CN101649332B - 一种生物柴油的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种生物柴油的生产方法，其使用藻类中能产生脂肪的藻类，其中包括小球藻、雨生纤球藻、盐藻以此作为原料，先进行藻类培养，再从藻类中萃取脂肪，经过酯交换反应，静置分层及再蒸馏，得到生物柴油。本发明生产方法工艺简单，反应时间短，效率高，不污染生物柴油；可以减少环境污染和温室效应；而且，原材料来源广泛，可大规模生产，产生巨大的经济效益和社会效益。

Description

一种生物柴油的生产方法
技术领域
本发明涉及一种替代能源的生产方法，更具体地涉及生物柴油的生产方法。
背景技术
能源短缺，环境恶化，已经成为举世关注的大问题，也是困扰世界各国经济和社会可持续发展的首要问题。随着我国汽车的急剧增加，各个行业对能源的大量需求，以及世界原油价格的上涨，我国的能源供应持续紧张。有报道称：城市大气中82％的CO，48％的NOx，58％的HC和8％的颗粒物都来自汽车尾气。此外，汽车大量排放CO2加剧了温室效应。因此开发新的对环境友好的可再生能源替代常规汽车燃料日益得到各国的重视。
生物柴油作为一种含氧清洁燃料，其主要成分是脂肪酸甲酯，采用可再生资源为原料制成。具有与石化柴油相似的燃烧性能，并有以下优点：
1.生物柴油的十六烷值一般高于50，因而生物柴油比石化柴油具有更好的发火性，更短的着火滞后期，有利于降低柴油机燃烧过程中的压力升高率，可以减少柴油机的振动和噪音，有利于净化环境和提高柴油机寿命。
2.生物柴油含氧量可达到11％，高于石化柴油，因为生物柴油的着火滞后期较石化柴油短，所以生物柴油在发动机汽缸内燃烧时裂解聚合为碳粒的概率比石化柴油小。因此，发动机燃用生物柴油的碳烟排放要比燃用石化柴油时低。
3.由于生物柴油具有较高含氧量，因而有利于完全燃烧，所以柴油机燃用生物柴油时，CO和HC释放要比燃用石化柴油时低。
4.生物柴油作为一种可再生燃料，相对于石化燃料，除了它的可再生性以外，还有一个显著的优点，那就是它的二氧化碳闭合循环特点。
5.生物柴油的闪点在130℃以上。而石化柴油的闪点一般不超过70c。所以生物柴油在运输储存和使用过程中比石化柴油具有更高的安全性。
为此，生物柴油的制备成为世界范围内的热点。
中国专利申请号200510073176.0公开了一种利用微藻油脂制备生物柴油的方法。在微藻油脂中加入一定量的甲醇，加热至一定的温度，在酸催化剂作用下，反应生成生物柴油。微藻生物柴油的密度为0.864kgl-1、粘度5.2×10-4(40℃)、热值高达41MJ kg-1，其指标与传统柴油相当。
中国专利申请号200510047287.4公开了一种生物柴油的制备方法，以含油微生物菌体为原料，用低碳醇作为酯交换剂，用无机酸作为催化剂，经转酯化反应后，反应混合物冷却、过滤、液相提纯后，获得生物柴油。
中国专利申请号200610113582.X公开了一种利用微生物发酵油脂制备生物柴油的方法。包括微生物发酵油脂的制备和利用微生物发酵油脂制备生物柴油的方法，即以酵母菌为微生物产油脂菌种，通过在产油脂菌种培养基中接入该酵母菌微生物，在一定的培养条件下进行微生物发酵制备油脂，然后经离心、分离、提取得到微生物发酵油脂，以该微生物油脂为原料，在催化剂作用下进行转酯化反应，得到生物柴油。
但是，以上专利工艺复杂，反应时间长，效率低，特别是采用无机酸作为催化剂，分离困难，污染生物柴油。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物柴油的生产方法，工艺简单，反应时间短，效率高，不污染生物柴油；可以减少环境污染和温室效应；而且，原材料来源广泛，可大规模生产，产生巨大的经济效益和社会效益。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种生物柴油的生产方法，其使用能产生脂肪的这部分藻类，包括小球藻、雨生红球藻、或盐藻作为原料，先进行藻类培养，再从藻类中萃取脂肪，经过酯交换反应，静置分层及再蒸馏，得到生物柴油。
进一步，本发明生物柴油的生产方法，其包括如下步骤：
a.藻类培养，使用小球藻、雨生红球藻、盐藻作为原料，葡萄糖作为培养基，培养温度为23～30℃，光强30～80UEM-2·S-1，葡萄糖培养基浓度10～15g/L，藻类浓度达到＞6000万个细胞/ml予以收集浓缩；
b.萃取脂肪；
c.酯交换反应，将甲醇，脂肪加入到反应器中，再加离子交换树脂作催化剂，进行酯交换反应，温度控制在40～50℃，反应30～40分钟；
d.酯交换反应结束，静置分层，分离出下层甘油，再蒸馏出多余甲醇，得到生物柴油。
进一步，步骤a所述的藻类培养采用藻类异养方法培养脂肪。
步骤a藻类培养经过165～170小时后藻类浓度达到＞6000万个细胞/ml，收集浓缩。
步骤b萃取脂肪，收集的藻泥离心，用烷烃萃取，分离，再把烷烃蒸馏回收，得到脂肪。
步骤c酯交换反应中，在酯交换反应装置中加入藻类脂肪、甲醇、离子交换树脂，用超声波搅拌。
本发明所得的生物柴油各项指标均优于石化柴油，参见下表：
  生物柴油   石化柴油
  密度/kg/l   0.860   0.838
  粘度/pa·s(40℃)   5.2×10-4   (1.9-4.1)×10-4
  凝点/℃   -12   -50-10
  冷凝点/℃   -10   -6.7
  酸值/mg[koh]·g   0.360   0.5
  热值MJ·kg-1   41.5   40-45
  十六烷值   50   46
现有技术中，中国专利申请号200510073176.0采用微藻，而微藻、巨藻是一种非学术叫法，不是所有的藻类都能产生脂肪。本发明采用小球藻、雨生红球藻、盐藻作为原料，可以保证藻类产生脂肪；而且，本发明先进行藻类培养，优选异养方法，这样更能够保证足够产生脂肪的藻类。
本发明酯交换反应时间短，只需要30～40分钟，结合运用超声波搅拌，反应时间比现有制备生物柴油的反应时间短、效率高。
本发明酯交换反应结束，分离出下层甘油，再蒸馏出多余甲醇，得到生物柴油，由于优选以离子交换树脂为催化剂，因而无需洗涤即得到生物柴油，而不会污染生物柴油。
本发明的有益效果
本发明实现一种可再生的新能源的生产，工艺简单，反应时间短，效率高，不污染生物柴油；可以减少环境污染和温室效应；而且，原材料来源广泛，可大规模生产，可产生巨大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步说明。
藻类的培养
选用小球藻(绿藻门，绿球藻目，Chlorella)约15～20ml，放入250ml三角锥瓶培养，控制温度25～28℃，光强为30～50 UEM-2·S-1，葡萄糖培养基浓度10g/L，一周后达到浓度，收集浓缩。
选用雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)约25～30ml，放入500ml三角锥瓶培养，控制温度23～25℃。光强为80UEM-2·S-1，葡萄糖培养基本浓度15g/L，165～170小时后达到浓度收集浓缩。
选用盐藻(Dunaliella Salina)20～25ml，放入250ml三角锥瓶培养，控制温度25～30℃，光强为60UEM-2·S-1。葡萄糖培养基浓度10g/L，营养盐15g/L，一周后达到浓度，收集，浓缩。
实施例1
在酯交换反应装置中加入50g藻类脂肪，450g甲醇，5g离子交换树脂，施作超声波搅拌，加热到50～65℃反应30～35分钟后，测定其转化率达96％以上即反应结束。将混合液在分液漏斗中进行分离，分出甘油层，再进行常压蒸馏，回收过量的甲醇，剩下的即脂肪酸甲酯液体燃料。
实施例2
取上面脂肪20g，甲醇180g，离子交换树脂5g，加到酯交换反应装置中，控制反应温度在40～50℃，在超声波搅拌下反应30～40分钟，测定其转化率达96％以上，用分离器分出下层甘油，再蒸馏多余甲醇，剩余的即是生物柴油。

Claims (5)

1.一种生物柴油的生产方法，其使用能产生脂肪的藻类，该方法包括如下步骤：
a.藻类培养：使用小球藻、雨生红球藻、盐藻作为原料，葡萄糖作为培养基，培养温度为23～30℃，光强30～80UEM-2·S-1，葡萄糖培养基浓度10～15g/L，藻类浓度达到＞6000万个细胞/ml，收集浓缩；
b.萃取脂肪；
c.酯交换反应：将甲醇、脂肪加入到反应器中，再加离子交换树脂作催化剂，进行酯交换反应，温度控制在40～50℃，反应30～40分钟；
d.酯交换反应结束，静置分层，分离出下层甘油，再蒸馏出多余甲醇，得到生物柴油。
2.如权利要求1所述的生物柴油的生产方法，其特征在于，步骤a所述的藻类培养采用藻类异养方法培养脂肪。
3.如权利要求1所述的生物柴油的生产方法，其特征在于，步骤a藻类培养经过165～170小时后藻类浓度达到＞6000万个细胞/ml，收集浓缩。
4.如权利要求1所述的生物柴油的生产方法，其特征在于，步骤b萃取脂肪，收集的藻泥离心，用烷烃萃取，分离，再把烷烃蒸馏回收，得到脂肪。
5.如权利要求1所述的生物柴油的生产方法，其特征在于，步骤c酯交换反应中，在酯交换装置中加入藻类脂肪、甲醇、离子交换树脂，用超声波搅拌。
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