CN102071109B - 一种地沟油制备生物柴油的脱色方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种地沟油制备生物柴油的脱色方法,它可以解决现有技术存在的脱色效果差,以及水洗工序浪费水和产生大量的工业废水的问题。所述方法包括以下步骤:(1)预处理;(2)固体酸催化处理;(3)粗柴油脱色;其中,所述粗柴油脱色步骤为:由固体酸催化处理得到的粗柴油由柴油中间罐流到柴油脱色罐,搅拌升温到55-65℃,加入质量为粗柴油质量4-6%的碱性脱色剂,15-25分钟升温到100-110℃保温,脱色15-25分钟,过滤,得到浅黄色生物柴油,然后进入生物柴油成品罐。本发明采用碱性脱色剂,在达到较好脱色效果的同时,免除水洗工序,节约了水资源,并避免了环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种地沟油制备生物柴油的脱色方法。
背景技术
针对我国国情和油料资源特点,为了在不增加植物油生产压力的基础上实现生物柴油的原料供应和稳定生产,地沟油、酸化油、潲水油以低廉的价格被越来越多的人认为是生物柴油的理想原料。食用油经过反复的高温煎炸使用后,油料中的磷脂、蛋白质等开始分解、变性或与其它物质反应生成大量深色物质;同时,油脂本身的脂肪酸及甘油脂部分也会在高温和反应使用时,生成有色物质或甘油部分也会在高温和反复使用时,生成有色物质或潜在呈色物质。因此,地沟油大多颜色深,而由此制备的生物柴油也多呈深褐色,由于现有生物柴油中含有较多色素,若以作为燃料,会造成燃烧不充分,冒黑烟,并会使柴油机容易形成积炭,进而磨损加剧,还影响了生物柴油的外观。
现有的脱色的方法较多,工业生产中应用最广泛的是吸附脱色法。此外还有加热脱色,氧化脱色、化学试剂等脱色法。但这些方法效果差,除产品损耗多,收率低,产品氧化安定性差外,重要的一点是脱色前必须经大量的清水水洗,以除掉催化剂,在水洗工序生产过程中产生大量的工业废水,造成水资源的浪费和环境污染。
发明内容
本发明提供了一种地沟油制备生物柴油的脱色方法,它可以解决现有技术存在的脱色效果差,以及水洗工序浪费水和产生大量的工业废水的问题。
为了达到解决上述技术问题的目的,本发明的技术方案是,一种地沟油制备生物柴油的脱色方法,所述方法包括以下步骤:(1)预处理;(2)固体酸催化处理;(3)粗柴油脱色;其特征在于,所述粗柴油脱色步骤为:由固体酸催化处理得到的粗柴油由柴油中间罐流到柴油脱色罐,搅拌升温到55-65℃,加入质量为粗柴油质量4-6%的碱性脱色剂,15-25分钟升温到100-110℃保温,脱色15-25分钟,过滤,得到浅黄色生物柴油,然后进入生物柴油成品罐;
所述碱性脱色剂制取:以钠基膨润土为原料,与质量为钠基膨润土质量4-6‰的碳酸钠充分混合后,在100-110℃烘干20-40分钟后,进行研磨,研磨至180-220目得碱性脱色剂,将180-220目的碱性脱色剂送入烘干设备中100-110℃烘干220-260分钟后,取出,放入干燥容器内自然冷却,备用。
所述预处理和固体酸催化处理步骤为:
(1)预处理
将地沟油加入到处理罐中,加入地沟油质量18-22%的热水,热水温度范围90~95℃,并在60-80转/分钟转速下搅拌15-25分钟后,静置沉淀,使油脂中的杂质混合物溶解在水中形成分液层,下层杂质混合物由罐底排出,去除原料中水分,得到标准原料油;
(2)固体酸催化处理
标准原料油与甲醇经静态混合器充分混合后再与固体酸催化剂混合,形成混合物料,该混合物料质量比例为100∶18-22∶5-7,然后进入合成反应器,所述合成反应器包括加热器、冷凝器和搅拌器,混合物料在反应器内经加热器加热并控制反应温度68-72℃,甲醇经冷凝器回流,搅拌器充分搅拌混合的条件下,反应时间控制在160-200分钟,检测甲酯含量达到98%以上后,结束反应,反应混合物沉降分为甘油和粗柴油,经离心机分离,甘油去酸液分离罐,粗柴油到高位粗柴油中间罐。
可选的,所述固体酸催化剂为负载硫酸的氧化砷、负载硫酸的氧化锗、负载硫酸的氧化锑、负载硫酸的沸石分子筛或负载硫酸的阳离子交换树脂中的一种或几种。
可选的,所述合成反应器为釜式合成反应器。
可选的,所述离心机为碟式离心机。
本发明为了解决现有技术的问题,结合生产实际,发现钠化膨润土不但对地沟油、酸化油等废油脂生产的生物柴油脱色有特效,而且可以免除水洗工序,直接进行脱色。
钠基膨润土:膨润土通常是与众多矿物伴生而以蒙脱石为主要成分的粘上矿物。蒙脱石的特性决定了膨润土的基本性能,它是由两层硅氧四面体片和一层夹于其间的铝(镁)氧(轻基)八面体片构成的2∶1型层状硅酸盐矿物,属单斜晶系。硅氧四面体片系由处于同一平面的硅氧四面体的三个顶点氧与相邻硅氧四面体共用而连结成一系列近似六方环网格的硅氧片;铝(镁)氧(基)八面体片是以铝(镁)为中心原子,并与彼此顶点相对的四面体片的四个顶点氧处于同一平面的两个轻基构成六配位的铝(镁)氧(轻基)八面体,这些八面体彼此借O-(OH)与相邻八面体中心原子配位相连组成铝(镁)氧(轻基)八面体片。蒙脱石为2∶1型层状结构,具有很大的内外比表面积(600-800m2/g)和孔容,伴随产生了巨大的表面能,从而对气体、水分以及溶液中的某些色素、有机化合物等均具有很强的吸附性。根据所含的层间可交换阳离子的种类及其相对含量和结晶化学性质,天然蒙脱石可分为钙基、钠基、镁基、铿基、氢基蒙脱石等。其中,以钠基蒙脱石为主的膨润土称为钠基膨润土(简称钠基土);同理,又有钙基土、镁基土、铿基土和氢基土等。各种类型的土,其性能都与蒙脱石含量有关,蒙脱石含量越高,其性能越好。
钠基上吸水率和膨胀倍大,阳离子交换容量大,在水介质中分散性好,胶质价大,胶体悬浮液触变性、粘度、润滑性好,热值高,热稳定性好,这些性质使其满足深色生物柴油的脱色要求。故本发明采用钠基土为主要原料制取碱性脱色剂进行脱色,取得了较好的效果。
本发明与现有技术相比具有以下优点和积极效果:1、采用碱性脱色剂,在达到理想脱色效果的同时,免除水洗工序,节约了水资源,并避免了环境污染。2、经实验表明,脱色后的生物柴油为浅黄色,至少达到国家标准Y5-6级,满足了国家标准的规定。3、本发明可脱除95%以上的色素,燃烧完全充分,黑烟大大减少,柴油机的积炭减少,提高了柴油机的运行可靠性和使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
碱性脱色剂制取:以钠基膨润土为原料,与质量为钠基膨润土质量5‰的碳酸钠充分混合后,在105℃烘干30分钟,研磨至200目得碱性脱色剂。将200目的碱性脱色剂送入烘干设备中105℃烘干240分钟后,取出,放入干燥容器内自然冷却,备用。所述干燥容器内装有吸水剂或吸潮剂,利用吸水剂或吸潮剂进行干燥。
(1)预处理
将地沟油加入到处理罐中,加入地沟油质量20%的热水,水温在90~95℃,并在60-80转/分钟转速下搅拌20分钟,静置沉淀,使油脂中的固体颗粒、磷脂、蛋白质等杂质溶解在水中形成分液层。下层混合物由罐底排出,去除原料中水分,得到标准原料油。
(2)固体酸催化处理
标准原料油与甲醇经静态混合器充分混合后再与负载硫酸的氧化砷混合,形成混合物料,该混合物料质量比例为标准原料油∶甲醇∶负载硫酸的氧化砷=100∶20∶6,然后进入合成反应器。合成反应器包括加热器、冷凝器和搅拌器,混合物料在合成反应器内经加热盘管通蒸汽加热并控制反应温度68-72℃,由于甲醇沸点为64℃左右,蒸发的甲醇进入冷凝器,甲醇经冷凝器回流,搅拌器充分搅拌混合的条件下,反应时间控制在180分钟左右。用气相色谱法检测甲酯含量,甲酯(生物柴油的主要成分)含量达到98%以上后,结束反应。反应混合物沉降分为甘油类和粗柴油类,经离心机分离。甘油相(粗甘油、水、酸性催化剂)去甘油精制工序;粗柴油类到高位粗柴油中间罐。粗柴油类也可以称为甲酯类。
(3)柴油脱色
粗柴油由柴油中间罐流到柴油脱色罐,搅拌升温到60℃,加入质量为粗柴油质量5%的碱性脱色剂,20分钟缓慢升温到105℃保持,脱色20分钟。过滤,可脱除95%以上的色素,得到浅黄色生物柴油,然后进入成品罐。
实施例2
碱性脱色剂制取:以钠基膨润土为原料,与质量为钠基膨润土质量4‰的碳酸钠充分混合后,在100℃烘干40分钟,研磨至180目得碱性脱色剂。将180目的碱性脱色剂送入烘干设备中100℃烘干260分钟后,取出,放入干燥容器内自然冷却,备用。所述干燥容器内装有吸水剂或吸潮剂,利用吸水剂或吸潮剂进行干燥。
(1)预处理
将地沟油加入到处理罐中,加入地沟油质量18%的热水,水温在90~95℃,并在60-80转/分钟转速下搅拌15分钟,静置沉淀,使油脂中的固体颗粒、磷脂、蛋白质等杂质溶解在水中形成分液层。下层混合物由罐底排出,去除原料中水分,得到标准原料油。
(2)固体酸催化处理
标准原料油与甲醇经静态混合器充分混合后再与氧化锗混合,形成混合物料,该混合物料的质量比例为标准原料油∶甲醇∶氧化锗=100∶18∶5,然后进入合成反应器。合成反应器包括加热器、冷凝器和搅拌器,混合物料在合成反应器内经加热盘管通蒸汽加热并控制反应温度68-72℃,由于甲醇沸点为64℃左右,蒸发的甲醇进入冷凝器,甲醇经冷凝器回流,搅拌器充分搅拌混合的条件下,反应时间控制在170分钟左右。用气相色谱法检测甲酯含量,甲酯(生物柴油的主要成分)含量达到98%以上后,结束反应。反应混合物沉降分为甘油类和粗柴油类,经离心机分离。甘油相(粗甘油、水、酸性催化剂)去酸液分离罐;粗柴油类到高位粗柴油中间罐。粗柴油类也可以称为甲酯类。
(3)柴油脱色
粗柴油由柴油中间罐流到柴油脱色罐,搅拌升温到55℃,加入质量为粗柴油质量4.5%的碱性脱色剂,25分钟缓慢升温到110℃保持,脱色15分钟。过滤,得到浅黄色生物柴油,然后进入成品罐。
实施例3
碱性脱色剂制取:以钠基膨润土为原料,与质量为钠基膨润土质量6‰的碳酸钠充分混合后,在110℃烘干35分钟,研磨至220目得碱性脱色剂。将220目的碱性脱色剂送入设备中110℃烘干230分钟后,取出,放入干燥容器内自然冷却,备用。所述干燥容器内装有吸水剂或吸潮剂,利用吸水剂或吸潮剂进行干燥。
(1)预处理
将地沟油加入到处理罐中,加入地沟油质量22%的热水,水温在90~95℃,并在60-80转/分钟转速下搅拌25分钟,静置沉淀,使油脂中的固体颗粒、磷脂、蛋白质等杂质溶解在水中形成分液层。下层混合物由罐底排出,去除原料中水分,得到标准原料油。
(2)固体酸催化处理
标准原料油与甲醇经静态混合器充分混合后再与氧化锑混合,形成混合物料,该混合物料质量比例为标准原料油∶甲醇∶氧化锑=100∶22∶7,然后进入合成反应器。合成反应器包括加热器、冷凝器和搅拌器,混合物料在合成反应器内经加热盘管通蒸汽加热并控制反应温度68-72℃,由于甲醇沸点为64℃左右,蒸发的甲醇进入冷凝器,甲醇经冷凝器回流,搅拌器充分搅拌混合的条件下,反应时间控制在190分钟左右。用气相色谱法检测甲酯含量,甲酯(生物柴油的主要成分)含量达到98%以上后,结束反应。反应混合物沉降分为甘油类和粗柴油类,经离心机分离。甘油相(粗甘油、水、酸性催化剂)去酸液分离罐;粗柴油类到高位粗柴油中间罐。粗柴油类也可以称为甲酯类。
(3)柴油脱色
粗柴油由柴油中间罐自流到柴油脱色罐,搅拌升温到60℃,加入质量为粗柴油质量6%的碱性脱色剂,15-25分钟内缓慢升温到105℃保持,脱色25分钟左右。过滤,可脱除95%以上的色素,得到浅黄色生物柴油,然后进入成品罐。
上述烘干设备可以采用烘箱。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (5)
1.一种地沟油制备生物柴油的脱色方法,所述方法包括以下步骤:(1)预处理;(2)固体酸催化处理;(3)粗柴油脱色;其特征在于,
所述预处理和固体酸催化处理步骤为:
(1)预处理
将地沟油加入到处理罐中,加入地沟油质量18-22%的热水,热水温度范围90~95℃,并在60-80转/分钟转速下搅拌15-25分钟后,静置沉淀,使油脂中的杂质混合物溶解在水中形成分液层,下层杂质混合物由罐底排出,去除原料中水分,得到标准原料油;
(2)固体酸催化处理
标准原料油与甲醇经静态混合器充分混合后再与固体酸催化剂混合,形成混合物料,该混合物料质量比例为100∶18-22∶5-7,然后进入合成反应器,所述合成反应器包括加热器、冷凝器和搅拌器,混合物料在反应器内经加热器加热并控制反应温度68-72℃,甲醇经冷凝器回流,搅拌器充分搅拌混合的条件下,反应时间控制在160-200分钟,检测甲酯含量达到98%以上后,结束反应,反应混合物沉降分层为甘油和粗柴油,经离心机分离,甘油去甘油精制工序,粗柴油到高位粗柴油中间罐;
(3)所述粗柴油脱色步骤为:由固体酸催化处理得到的粗柴油由柴油中间罐流到柴油脱色罐,搅拌升温到55-65℃,加入质量为粗柴油质量4-6%的碱性脱色剂,15-25分钟升温到100-110℃保温,脱色15-25分钟,过滤,得到浅黄色生物柴油,然后进入生物柴油成品罐;
所述碱性脱色剂制取:以钠基膨润土为原料,与质量为钠基膨润土质量4-6‰的碳酸钠充分混合后,在100-110℃烘干20-40分钟后,进行研磨,研磨至180-220目得碱性脱色剂,将180-220目的碱性脱色剂送入烘干设备中100-110℃烘干220-260分钟后,取出,放入干燥容器内自然冷却,备用。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述固体酸催化剂为负载硫酸的氧化砷、负载硫酸的氧化锗、负载硫酸的氧化锑、负载硫酸的沸石分子筛或负载硫酸的阳离子交换树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述合成反应器为釜式合成反应器。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述离心机为碟式离心机。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,检测甲酯含量采用气相色谱法。
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