專利名稱：路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)生物柴油的工藝，尤其屬于催化法生產(chǎn)生物柴油的工藝。
背景技術(shù)：
近年來能源短缺加劇，礦物質(zhì)能源日益短缺。此外，大量礦物質(zhì)能源的使用對環(huán)境帶來諸多危害，如酸雨、溫室效應(yīng)等。能源危機加劇，發(fā)展可替代性能源已成為必然趨勢，對環(huán)境友好的清潔可再生的綠色能源——生物柴油逐漸成為人們研究的熱點。生物柴油是指以大豆、油菜籽等油料作物，油棕和黃連木等油料林木果實，工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、餐飲廢油等為原料，經(jīng)過酯基轉(zhuǎn)移作用而得到的有機脂肪酸酯類燃料，它具有高十六烷值、無硫和無芳香烴化合物的優(yōu)越特性，可被生物降解、無毒、對環(huán)境無害，且閃點較化石柴油高，更有利于安全運輸和儲存，因此，對環(huán)境友好的清潔可再生的生物柴油正成為人們關(guān)注的熱點之一。
生物柴油原料組成為短鏈的醇類和甘油三酸酯。其主要制備方法有直接使用和混合法、微乳法、熱裂解法和酯交換法。前兩種方法由于生產(chǎn)出的油黏度高和不易揮發(fā)性，導(dǎo)致發(fā)動機噴嘴不同程度的結(jié)焦、活塞環(huán)卡死和炭沉積等問題。熱裂解法的缺點在于植物油和動物脂肪裂解是在高溫下進行，需要催化劑，反應(yīng)難以控制且設(shè)備昂貴。而酯交換法主要通過酯基轉(zhuǎn)移作用將高黏度的植物油或動物油脂轉(zhuǎn)化成低黏度的脂肪酸酯，采用酯交換法制備出的生物柴油具有黏度低，無需消耗大量的能量等顯著優(yōu)點，油脂直接同甲醇進行酯交換是美國和歐洲使用的生物柴油的標準生產(chǎn)方法。
市場回收的廢舊油脂作為生物柴油的原料，具有雙重環(huán)保意義。美國IdahoNational E & E Laboratory進行過煎炸油生產(chǎn)生物柴油的試驗，香港九龍巴士燃用利用回收餐飲廢油生產(chǎn)的生物柴油，國內(nèi)也有很多企業(yè)采用回收廢油制生物柴油?；厥諒U油由于氧化酸敗及回收后的酸化處理，油脂的酸價往往很高，甚至高達100mg/g以上，廢油中存在大量的游離脂肪酸，采用廢油來生產(chǎn)生物柴油時，游離脂肪酸會直接與堿催化劑生成皂，因此，通常都要通過對原料預(yù)處理或用酸作催化劑預(yù)酯化，再用堿作催化劑進行酯交換反應(yīng)。如日本獅子公司開發(fā)的ES工藝，為了避免未經(jīng)處理的原料油中所含的游離脂肪酸對堿催化劑產(chǎn)生的影響，原料油與甲醇通過特定的樹脂催化床層預(yù)酯化，游離脂肪酸被酯化為脂肪酸甲酯。Canakci等利用酸作催化劑預(yù)酯化，再用堿作催化劑進行酯交換，很好地解決了游離脂肪酸含量高達9％-40％的油脂原料的酯交換。海南正和生物技術(shù)公司在處理回收廢油時，也使用了兩段酯化的方法，在酯交換前增設(shè)樹脂催化劑預(yù)酯化，生產(chǎn)成本高。
酯化和酯交換兩步法雖然能制得出生物柴油，但由于其工藝上是分步進行的，每步的催化劑系統(tǒng)的酸堿性質(zhì)正好相反即預(yù)酯化用酸性催化劑而酯交換用堿性催化劑，因此中間環(huán)節(jié)中和、洗滌工序繁雜，產(chǎn)品損失多，從而導(dǎo)致制造成本高。如何提高產(chǎn)品得率，克服分步制法，實現(xiàn)酯化、酯交換同步進行，已成為降低生物柴油制造成本的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前生物柴油兩步法制備工藝存在的缺點，提供一種生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟效益好的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為一種路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其要點在于將油脂和醇混合，加入路易斯酸作為催化劑混合攪拌均勻后，進行化學(xué)反應(yīng)，靜置后分離出下層催化劑和甘油水，得到粗品生物柴油，蒸餾，收集成品生物柴油。
本發(fā)明創(chuàng)造性地利用弱酸性的路易斯酸作為催化劑，使油酯醇解和脂肪酸酸化同時進行，直接生產(chǎn)出生物柴油，該工藝可省略中間中和環(huán)節(jié)和洗滌工序，產(chǎn)品得率高，從而降低了成本，產(chǎn)生了極佳的技術(shù)效果。
將本發(fā)明具體化為按重量比將油脂1000份、甲醇150-200份、以路易斯酸6-30份為催化劑攪拌混合均勻后，在溫度80-90℃下反應(yīng)4-15h后，蒸出未反應(yīng)的甲醇，靜置后分離出下層催化劑和甘油水，得到粗品生物柴油，中和洗滌，連續(xù)真空蒸餾，收集130-190℃之間的餾分得成品生物柴油。
原理上也可利用乙醇來代替甲醇，目前乙醇成本較高，工業(yè)上不采用。
本發(fā)明所述的油酯可以是油酯包括菜籽油、棉籽油、大豆油、椰子油、麻瘋果油、葵花籽油、豬油、魚油天然動植物油酯、植物油下腳料、地溝油等回收廢油，或是上述幾種的混合物。
本說明書中的催化劑是指氯化鐵、氯化鋁、氯化稀土、硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸稀土、硝酸鐵、硝酸鋁、硝酸稀土等路易斯酸，由它們的一種或幾種組成。
本發(fā)明的優(yōu)點是生產(chǎn)工藝簡單、無污染本發(fā)明工藝不需經(jīng)過兩步合成法的預(yù)酯化和相應(yīng)中間環(huán)節(jié)中和洗滌工藝，而是采用油酯醇解和脂肪酸酸化同時進行的工藝，從而縮短了工序，消除生產(chǎn)中的污水排放，符合目前國內(nèi)環(huán)保要求；產(chǎn)品得率高、成本低，由于克服了兩步法的工藝繁雜的缺點，故產(chǎn)品損失少，得率高，制造成本也相對更低；能充分利用廢舊油酯，使制造生物柴油的原料來源更加多樣化，更加廣泛。
具體實施例方式
下面的實施例可以使本專業(yè)的技術(shù)人員更理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。
實施例1將1000g大豆油和200g甲醇混合，加入10g硫酸鐵催化劑，攪拌混合均勻后加熱到75℃保持15小時。
在80-90℃下蒸出未反應(yīng)的甲醇，靜置后分離出下層催化劑和甘油水，得粗品生物柴油。
將粗品生物柴油進行蒸餾，收集成品生物柴油。
實施例2將1000g回收的食用廢油和150g甲醇混合，加入15g氯化鋁催化劑，攪拌混合均勻后加熱到85℃保持10小時。
在80-90℃下蒸出未反應(yīng)的甲醇，靜置4-6小時后分離出下層催化劑和甘油水，得粗品生物柴油。蒸餾出的甲醇經(jīng)提濃后可循環(huán)使用。
用含5--10％Na2CO3溶液中和洗滌粗品生物柴油，得中性粗品生物柴油。
將中性粗品生物柴油進行連續(xù)真空蒸餾，在真空度＜5mmHg下收集130-190℃之間的餾分即為成品生物柴油。
實施例3將1000g植物油皂腳經(jīng)酸處理后的浮油與170g甲醇混合，加入30g氯化稀土催化劑，攪拌混合均勻后加熱到80℃保持9小時。
在80-90℃下蒸出未反應(yīng)的甲醇，靜置4-6小時后分離出下層催化劑和甘油水，得粗品生物柴油。蒸餾出的甲醇可循環(huán)使用。
用含5--10％NaHCO3溶液中和洗滌粗品生物柴油，得中性粗品生物柴油。
將中性粗品生物柴油進行連續(xù)真空蒸餾，在真空度＜5mmHg下收集130-190℃之間的餾分即為成品生物柴油。
實施例4將1000g麻瘋果油和180g甲醇混合，加入10g氯化鋁和硝酸稀土(混合比為1-9∶9-1)混合催化劑，攪拌混合均勻后加熱到80℃保持9小時。
在80-90℃下蒸出未反應(yīng)的甲醇，靜置4-6小時后分離出下層催化劑和甘油水，得粗品生物柴油。蒸餾出的甲醇可循環(huán)使用。
用含10％Na2CO3溶液中和洗滌粗品生物柴油，得中性粗品生物柴油。
將中性粗品生物柴油進行連續(xù)真空蒸餾，在真空度＜5mmHg下收集130-190℃之間的餾分即為成品生物柴油。
實施例5將1000g魚油和190g甲醇混合，加入20g硝酸鋁和氯化稀土(混合比為1-9∶9-1)混合催化劑，攪拌混合均勻后加熱到90℃保持4小時。
用含5％Na2CO3溶液中和洗滌粗品生物柴油，得中性粗品生物柴油。其余未述部分與上例相同。
實施例6將1000g豬油和180g甲醇混合，加入10g氯化鐵和氯化稀土(混合比為1-9∶9-1)催化劑，攪拌混合均勻后加熱到90℃保持12小時。
用含3--5％NaOH溶液中和洗滌粗品生物柴油，得中性粗品生物柴油。其余未述部分與實施例4相同。
實施例7將1000g菜籽油和棉籽油的混合油與200g甲醇混合，加入6g氯化鋁、硫酸鐵和硝酸稀土(混合比為1-7∶8-1∶1-6)催化劑，攪拌混合均勻后加熱到90℃保持15小時。其余未述部分與實施例4相同。
權(quán)利要求
1.一種路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在于將油脂和醇混合，加入路易斯酸作為催化劑混合攪拌均勻后，進行化學(xué)反應(yīng)，靜置后分離出下層催化劑和甘油水，得到粗品生物柴油，蒸餾，收集成品生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在于按重量比將油脂1000份、甲醇150-200份、以路易斯酸6-30份為催化劑混合攪拌均勻后，在溫度80-90℃下反應(yīng)4-15h后，蒸出未反應(yīng)的甲醇，靜置后分離出下層催化劑和甘油水，得到粗品生物柴油，中和洗滌，蒸餾，收集成品生物柴油。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在于所述的油酯包括菜籽油、棉籽油、大豆油、椰子油、麻瘋果油、葵花籽油、豬油、魚油天然動植物油酯、植物油下腳料、地溝油、回收廢油，或是上述幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在于所述的路易斯酸包括氯化鐵、氯化鋁、氯化稀土、硫酸鐵、硫酸鋁、硫酸稀土、硝酸鐵、硝酸鋁、硝酸稀土，由它們的一種或幾種組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在于所述的中和洗滌是指粗品生物柴油用弱堿溶液或強堿的稀溶液進行中和。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在所述的蒸出未反應(yīng)的甲醇是指在80-90℃下對混合液中的甲醇進行蒸餾。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其特征在于所述的蒸餾是指連續(xù)真空蒸餾，在真空度＜5mmHg下，成品生物柴油的收集溫度為130-190℃之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)生物柴油的工藝，尤其屬于催化法生產(chǎn)生物柴油的工藝。本發(fā)明為一種路易斯酸催化一步法生產(chǎn)生物柴油的工藝，其要點在于，將油脂和醇混合，加入路易斯酸作為催化劑混合攪拌均勻后，進行化學(xué)反應(yīng)，靜置后分離出下層催化劑和甘油水，得到粗品生物柴油，蒸餾，收集成品生物柴油。本發(fā)明創(chuàng)造性地利用弱酸性的路易斯酸作為催化劑，使油酯醇解和脂肪酸酸化同時進行，直接生產(chǎn)出生物柴油，該工藝可省略中間中和環(huán)節(jié)和洗滌工序，產(chǎn)品得率高，從而降低了成本，且能充分利用廢舊油酯，使制造生物柴油的原料來源更加多樣化，更加廣泛。
文檔編號C10G3/00GK101085929SQ20071000860
公開日2007年12月12日 申請日期2007年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者翁震, 張雄枝, 陳孔院, 丁以鈿, 劉五蓮, 王凌 申請人:源華卓越能源科技(福建)有限公司