CN101220290B - 一种生物柴油的精制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物柴油的精制方法。该方法先采用薄膜蒸发回收生物柴油中的溶剂及其他小分子物质，然后再进行离心薄膜蒸发处理。本发明还对具体工艺参数进行了优化。本发明制得的生物柴油的优点在于：采用薄膜蒸发器、离心薄膜蒸发器的工艺，实现了连续投料、连续生产；解决了通过餐饮废油原料进入产品体系的各种复杂的微量杂质的处理难题。同时，一些小分子杂质如水、甲醇得到彻底解决；无机物质都被转移进入蒸馏残余物中，产品中的灰分含量几乎降低到零。精制后的产品色泽浅，澄清透明，产品的各项指标均符合德国生物柴油生产标准DIN51606-97。

Description

一种生物柴油的精制方法
技术领域
本发明涉及替代能源的制备，具体地说，本发明是关于生物柴油的精制方法，特别是涉及对固定化酶在非水相体系制备脂肪酸低碳醇酯(即生物柴油)经过一系列组合工艺进行精制的方法。
背景技术
目前，生物柴油，定义为脂肪酸的低碳链烷基酯，主要包括甲酯和乙酯两种。利用动植物油脂和其它油脂与低碳醇在催化剂作用下发生反应，生成脂肪酸烷基酯，作为替代柴油使用。生物柴油的各项性质与柴油接近，可以在柴油发动机中直接使用，不需要对发动机进行改动。
生物柴油的分离精制过程，必须对反应过程和粗产物进行了解，包括了解生物柴油的相关物化性质，最终对相关方法进行研究试验，找到适合于生产生物柴油的分离精制方法。
固定化酶在非水相体系制备脂肪酸低碳醇酯反应历程可以看出，理论上生物柴油产品中会存在许多杂质，尤其在酶法催化生产的生物柴油中，使用大量有机溶剂促进反应，杂质含量问题就显得更加突出。各种杂质对于发动机和环境等有着极其严重的影响，为此许多欧洲国家对生物柴油的组成制定了严格的标准，其中脂肪酸甲酯和各种甘油酯的含量是一项核心指标，因此纯化分离在整套生物柴油的工业化生产中显得极其重要。杂质对生物柴油的物性有很大影响，如单甘油酯凝固点比较高，很容易使生物柴油出现结晶现象，导致不能正常使用。特别是动物脂肪等饱和脂肪酸含量很高的原料，产物中浊点和倾点大幅度提高，使生物柴油在低温下不能使用。甘油在发动机中燃烧不完全，造成发动机结焦、堵塞等，严重情况甚至彻底毁坏发动机。甲醇等杂质对生物柴油的主要影响是降低生物柴油的闪点，增加贮存和使用的危险，破坏了生物柴油闪点高的优点。
目前现有生产生物柴油的工艺是：化学法主要在酸性或碱性催化剂存在的条件下，将各种动植物油脂进行醇解和酯化反应；然后再分离出非产品部分的多余成分，得到粗产品；在粗产品中加入含碱10％的饱和食盐水进行中和反应，得到水洗粗甲酯，最后，在水洗粗酯中加入工业纯碱后进行加热蒸馏，收集气相温度为220～320℃的馏分，得成品生物柴油。这种工艺产品质量不易控制，达不到国际生物柴油标准，并且是间歇式操作模式，反应时间长，不适合大规模的工业化生产。对于酶法法制备得到的生物柴油主要是采用闪蒸器对溶剂进行回收，采用塔式减压蒸馏对生物柴油进行精制。
现有方法对于甲酯精制的单元操作，需要相当繁琐的过程和操作步骤，如萃取、水洗、过滤、干燥、纯化等。由此可见，现有的生物柴油精制工艺步骤繁多，不便于集中控制和工艺集成，亟待加以进一步改进。
另外，2002年Batistella，Moraes等人在期刊《应用生物化学与生物技术》发表了以棕榈油为原料制备得到的粗制品通过分子精馏的方法精制生物柴油，此方法设备投资过大，操作成本高且处理量较低，显然不适合于生物柴油工业化推广；叶活动，丁以钿在中国专利申请第CN02115477.5号中公开了在水洗粗酯中加入工业纯碱后进行加热蒸馏，收集气相温度为220—320℃的馏分，得成品生物柴油；曹维良，曹宏远等在中国专利申请第CN200410038292.4号公开了将粗酯水浴蒸馏后得生物柴油；杨慈闵，傅伯荣在中国专利申请第CN200610024679.3号公开了采用连续真空蒸馏的办法，在真空5mmHg下收集130-190℃之间的馏分，得到成品生物柴油；丁志源，杨学风，温明在中国专利申请第200410064280.9号公开了一种超低硫车用生物柴油的生产装置及其制造方法，该生产装置也采用减压蒸馏塔以及脱硫精制塔。
国内大多数生产及研制生物柴油的研究单位和厂家一般采用精馏的方法精制生物柴油。这些方法会使得油脂及其它组分停留时间过长，在高温条件下变性或聚合，对分离产生非常不利的影响，同时还会造成对设备的损害。另外上述方法存在诸多问题，如占地面积大，工艺及控制操作复杂，能源消耗大，设备维护费用高等等，造成投资过大，工艺复杂且生产成本过高等问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明人基于从事此类相关研究多年的丰富实务经验，积极加以创新，以期开发出一套操作简便、集成性强、经济性强的生物柴油精制方法，能够改进现有精制工艺。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出具有价值的本发明。
本发明目的在于提出一种生物柴油的精制方法。该种生物柴油的精制方法在同一反应体系下对不同原料制备获得的生物柴油均能通过精制获得合格质量的产品，并最大化地提高原料的利用率，从而更加实用，且具有产业上的利用价值实现其适用范围更加广泛，更加节能、高效，更有利于商业化推广。
为了实现上述的发明目的，本发明的技术方案是：先采用薄膜蒸发回收生物柴油中的溶剂，然后再进行离心薄膜蒸发处理。
所述的作为原料的生物柴油，是通过餐饮废油原料制得的。
所述的薄膜蒸发包含以下步骤：
A.维持薄膜蒸发设备真空度600mmHg以上；
B.开启蒸汽加热系统，将蒸发器预热至30～100℃；
C.回收溶剂至储罐；
D.粗产品经卸料泵转入离心薄膜蒸发储罐。
所述的离心薄膜蒸发包括以下步骤：
A.维持离心薄膜蒸发设备真空度750mmHg以上；
B.控制离心薄膜蒸发温度在170℃～280℃；
C.刮板转速控制在50～500r/min；
D.切取130℃～260℃内的馏分即为生物柴油。
本发明的优点在于：采用薄膜蒸发器、离心薄膜蒸发器的工艺，实现了连续投料、连续生产；解决了通过餐饮废油原料进入产品体系的各种复杂的微量杂质的处理难题。同时，一些小分子杂质如水、甲醇得到彻底解决；无机物质都被转移进入蒸馏残余物中，产品中的灰分含量几乎降低到零。精制后的产品色泽浅，澄清透明，产品的各项指标均符合德国生物柴油生产标准DIN51606-97。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。由餐饮废油制备的生物柴油首先经过薄膜蒸发工段，物料被分为两部分，一部分直接进入溶剂储罐，另一部分则进入离心薄膜蒸发工段；通过调整离心薄膜蒸发工艺参数，使得进料被分为两部分，一部分是未反应的油脂及其他杂质进入残液储罐，另一部分则是生物柴油产品进入产品储罐。
具体实施方式
以下给出具体的实施例来进一步说明。这些实施例的用意只是说明性的，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1
步骤1：薄膜蒸发工艺，含溶剂的生物柴油总进料量为60L，流量控制为25L/h/m2蒸发面积，设备真空度维持在600mmHg，薄膜蒸发器温度蒸汽出口处控制为80℃，回收溶剂29.6L，得到去除溶剂的粗产品29.8L。粗产品经卸料泵转入离心薄膜蒸发储罐。
步骤2：离心薄膜蒸发工艺，去除溶剂的生物柴油总进料量为29.8L(步骤1所得)，设备真空度维持在756mmHg，预热温度控制为150℃，离心薄膜蒸发加热温度控制在230℃，进料量调整为20L/h/m2蒸发面积，刮板转速控制在300r/min，得到产品脂肪酸甲酯(生物柴油)27.9L，纯度为98.7％。
实施例2
步骤1：薄膜蒸发工艺，含溶剂的生物柴油总进料量为100L，流量控制为30L/h/m2蒸发面积，设备真空度维持在650mmHg，薄膜蒸发器温度蒸汽出口处控制为75℃，回收溶剂29.4L，得到去除溶剂的粗产品29.7L。粗产品经卸料泵转入离心薄膜蒸发储罐。
步骤2：离心薄膜蒸发工艺，去除溶剂的生物柴油总进料量为29.7L(步骤1所得)，设备真空度维持在753mmHg，预热温度控制为160℃，离心薄膜蒸发加热温度控制在240℃，进料量调整为15L/h/m2蒸发面积，刮板转速控制在300r/min，得到产品脂肪酸甲酯(生物柴油)28.2L，纯度为98.9％。
实施例3
步骤1：薄膜蒸发工艺，含溶剂的生物柴油总进料量为100L，流量控制为40L/h/m2蒸发面积，设备真空度维持在500mmHg，薄膜蒸发器温度蒸汽出口处控制为95℃，回收溶剂29.8L，得到去除溶剂的粗产品29.9L。粗产品经卸料泵转入离心薄膜蒸发储罐。
步骤2：离心薄膜蒸发工艺，去除溶剂的生物柴油总进料量为29.9L(步骤1所得)，设备真空度维持在753mmHg，预热温度控制为160℃，离心薄膜蒸发加热温度控制在240℃，进料量调整为15L/h/m2蒸发面积，刮板转速控制在300r/min，得到产品脂肪酸甲酯(生物柴油)28.5L，纯度为98.9％。
以本实施例所得到的生物柴油进行了检测，其结果见下页的表1。
以上对本发明所提供的生物柴油的精制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
表1 检测结果与各国标准对照表

Claims (1)

1.一种生物柴油的精制方法，其特征在于：先采用薄膜蒸发回收生物柴油中的溶剂，然后再进行离心薄膜蒸发处理；
所述的薄膜蒸发包含以下步骤：
A.维持薄膜蒸发设备真空度600mmHg以上；
B.开启蒸汽加热系统，将蒸发器预热至30～100℃；
C.回收溶剂至储罐；
D.粗产品经卸料泵转入离心薄膜蒸发储罐；
所述离心薄膜蒸发包括以下步骤：
A.维持离心薄膜蒸发设备真空度750mmHg以上；
B.控制离心薄膜蒸发温度在170℃～280℃；
C.刮板转速控制在50～500r/min；
D.切取130℃～260℃内的馏分即为生物柴油。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1648207A (zh) * 2004-12-23 2005-08-03 大连理工大学 一种偶联生产生物柴油和1,3－丙二醇的方法
CN1869163A (zh) * 2006-06-29 2006-11-29 华南理工大学 利用分子蒸馏技术生产生物柴油的方法

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