物提纯和分析等方面开展了积极的探索。文献资料（论文和 专利）表明国内外已工业化的方法均是酸 /碱催化法并且是通过釜式搅拌 的方法强化反应过程，

15、其它生产技术还未见工业化的报道。根据国外生 物柴油大规模生产经验，结合我国国情和市场情况（原料价格、生产成 本和产品消费价格等因素） ，决定了生物柴油在我国的规模化生产必须走 一条原料多元化、工艺低能耗、产品用途多元化和相关衍生物产品综合开发的路子。因此生物柴油及相关产品制备关键技术核心内容是降低生产成本、选择能耗低简单可靠的工艺路线，充分开发脂肪酸甲酯用途并 开发相关衍生物产品，拓展生物柴油作为绿色萃取剂、溶剂、润滑剂、 增塑剂等应用领域。本项目符合宁波市“十二五”规划纲要中明确提出的“节能减排， 发展循环经济，全面推广节能降耗新工艺新技术”和“ 4+4+4”产业升级 工程。该项目研制成功，

16、对解决地沟油“处理难”问题、杜绝地沟油重 入餐桌、减少国家能源危机、提升行业自主创新能力、增加行业综合效 益、引领行业技术发展方向等方面都具有重大作用，综合社会经济效益 十分显著。二、项目攻关预期目标及其具体考核指标1、预期目标针对当前地沟油制备生物柴油工艺的原料利用率低、能耗高、耗时 长、三废未能综合利用等现状，通过本项目的联合攻关，以突破地沟油 制备生物柴油中的关键共性技术为目标，在原料充分利用技术、催化剂 回收技术、预酯化、酯交换技术、三废综合利用技术、产品提纯技术及 其相应的设备制作、改装等方面取得原创性成果，研发出完全拥有自主 知识产权的生物柴油制造技术，成为国内同行的引导者。2、考

17、核指标（1）经济指标年处理地沟油 1 万吨，生产生物柴油 0.8万吨，实现销售额 6000万元，实现新增利税 1200 万元（2）技术指标- - -密度(20C) /(kg/m3)870890GB/T 2540闪点（闭口）c160170GB/T 261水分（质量分数）/%痕迹恒重法碘值(g I/100g )75 90GB/T 5532机械杂质（质量分数）/%无GB/T 511铜片腐蚀（50 C ,3h ） /级 49GB/T 386氧化安定性（110C） /小时 6.0EN 14112冷滤点/ C05SH/T 0248总甘油含量/% 99.5气相色谱法检测项目检测结果检测方法外 观浅黄色透明油

18、状液体三、项目拟采用的工艺技术路线、关键技术1、项目拟采用的工艺技术路线目前国内外利用酯交换法制备生物柴油生产技术主要有碱催化法、 酸催化法、酶催化法、无催化剂超临界反应和超声波强化反应等。酸催 化交换过程产率较高，但反应速率慢，分离难，易产生三废，比较适合 酸价高和含水杂的低级油脂；碱催化法反应速率较快，但不适用于低级 油脂；酶催化法环保率低、成本高，原料适应性差；超临界法，催化剂 用量少，产率较高，但设备要求高、能耗高。本项目组系统研究了超声 空化、碱催化制备生物柴油新技术，发现反应时间可缩短至10小时（转化率近100%）,说明超声空化能加速油脂一醇非均相反应进程，但是超 声空化技术存在难

19、于规模化的缺点。美国、俄罗斯、日本、印度等国家 研究认为水力空化是一种容易实现、能量利用高，适合工业化的空化方 法。PANDIT等系统研究水力空化产生机理和效能；KALUMUCK等采用 水力空化氧化硝基酚，并与超声空化比较，超声的试验结果与文献值一 致，而水力空化的能量效率比超声提高两个数量级； AMBULGEKAR 等 在常温下采用水力空化氧化甲苯为苯甲酸，发现超声和水力空化使这个 非均相反应过程得到显著加速，研究还表明水力空化能量效率较超声提 高 48倍，在此基础上项目组首次探索水力空化强化生物柴油反应器技术， 结果表明水力空化技术强化酯交换反应具有与超声类似的效果。国内对 普通碱催化制备

20、生物柴油技术有一定的积累，也有小规格试生产，但急 需在制备工艺的原料广泛适应性（如利用废弃油脂、高酸价油脂等） 、反 应过程强化与降低提纯过程能耗方面取得突破。项目组对超声空化对传 质过程和化学反应的强化影响已有多年，取得一些较重要成果。前期的 研究结果表明水力空化能够极大地缩短生物柴油反应时间，提高转化率， 降低能耗及生产成本。2、工艺技术路线地沟油一级水力空化鑒一一一级水力空化酯化水力空化酯交换无机醴催化剂一屮醇无机碱催化利屮醇甲常甲醇.多层蒸发超甫力场精儒无机酸fiH匕剂电石渣中和粗生物柴汕分肚植物淤青+高冀空箱憎纯化水泥厂重油燃料 左物柴汕产品工业甘油3、关键技术沟油预处理技术地沟油作

21、为原料油生产生物柴油在成本上有着明显优势，但需要较 高的加工工艺技术。其主要原因是地沟油中含有较多的杂质和游离脂肪 酸，酸价高，颜色重，尤其是高酸值极大地阻碍酯交换反应的进行。因 此，地沟油的预处理就成了必要的步骤。尤其为了防止酯交换时发生皂 化，预处理工艺中降低酸值是要解决的关键问题。本项目通过研究地沟油预处理的最佳工艺路线，并确定其各个步骤 的参数。对于最主要的酯化降酸，采用无水硫酸铁为催化剂，通过单因 素和正交试验考察醇油摩尔比、反应时间、反应温度和催化剂用量对预 处理酯化降酸效果的影响，在为后续酯交换反应提供优质原料油的同时, 有效降低酯交换反应时间，提咼生物柴油制品品质。水力空化作为

22、生物柴油制备过程的强化技术本关键技术采用水力空化乳化新技术解决接触面问题。现有的酯交 换技术中甲醇和动、植物油的互溶性差，反应体系成两相，酯基的转化 主要在界面完成，反应速度低。采用动态超声乳化技术可以将油脂分散 呈微米甚至纳米级的颗粒，呈数量级地增加两相的接触面积，使酯交换 反应在短时间内达到平衡。采用搅拌结合水力空化强化反应技术，可使 生产设备和能耗比现有的搅拌碱催化技术分别缩小 5 倍和降低 10%。（3）多层蒸发技术脱除粗生物柴油中的甲醇和微量水分生物柴油沸点高于350C,从沸点上讲很容易脱除甲醇和水分。但是, 在不沸腾的条件下，甲醇和水分子从内部扩散到蒸发面需要很长时间。 在传统的蒸

23、发釜中需要数小时才能除尽甲醇和水分，生物柴油长时间受 热导致部分分解。针对这个问题，开发了多层蒸发器，在其内部设置了 多层蒸发盘，每一层上有加热管，盘上液层高度 100 毫米（釜式蒸发器 液层高 2 米），液体在盘上平推流流动，逐盘向下流动，流出最后一盘时 甲醇和水已经除尽。多层蒸发器的优点是浅液层汽化，降低了汽化温度； 液体不返混，停留时间均匀，效率高；设备内持液量小，停留时间短， 液体从进到出 15 分钟即可完成任务；连续操作，产量高。采用多层蒸发技术使得粗生物柴油中的轻组分除尽，生物柴油不分 解，且能耗有效降低。常规蒸发技术脱除甲醇和水分，时间长、能耗大， 长时间加热导致生物柴油分解。自

24、主开发的多层蒸发技术，具有浅液层 汽化、加热温度低、不返混和停留时间短的优点，达到了甲醇和水分脱 尽、生物柴油不分解和产量大的目标。（4）高真空精馏技术 因原料是地沟油，粗生物柴油需精馏才能符合国家生物柴油标准。生物柴油沸点350C左右，需在高真空下精馏；即使是高真空，塔釜和塔 顶的温度仍高达240C和170C，热量需回收；塔釜的植物沥青几乎不汽 化，而要实现精馏，塔釜必须要有物料汽化，这就导致传统的塔釜必然 留有生物柴油，降低了精馏得率；为了采出植物沥青中残留的生物柴油， 就得把釜残再蒸一次。采用多层蒸发器作塔釜，可解决这个问题，上面 - - -的蒸发盘提供生物柴油汽化，下面的蒸发盘把植物沥

25、青中的生物柴油蒸 干，既保证了精馏汽化的需要，又提高了精馏得率。采用组合式冷凝器， 回收塔顶热量，具有热量回收效率高，同时保证生物柴油不被抽入真空 泵中，结构紧凑，投资抵。（5）粗甘油精制技术。 粗甘油的商品性较差，对正常有序的生产造成困挠。经分离得到副 产品粗甘油，因生产过程的因素，在粗甘油里总存在着游离碱 （pH12） ， 脂肪酸皂及沉降分离过程夹带的部分脂肪酸甲酯。所以副产品粗甘油在 进入精甘油生产前，必须经废甲醇酸液酸化处理，使粗甘油中的游离碱 被中和，脂肪酸皂分解成脂肪酸。而脂肪酸又与脂肪酸甲酯溶为一相， 然后通过脱甲醇后，在沉降分离罐中进行多级重力沉降分离，下层清液 酸性粗甘油去甘

26、油车间，经氢氧化钠液碱中和脱酸后，再经真空闪蒸脱 水脱低沸，然后进入甘油薄膜蒸馏。国内的成套精甘油装备还停留在 50 年代，效力低，能耗高，品质差。 而国外装备价格很高，只能望而怯步。我们在吸收国外装备技术的基础 上，结合公司实际，设计一套简捷的精甘油生产线，满足生产需要。粗 甘油价格每吨 2300 元，工业甘油价格每吨 5300 元，这样就大大提高了 企业生产效率和经济效益。（6）超重力精馏回收甲醇技术。 酯化产生的酸性甲醇水溶液，需回收甲醇以循环使用。传统的办法 先将酸性甲醇水溶液用碱中和，然后进入高 20 米的精馏塔分离，使得设 备和附属设施投资大，操作不便。采用耐腐蚀的釜汽化，甲醇水汽

27、相进 入高度不足 4 米的超重力精馏装置，顶上得到高于 99.5%的甲醇，再沸 器则为甲醇含量小于 0.1%的废水。采用超重力精馏装置可降低设备和公 用工程投资，方便操作，同样的处理要求，高度仅为塔设备的 1/5，体积 仅为 1/7，极大地强化了精馏过程。（7）三废处理技术 地沟油预处理采用密闭式烘房，集中排气，经碱液吸收后无味放空； 生产过程中各设备密闭操作，放空管中的甲醇气体经冷阱后集中放空， 故无废气排放。整个生产过程中仅有的固体植物沥青，可作重油燃料。 与传统工艺不同，本项目拟利用“甘油洗”代替酸洗和水洗过程，所以， 整个生产过程仅为酯化反应产生的废水，其量为生物柴油量的3%左右一级酯

28、化产生的酸性废甲醇，经精馏后，塔釜产生的含酸废水与电石渣 中和，形成无机钙盐或镁盐，少量水分经挥发后，将其送至水泥厂或砖 瓦厂作原料。因此，整个生产过程无“三废”排放，做到了地沟油全利 用，清洁生产。本项目中因取消了酸洗和水洗操作，废水产生量仅为生 物柴油量的 3%，且仅含无机酸，用电石渣中和后，作为水泥厂的原料； 整个生产过程密闭，甲醇不泄漏，地沟油酸败气体经碱液吸收后无味排 放；精馏产生的植物沥青作为重油燃料。四、项目的主要技术特点和创新点，可能取得 专利及知识产权分析。1、主要技术特点和创新点创新点一：自主研发水力空化制备生物柴油的方法，采用水力空化 酯交换反应器来优化生物柴油的生产，这

29、种方法工艺简单，酯交换反应 速度快，反应时间比传统反应器缩短 23 倍，油脂酯交换转化率高达 99%， 而且甲醇、催化剂消耗量少，能耗低，适于大规模的工业生产。地沟油中含有约 30%的脂肪酸和 70%的甘油三酯。 脂肪酸与甲醇反应 - - # -生成生物柴油（脂肪酸甲酯）和水，称为酯化反应；甘油三酯与甲醇反 应生成生物柴油和甘油，称为酯交换反应。上述两步反应均为可逆反应， 反应式如下所示。由脂肪酸到生物柴油的反应式为：RCOOH + CH30H = RC00CH3 + H20由甘油三酯到生物柴油的反应式为：C3H5（RCOO）3 + 3CH3OH = RCOOCH3 + C3H5（OH）3酯化

30、反应和酯交换反应一般都需要催化剂，主要有均相酸碱催化、 固体酸碱催化和酶催化，另外，高温高压法和超临界法无需催化剂。国 内外已经产业化的技术中，主要采用均相酸碱催化法，其它方法还需经 生产实践进一步检验。甲醇与油脂互溶性差，两者反应属于液-液非均相反应，研究表明酯 化反应属于中等反应速度，两相接触面积的大小是决定反应时间的关键 因素。采用传统的搅拌混合方法，甲醇在油脂中分散度低，反应两相接 触面积小，反应时间长，实验室搅拌速度600rpm时，甲醇液滴粒径为3700nm而在工业上，搅拌速度要远低于实验室，液滴更大，反应速度 更慢；利用超声波产生的“超声空化”可以使甲醇与油脂产生乳化，甲 醇分散性

31、好，反应时间短；“水力空化”是利用液体通过节流元件，液体 流速和压力产生激烈变化而产生空化，使得液体质点之间产生强力撞击， 导致甲醇与油脂乳化，与“超声空化”有异曲同工之妙。实现“水力空 化”只需一台离心泵和一套可自行设计加工的节流元件，具有在生产上 容易实现、适合大中小规模的生产、耐腐蚀、不易损坏、成本低的优点。 实验室酯交换和生产中酯化反应的数据如表所示。不同混合方法生产生物柴油的数据比较混合方法甲醇液滴粒径（nm）比表面积（m2/m3）实验室酯交换反应时间（h）工业上酯化时间（h）搅拌37001.6 X 10616超声2502.4 X 1070.25/水力空化4501.3 X 1070.

32、250.31.5- # -水力空化4501.3 X 1070.250.31.5- -由表可知，水力空化混合与搅拌相比，两相接触比表面积提高了近 一个数量级，反应速度提高了 34倍。创新点二：自主开发生物柴油酯化酯交换反应装置，酯化反应过程 甲醇和水不汽化，成倍降低了能耗；甲醇循环套用，显著减少了甲醇回 收的能耗。由于酯化反应具有很强的可逆性，要将水分不断除去，才能将反应 进行到底。甲醇的沸点64.5 C,水的沸点100C，蒸发脱水时，甲醇先 于水沸腾，需有大量的甲醇汽化，才能带出少量的水分，蒸出的甲醇（95% -水溶液必须再经过精馏才能循环使用，又增加了能耗。所以，传统的酯 化工艺能耗大，甲醇

33、循环用量大。1、酯化反应过程甲醇和水不汽化，成倍降低了能耗。针对传统酯化反应能耗高的情况，本项目在 60 C、常压下，采用两 级酯化法，第一级酯化后，脂肪酸含量降为5%甲醇-水相与油相静止分 层，含水甲醇进超重力床回收后循环利用，油相进入第二级酯化，脂肪 酸降为1刎下，分层后，甲醇相作为原料进入第一级酯化，油相进入酯 交换反应，反应物进入多层蒸发脱出粗生物柴油中的甲醇和微量水，粗 生物柴油与甘油分层后，进入精馏塔精制，获得生物柴油产品，甘油进 一步纯化获得工业甘油。采用本项目工艺，生产1吨生物柴油少汽化600kg 甲醇，相当于节约标准煤23kg。2、甲醇循环套用，显著减少了甲醇回收的能耗第一级

34、酯化的甲醇来自第二级酯化，第二级酯化的甲醇来自多层蒸 发和超重力场，新鲜的甲醇进入酯交换反应；需要精馏回收的甲醇水溶 液仅仅来自第一级酯化。1吨生物柴油少回收甲醇 500kg，节约标准煤 20kg，以年产1万吨生物柴油计算，仅此一项可节约标准煤 430吨。- - -创新点三：自主开发的多层蒸发的生物柴油连续精馏系统和工艺， 能维持较高的真空度，提高产能，降低能耗，提高产品的收率；并最大 程度上消除因停留时间过长造成的高温分解和聚合，提高生物柴油精馏 得率，较釜式再沸器提高 10以上；通过组合冷凝器和产品 - 原料换热器， 回收高温生物柴油产品的冷凝潜热和显热，极大的降低能耗，节能50以上。工业

35、生物柴油精馏过程是一个涉及高温（ 加热导热油的温度通常控制在250300 C之间）高真空（操作绝压通常低于1000Pa）的单元操作， 操作的关键之一就是高真空条件的维持。高真空操作的目的主要有两方 面：1）生物柴油组分甲酯沸点高，高真空操作可降低甲酯沸点，从而降 低加热介质导热油温度，减少能耗。生物柴油主要由碳 16 甲酯和碳 18 甲酯组成，因原料不一样，也会含有一定量的低碳甲酯 （碳数小于 16个） 和高碳甲酯（碳数大于18 个），操作绝压在1000Pa条件下，碳16甲酯、 碳18甲酯的沸点仍处在较高的温度，约在170C200C之间。2）生物柴 油组分碳 18 甲酯中不饱和键含量较多 （油

36、酸甲酯、亚油酸甲酯和亚麻酸 甲酯等） ，高真空可降低甲酯沸点，进而减少甲酯在高温汽化的过程不饱 和键的分解。操作的另一关键是生物柴油加热汽化过程的停留时间控制， 过长也会造成甲酯中不饱和键的分解，产品酸值升高，颜色加深，甲酯 精馏得率下降。工业生物柴油精馏过程还需要考虑的一个问题就是热能 回收。 生 物柴油的汽化热平均值约 为 65kcal/kg ， 比热约为 0.5kcal/（kg. C）,这意味着1kg生物柴油液体产品从饱和温度冷到室温 所释放的热量与 1kg 甲酯蒸汽冷凝释放的汽化潜热相当，因而热量回收 应不仅仅考虑甲酯显热，同时也要考虑甲酯的潜热一起回收。本项目开发的一种基于多层蒸发的

37、生物柴油连续精馏系统和工艺， 该系统包括进料泵，进料泵连有产品 - 原料换热器，产品 -原料换热器通 过组合冷凝器连有多层蒸发器，多层蒸发器上方连有冷凝器，冷凝器连 有产品中间罐，产品中间罐连有出料泵，多层蒸发器下方通过中间进料 泵连有精馏塔，精馏塔上方通过组合冷凝器连有轻组分中间罐，轻组分中间罐经回流泵连有产品-原料换热器以及预热器，预热器连回精馏塔。1）通过进料泵输送，粗生物柴油原料依次通过产品-原料换热器、组 合冷凝器预热，进入多层蒸发器脱除低碳甲酯等轻组分，轻组分蒸汽通 过与多层蒸发器顶部连接的冷凝器冷凝后，收集在轻组分中间罐，经出料泵输送作为生物柴油轻组分产品；2）脱净低碳甲酯等轻组

38、分后的粗生物柴油再经中间进料泵输送，进 入精馏塔精制，进入精馏塔内的粗生物柴油由精馏塔底部多层蒸发加热 托盘汽化，生物柴油蒸汽经与精馏塔顶部连接的组合冷凝器冷凝，收集 在产品中间罐，经回流泵输送，部分经预热器加热回流至精馏塔内，部 分经产品-原料换热器冷却后出料作为生物柴油产品，精馏塔底部出料为 生物沥青。本项目结构示意图（进料泵1-1、回流泵1-2、中间进料泵1-3、出料泵1-4、产品-原料换热器2、组合冷凝器3、轻组分中间罐4-1、产品中间罐4-2、预热器5、精馏塔6多层蒸发器7、冷凝器8）本项目技术的优点有：1、粗生物柴油经多层蒸发器脱净低碳甲酯等轻组分后，促使后续精馏塔体系维持较高的真

39、空度，提高产能，降低能 耗，提高产品的收率；2、在多层蒸发器和精馏塔内，均采用浅液层多层蒸发方式加热汽化，从而可降低加热托盘液层厚度，提高加热管表面真 空度，降低加热介质温度，提高加热汽化量，通过加热托盘的层数可控 制粗生物柴油加热汽化停留时间，最大程度上消除因停留时间过长造成 的高温分解和聚合，提高生物柴油精馏得率，较釜式再沸器提高10以上； 3、通过组合冷凝器和产品 - 原料换热器，回收高温生物柴油产品的 冷凝潜热和显热，极大的降低能耗，节能 50以上。创新点四：采用多层蒸发技术脱除粗生物柴油的甲醇和微量水分， 具有浅液层汽化、加热温度低、不返混和停留时间短的优点，达到了甲 醇和水分脱尽、

40、生物柴油不分解和产量大的目标。常规蒸发技术脱除甲醇和水分，时间长、能耗大，长时间加热导致 生物柴油分解。生物柴油沸点高于350C,从沸点上讲很容易脱除甲醇和 水分。但是，在不沸腾的条件下，甲醇和水分子从内部扩散到蒸发面需 要很长时间。在传统的蒸发釜中需要数小时才能除尽甲醇和水分，生物 柴油长时间受热导致部分分解。针对这个问题，开发了多层蒸发器，开发了一种种基于多层蒸发器 的从生物柴油脱除甲醇的系统及工艺，系统包括多层蒸发器，多层蒸发 器内设有 6-12 层加热盘，其中上层加热盘的液体溢出后能够流入至下一 层加热盘内，加热盘内设有加热盘管及工艺液体温度计，多层蒸发器上 设有对着上层加热盘的液体进

41、口，输送泵通过原料控制阀和液体流量计 与液体进口相连接，多层蒸发器的底部设有液体出口，多层蒸发器的顶 部设有气体出口，气体出口连有冷凝器，加热盘管可供加热介质进出。 本发明有益的效果是：利用每层独立控温的特点，原料从上而下一次性 将甲醇脱尽，因此可以实现生物柴油脱除甲醇的连续操作工艺，达到原 料加温时间短、操作简便易行的目的。在其内部设置了多层蒸发盘， 每一层上有加热管， 盘上液层高度 100 毫米（釜式蒸发器液层高 2 米），液体在盘上平推流流动， 逐盘向下流动， 流出最后一盘时甲醇和水已经除尽。多层蒸发器的优点是浅液层汽化，降低了汽化温度；液体不返混，停留时间均匀，效率高；设备内持液量小，

42、停留时间短，液体从进到出15分钟即可完成任务；连续操作，产量 高。采用多层蒸发技术使得粗生物柴油中的轻组分除尽，生物柴油不分 解，且能耗有效降低。54126-289 匚11 139214本项目结构示意图10（输送泵1,原料控制阀2,液体流量计3,多层蒸发器4,液体进口 5,加热盘6,上层加热盘6-1，下层加热盘6-2，液体出口 8,气体出口 9,冷凝器10,导热油控制阀11,加热盘管12,导热油温度计13, 工艺液体温度计14,水蒸气控制阀15,压力计16,疏水器17。）2、可能取得专利及知识产权分析基于上述创新点，根据国内外该领域的技术与知识产权现状，本项 目有望在以下几个方面获得知识产权：

43、1、一种生物柴油生产过程中流体循环酯化、酯交换装置；2、一种生物柴油副产品粗甘油的综合利用方法或装备技术；3、一种粗甲酯脱甲醇技术或方法；4、一种粗甲酯脱甘油皂技术或方法；5、一种粗甲酯脱低沸技术或方法。五、项目的组织管理及相关保障措施1、组织管理措施项目管理单位及承担单位相关人员组成项目管理办公室负责组织项 目及课题实施、监督、检查、验收等工作，定期对项目进行汇报小姐， 结合市场和产业化需求，进一步完善研究内容、方法和技术手段。由技术、经济、管理等高级管理人员组成项目专家组，参加项目的 论证、评审、监督、验收，负责项目技术、管理咨询工作。负责对课题 的研究进行宏观指导和技术把关，并对研究方案

44、、研究成果提出修改意 见和建议，确保课题顺利实施。项目各研究单位根据需要，选取具有研究基础、精通本项目技术业 务的科研、生产和管理人员共同组成项目研究团队。研究团队成员各司 其职、分工协作，并服从项目负责人的统一调配和领导。在项目研究过程中，按照研究内容和实施方案，落实项目约定的配 套条件；项目组内部定期进行研究进展讨论，充分发挥生产第一线的科 研工作者的热情和活力；跟踪研究前沿，积极开展国内外科技合作和交 流，平桥国内外专家作为研究顾问，为项目的顺利实施提出建设性意见， 同时积极开展国内外的科技合作和交流，保证获得较高的效益。严要求 进行成果登记，并对项目所形成的成果资料（包括技术报告、论文

45、、数 据和评价报告等）进行归档，推动专项经费成果的应用和转化。项目管 理采取 6 项制度，即材料制度、汇报制度、会议制度、现场验收、考核 制度、宣传制度。借助生物柴油生产平台，将研究成果进行产业化实施， 也通过本项目的示范并向社会推广。2、项目的保障措施企业为主体，与科研单位等以“产、学、研、用”相结合的方式组 成创新团队，共同承担任务。本项目申请单位和合作单位形成了良好的产学研互动，共同进行本 项目的研发。项目主持单位宁波杰森绿色能源科技有限公司，主要负责完成以下 任务：1、负责项目的实施和实施过程中配套的自筹经费的落实，完成项目 的经济指标和相应的技术指标；2、负责完成项目涉及到的各类产品

46、的中试、试生产；3、负责示范生产线的建立和推广。浙江工业大学化材学院为项目的合作与技术支撑单位，主要负责为 本项目的实施提供相应的技术支撑，协助主持单位进行项目实施和完成 项目的技术指标。六、项目完成年限及进度安排时间课题进度安排2013.08项目筹划，经费预算，核心技术可行性研究2013.122014.01水力空化酯化、酯交换工艺理论研究，定制实验室研究2014.6设备，实验室试验，改进研究设备，完善工艺。- - -2014.072014.12粗甘油各成份比例测定，粗甘油酸化去杂材料及比例研 究，粗甘油中和工艺的研究，粗甘油蒸馏阶段实验室小 试。粗甘油提纯工业甘油整套设备的设计、试生产。20

47、15.012015.06粗甲酯真空闪蒸脱甲醇、粗甲酯脱甘油皂、粗甲酯高真 空闪蒸脱低沸工艺理论研究及可行性分析，定制实验室 研究设备，实验性脱杂操作，改进研究设备，完善工艺2015.072015.12新工艺系统性完善，设备改造，投入试生产；项目成果整理，知识产权申报；准备项目验收七、项目经费预算说明1、对各科目支出的主要用途、与项目研究的相关性及测算 方法、测算依据进行详细分析说明。单位：万元项目经费(万元)总经费自有资金归口部门经费申请资助702.9522.980100序号科目名称合计(1)(2)11、设备费2992(1)购置设备费1963(2)试制设备费04(3)设备改造与租赁费10352

48、、材料费75.363、测试化验加工费20774、燃料动力费2685、差旅费149&会议费15107、国际合作与交流费011&出版/ 文献/信息传播/知识产权事务费9.5129、劳务费43.61310、专家咨询费13.51411、管理费015合计702.9设备费合计299万元，其中设备购置费用为196万元，设备改造费为103万元。(A)购置设备费：328万元单位：万元设备名称单位单价数量金额用途说明水油分相罐只5210粗甘油生产工业甘 油中和罐只818甘油蒸馏系统套25125小计43真空泵台5210粗甲酯脱杂板式换热台339精馏塔套30130屏蔽泵台8648小计97原料暂存罐只5210流体循环酯

49、化、酯交换循环泵台2612中间体贮罐只2510小计32耐腐蚀泵台3412辅助设备齿轮泵台2510智能数显表台0.2102小计24合计196(B)设备改造与租赁费：103万元单位：万元设备名称单位单价数量金额用途说明沉降分离罐只5420粗甘油精制工业甘 油酸化罐只5210粗甘油暂存罐只2.525闪蒸脱水罐只818小计43闪蒸罐只8324粗甲酯脱杂小计24酯化反应釜只8216流体循环酯化、酯交换酯交换反应釜只10220小计36合计103材料费合计75.3万元，主要用于项目开发过程中消耗的各种原材料、辅料、低耗品等的购置费用，包括理化分析耗材、试验分析耗材、小试、中试、 试生产所需原料等，相见以下清

50、单：材料名称累计用量单位单价（元）金额（万元）备注地沟油120吨500060甲醇15吨40006硫酸5吨8000.4氢氧化钾2吨80001.6氢氧化钠1吨30000.3正己烷20瓶4500.94L/瓶正庚烷20瓶6202.0500ML/瓶乙腈15瓶4900.84L/瓶乙醚50瓶580.4500ML/瓶乙醇120瓶90.3500ML/瓶酸碱指示剂10瓶100.150ML/瓶十一酸甲酯2瓶4000.8500ML/瓶氮气（钢瓶装）30瓶3501.510L/ 瓶氢气（钢瓶装）20瓶1000.210L/ 瓶合计75.3（3）测试化验加工费合计207万元，主要用于项目研发过程中外包给其他实验室或检测 单位

51、的成分分析、合作的费用。具体如下：项目单位单价（万元）数量金额（万元）酯化、酯交换最佳摩尔比测试批次0.81512粗甲酯成份比例分析批次0.5157.5粗甘油成分分析批次1.52537.5合作费次1501150合计207（4）燃料动力费合计26万元，主要用于项目研究过程中所需水、电、气、燃料的消 耗费用及试生产过程中导热油、蒸汽锅炉等加温装置的煤消耗费用。使 用明细如下：项目单位单价（万元）数量金额（万元）水万吨1.569电万千瓦时1.51015煤吨0.1202合计26（5）差旅费合计14万元，主要包括项目研究过程中开展科学实验（试验）、科学考察、技术调研、学术交流等所发生的差旅费用等，使用明

52、细如下：项目人次数费用（元/人次）金额（万元）省内调研2030006省外调研1050005研究讨论会2015003合计14（6）会议费共计15万元，主要包括会议专家餐费100元/人天，住宿费300元/ 人天，路费1500元/人次，会议时间2-3天。每位专家一次会议（3天） 费用约4000元【餐饮300+住宿900+路费3000 （往返）】。会场租赁费、 字幅、水果等。每次会议邀请 5-7位专家，一次会议费用约3万元。约 召开5次会议。国际合作与交流费无出版、文献、信息传播、知识产权费共计9.5万元，主要内容包括研究过程中支出的出版费、资料费、 文献检索费、专利申请费及宣传费。其中论文审稿费和版

53、面费平均3000元，预期发表5篇论文计1.5万元；专利申请费用6000元/个，预期申 请5个专利，计3万元。图书资料费、文献检索费及宣传费约 5万元。劳务费合计43.6万元，主要用于项目研究开发过程中支付给项目组成员的 研究工作津贴以及其他没有工资性收入的相关研究人员，如在校研究生、 临时聘用的辅助工作人员、临时安装工人等的劳务性支出费用，具体明 细如下：项目人数月支出工作月数金额在校研究生30.22414.4临时辅助工作人员40.2510临时安装工人80.12419.2合计43.6专家咨询费共计13.5万元，主要包括项目过程中邀请专家参加会议，每次会议邀请7-11位专家，预期召开8次会议，按

54、每人3天，咨询费800元/天 计算。2、课题的主要研究内容、任务分解，以及经费预算的需求、 测算方法、测算依据等相关说明(1)单位组成宁波杰森绿色能源科技有限公司、浙江工业大学两家单位组成联合 体，联合申报本项目。宁波杰森绿色能源科技有限公司为课题主持单位, 浙江工业大学为项目合作单位。(2)任务分解序号课题分解经费预算(万元)1沟油预处理工艺的研究。研究地沟油预处 理的最佳工艺路线，并确定其各个步骤的参 数。对于最主要的酯化降酸，采用无水硫酸铁 为催化剂，通过单因素和正交试验考察醇油摩 尔比、反应时间、反应温度和催化剂用量对预 处理酯化降酸效果的影响，在为后续酯交换反 应提供优质原料油的同时

55、，有效降低酯交换反 应时间，提高生物柴油制品品质。802地沟油制取生物柴油机理、方法工艺及反 应动力学研究。通过对地沟油性质与成分分 析，设计地沟油制取生物柴油的工艺步骤和正 交试验方案，研究不同醇油摩尔比例、催化剂 浓度、反应时间、反应温度、速度等控制酯交 换反应的条件对从地沟油制取生物柴油的影 响规律，得到不同反应条件下生物柴油的最优 产率，确定从地沟油制取生物柴油的最佳工艺 方案。从酸败油制取机理建立生物柴油制取的 反应动力学模型。3003地沟油制取生物柴油机械设备的研究。 通 过研究其生产工艺，并优化设计制造相应的机 械设备，例如：从生物柴油脱除甲醇的系统和 工艺、基于多层蒸发的生物柴

56、油连续精馏系 统、多层折流式超重力旋转床装置，并对其进 行进一步的优化设计。2004副产品甘油的回收与精制。制备生物柴油 的下层粗产品中含有甘油、甲醇、少量的酯和 催化剂。首先将下层溶液中和至强酸性，进行 分离，分离出少量的酯，然后常压蒸出反应过 剩的甲醇。常压蒸馏完后，此时得到的为粗甘 油，然后将粗甘油进行减压蒸馏。122.9合计702.9八、申报单位综合经济实力宁波杰森绿色能源技术有限公司成立于 2005年8月18日，注册资 金250万元，是一家以废弃动植物油脂为原料生产生物柴油的宁波市农业龙头企业和资源综合利用新型绿色能源企业。目前占地70余亩，建筑 面积10000平方米，其中标准厂房7

57、500 ，办公区1000 ，生活区1500 ，拥有一条年产1万吨的生物柴油生产线及相关配套的 5000n3化工油 罐区、公用工程设施。本公司的主要产品是生物柴油，其生产的主要原料为地沟油。地沟油是人们生活过程中必然产生的废弃物，产生量大，分布分散， 难以处理，尤其是其重返餐桌造成的身体危害和社会恐慌，成为国内一 个普遍的社会性问题。我们以地沟油为原料，变废为宝、化腐朽为神奇， 生产出环境友好型生物柴油。在生物柴油生产技术上我们与浙江工业大学密切合作，充分吸收消 化了浙工大专利技术，并结合本公司在实际生产中总结的生产经验，生 产出的生物柴油完全符合 B100的国家标准，转化率高可达到 90%使公

58、 司在利用废弃动、植物油脂制取生物柴油及其综合利用的生产技术上处 于国内领先水平并接轨国际水平。公司财务状况良好，经济实力雄厚。由于 2011年以前主要处于产品研发阶段，研发投入较大，导致利税总额偏低。至 2012年，公司销售收 入已比2011年增长2倍多，上缴税金近1000万，在奉化市制造业纳税 大户排名第14名。公司近二年经营情况如下：指标内容2012 年2013 年销售收入（万元）63659489利润总额（万元）3621206上缴税金（万元）9721449九、申报单位研究工作基础条件1、申报单位情况宁波杰森绿色能源科技有限公司是浙江省最大的生物柴油生产基 地，也是唯家专注生产生物柴油的企

59、业。公司设备先进、技术领先，在业内享有良好的声誉，是全国生物柴油行业协作组理事单位。公司自2005年建立以来，一直致力于生物柴油生产技术的研发、改 进和完善，经过多年的经验积累和实际生产操作，对生物柴油生产各个 环节都具有本质的了解和掌握。公司配有专门的理化分析实验室，拥有 先进的检测、分析、测试设备，还与浙江工业大学化学工程与材料学院 进行深层次的合作，共同致力于推动生物柴油生产技术的进步。公司目前拥有的与项目相关的专利清单:专利名称专利类别进展一种生物柴油副产品粗甘油的综合利用方法发明专利受理一种粗甲酯脱甲醇方法发明专利受理一种粗甲酯脱低沸方法发明专利受理一种废甲醇蒸馏装置实用新型授权一种

60、精馏塔实用新型授权公司目前拥有的研发检测设备清单:设备名称单位数量精密电子天平架4恒温水浴锅台2旋转蒸发仪台2电动搅拌器台2温控仪台2气相色谱仪台2液相色谱仪台1闪点仪台4冷滤点测定仪台1粘度/密度测试仪台1铜片腐蚀测定仪台1氧化安定性测试仪台1残炭测定仪台1硫含量测定仪台1甘油精馏模拟塔台1流体循环式酯化、酯交换模拟釜台1离心机台2真空泵套4精馏塔套12、合作单位情况浙江工业大学是首批 2011 计划 牵头大学，省部共建大学，首批卓 越工程师计划高校， 浙江省属重点大学。 办学历史 100 多年办学历史 100 多年。 2009 年 6月，教育部和浙江省政府签订共建协议，浙江工业大学 成为省