CN101108975A - 耦合制备蓖麻油生物柴油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法。以蓖麻籽为原料，在超声条件下或无物理场作用条件下，蓖麻油浸出与酯交换反应耦合制备生物柴油。浸出与酯交换反应一步完成，极大地简化工艺流程，节约生产成本；甲醇既为浸出溶剂又为酯交换剂，有利于循环和节约原料，也有利于后期物料的分离。解决了现有的生物柴油制备方法对油脂的质量要求都较高，工艺路线较长，各种原料、试剂及设备消耗较大，试剂污染也比较严重，生产成本比较高的问题。

Description

耦合制备蓖麻油生物柴油的方法
所属技术领域
本发明涉及生物柴油的制备领域，具体为一种以蓖麻籽为原料的“浸出+反应”耦合法制备生物柴油的工艺方法。
背景技术
生物柴油以其独特的环保性和可再生性越来越受到人们的青睐。利用各种含油植物或动物脂肪生产的生物柴油，有的已经进入商业应用阶段。一般的生物柴油，其经济性还不能与石化柴油相比。
蓖麻(Ricinus communis)为其为大戟科(Euphoribia L.)1年生或多年生草本植物，且耐瘠薄、适应性强、栽培管理方便、耕作较为粗放、综合利用价值高、产业链长，它不分地区和气候，耐一定盐碱，极少病虫害，抗逆性很强，根系发达，有利于水土保持。蓖麻籽含油率高，其所含的蓖麻油是唯一含有羟基的天然脂肪酸，具有特殊理化性质，用途广泛。  由于种植蓖麻具有广泛的用途和较高的经济价值，在国民经济中占有重要的地位，特别是当今世界上石油面临消耗待尽的危机，作为植物源油料的蓖麻由于其具有可持续生产的优点和无可替代的重要价值，正日益受到世界各国的重视，其产业前景非常广阔。
现有生物柴油制备方法主要有直接混合法、微乳法、热裂解法和酯交换法，工业中最常用的是酯交换法。酯交换法是指以各种油脂和短链醇为原料，以酸、碱、酶等为催化剂，或者在超临界条件下不使用催化剂进行酯交换反应合成生物柴油的方法。用于制备生物柴油的油脂包括大豆油、蓖麻油、桐子油、黄连木油、动物脂肪、餐饮业废油脂、工业废油和食用油废渣等；短链醇为甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。酸性催化剂包括硫酸、磷酸或盐酸；碱性催化剂包括NaOH、KOH、各种碳酸盐以及钠和钾的醇盐；酶催化剂一般是指脂肪酶，常用的超临界流体是甲醇和二氧化碳。
现有的生物柴油制备方法对油脂的质量要求都较高，工艺路线较长，各种原料、试剂及设备消耗较大，试剂污染也比较严重，生产成本比较高，成为制约生物柴油利用的一个瓶颈。
另外，溶剂浸出法本身也存在一些缺点如浸出时间长、浸出效率低等。微波场、超声场、电场等物理场强化浸出过程可有效地提高浸出率，缩短浸出时间，提高生产效率，甚至还能提高反应速率，而且不污染环境，成为人们近年来研究的热点之一。
发明内容
本发明根据蓖麻油脂特性，为了克服现有生物柴油制备的问题，改进了工艺路线，对油脂浸出和生物柴油制备反应两个部分耦合。
本发明解决其技术问题，所采用的技术方案是：以蓖麻籽为原料，在超声条件下或无物理场作用条件下，蓖麻油浸出与酯交换反应耦合制备生物柴油。其过程是以酸碱催化剂，以甲醇为浸出溶剂和酯交换剂，将预处理后蓖麻籽与甲醇的摩尔的比按3∶1～9∶1配料和催化剂0.1～1.5％(质量比)一起加入到反应装置中，在20～90℃下，进行浸出与酯交换反应耦合的加工，反应0.5～10小时。而后通过过滤装置及减压蒸馏装置即得到成品生物柴油。超声的单位体积功率是8～80W/L，超声频率为20～500kHz。
本发明的有益效果：
浸出与酯交换反应一步完成，极大地简化工艺流程，节约生产成本；甲醇既为浸出溶剂又为酯交换剂，有利于循环和节约原料，也有利于后期物料的分离。
附图说明
图1  “浸出+反应”耦合法工艺流程图。
具体实施方法
本发明的生物柴油是以蓖麻籽为原料，经过溶剂浸出和酯交换反应耦合制备而得。工艺流程见附图。具体操作方法是，以常规酸碱为催化剂，以甲醇为浸出溶剂和酯交换剂，将甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比按3∶1～9∶1配料和催化剂0.1～1.5％(质量百分比)一起加入到反应装置中，在30～90℃，超声强化或无物理场作用下反应0.5～10小时，生成蓖麻油甲酯和甘油。通过过滤装置及减压蒸馏装置即得到成品生物柴油。超声单位体积功率是8～80W/L，超声频率为20～500kHz。
实施例1，分级选取蓖麻籽，经清理、剥壳和与榨后，以甲醇钾为催化剂，以甲醇为浸出溶剂和酯交换剂，将甲醇和预处理后的蓖麻籽的摩尔的比按3∶1配料和催化剂0.5％一起加入到反应装置中，在30℃，超声强化下反应0.5小时。生成蓖麻油甲酯和甘油后，通过过滤装置及减压蒸馏装置即得到成品生物柴油。实验过程中选取超声功率是8W/L，超声频率为20kHz。
实施例2与实施例1不同之处在于选用甲醇钠为催化剂，甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比为6∶1，催化剂质量百分比为0.5％，反应温度为90℃，反应时间为1小时，选取超声功率是30W/L，超声频率为100kHz。
实施例3与实施例1不同之处在于选用氢氧化钠为催化剂，甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比为9∶1，催化剂质量百分比为1.2％，反应温度为70℃，反应时间为6小时，无物理场强化作用。
实施例4与实施例1不同之处在于选用氢氧化钾为催化剂，甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比为6∶1，催化剂质量百分比为1.0％，反应温度为60℃，反应时间为2小时，选取超声功率是80W/L，超声频率为100kHz。
实施例5与实施例1不同之处在于选用浓硫酸为催化剂，甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比为6∶1，催化剂质量百分比为0.1％，反应温度为20℃，反应时间为8小时，选取超声功率是60W/L，超声频率为500kHz。
实施例6与实施例1不同之处在于选用盐酸为催化剂，甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比为9∶1，反催化剂质量百分比为0.8％，反应温度为90℃，应时间为10小时，无物理场强化作用。
实施例7与实施例1不同之处在于选用磷酸为催化剂，甲醇和预处理后蓖麻籽的摩尔的比为6∶1，反催化剂质量百分比为1.5％，反应温度为60℃，应时间为1小时，选取超声功率是20W/L，超声频率为100kHz。

Claims (5)

1.“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于：以常规酸碱为催化剂，以甲醇为浸出溶剂和酯交换剂，将预处理后蓖麻籽在超声条件下或无物理场作用条件下进行浸出与酯交换反应耦合，一步制备生物柴油。
2.根据权利要求1所述的“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于：蓖麻籽与甲醇的摩尔的比为3∶1~9∶1，和催化剂质量比为0.1~1.5％。
3.据权利要求1所述的“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于：反应时间为0.5～10小时。
4.根据权利要求1所述的“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于：反应温度为30～90℃。
5.根据权利要求1所述的“浸出+反应”耦合法制备蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于：超声单位体积功率是8～80W/L，超声频率为20～500kHz。
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