CN102676308B - 一种厨余垃圾制备生物柴油的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种厨余垃圾制备生物柴油的方法，厨余垃圾在微波加热下进行裂反应，与此同步进行酯化反应得到生物柴油产品。具体是将厨余垃圾与固体酸催化剂混合均匀进行微波加热脱水；再通入甲醇蒸气，并进行微波加热，收集所产生的蒸发气体进行精馏，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。本发明将裂解和气相酯化有机结合在一起，并利用微波加热裂，缩短了加热时间，提高了生产效率，制备的生物柴油低温流动性好，制备工艺过程简单。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物柴油的制备方法，特别是一种厨余垃圾制备生物柴油的方法，属生物能源技术领域。
背景技术
随着世界范围内对燃料需求的增加和碳减排的需求，对许多替代石油燃料的可再生资源的研究越来越引起世界各国的重视。生物柴油具有优越的环保性和可再生性，用于替代石油柴油具有非常大的潜力。目前，生物柴油主要以各种动植物油脂、微生物油脂、废弃餐饮油、植物油加工的下脚料等为原料，经过酯交换反应制备得到。生物柴油制备成本中75%是原料成本，价格高是生物柴油替代燃料商品化的主要障碍，寻求廉价原料和高效的生物柴油加工技术成为生物柴油产业化发展的关键。
厨余垃圾是一种非常具有再利用潜力的废弃资源，随着社会经济的发展，人民生活水平的提高，厨余垃圾的产生量越来越大。厨余的主要组成有果蔬、果皮、果核、肉食、骨头等，还有一定量的废餐具、牙签及餐纸。传统的处置手段已不能满足环境保护和人体健康卫生的需要。为了完全消除或使厨余垃圾对人体健康、市容环境的影响降至最低限度，必须积极开发各种厨余垃圾处理技术。厨余中含有大量的细菌等病原微生物，不利于厨余垃圾的直接利用，但其有机物含量高，通过裂解和酯化制备生物柴油的方式对这些有机物加以利用，可为厨余垃圾的转化利用提供了可行的途径，同时也为生物柴油生产提供廉价原料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种厨余垃圾制备生物柴油的方法，以降低生物柴油的生产成本，实现厨余垃圾的资源化利用。
本发明通过下列技术方案实现：一种厨余垃圾制备生物柴油的方法，经过下列各步骤：
（1）厨余垃圾脱水：去除厨余垃圾中的沙石等杂物，将厨余垃圾与固体酸催化剂按质量比为100︰5～10混合均匀，在温度为120～150℃下进行微波加热脱水；
（2）裂解和酯化反应制备生物柴油：在步骤（1）所得脱水后的厨余垃圾中以流量为5～10L/min通入甲醇蒸气，并在250～300℃下进行微波加热，收集所产生的蒸发气体；厨余垃圾在微波快速加热下开始发生裂解反应产生C3～C16为主的脂肪酸，在固化酸催化剂作用下与脂肪酸发生气相酯化反应生成脂肪酸甲酯，生成的脂肪酸甲酯被反应剩余的甲醇蒸气带出；
（3）精馏：将步骤（2）所得蒸发气体在70～80℃下进行精馏，使甲醇与脂肪酸甲酯的分离，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油（脂肪酸甲酯）粗产品；
（4）生物柴油产品的精制：将步骤（3）所得生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。
所述步骤（1）的厨余垃圾为果蔬、果皮、果核、肉食、骨头、废餐具、牙签和餐纸。
所述步骤（1）的固体酸催化剂为SO4 2-/ZrO2、SO4 2-/TiO2、SO4 2-/ZrO2－TiO2、SO4 2-/TiO2－Fe2O3型固体酸。
所述步骤（1）的微波条件是微波频率为50Hz、功率为300～500W。
所述步骤（2）的微波条件是微波频率为50Hz、功率为800～1000W。
所述步骤（3）精馏时产生的甲醇蒸气返回步骤（2）循环利用。
本发明的优点及积极效果：
本发明采用微波进行加热，厨余垃圾的裂解反应和酯化反应同步进行，极大地缩短了加热时间，提高了生产效率，制备的生物柴油低温流动性好，制备工艺过程简单，实现厨余垃圾的资源化利用，降低生物柴油的生产成本。
具体实施方式
下面以实例进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。
实施例1
（1）厨余垃圾脱水：去除包括果蔬、果皮、果核、肉食的厨余垃圾中的沙石等杂物，将厨余垃圾与固体酸催化剂SO4 2-/ZrO2型固体酸按质量比为100︰5混合均匀，在温度为120℃下，以微波频率为50Hz、功率为300W进行微波加热脱水；
（2）裂解和酯化反应制备生物柴油：在步骤（1）所得脱水后的厨余垃圾中以流量为5L/min通入甲醇蒸气，并在250℃下、以微波频率为50Hz、功率为800W进行微波加热，收集所产生的蒸发气体；厨余垃圾在微波快速加热下开始发生裂解反应产生C3～C16为主的脂肪酸，在固化酸催化剂作用下与脂肪酸发生气相酯化反应生成脂肪酸甲酯，生成的脂肪酸甲酯被反应剩余的甲醇蒸气带出；
（3）精馏：将步骤（2）所得蒸发气体在70～80℃下进行精馏，使甲醇与脂肪酸甲酯的分离，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油（脂肪酸甲酯）粗产品；精馏时产生的甲醇蒸气返回步骤（2）循环利用；
（4）生物柴油产品的精制：将步骤（3）所得生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。
实施例2
（1）厨余垃圾脱水：去除包括肉食、骨头、废餐具的厨余垃圾中的沙石等杂物，将厨余垃圾与固体酸催化剂SO4 2-/TiO2型固体酸按质量比为100︰6混合均匀，在温度为130℃下，以微波频率为50Hz、功率为400W进行微波加热脱水；
（2）裂解和酯化反应制备生物柴油：在步骤（1）所得脱水后的厨余垃圾中以流量为8L/min通入甲醇蒸气，并在280℃下、以微波频率为50Hz、功率为900W进行微波加热，收集所产生的蒸发气体；厨余垃圾在微波快速加热下开始发生裂解反应产生C3～C16为主的脂肪酸，在固化酸催化剂作用下与脂肪酸发生气相酯化反应生成脂肪酸甲酯，生成的脂肪酸甲酯被反应剩余的甲醇蒸气带出；
（3）精馏：将步骤（2）所得蒸发气体在70～80℃下进行精馏，使甲醇与脂肪酸甲酯的分离，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油（脂肪酸甲酯）粗产品；精馏时产生的甲醇蒸气返回步骤（2）循环利用；
（4）生物柴油产品的精制：将步骤（3）所得生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。
实施例3
（1）厨余垃圾脱水：去除包括果核、肉食、牙签和餐纸的厨余垃圾中的沙石等杂物，将厨余垃圾与固体酸催化剂SO4 2-/ZrO2－TiO2型固体酸按质量比为100︰8混合均匀，在温度为150℃下，以微波频率为50Hz、功率为500W进行微波加热脱水；
（2）裂解和酯化反应制备生物柴油：在步骤（1）所得脱水后的厨余垃圾中以流量为10L/min通入甲醇蒸气，并在300℃下、以微波频率为50Hz、功率为1000W进行微波加热，收集所产生的蒸发气体；厨余垃圾在微波快速加热下开始发生裂解反应产生C3～C16为主的脂肪酸，在固化酸催化剂作用下与脂肪酸发生气相酯化反应生成脂肪酸甲酯，生成的脂肪酸甲酯被反应剩余的甲醇蒸气带出；
（3）精馏：将步骤（2）所得蒸发气体在70～80℃下进行精馏，使甲醇与脂肪酸甲酯的分离，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油（脂肪酸甲酯）粗产品；精馏时产生的甲醇蒸气返回步骤（2）循环利用；
（4）生物柴油产品的精制：将步骤（3）所得生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。
实施例4
（1）厨余垃圾脱水：去除包括果皮、果核、肉食、和餐纸的厨余垃圾中的沙石等杂物，将厨余垃圾与固体酸催化剂SO4 2-/TiO2－Fe2O3型固体酸按质量比为100︰10混合均匀，在温度为120℃下，以微波频率为50Hz、功率为300W进行微波加热脱水；
（2）裂解和酯化反应制备生物柴油：在步骤（1）所得脱水后的厨余垃圾中以流量为5L/min通入甲醇蒸气，并在250℃下、以微波频率为50Hz、功率为1000W进行微波加热，收集所产生的蒸发气体；厨余垃圾在微波快速加热下开始发生裂解反应产生C3～C16为主的脂肪酸，在固化酸催化剂作用下与脂肪酸发生气相酯化反应生成脂肪酸甲酯，生成的脂肪酸甲酯被反应剩余的甲醇蒸气带出；
（3）精馏：将步骤（2）所得蒸发气体在70～80℃下进行精馏，使甲醇与脂肪酸甲酯的分离，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油（脂肪酸甲酯）粗产品；精馏时产生的甲醇蒸气返回步骤（2）循环利用；
（4）生物柴油产品的精制：将步骤（3）所得生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。
Claims (5)
1.一种厨余垃圾制备生物柴油的方法，其特征在于经过下列各步骤：
（1）去除厨余垃圾中的杂物，将厨余垃圾与固体酸催化剂按质量比为100︰5～10混合均匀，在温度为120～150℃下进行微波加热脱水，其中厨余垃圾为果蔬、果皮、果核、肉食、骨头、废餐具、牙签和餐纸；
（2）在步骤（1）所得脱水后的厨余垃圾中以流量为5～10L/min通入甲醇蒸气，并在250～300℃下进行微波加热，收集所产生的蒸发气体；
（3）将步骤（2）所得蒸发气体在70～80℃下进行精馏，收集精馏塔底部流出的组分，即得到生物柴油粗产品；
（4）将步骤（3）所得生物柴油粗产品通过已知的分馏技术，即得到不同沸点范围的生物柴油产品。
2.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤（1）的固体酸催化剂为SO4 2-/ZrO2、SO4 2-/TiO2、SO4 2-/ZrO2－TiO2、SO4 2-/TiO2－Fe2O3型固体酸。
3.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤（1）的微波条件是微波频率为50Hz、功率为300～500W。
4.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤（2）的微波条件是微波频率为50Hz、功率为800～1000W。
5.根据权利要求1所述的厨余垃圾制备生物柴油的方法，其特征在于：所述步骤（3）精馏时产生的甲醇蒸气返回步骤（2）循环利用。
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