專利名稱：固體催化制備生物柴油的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用固體催化劑制備生物柴油的方法，具體的說，是采用無機鹽作為制備生物柴油中酯交換反應(yīng)催化劑，以解決傳統(tǒng)的采用酸、堿作為催化劑帶來的復(fù)雜的后處理過程及對設(shè)備帶來的腐蝕性損害。
背景技術(shù)：
隨著石油資源的日益枯竭和人們環(huán)保意識的提高，人們越來越關(guān)注石化燃料的替代品。生物柴油是由動植物油脂原料通過酯交換反應(yīng)生成的脂肪酸酯類物質(zhì)，是一種新型的無污染可再生能源。生物柴油具有以下優(yōu)點無毒可生物降解，十六烷值高，硫化物、一氧化碳排放量少，而且它排放的碳來自大氣，與石化柴油相比，可以減少二氧化碳的排放量。因此，生物柴油是一種新型的燃料能源。
生物柴油即脂肪酸甲酯，目前大多是通過均相催化酯交換法制備，采用液體酸或液體堿催化劑，一般為NaOH、KOH或濃硫酸。如果采用堿性催化劑，原料油中的游離脂肪酸對堿性催化劑的活性有很大的損害；抑或采用酸性催化劑，則對設(shè)備的要求很高，因為酸具有腐蝕性，而且反應(yīng)結(jié)束后甲醇和副產(chǎn)物甘油很難分離，后處理過程復(fù)雜，使成本上升。另外，采用酸、堿作為催化劑，在后處理過程中會排出大量污水，造成環(huán)境污染。因此，如何找到一種合適的催化劑，既降低成本，簡化工藝流程，又可達到環(huán)保的目的，已成為人們關(guān)注的焦點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種固體催化制備生物柴油的方法，能夠簡化工藝流程，降低生產(chǎn)成本，后處理工藝簡便，以克服現(xiàn)有技術(shù)的主要不足。
本發(fā)明實現(xiàn)過程如下在制備生物柴油過程中，主要涉及到動植物油脂原料與低級醇如甲醇、乙醇、丙醇或丁醇等通過酯交換反應(yīng)生成脂肪酸酯類物質(zhì)，其反應(yīng)可表示如下(以甲醇為例) 本發(fā)明使用無機鹽作為制備生物柴油酯交換反應(yīng)催化劑，所述無機鹽為堿金屬、堿土金屬、過渡金屬或Al3+的硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、磷酸鹽或碳酸鹽。如金屬離子Fe3+、Al3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+的硫酸鹽；金屬離子Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+、Ag+的硝酸鹽；金屬離子Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+、Li+的磷酸鹽；金屬離子Ca2+、Mg2+、Zn2+、Na+、K+、Li+的碳酸鹽；金屬離子Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+、Li+的鹽酸鹽等。
本發(fā)明將催化劑與醇及動植物油脂混合進行酯交換反應(yīng)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，無論催化劑是否溶解均具有較好的產(chǎn)率；同時發(fā)現(xiàn)，無機鹽是否含有結(jié)晶水對產(chǎn)率也無影響。
本發(fā)明使用無機鹽作為催化劑制備生物柴油，其優(yōu)點是①無需預(yù)先溶于醇中(如甲醇或乙醇)，省去了舊工藝中比較麻煩的一個步驟--溶解；②本發(fā)明使用的價格便宜，無顯著毒性、腐蝕性，較安全；③使用無機鹽催化劑皂化副產(chǎn)物少；④適宜甲、乙、丙或丁醇；⑤產(chǎn)品精制及甘油回收工藝簡單；⑥此催化劑適宜于任何動植物油甲、乙、丙、丁酯的生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明制備生物柴油工藝流程圖。
具體實施例方式
如圖1所示，制備生物柴油工藝流程為將一定量的催化劑與甲醇攪拌，再加入原料油攪拌，在一定溫度進行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，靜置分離，上層用甲醇洗后，蒸去微量甲醇得甲酯(生物柴油)，回收甲醇再利用，對所得甲酯(生物柴油)進行質(zhì)量指標(biāo)檢測；底層蒸餾，回收甲醇后得粗甘油，進一步精制甘油。
實施例1在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.36g催化劑AlCl3及7ml甲醇，攪拌5～10min，加入豆油51g，快速攪拌加熱至60～62℃，持續(xù)約80min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用5ml甲醇洗后，蒸去微量甲醇得約50g甲酯，底層蒸餾回收甲醇后得6.5g粗甘油(純度大約在70％)。
實施例2在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.36g催化劑MgSO4及7ml甲醇，攪拌5～10min，加入菜籽油50g，快速攪拌加熱至60～62℃，持續(xù)約80min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用5ml甲醇洗后，蒸去微量甲醇得約49g甲酯。
實施例3在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.36g催化劑Na3PO4及10ml乙醇，攪拌5min，加入山桃仁油51g，快速攪拌加熱至60～62℃，持續(xù)約80min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用5ml乙醇洗后，蒸去微量乙醇得約50g乙酯。
實施例4在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.36g催化劑AgNO3及10ml乙醇，攪拌5min，加入菜籽油50g，快速攪拌加熱至60℃，持續(xù)約60min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用5ml乙醇洗后，蒸去微量乙醇得約49g乙酯。
實施例5在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.22g催化劑Na2CO3及8ml正丁醇，攪拌5～10min，加入山桃仁油25g，快速攪拌加熱至60～62℃，持續(xù)約80min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用少量水多次洗滌、干燥、過濾精制，得約24g生物柴油(轉(zhuǎn)化率約為96％)。
實施例6在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.22g催化劑FeCl3·6H2O及14g甲醇，攪拌5min，加入長柄扁桃油25g，快速攪拌加熱至55℃，持續(xù)約60min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層多次水洗、過濾，得約24.6g生物柴油(轉(zhuǎn)化率為98.6％)。
實施例7在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.22g催化劑Cu(NO3)2·6H2O及8ml正丁醇，攪拌5～10min，加入菜籽油25g，快速攪拌加熱至60～62℃，持續(xù)約80min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用少量水多次洗滌、干燥、過濾精制，得約22g生物柴油。
實施例8與實施例7相同，僅使用Cu(NO3)2代替Cu(NO3)2·6H2O，得約21.9g生物柴油。
實施例9在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.32g催化劑CaCO3及14g甲醇，攪拌8min，加入25g豬油，快速攪拌加熱至63℃，持續(xù)約80min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層用少量水多次洗滌、干燥、過濾精制，得約23.2g生物柴油。
實施例10在裝有回流冷凝管、機械攪拌器的250ml三頸瓶中，加入0.36g催化劑ZnSO4·7H2O及15g甲醇，攪拌10min，加入回收的泔水油25g，快速攪拌加熱至58℃，持續(xù)約60min。反應(yīng)結(jié)束后冷至室溫，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置30min，分出底層，上層多次水洗、過濾，得約23.8g生物柴油。
權(quán)利要求
1.無機鹽作為制備生物柴油中酯交換反應(yīng)催化劑的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用途，其特征在于，無機鹽為堿金屬、堿土金屬、過渡金屬或Al3+的硫酸鹽、硝酸鹽、鹽酸鹽、磷酸鹽或碳酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述用途，其特征在于，無機鹽為Fe3+、Al3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+或K+的硫酸鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述用途，其特征在于，無機鹽為Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+、Ag+的硝酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述用途，其特征在于，無機鹽為Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+、Li+的磷酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述用途，其特征在于，無機鹽為Ca2+、Mg2+、Zn2+、Na+、K+、Li+的碳酸鹽。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述用途，其特征在于，無機鹽為Fe3+、Al3+、Ca2+、Mg2+、Cu2+、Zn2+、Na+、K+、Li+的鹽酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固體催化劑制備生物柴油的方法，具體的說，是采用無機鹽作為制備生物柴油中酯交換反應(yīng)催化劑。本發(fā)明的優(yōu)點是無需預(yù)先溶于醇中(如甲醇或乙醇)，省去了舊工藝中比較麻煩的一個步驟——溶解；本發(fā)明使用的無機鹽價格便宜，無顯著毒性、腐蝕性，較安全；使用無機鹽催化劑皂化副產(chǎn)物少。
文檔編號B01J27/18GK101067090SQ200710018018
公開日2007年11月7日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者申燁華, 石向林, 郝康林, 秦振平, 衛(wèi)引茂 申請人:西北大學(xué)