一種生物柴油及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物柴油及其制備方法，該方法利用油脂生產(chǎn)過程中的皂腳為原料，將皂腳中的主要成分轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲酯，經(jīng)過連續(xù)多段精餾獲得所述生物柴油；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：該方法利用低品質(zhì)高含水率的油脂皂腳成功獲得了高品質(zhì)生物柴油，實(shí)現(xiàn)廢料的再利用，避免了直接將皂腳作為廢料丟棄造成的資源浪費(fèi)，降低了成本；同時(shí)，該方法獲得的次生產(chǎn)物也可以被重新利用，如第二段精餾的產(chǎn)物可用來生產(chǎn)表面活性劑，生物瀝青可以作為燃料，也可用于制備涂料、塑料或用于鋪筑路面等。
【專利說明】一種生物柴油及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種生物柴油，尤其涉及的是一種生物柴油及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球石油能源的日益短缺，人們?cè)诓粩鄬ふ腋鞣N替代品，生物柴油作為石化柴油的理想替代能源之一，逐漸受到了人們的廣泛關(guān)注。目前生物柴油推廣應(yīng)用的主要障礙之一是生產(chǎn)成本高，如何找到一種經(jīng)濟(jì)可行的生物柴油制備方法，成為生物柴油研究的重點(diǎn)。
[0003]在油脂生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢料，俗稱皂腳，這些皂腳的主要成分是水、月旨肪酸鈉和中性油，有的還含有一些其它成分，如磷脂等，其中水含量在70%左右，脂肪酸鈉和中性油等含量在30%左右。傳統(tǒng)的處理方法是將這些皂腳料當(dāng)成廢料直接處理掉，其實(shí)這些皂腳具有很多的用途，例如作為制造脂肪酸的原料，或者制造酸化油的原料，或者制造生物柴油的原料等，這些方法都能使得這些皂腳得到最大程度的利用。
[0004]雖然這些皂腳能夠作為原料進(jìn)行再利用，但是由于其有效成分含量低，雜質(zhì)含量高，導(dǎo)致后期處理的成本高，難以得到高品質(zhì)的產(chǎn)物，因此，如何利用這些皂腳制造出低成本高品質(zhì)的脂肪酸、酸化油或者生物柴油是現(xiàn)有技術(shù)中一直未能很好解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種生物柴油及其制備方法，以提供一種利用低品質(zhì)高含水率的油脂皂腳制備高品質(zhì)生物柴油的方法，實(shí)現(xiàn)廢料的再利`用。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)按重量計(jì)，在100份油脂皂腳中加入3~6份硫酸，反應(yīng)后的反應(yīng)液經(jīng)沉降分水，過濾和脫水，獲得酸化油；
[0009](2)另取100份步驟(1)的酸化油，加入20~40份甲醇和I~3份硫酸，攪拌至反應(yīng)完全,分去未反應(yīng)的酸醇,再加入5~25份甲醇和0.2~2.0份堿性物質(zhì)，攪拌至反應(yīng)完全，獲得粗脂肪酸甲酯，將粗脂肪酸甲酯脫醇并沉降，去除其中的粗甘油和甲醇，得到二級(jí)粗脂肪酸甲酯；
[0010](3)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第一段精餾，獲得含CS、CIO、C12、C14為主的輕組分；
[0011](4)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第二段精餾，獲得含C16為主的脂肪酸甲酯組分；
[0012](5)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第三段精餾，獲得含C18為主的脂肪酸甲酯組分和生物浙青，所述含C18為主的脂肪酸甲酯組分即為所述生物柴油。
[0013]優(yōu)選地，所述步驟(2)的堿性物質(zhì)為氫氧化鉀、甲醇鈉、甲醇鉀或氫氧化鈉。
[0014]優(yōu)選地，所述步驟(3)的第一段精餾的條件為:塔底溫度為185~195°C，塔頂溫度為140°C以下，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為10~30:1。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟(4)的第二段精餾的條件為:塔底溫度為195~205°C，塔頂溫度為140~150°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為2~6:1。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟(5)的第三段精餾的條件為:塔底溫度為205~220°C，塔頂溫度為150°C以上，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為I~2:1。
[0017]一種生物柴油，所述生物柴油是利用上述任一方法制備獲得的。
[0018]本發(fā)明的原理是:
[0019]皂腳的主要成分是水、脂肪酸鈉和中性油，本發(fā)明涉及的化學(xué)反應(yīng)主要分為三個(gè)步驟:
[0020]I)將皂腳先和硫酸反應(yīng)，使其中的脂肪酸鈉變成脂肪酸，然后過濾廢渣，脫水，得到酸化油；
[0021]2)加入甲醇，在硫酸催化下進(jìn)行酯化反應(yīng)，使其中的脂肪酸酯化成脂肪酸甲酯；
[0022]3)然后加入過量的堿，堿可以中和未完全反應(yīng)的脂肪酸，之前的硫酸已經(jīng)分去，同時(shí)過量的堿可以作為催化劑，使皂腳中的中性油成分和甲醇發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成脂肪酸甲酯；
[0023]通過上述步驟I)~3)，皂腳中的主要成分都被轉(zhuǎn)化成了脂肪酸甲酯，最后對(duì)獲得的脂肪酸甲酯溶液進(jìn)行三段精餾，獲得含C18成分為主的脂肪酸甲酯，即為所述生物柴油。
[0024]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供了一種生物柴油及其制備方法，該方法充分利用了油脂生產(chǎn)過程中的皂腳，將皂腳中的主要成分轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲酯，經(jīng)過三段精餾最終得到高品質(zhì)的生物柴油，`實(shí)現(xiàn)了皂腳的充分利用，避免了直接將皂腳作為廢料丟棄造成的資源浪費(fèi)，降低了成本；同時(shí)，該方法制備生物柴油過程中產(chǎn)生的次生產(chǎn)物也可以被重新利用，如第二段蒸餾的產(chǎn)物(即含C16成分為主的脂肪酸甲酯)可用來生產(chǎn)表面活性劑，經(jīng)過三次蒸餾剩下的雜質(zhì)(即生物浙青)可以作為燃料，也可用于制備涂料、塑料或用于鋪筑路面等。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0026]實(shí)施例1
[0027]本實(shí)施例的一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0028]( I)取油脂皂腳100公斤，加入硫酸5公斤進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的反應(yīng)液經(jīng)沉降分水，過濾和脫水，獲得酸化油40公斤，所述酸化油的含水量和含渣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.5% ；
[0029](2)取步驟(2)的酸化油40公斤，加入16公斤甲醇和1.2公斤硫酸，在硫酸催化下進(jìn)行酯化反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，反應(yīng)后的酯化液的酸值小于3.0，分去未反應(yīng)的硫酸和甲醇，再加入2公斤甲醇和0.08公斤氫氧化鉀進(jìn)行酯交換反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，獲得粗脂肪酸甲酯，所述粗脂肪酸甲酯中，甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，將粗脂肪酸甲酯進(jìn)一步脫醇并沉淀，去除其中的粗甘油和甲醇，得到二級(jí)粗脂肪酸甲酯41.2公斤，所述二級(jí)粗脂肪酸甲酯中，甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，粗甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1% ；[0030](3)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第一段精餾，所述第一段精餾的條件為:塔底溫度為185°C，塔頂溫度為120°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為10:1，獲得含C8、C10、C12、C14為主的輕組分，其中C8、CIO、C12、C14的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占96% ；
[0031](4)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第二段精餾，所述第二段精餾的條件為:塔底溫度為195°C，塔頂溫度為140°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為2:1，獲得含C16為主的脂肪酸甲酯組分，其中C16的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占98% ；
[0032](5)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第三段精餾，所述第三段精餾的條件為:塔底溫度為205°C，塔頂溫度為160°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為1:1，獲得含C18為主的脂肪酸甲酯組分37.8公斤以及生物浙青，所述含C18為主的脂肪酸甲酯組分即為所述生物柴油。
[0033]實(shí)施例2
[0034]本實(shí)施例的另一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0035]( I)取油脂皂腳100公斤，加入硫酸3公斤進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的反應(yīng)液經(jīng)沉降分水，過濾和脫水，獲得酸化油45公斤，所述酸化油的含水量和含渣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.5% ；
[0036](2)取步驟(2)的酸化油40公斤，加入8公斤甲醇和.4公斤硫酸，在硫酸催化下進(jìn)行酯化反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，反應(yīng)后的酯化液的酸值小于3.0，分去未完全反應(yīng)的硫酸和甲醇，再加入10公斤甲醇和0.8公斤甲醇鈉進(jìn)行酯交換反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，獲得粗脂肪酸甲酯，所述粗脂肪酸甲酯中，甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，將粗脂肪酸甲酯進(jìn)一步脫醇并沉淀，去除其中的粗甘油和甲醇，得到二級(jí)粗脂肪酸甲酯40公斤，所述二級(jí)粗脂肪酸甲酯中，甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，粗甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1% ；
[0037](3)將二級(jí)粗`脂肪酸甲酯進(jìn)行第一段精餾，所述第一段精餾的條件為:塔底溫度為195°C，塔頂溫度為135°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為30:1，獲得含C8、C10、C12、C14為主的輕組分，其中C8、CIO、C12、C14的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占96% ；
[0038](4)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第二段精餾，所述第二段精餾的條件為:塔底溫度為2050C，塔頂溫度為150°C，塔真空度低于-0.098MPa,精餾回流比為6: 1，獲得含C16為主的脂肪酸甲酯組分，其中C16的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占98% ；
[0039](5)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第三段精餾，所述第三段精餾的條件為:塔底溫度為220°C，塔頂溫度為155°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為2:1，獲得含C18為主的脂肪酸甲酯組分38公斤以及生物浙青，所述含C18為主的脂肪酸甲酯組分即為所述生物柴油。
[0040]實(shí)施例3
[0041]本實(shí)施例的另一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0042]( I)取油脂皂腳100公斤，加入硫酸6公斤進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的反應(yīng)液經(jīng)沉降分水，過濾和脫水，獲得酸化油45公斤，所述酸化油的含水量和含渣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.5% ；
[0043](2)取步驟(2)的酸化油40公斤，加入12公斤甲醇和I公斤硫酸，在硫酸催化下進(jìn)行酯化反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，反應(yīng)后的酯化液的酸值小于3.0，分去未反應(yīng)的硫酸和甲醇，再加入5公斤甲醇和0.2公斤甲醇鉀進(jìn)行酯交換反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，獲得粗脂肪酸甲酯，所述粗脂肪酸甲酯中，甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，將粗脂肪酸甲酯進(jìn)一步脫醇并沉淀，去除其中的粗甘油和甲醇，得到二級(jí)粗脂肪酸甲酯41公斤，所述二級(jí)粗脂肪酸甲酯中，甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，粗甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1% ；
[0044](3)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第一段精餾，所述第一段精餾的條件為:塔底溫度為190°C，塔頂溫度為120°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為20:1，獲得含C8、C10、C12、C14為主的輕組分，其中C8、CIO、C12、C14的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占96% ；
[0045](4)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第二段精餾，所述第二段精餾的條件為:塔底溫度為200°C，塔頂溫度為145°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為4:1，獲得含C16為主的脂肪酸甲酯組分，其中C16的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占98% ；
[0046](5)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第三段精餾，所述第三段精餾的條件為:塔底溫度為210°C，塔頂溫度為160°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為1:1，獲得含C18為主的脂肪酸甲酯組分36公斤以及生物浙青，所述含C18為主的脂肪酸甲酯組分即為所述生物柴油。
[0047]實(shí)施例4
[0048]本實(shí)施例的一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0049](I)取油脂皂腳100公斤，加入硫酸4 (3-6)公斤進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后的反應(yīng)液經(jīng)沉降分水，過濾和脫水，獲得酸化油48公斤，所述酸化油的含水量和含渣量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于 0.5% ；
[0050](2)取步驟(2)的酸化油40公斤，加入12公斤甲醇和0.8公斤硫酸，在硫酸催化下進(jìn)行酯化反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，反應(yīng)后的酯化液的酸值小于3.0，分去未反應(yīng)的硫酸和甲醇，再加入8公斤甲醇和0.4公斤氫氧化鈉進(jìn)行酯交換反應(yīng)，攪拌至反應(yīng)完全，獲得粗脂肪酸甲酯，所述粗脂肪酸甲酯中，甘油酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，將粗脂肪酸甲酯進(jìn)一步脫醇并沉淀，去除其中的粗甘油和甲醇，得`到二級(jí)粗脂肪酸甲酯35公斤，所述二級(jí)粗脂肪酸甲酯中，甲醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%，粗甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1% ；
[0051](3)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第一段精餾，所述第一段精餾的條件為:塔底溫度為190°C，塔頂溫度為130°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為25:1，獲得含C8、C10、C12、C14為主的輕組分，其中C8、CIO、C12、C14的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)占96% ；
[0052](4)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第二段精餾，所述第二段精餾的條件為:塔底溫度為195°C，塔頂溫度為150°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為5:1，獲得含C16為主的脂肪酸甲酯組分，其中C16的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占98% ；
[0053](5)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第三段精餾，所述第三段精餾的條件為:塔底溫度為215°C，塔頂溫度為155°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為2:1，獲得含C18為主的脂肪酸甲酯組分32公斤以及生物浙青，所述含C18為主的脂肪酸甲酯組分即為所述生物柴油。
[0054]將實(shí)施例1~4的生物柴油分別進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果顯示，本工藝分離各組分效果優(yōu)異，輕組分中還含有C16和C18的含量在4%以下，C16也是一樣，精餾出的C16中還含有極少量的C18成分，但是其含量在2%以下；經(jīng)三段精餾后獲得的生物浙青中，甲酯的含量均小于50%，說明油脂皂腳中的有效成分被充分利用；同時(shí)，實(shí)施例1~4的生物柴油的控制閃點(diǎn)大于170°C，色度小于60號(hào)，酸值小于0.5，均為高品質(zhì)生物柴油。
【權(quán)利要求】
1.一種生物柴油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)按重量計(jì)，在100份油脂皂腳中加入3~6份硫酸，反應(yīng)后的反應(yīng)液經(jīng)沉降分水，過濾和脫水，獲得酸化油； (2)另取100份步驟(1)的酸化油，加入20~40份甲醇和I~3份硫酸，攪拌至反應(yīng)完全,分去未反應(yīng)的酸醇,再加入5~25份甲醇和0.2~2.0份堿性物質(zhì)，攪拌至反應(yīng)完全，獲得粗脂肪酸甲酯，將粗脂肪酸甲酯脫醇并沉降，得到二級(jí)粗脂肪酸甲酯； (3)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第一段精餾，獲得含CS、CIO、C12、C14為主的輕組分； (4)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第二段精餾，獲得含C16為主的脂肪酸甲酯組分； (5)將二級(jí)粗脂肪酸甲酯進(jìn)行第三段精餾，獲得含C18為主的脂肪酸甲酯組分和生物浙青，所述含C18為主的脂肪酸甲酯組分即為生物柴油。
2.如權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)的堿性物質(zhì)為氫氧化鉀、甲醇鈉、甲醇鉀或氫氧化鈉。
3.如權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)的第一段精餾的條件為:塔底溫度為185~195°C，塔頂溫度為140 °C以下，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為10~30:1。
4.如權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)的第二段精餾的條 件為:塔底溫度為195~205°C，塔頂溫度為140~150°C，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為2~6:1。
5.如權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)的第三段精餾的條件為:塔底溫度為205~220 °C，塔頂溫度為150°C以上，塔真空度低于-0.098MPa，精餾回流比為I~2:1。
6.一種生物柴油，其特征在于，所述生物柴油是利用如權(quán)利要求1~5任一方法制備獲得的。
【文檔編號(hào)】C11B3/00GK103820224SQ201410093047
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】駱浩敏, 趙忠維, 張保林, 劉曉東 申請(qǐng)人:安徽天意環(huán)?？萍加邢薰?br>