專利名稱：高效制備生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種柴油的制備方法，尤其是一種高效制備生物柴油的方法。
背景技術(shù)：
生物柴油是由從植物油或動物脂的脂肪酸烷基單酯組成的一種可替代柴油燃料。目前，大多數(shù)生物柴油主要是由油脂、甲醇和一種堿性催化劑或酸性催化劑生產(chǎn)而成的，堿性催化劑比酸性催化劑的轉(zhuǎn)化率高。像餐飲廢油和工業(yè)動物脂等這些廢脂由于含有較高的游離脂肪酸(FFA)，而在使用堿性催化劑時易形成皂類物質(zhì)而不能直接轉(zhuǎn)化為生物柴油。在生產(chǎn)過程中皂能阻止生物柴油從甘油中的分離。目前開發(fā)的工藝是用酸性催化劑預(yù)處理這些高FFA原料使不能形成皂物質(zhì)。酸性催化劑對于FFA轉(zhuǎn)化為酯的作用表現(xiàn)非常明顯，然而酸催化工藝的不利之處，一方面是酸性催化劑對于甘三酯轉(zhuǎn)化為生物柴油的作用很慢，生物柴油的轉(zhuǎn)化率很低；另一方面是FFA同醇反應(yīng)產(chǎn)生水，尤其是酸值高的廢油酯化過程中會不斷生成水分，水分的存在等于在不斷的稀釋催化劑，降低催化劑的活性，這抑制了FFA的酯化和甘油的轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，從而直接影響酯化效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種轉(zhuǎn)化時間短，轉(zhuǎn)化率高的高效制備生物柴油的方法。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下方案得以實施一種高效制備生物柴油的方法，按照下述步驟進行A、將一定量的油脂加入到反應(yīng)容器中，進行加熱；B、在反應(yīng)容器中加入酸性催化劑，加熱并攪拌，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純的低碳醇(98％以上，通常采用純度較高的分析純)，該低碳醇是以氣態(tài)形式通入的，從反應(yīng)容器中揮發(fā)出來的氣體要進行冷凝，冷凝后的氣體繼續(xù)通入到反應(yīng)液中；C、向反應(yīng)容器中加入稍過量的堿性催化劑，加熱并攪拌，其中部分堿用于中和反應(yīng)液中的酸，余下的堿用做催化劑；D、將反應(yīng)產(chǎn)物進行分離，得到粗甘油和生物柴油；在步驟C完成后需要調(diào)控反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值在4～7的范圍內(nèi)，檢測到的PH值大于7時需要加入稀硫酸(按1∶10稀釋濃硫酸)進行中和，優(yōu)選的PH值為7。
在所述的步驟D中還包括以下步驟D1、將產(chǎn)物靜置分層或離心分層或進行抽真空分層，使甘油迅速下沉，與生物柴油分離，甘油在下層，生物柴油在上層(如不抽真空，一般至少需要2小時的沉淀時間)，然后將下層的粗甘油放出；D2、對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理；D3、將水洗后的生物柴油進行加熱處理，將生物柴油內(nèi)殘留的水分、醇等揮發(fā)掉，剩下的產(chǎn)物為純度較高的生物柴油。
所述的油脂為植物油脂、動物油脂、植物油精練后的下腳料、酸化油、潲水油或者是各種油炸食品后的廢棄油，酸性催化劑為98％以上的濃硫酸，低碳醇為甲醇或乙醇，堿性催化劑為純的NaOH或KOH。
所述的油脂的質(zhì)量為100份，濃硫酸的質(zhì)量為0.45～0.70份，甲醇的質(zhì)量為25～40份或乙醇的質(zhì)量為36～58份，NaOH的質(zhì)量為0.4～0.8份或KOH的質(zhì)量為0.56～1.12份。
所述步驟A中反應(yīng)容器中的溫度控制在70～100℃，所述步驟B中反應(yīng)時間為1～2小時，溫度保持為70～130℃；所述步驟C中反應(yīng)時間為0.5～1.5小時(混合油脂為0.75～1.5小時，單品種油為0.5～1小時)，溫度保持為90～130℃。
所述水洗步驟D2中的水采用80℃以上的熱水，其每次的用水的質(zhì)量為100份油脂質(zhì)量的1/4～2/5，并且保持生物柴油的溫度在100～110℃，采用抽真空分層或靜置分層，然后放出下層的水和雜質(zhì)。
所述的D1中抽真空分層時，產(chǎn)物溫度保持在80～110℃；所述步驟D3中加熱的溫度為110～200℃，時間為0.5～1小時。
本發(fā)明的優(yōu)點(1)步驟B(預(yù)酯化過程)中將揮發(fā)出的醇蒸汽繼續(xù)通入到反應(yīng)液中循環(huán)使用，解決了溫度升高，醇揮發(fā)，濃度降低的問題，一方面節(jié)省了醇的用量，保證了反應(yīng)中甲醇的濃度并使反應(yīng)物充分混合(醇蒸汽的不斷通入，相當于增加了攪拌強度，攪拌強度的增加有利于產(chǎn)率的提高)，而且可以采用較高的反應(yīng)溫度，加快了反應(yīng)速度，提高了產(chǎn)率；另一方面省去了回收醇的工藝步驟；(2)步驟B中將從反應(yīng)容器中揮發(fā)出來的蒸氣進行冷凝處理，可以將油脂中的雜質(zhì)分離出來，同時還將新生成的水分分離出來，這有力克服了不利的可逆反應(yīng)，最大限度的保持反應(yīng)朝著正反應(yīng)方向(生物柴油的加工是一種可逆反應(yīng))發(fā)展，使未反應(yīng)物降低到最小程度，大大提高了催化效率和轉(zhuǎn)化率，縮短了反應(yīng)時間；(3)先使用酸性催化劑將FFA轉(zhuǎn)化為酯，從而避免了FFA與堿性催化劑形成皂類物質(zhì)，然后用NaOH做催化劑進行酯交換反應(yīng)，這樣可大大提高生物柴油的轉(zhuǎn)化率；(4)采用真空分層的方法也大大縮短了分離的時間。該發(fā)明最終油脂的轉(zhuǎn)化率可以達到90％～96％，甘油的轉(zhuǎn)化率可達到8％～10％，幾乎沒有其它的雜質(zhì)，生物柴油的總的轉(zhuǎn)化率可以達到98％以上，整個制備過程只需要4小時左右的時間，比目前制備生物柴油的10小時以上的時間大為縮短，并且經(jīng)檢測各項指標均符合國家標準。
具體實施例方式
實施例1(1)將100g的潲水油加入到反應(yīng)容器中，進行加熱，溫度為85℃。
(2)在反應(yīng)容器中加入0.6g 98％的濃硫酸，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純甲醇(99.8％)蒸汽，從反應(yīng)容器中出來的蒸氣要進行冷凝，將蒸氣中的水分和雜質(zhì)分離出來，冷凝后的甲醇蒸氣繼續(xù)通入到反應(yīng)液，該反應(yīng)過程需要加熱并不斷攪拌，加熱溫度為100℃，反應(yīng)時間為1.5小時。
(3)向反應(yīng)容器中加入0.6g的NaOH，加熱至110℃并不斷攪拌，其中部分NaOH用于中和反應(yīng)液中的濃硫酸，余下的NaOH用做催化劑，進行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)時間為45分鐘。
(4)檢測反應(yīng)容器中反應(yīng)產(chǎn)物的PH值，PH值大于7時需要加入稀硫酸(按1∶10稀釋濃硫酸)進行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值為7。
(5)對反應(yīng)產(chǎn)物進行抽真空處理，溫度保持在105℃，使甘油迅速下沉，與生物柴油分離，甘油在下層，生物柴油在上層，然后將下層的粗甘油放出。
(6)用90℃的熱水35g對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理，并保持生物柴油的溫度在105℃，每次洗水攪拌4分鐘，洗水完畢，采用抽真空分層，放出下層的水和雜質(zhì)。
(7)將水洗后的生物柴油進行加熱處理，溫度為150℃，時間為45分鐘，將生物柴油內(nèi)殘留的水分、醇等揮發(fā)掉，剩下的產(chǎn)物為純度較高的生物柴油。
實施例2(1)將100g的大豆油加入到反應(yīng)容器中，進行加熱，溫度為70℃。
(2)在反應(yīng)容器中加入0.45g 98％的濃硫酸，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純甲醇(分析純甲醇99.5％)蒸汽，從反應(yīng)容器中出來的蒸氣要進行冷凝，將蒸氣中的水分和帶出的雜質(zhì)離出來，冷凝后的甲醇蒸氣繼續(xù)通入到反應(yīng)液，該反應(yīng)過程需要加熱并不斷攪拌，加熱溫度為70℃，反應(yīng)時間為1小時。
(3)向反應(yīng)容器中加入0.4g的NaOH，加熱至90℃并不斷攪拌，其中部分NaOH用于中和反應(yīng)液中的濃硫酸，余下的NaOH用做催化劑，進行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)時間為0.5小時。
(4)檢測反應(yīng)容器中反應(yīng)產(chǎn)物的PH值，PH值大于7時需要加入稀硫酸(按1∶10稀釋濃硫酸)進行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值為6。
(5)對反應(yīng)產(chǎn)物進行抽真空處理，溫度保持在100℃，使甘油迅速下沉，與生物柴油分離，甘油在下層，生物柴油在上層，然后將下層的粗甘油放出。
(6)用80℃的熱水25g對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理，并保持生物柴油的溫度在100℃，每次洗水攪拌3分鐘，洗水完畢，采用抽真空分層，放出下層的水和雜質(zhì)。
(7)將水洗后的生物柴油進行加熱處理，溫度為110℃，時間為0.5小時，將生物柴油內(nèi)殘留的水分、醇等揮發(fā)掉，剩下的產(chǎn)物為純度較高的生物柴油。
實施例3(1)將100g的動物油脂加入到反應(yīng)容器中，進行加熱，溫度為100℃。
(2)在反應(yīng)容器中加入0.7g 98％的濃硫酸，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純乙醇(分析純乙醇99.7％)蒸汽，從反應(yīng)容器中出來的蒸氣要進行冷凝，將蒸氣中的水分和帶出的雜質(zhì)離出來，冷凝后的乙醇蒸氣繼續(xù)通入到反應(yīng)液，該反應(yīng)過程需要加熱并不斷攪拌，加熱溫度為130℃，反應(yīng)時間為2小時。
(3)向反應(yīng)容器中加入0.8g的KOH，加熱至90℃并不斷攪拌，其中部分KOH用于中和反應(yīng)液中的濃硫酸，余下的KOH用做催化劑，進行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)時間為1小時。
(4)檢測反應(yīng)容器中反應(yīng)產(chǎn)物的PH值，PH值大于7時需要加入稀硫酸(按1∶10稀釋濃硫酸)進行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值為4。
(5)對反應(yīng)產(chǎn)物進行抽真空處理，溫度保持在110℃，使甘油迅速下沉，與生物柴油分離，甘油在下層，生物柴油在上層，然后將下層的粗甘油放出。
(6)用90℃的熱水40g對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理，并保持生物柴油的溫度在110℃，每次洗水攪拌5分鐘，洗水完畢，采用抽真空分層，放出下層的水和雜質(zhì)。
(7)將水洗后的生物柴油進行加熱處理，溫度為200℃，時間為1小時，將生物柴油內(nèi)殘留的水分、醇等揮發(fā)掉，剩下的產(chǎn)物為純度較高的生物柴油。
實施例4(1)將100g的潲水油加入到反應(yīng)容器中，進行加熱，溫度為80℃。
(2)在反應(yīng)容器中加入0.5g 98％的濃硫酸，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純甲醇(分析純甲醇99.5％)蒸汽，從反應(yīng)容器中出來的蒸氣要進行冷凝，將蒸氣中的水分和帶出的雜質(zhì)離出來，冷凝后的甲醇蒸氣繼續(xù)通入到反應(yīng)液，該反應(yīng)過程需要加熱并不斷攪拌，加熱溫度為90℃，反應(yīng)時間為80分鐘。
(3)向反應(yīng)容器中加入0.5g的NaOH，加熱至115℃并不斷攪拌，其中部分NaOH用于中和反應(yīng)液中的濃硫酸，余下的NaOH用做催化劑，進行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)時間為40分鐘。
(4)檢測反應(yīng)容器中反應(yīng)產(chǎn)物的PH值，PH值大于7時需要加入稀硫酸(按1∶10稀釋濃硫酸)進行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值為5。
(5)對反應(yīng)產(chǎn)物進行抽真空處理，溫度保持在110℃，使甘油迅速下沉，與生物柴油分離，甘油在下層，生物柴油在上層，然后將下層的粗甘油放出。
(6)用85℃的熱水30g對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理，并保持生物柴油的溫度在110℃，每次洗水攪拌4分鐘，洗水完畢，采用抽真空分層，放出下層的水和雜質(zhì)。
(7)將水洗后的生物柴油進行加熱處理，溫度為130℃，時間為45分鐘，將生物柴油內(nèi)殘留的水分、醇等揮發(fā)掉，剩下的產(chǎn)物為純度較高的生物柴油。
實施例5(1)將100g的潲水油加入到反應(yīng)容器中，進行加熱，溫度為70℃。
(2)在反應(yīng)容器中加入0.55g 98％的濃硫酸，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純甲醇(99.8％)蒸汽，從反應(yīng)容器中出來的蒸氣要進行冷凝，將蒸氣中的水分和帶出的雜質(zhì)離出來，冷凝后的甲醇蒸氣繼續(xù)通入到反應(yīng)液，該反應(yīng)過程需要加熱并不斷攪拌，加熱溫度為120℃，反應(yīng)時間為100分鐘。
(3)向反應(yīng)容器中加入0.55g的KOH，加熱至100℃并不斷攪拌，其中部分KOH用于中和反應(yīng)液中的濃硫酸，余下的KOH用做催化劑，進行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)時間為50分鐘。
(4)檢測反應(yīng)容器中反應(yīng)產(chǎn)物的PH值，PH值大于7時需要加入稀硫酸(按1∶10稀釋濃硫酸)進行調(diào)節(jié)，使反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值為7。
(5)對反應(yīng)產(chǎn)物進行抽真空處理，溫度保持在100℃，使甘油迅速下沉，與生物柴油分離，甘油在下層，生物柴油在上層，然后將下層的粗甘油放出。
(6)用90℃的熱水36g對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理，并保持生物柴油的溫度在100℃，每次洗水攪拌4分鐘，洗水完畢，采用抽真空分層，放出下層的水和雜質(zhì)。
(7)將水洗后的生物柴油進行加熱處理，溫度為110℃，時間為45分鐘，將生物柴油內(nèi)殘留的水分、醇等揮發(fā)掉，剩下的產(chǎn)物為純度較高的生物柴油。
油品檢驗報告

本發(fā)明不限于以上實施方式，只要是說明書中提及的方案均是可以實施的，均落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高效制備生物柴油的方法，按照下述步驟進行A、將一定量的油脂加入到反應(yīng)容器中，進行加熱；B、在反應(yīng)容器中加入酸性催化劑，加熱并攪拌，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純的低碳醇，該低碳醇是以氣態(tài)形式通入的，從反應(yīng)容器中揮發(fā)出來的氣體要進行冷凝，冷凝后的氣體繼續(xù)通入到反應(yīng)液中；C、向反應(yīng)容器中加入稍過量的堿性催化劑，加熱并攪拌；D、將反應(yīng)產(chǎn)物進行分離，得到粗甘油和生物柴油；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于在步驟C完成后需要調(diào)控反應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)物的PH值在4～7的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于在所述的步驟D中還包括以下步驟D1、將產(chǎn)物靜置分層或離心分層或進行抽真空分層，分層后將下層的粗甘油放出；D2、對反應(yīng)容器中的生物柴油進行洗水處理；D3、將水洗后的生物柴油進行加熱處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于所述的油脂為植物油脂、動物油脂、植物油精練后的下腳料、酸化油、潲水油或者是各種油炸食品后的廢棄油，酸性催化劑為98％以上的濃硫酸，低碳醇為甲醇或乙醇，堿性催化劑為純的NaOH或KOH。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于所述的油脂的質(zhì)量為100份，濃硫酸的質(zhì)量為0.45～0.70份，甲醇的質(zhì)量為25～40份或乙醇的質(zhì)量為36～58份，NaOH的質(zhì)量為0.4～0.8份或KOH的質(zhì)量為0.56～1.12份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于所述步驟A中反應(yīng)容器中的溫度控制在70～100℃，所述步驟B中反應(yīng)時間為1～2小時，溫度保持為70～130℃；所述步驟C中反應(yīng)時間為0.5～1.5小時，溫度保持為90～130℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于所述水洗步驟D2中的水采用80℃以上的熱水，其每次的用水的質(zhì)量為100份油脂質(zhì)量的1/4～2/5，并且保持生物柴油的溫度在100～110℃，采用抽真空分層或靜置分層，然后放出下層的水和雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高效制備生物柴油的方法，其特征在于所述的D1中抽真空分層時，產(chǎn)物溫度保持在80～110℃；所述步驟D3中加熱的溫度為110～200℃，時間為0.5～1小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效制備生物柴油的方法，按照下述步驟進行A.將油脂加入到反應(yīng)容器中，進行加熱；B.加入酸性催化劑，加熱并攪拌，并不斷往反應(yīng)液中通入過量的純的低碳醇蒸汽，從反應(yīng)容器中揮發(fā)出來的氣體要進行冷凝，冷凝后的氣體繼續(xù)通入到反應(yīng)液中循環(huán)利用；C.加入稍過量的堿性催化劑，加熱并攪拌；D.將反應(yīng)產(chǎn)物進行分離，得到粗甘油和生物柴油。該發(fā)明最終生物柴油的轉(zhuǎn)化率可以達到98％以上，整個反應(yīng)過程幾乎沒有其它雜質(zhì)，大大提高了催化效率和轉(zhuǎn)化率，并節(jié)省了醇的用量，省去了回收醇的步驟，且整個制備過程只需要4小時左右的時間，所用時間大為縮短，并且經(jīng)檢測各項指標均符合國家標準。
文檔編號C10G3/00GK1974724SQ200610124058
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者李燕麗 申請人:李燕麗