CN103013677B - 一种生物柴油的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生物柴油的制备方法，其中，该方法包括下述步骤：(1)在脂肪酶水溶液的存在下，将原料油脂与一元醇反应，反应的条件包括一元醇与按照原料油脂水解产物脂肪酸计的摩尔比为1-3∶1；以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为100-500U，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力为200-1000U/ml；反应的温度为20-60℃，反应的时间为4-20小时；(2)从步骤(1)所得产物中分离出上层油相以及含有脂肪酶和甘油的水相。采用本发明的方法能够得到具有较低酸值和较高转化率的生物柴油，而且反应条件温和，能耗低，且适用于大规模工业生产。

Description

一种生物柴油的制备方法

技术领域

本发明涉及一种生物柴油的制备方法。

背景技术

通过将植物油或动物油中的主要成分三酰基甘油(甘油三酸酯)进行酯化或转酯化反应生成长链脂肪酸单酯，是目前生产生物柴油的主要途径，其中，占生物柴油绝大部分的长链脂肪酸甲酯是一种新型的可再生能源，这种新型的可再生能源无硫无氮，且氧含量高，燃烧后发动机排放出的尾气里有害物质可比传统石化柴油降低一半以上，不但具有保护环境的优势，而且燃烧性能可以与传统的石油系柴油媲美，因此，生物柴油的研究和推广发展相当迅猛。

目前，生物柴油主要采用化学法生产，即采用动、植物油脂(主要成分为三酰基甘油)与低碳醇(甲醇或乙醇等)在碱性或酸性催化剂作用下直接进行转酯化反应，生成相应的长链脂肪酸单酯(例如，脂肪酸甲酯或脂肪酸乙酯等)。化学法制备生物柴油存在以下一些不可避免的缺点：(1)油脂原料中的游离脂肪酸和水对三酰基甘油的转酯化反应不利，会影响转酯化的转化率；(2)低碳醇，如甲醇在油脂中溶解性不好，易形成乳化液，导致产物后处理过程复杂；(3)为了使酯化反应更加完全，通常情况下，低碳醇，如甲醇用量会超过理论摩尔比很多，过量甲醇的蒸馏回收过程能耗很大。

生物柴油扩大生产规模遇到的另一个瓶颈是原料来源问题，为了避免和食用油争原料，食用油生产过程中的副产品(如皂化酸化油)和从餐饮业回收的废油已成为最受关注的生物柴油原料。这类原料的主要特点是成分复杂，其中除了三酰基甘油之外，还含有大量游离脂肪酸，此外还有单酰基甘油和双酰基甘油等部分酰化甘油。原料的复杂性增加了对反应的要求，要达到与几乎全部是三酰基甘油的新鲜油脂同样高的脂肪酸甲酯的收率，需要克服更多的困难。如CN1412278A公开了一种用高酸值废弃动、植物油生产生物柴油的方法，该方法包括在酸性催化剂的作用下与低碳醇进行反应，包括脱水、酯化、酯交换、分相、脱色等步骤，但是，甲醇过量问题更突出，而且得到的生物柴油产品颜色深，此外，还存在废碱液排放等问题。又如CN101070480A公开了一种制备生物柴油的工艺方法，该方法采用高温高压的亚超临界酯化的方法消除了废催化剂的处理问题，且转化率较高，但目的酯化产物要通过蒸馏才能与高沸点副产物分离，因此能耗较高，而且还存在设备投资大和副产物较多等问题。此外，用离子液体催化菜籽油的酯化在三颈瓶中的实验结果已见报道(李胜清等，湖北农业科学，2009，48(2)：438～441)，但存在醇摩尔比过高(15∶1)，反应时间很长(18h)，即使如此，菜籽油的酯化率也只能达到94％，因为菜籽油原料的沸点比酯化产物高得多，要将酯化产物与剩余菜籽油分离必须蒸出全部酯化产物，大幅度增加了能耗，因此单独的离子液体催化法对于生物柴油生产来说尚不具备应用价值。

采用生物酶法合成生物柴油具有反应条件温和、无污染物排放、油脂原料中的游离脂肪酸和一定量的水不会影响酶促反应等优点，从绿色化学的角度考虑更具竞争力，越来越受到生物柴油研究单位和生产企业的重视。脂肪酶是一种特殊的酯键水解酶，可作用于三酰基甘油的酯键，使三酰基甘油水解(转酯化)为双酰基甘油、单酰基甘油、甘油和游离脂肪酸。按对底物酯键可作用的位置可以把脂肪酶划分为位置特异性脂肪酶和非位置特异性脂肪酶。在非位置特异性脂肪酶的催化作用下，三酰基甘油上的三个酯键都可以水解，最终产物是脂肪酸和甘油(Bioresource Technology，96，2005：769-777；J.of MolecularCatalysis B：Enzymatic，16，2001：53-58)。位置特异性脂肪酶仅能催化特定位置酯键的水解，大多是对sn-1和sn-3位有特异性，水解位点为sn-1或sn-3位，或同时作用于sn-1和sn-3位，但对sn-2位酯键不起作用，水解产物为游离脂肪酸、双酰基甘油酯DAG-1，2(diacylglyceride-1，2)和单酰基甘油酯MAG-2(monoacylglyceride-2)的混合物。但由于酰基转移的原因，产物中也会有DAG-1，3和MAG-1。

最近几年，关于生物酶法酯化劣质生物柴油原料的专利和文献报道很多，但大都局限于采用固定化脂肪酶为催化剂。如CN101020836A公开了一种采用1，3-位置专一性固定化脂肪酶转酯化植物油的方法。KR100673837公开了一种采用1，3-位置专一性脂肪酶和非位置专一性脂肪酶的混合固定化脂肪酶转酯化大豆油和餐饮废油的方法。其中，所述固定化脂肪酶虽然在回收方面有优势，但是存在下述难以克服的问题。首先，固定化过程中难免会造成酶的流失，因此，处理成本较高，且处理过程常常要使用有机溶剂。此外，酯化反应副产的亲水性甘油很容易附着在固定化酶的内孔及外表面，而屏蔽了酶的活性位点，阻碍酶活性的发挥，造成酯化率的下降。另外，由于固定化脂肪酶组成的大部分是载体，所以单位催化剂质量的酶活力较低(＜100U/g)，因此，在酯化过程中要添加大量脂肪酶催化剂，催化剂和生物柴油原料的质量比高达0.3-1.0，这样高比例的催化剂不仅大幅度消减了反应器的有效空间，限制了平均每克原料油脂的酶活力(＜100U/g)，造成反应时间较长；而且催化剂成本昂贵，由于生物柴油是大宗车用燃料，产品价格不能超过市售生物柴油，所以固定化脂肪酶很难被生物柴油的工业化生产所承受。再有，因为体系中的水含量少，使得低碳醇，如甲醇或乙醇不易溶解，妨碍了甲醇与油相的充分接触。针对甲醇和乙醇等短链醇在油脂原料中溶解性较差，不利于反应进行的问题，有人采用疏水性较强的有机溶剂如已烷、环己烷、石油醚等作反应介质试图提高原料油脂的溶解度，在一定程度上改善了酯化反应(Journal of Molecular Catalysis B：Enzymatic，2002，17：133-142)。但是，在固定化脂肪酶催化体系中，这些疏水性较强的有机溶剂仍不能有效溶解甲醇等低碳醇以及副产物甘油，达到保证酶的反应活性、延长酶的寿命，提高生物柴油收率的目的。为此，CN1557913A公开了一种用叔丁醇和二氧六环等相对亲水的有机溶剂作为反应介质来进一步改善酯化原料溶解性问题的生物柴油的制备方法。但是，无论添加哪种有机溶剂来解决固定化脂肪酶反应体系中由于水含量较少造成的甲醇等短链醇的溶解度低的问题，都难以应用于生物柴油的大规模生产中。这是因为上述有机溶剂都是毒性溶剂，在生产过程中大量使用不仅对操作人员有害，对环境的危险性也不容忽视。还有，溶剂回收的能耗会进一步增加生物柴油的生产成本，造成加剧生物柴油规模扩大的瓶颈问题。另外，固定化脂肪酶催化体系对水含量要求较为严格，所以不能直接利用回收的甲醇(回收的甲醇通常为甲醇与水的混合物)，而无论蒸馏脱水或分子筛脱水都要额外消耗更多能耗，进一步增加了生物柴油的生产成本。

为了尽早实现用脂肪酶催化法生产生物柴油的工业化和绿色化，可以考虑用脂肪酶的水溶液代替固定化酶，用水而不是有机溶剂来充分溶解甲醇等低碳醇，从而实现高酯化率的水相生物柴油的生产。对采用脂肪酶水溶液的酯化和转酯化反应，前人已经做过一些细致的基础性研究工作，如特开2000-270886公开了一种采用位置特异性和位置非特异性脂肪酶转酯化高碳脂肪酸三酰基甘油的方法。特开2009-65887公开了通过适当的选择和培养脂肪酶，可以实现部分酰化甘油MAG和DAG的基本完全酯化的方法。上述方法实施时，均要先将酶固定化，再酯化，耗时较长才能达到较高的转化率；且酶的用量较多，催化剂成本非常高。此外，上述方法均没有涉及残留的游离脂肪酸(FFA)的处理问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的能够得到具有较低的酸值、较高的生物柴油转化率，且反应条件温和、反应时间短、酶催化剂用量较少的生物柴油的制备方法。

生物柴油对酸值(也就是残留FFA)的要求非常严格，一般情况下，生物柴油的酸值不能大于0.8mgKOH/g。因此，本发明的发明人还发现，现有技术中的方法得到的生物柴油因残留FFA酯化不完全，酸值较高，不合格的问题较普遍，采用水溶液酶催化酯化方法制备生物柴油，由于体系中含有水，更难完全避免转酯化产物脂肪酸一元醇酯(或其它低碳醇酯)的部分水解，从而只用脂肪酶催化的方法很难避免转酯化产物酸值偏高的问题。另外，如果原料油脂的酸值过高(如，酸值大于150KOH/g的酸化油)，也会导致得到的转酯化产物的酸值高的问题更难解决。

本发明提供了一种生物柴油的制备方法，其中，该方法包括下述步骤：

(1)在脂肪酶水溶液的存在下，将原料油脂与一元醇反应，反应的条件包括一元醇与按照原料油脂水解产物脂肪酸计的摩尔比为1-3∶1；以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为100-500U，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力为200-1000U/ml；反应的温度为20-60℃，反应的时间为4-20小时；

(2)从步骤(1)所得产物中分离出上层油相以及含有脂肪酶和甘油的水相。

本发明提供的生物柴油的制备方法采用一定量的脂肪酶水溶液作为催化剂，在一定的条件下，能够将原料油脂中的甘油脂肪酸酯，特别是可以优选将劣质原料油脂中的单酰基甘油酯、双酰基甘油酯和三酰基甘油酯同时有效地转化为脂肪酸一元醇酯，生物柴油的转化率较高。另外，本发明的方法中所述脂肪酶水溶液的比活力较高，因此酶的用量较少、反应时间更短，因此，生物柴油的生产效率较高。而且，无需用有机溶剂作为反应介质，不仅解决了一元醇不易溶解而影响生物柴油产率的问题，还有益于减少对人的毒害和对环境的污染，且特别适合含水较多的体系。再者，由于所述反应的反应温度低，因此，反应条件更为温和。

更重要的是，优选情况下，本发明采用离子液体作为催化剂，能够进一步催化转酯化反应分离出的上层油相中的残余游离脂肪酸与一元醇的反应，以使其全部转化为脂肪酸一元醇酯，从而大大降低了生物柴油产品的酸值，提高了生物柴油产品的质量。优选情况下，在离子液体催化步骤中，虽然在降低生物柴油产品酸值时，需要不断补充新鲜一元醇，来实现更低酸值的目的，但是，可以将回收的一元醇和水的混合物冷却后直接用于前述的脂肪酶水溶液的催化步骤，无需进行一元醇精馏提纯、脱水的步骤，因此，一元醇的消耗量减少，而且没有带来额外的能耗。

另外，无论是脂肪酶水溶液的催化步骤还是离子液体的催化步骤，产物分离都可以采用简单的沉降分离目的产物的方法，不需要用蒸馏的方法回收有机溶剂或过量的一元醇，而显著降低了能耗。因此，本发明提供的方法无论从溶剂的绿色化还是从低碳能耗方面都具有突出的优点。

本发明提供的方法不仅拓展了制备生物柴油用原料的来源，更重要的是，优选情况下，通过采用脂肪酶水溶液催化法和离子液体催化方法的适当组合，一方面保证了生物柴油的产率和质量，另一方面从消除有机溶剂、降低甲醇用量和降低能耗三方面向生物柴油生产方法的绿色化又迈进了一步，并使这两种催化酯化方法同时具有了工业化价值。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是为采用本发明的方法制备生物柴油的工艺流程示意图；

图2是为采用本发明的方法制备生物柴油的工艺流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

按照本发明，所述生物柴油的制备方法包括下述步骤：

(1)在脂肪酶水溶液的存在下，将原料油脂与一元醇反应，反应的条件包括一元醇与按照原料油脂水解产物脂肪酸计的摩尔比为1-3∶1；以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为100-500U，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力为200-1000U/ml；反应的温度为20-60℃，反应的时间为4-20小时；

(2)从步骤(1)所得产物中分离出上层油相以及含有脂肪酶和甘油的水相。

按照本发明，为了避免采用固定化酶催化剂时，体系含水量较少会使得一元醇不易溶解而影响生物柴油产率的问题，本发明优选采用脂肪酶水溶液作为步骤(1)的酶催化剂体系，而无需为了提高一元醇的溶解性而使用有机溶剂作为反应介质，从而避免了有毒的有机溶剂对人体健康和环境保护的影响。

按照本发明，所述脂肪酶水溶液中的脂肪酶可以是各种可以用于生物酶法酯化生物柴油原料方法中的可溶解于水的脂肪酶和/或产酶微生物，通过使用产酶微生物分泌得到所需脂肪酶。其中，所述脂肪酶可以为特异性脂肪酶和/或非位置特异性脂肪酶；所述产酶微生物可以为分泌特异性脂肪酶的微生物和/或分泌非特异性酶的微生物。其中，所述特异性脂肪酶包括1，3-位置特异性脂肪酶、单酰基甘油酯特异性脂肪酶和双酰基甘油酯特异性脂肪酶，所述1，3-位置特异性脂肪酶通常可以为米根酶(Rhizopus oryzae)、干根酶(Rhizopus nives)和德氏根酶(Rhizopus delemar)中的一种或多种；所述分泌1，3-位置特异性脂肪酶的微生物可以选自黑曲霉(Aspergillus niger)、解脂假丝酵母(Candida lipolytica)和荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)中的一种或多种；所述对单酰基甘油酯以及双酰基甘油酯具有特异性的脂肪酶通常可以为卡门柏青霉(Penicillium camembertii)；所述分泌对单酰基甘油酯及双酰基甘油酯具有特异性的脂肪酶的微生物可以选自米曲霉(Aspergillus oryzae)、卡曼贝尔青霉(Penicillium Camemberti)和假单孢菌(Pseudomonas sp.)中的一种或多种；所述非位置特异性脂肪酶一般可以为假丝酵母皱褶酶(Candida rugosa)；所述分泌非位置特异性脂肪酶的微生物可以选自白地霉(Geotrichum candidum)、圆弧青霉(Penicillium cyclopium)和金黄色酿脓葡萄球菌(Staphylococcus aureus)中的一种或多种。

由于使用产酶微生物分泌得到的酶可能会含有各种副产物，因此优选直接加入酶，即优选为特异性脂肪酶(可以选自1，3-位置特异性脂肪酶、单酰基甘油酯特异性脂肪酶和双酰基甘油酯特异性脂肪酶中的一种或多种)或者特异性脂肪酶和非位置特异性脂肪酶的混合物。

按照本发明，所述酶活力单位(U)指的是脂肪酶促使原料油脂中的甘油酯中的酰基转化为脂肪酸的活性，具体定义为：在下述方法的测试条件下，单位时间(min)内脂肪酶的酶解催化作用使甘油酯释放出单位(μmol)脂肪酸所需的脂肪酶酶量为1酶活力单位(U)。本发明中，所述比活力指每毫升脂肪酶水溶液所含的脂肪酶的酶活力单位数。

按照本发明，所述酶活力单位的测定方法可以采用下述NaOH滴定法测定单双酰脂肪酶酶活。

(1)0.05M NaOH的配置：先用无CO₂水配置5M的NaOH储液；再准确稀释50倍后，称取100℃烘至恒重的邻苯二甲酸氢钾0.38g，溶于80ml无CO₂水中，标定出其准确浓度，再推算出储液浓度；0.05M的NaOH溶液以无CO₂水用储液现用现配；

(2)PVA-单硬脂酸甘油酯乳化液底物的配置：将单硬脂酸甘油酯12g，100ml 2重量％PVA1750(聚乙烯醇)混合，加热溶化，用超声波乳化(功率300W，超声3s，间歇4s，30次，循环2次)；

(3)取5ml步骤(2)得到的乳化液底物，4ml 0.1M pH6.0的磷酸钠缓冲液加入到150ml三角瓶中，置于恒温水浴摇床45℃，130rpm温育5min；

(4)取1ml待测的稀释酶液加入到步骤(3)的乳化液底物与缓冲液的混合液中，在45℃、130rpm下反应10min后加入15ml无水乙醇终止反应；

(5)滴加4滴酚酞作指示剂，用0.05M NaOH滴定酶解产生的脂肪酸，至反应液变粉红色停止；

空白样操作方法与上述步骤一致，不同的是，在步骤(4)中，等量的稀释酶液与无水乙醇先混合使酶失活，在步骤(3)的乳化液底物与缓冲液的混合液单独反应10min后，再加入失活的稀释酶液。

并按照下式计算脂肪酶的活力：

酶活力表示单位：U＝c_FFA(μmol/ml(g))/t

c_FFA(μmol/ml(g))＝(m₁-m₀)/s

式中：

m₁：滴定被测脂肪酶催化指定底物(酰化甘油)水解产物消耗的NaOH的微摩尔数；

m₀：滴定参比空白样消耗的NaOH微摩尔数；

s：被测脂肪酶催化剂的容积(原液酶，ml)或质量(固定化酶，g)

t：脂肪酶催化反应时间(min)

根据上述方法可以测定出脂肪酶的活力单位，并根据脂肪酶水溶液的体积计算出比活力，进而通过稀释(加水)或浓缩(加脂肪酶)调整酶液达到规定的比活力。

按照本发明，步骤(1)中，所述脂肪酶水溶液的浓度(脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力)的可选择范围较宽，只要保证其中的脂肪酶的酶量能够充分催化原料油脂与一元醇的转酯化反应即可；优选情况下，以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为100-500U，更优选情况下，以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为200-400U。优选情况下，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力可以为200-1000U/ml；更优选情况下，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力为300-600U/ml。

优选情况下，当原料油脂为酸值较高的酸化油等废弃原料油脂时，由于其中除了含有主要成分三酰基甘油酯之外，还含有部分双酰基甘油酯和单酰基甘油酯，为了达到充分转酯化原料油脂中的甘油酯的目的，所述脂肪酶优选为1，3-位置特异性脂肪酶以及对单酰基甘油酯和双酰基甘油酯具有特异性的脂肪酶的混合物，进一步优选，所述脂肪酶水溶液中所述1，3-位置特异性脂肪酶与对单酰基甘油酯及双酰基甘油酯有特异性的脂肪酶的酶活力之比(或相同比活力(酶浓度)水溶液的体积比)为1-10∶1。

按照本发明，在步骤(1)中，在脂肪酶水溶液催化剂的存在下，将原料油脂与一元醇反应的条件还包括一元醇与按照原料油脂水解产物脂肪酸计的摩尔比为1-3∶1，优选为1-2∶1；反应的温度为20-60℃，优选为30-50℃；反应的时间为4-20小时，优选为6-12小时。其中，在脂肪酶水溶液催化剂的存在下，将原料油脂与一元醇反应的反应温度为在室温下即可以反应，因此，其反应条件较为温和，并且，在较短的反应时间内即可以达到较高的生物柴油的转化率，例如，在反应4小时后，生物柴油的转化率即可以达到85％，优选可以达到90％左右甚至以上。

按照本发明，在步骤(1)中，为了避免由于一元醇的过量而导致脂肪酶中毒，以使得脂肪酶最大限度地发挥其催化作用，优选情况下，在脂肪酶水溶液的存在下，所述将一元醇与原料油脂反应的方式优选为将一元醇逐步加入到原料油脂中。可以根据该步骤的反应时间以及物料的流量选择合适的一元醇加入时间，优选分2-3次加入，加入时间为上一次加入的一元醇几乎完全耗尽时最好。

进一步优选情况下，为了使得步骤(1)中原料油脂与一元醇的反应更充分，可以在搅拌下或往复摇床中反应，优选在搅拌下进行。

按照本发明，在步骤(2)中，从步骤(1)所得产物中分离出含有脂肪酶催化剂的甘油相和轻质油相的分离方法可以为本领域技术公知的各种常规的分离方法，优选为将步骤(1)所得产物进行静置沉降或离心分离。所述静置沉降或离心分离的条件包括静置沉降或离心分离的温度为40-90℃，进一步优选为45-80℃，静置沉降或离心分离的时间优选为10-120分钟，进一步优选为10-60分钟。

按照本发明，优选情况下，本发明的方法还包括步骤(3)：在离子液体的存在下，将步骤(2)得到的上层油相与一元醇反应，反应的条件使得所述上层油相的酸值低于0.8mgKOH/g。

按照本发明，优选情况下，在步骤(3)中，在离子液体的存在下，为了保证所述轻质油相的酸值低于0.8mgKOH/g，一方面要控制反应的条件，使得在所述反应条件下，不断地将反应体系中生成的水从反应系统中带出，以打破化学平衡，促进游离脂肪酸的进一步反应，优选情况下，在步骤(3)中，将步骤(2)得到的上层油相与一元醇的反应温度可以为40-120℃，更优选为80-110℃；反应压力可以为0.01MPa-1MPa，优选为0.02-0.5MPa。在步骤(3)中，优选情况下，所述反应的条件还包括离子液体与所述上层油相的摩尔比可以为0.001-0.05∶1，进一步优选为0.003-0.03∶1。其中，一元醇通常为过量，且其用量只要能保证将步骤(2)分离得到的所述上层质油中游离脂肪酸除去，以保证所述上层油脂相的酸值低于0.8mgKOH/g即可。例如，所述一元醇与所述上层油相的摩尔比可以为1-3∶1，进一步优选为1-2∶1，以在上述条件下可以快速使所述轻质油脂相的酸值低于0.8mgKOH/g，此外，所述将一元醇可以一次加入(或间歇式加入)或泵送加入步骤(2)得到的轻质油相。另一方面，为了保证在不断分离水分的同时，保证与所述上层油脂反应的一元醇在反应混合物中具有一定的反应浓度而使反应向正方向进行，该方法还包括在步骤(3)中，以常压或减压蒸馏的方式将部分一元醇与反应过程中生成的水的混合物蒸出，以在反应的同时分离生成的水。所述常压或减压蒸馏的方法可以为本领域技术人员公知的方法和条件进行，只要能够不断分离部分一元醇与反应过程中生成的水的混合物即可。

按照本发明，优选情况下，该方法还包括在步骤(3)中，将蒸出的一元醇与水的混合物冷却并返回步骤(1)，以将回收的一元醇和水的混合物冷却后直接用于前述的脂肪酶水溶液的催化步骤(1)中作为步骤(1)的原料，而无需进行一元醇的精馏提纯、脱水的步骤，因此，一元醇的消耗量较少，而且没有带来额外的能耗。

按照本发明，在步骤(3)中，所述离子液体可以选自为烷基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体中的一种或多种，所述烷基的碳原子数可以为0-8(C_nH_2n，n＝0，2，4，6，8)。优选情况下，为了进一步兼顾离子液体的酸性和水溶性，所述离子液体为丁基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体。

根据本发明，优选在向所得到的上层油相中加入离子液体和一元醇，并反应一段时间后，所得到的上层油相中的游离脂肪酸转化为脂肪酸低碳酯，得到的反应产物可以通过简单的静置沉降和/或离心分离即可以将步骤(3)所得的产物进行分离，从而避免了闪蒸分离产物的过程，进一步节约了能耗。即，分离后得到的上层的油层为生物柴油相(酸值低于0.8mgKOH/g的轻质油相)，下层为离子液体相。

按照本发明，该方法还包括从步骤(3)所得产物中分离出含有酸值低于0.8mgKOH/g的上层油相以及离子液体相。优选在步骤(3)中，将部分一元醇与生成的水的混合物不断采出，但是，仍然可能残存少量的一元醇，该残存的一元醇和水仍处于下层的离子液体相中。

所述含有离子液体和少量一元醇和水的下层可以继续直接回用于所述步骤(3)的反应。但是，如果采用组分比较复杂的酸化油等作为油脂原料时，在将下层离子液体相回用前优选先用二氯乙烷等有机溶剂洗脱反应中生成的高沸点杂质后再回用。

按照本发明，在步骤(3)中，所述在离子液体的存在下，将步骤(2)得到的轻质油相与一元醇的反应可以为间歇式进行也可以为连续式进行，只要能够保证得到的生物柴油的酸值低于0.8mgKOH/g即可。

如图1所示，按照本发明的一个优选的具体实施方式，将原料油脂、甲醇和脂肪酶水溶液在酯化反应器中反应，得到上层油脂相和含有脂肪酶的甘油相，将分离出的上层油脂相投入降酸反应器中，并在搅拌下与甲醇和离子液体反应，回收的甲醇与水的混合物冷却后返回至酯化反应器中作为反应原料，反应结束后，分离出上层油相，得到生物柴油产品。

如图2所示，按照本发明的另一个优选的具体实施方式，通过将多个反应器串联制备得到多级降酸值反应器，也实现连续式降低酸值酯化反应。将原料油脂、甲醇和脂肪酶水溶液在酯化反应器中反应，得到上层油脂相和含有脂肪酶的甘油相，将分离出的上层油脂相投入串联的多级降酸反应器的第一级降酸反应器中，并在搅拌下与甲醇和离子液体反应，回收的甲醇和水的混合物，冷却后返回至酯化反应器中作为反应原料，反应一段时间后(如酸值降低至0.1mgKOH/g左右)，分离出上层油相，并将分离出的上层油相继续投入到第二级降酸反应器中，反应一段时间后(如酸值降低至0.05mgKOH/g左右)，即得到精制的生物柴油产品。

本发明中，所述油脂可以是各种油脂原料，例如各种动物油和植物油。当本发明的方法采用酸值大于50mg KOH/g，通常为50-200mg KOH/g的油脂原料时，例如，所述油脂原料可以选自地沟油、酸化油、餐饮业废弃油和废弃动物油中的一种或多种。本发明的发明人发现，一方面，能够最大限度地除去废弃油脂中的游离脂肪酸以及其它杂质，与现有的采用废弃油脂制备生物柴油的方法相比，生物柴油的转化率和生物柴油品质得到显著提高，另一方面，废弃油脂的成本低廉，还降低了工艺成本和工艺要求。

按照本发明，所述酸值是指，中和1克有机物中的酸性成分所需要KOH的质量(mg)。酸值的大小反映了试样中游离酸(主要指脂肪酸)含量的多少。

按照本发明，所述步骤(1)和步骤(3)中的一元醇可以为碳原子数为1-4的脂肪族一元醇，例如可以是甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和丁醇中的一种或多种，优选为甲醇。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。

下述实施例中酸值的测定方法为GB/T5530-2005。

实施例1

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

(1)将酸化油(食用油精制过程中的皂化副产品，组成和主要性质见《现代化工》，2008，28增刊(2)，73-78)282g(按GB/T5530-2005规定分子量按油酸计，视为1摩尔)、甲醇64g(甲醇和酸化油摩尔比为2∶1)和脂肪酶水溶液混合反应，其中，将甲醇等分为3份，分别在第0小时、第3小时和第6小时加入反应体系中。所述脂肪酶水溶液为1，3位置特异性脂肪酶A水溶液(来源于干根酶(Rhizopus niveus)，商购自Amano Enzyme公司的产品F3G，脂肪酶A水溶液中脂肪酶的比活性为600U/ml)100ml和对MAG具有特异性以及对DAG具有特异性的脂肪酶B水溶液(来源于卡门柏青霉(Penicillium camembertii)，商购自Amano Enzyme公司产品G50，脂肪酶B水溶液中脂肪酶的比活性为600U/ml的水溶液)20ml(以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的总酶量为255U)，在30℃，200转/分摇床下反应12h。

(2)在12000rpm/5min条件下，将步骤(1)的反应产物进行离心分离，分离出上层油相和下层水相。目的产物脂肪酸甲酯和残余游离脂肪酸在上层轻质油相中，脂肪酶催化剂、副产物甘油和残留的微量甲醇在下层水相中。上层油相的酸值为19.7mgKOH/g，经核磁共振波谱法检出上层油相中的剩余游离脂肪酸含量为9.9(mol)％，目的产物脂肪酸甲酯的含量为90.1(mol)％，三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯均未在上层轻质油相中被检出，说明甘油脂肪酸酯的转酯化反应完全。

比较上述实施例与KR100673837所述对比技术可知，由于本发明所采用的催化剂脂肪酶水溶液比活力很高(如600U/ml)，大大超过了等质量固定化脂肪酶催化剂(比活性约为100U/g，或更低)，所以加入的脂肪酶水溶液和固定化脂肪酶质量相等时，仅需大约一半的时间(如12h)就能达到同样的转化率。考虑到脂肪酶水溶液的制备成本和酶损耗均明显低于固定化脂肪酶，说明本发明的方法可以大幅度提高生物柴油的生产效率并降低生产成本。

实施例2

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

按照实施例1的方法制备生物柴油，不同的是，该方法还包括下述步骤：将实施例1制备得到的上层油相50g(约含游离脂肪酸5g)、离子液体丁基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体(产品牌号

AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)0.4g，甲醇11g(约14ml，甲醇与上层油相的摩尔比为2∶1)加入装有搅拌器、滴液漏斗、蒸馏头和冷凝管的反应器中，冷凝管的另一端连接甲醇收集器。在0.1MPa，90℃下反应，反应过程中未反应的甲醇和反应生成的水被蒸出反应器，收集在甲醇收集罐中，同时用计量泵缓慢注入新鲜甲醇，控制流量保持补加甲醇量和被蒸出的甲醇量相等，8h(馏出物中已不含水份)后，停止补加甲醇、加热和搅拌，静置降温分层。上层油相为目的产物生物柴油，下层为含有微量甲醇和水的离子液体相。上层油样的酸值为0.61mgKOH/g，符合生物柴油标准。经核磁共振波谱法检测，上层油相中只有目的产物脂肪酸甲酯的谱峰，未见游离脂肪酸、三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯，说明游离脂肪酸已低于检出限，基本完全转化成了目的产物脂肪酸甲酯，脂肪酸甲酯的含量为99.7(mol)％。

实施例3

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

取与实施例2相同的酸化油282g、甲醇64g(甲醇和酸化油的摩尔比为2∶1)和脂肪酶水溶液混合反应，其中，将甲醇等分为3份分别在0、3、6小时加入反应体系中。所述脂肪酶水溶液为与实施例1相同的脂肪酶A水溶液120ml，所述脂肪酶A水溶液中脂肪酶的比活力为600U(以每克原料油脂计，所述脂肪酶A水溶液中脂肪酶的酶量为255U)，其余反应条件与实施例1相同，反应产物上层油相的酸值为25.3mgKOH/g，核磁共振波谱法检出上层油相的目的产物脂肪酸甲酯的含量为61.4(mol)％，游离脂肪酸含量为12.7(mol)％，三酰基甘油酯和双酰基甘油酯的含量分别为8.6(mol)％、17.3(mol)％，未见单酰基甘油酯谱峰，说明只用1，3-位置特异性脂肪酶A不能做到三酰基和双酰基甘油酯同时完全转酯化。

(3)将上述制备得到的轻质油相50g(约含游离脂肪酸和未完全反应的甘油酯约20g)、离子液体丁基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体(产品牌号

AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)1.5g，甲醇17g(约22ml，甲醇与上层油相的摩尔比约为3∶1)加入装有搅拌器、蒸馏头和冷凝管的密闭反应器中，在0.5MPa、120℃下反应(甲醇与水冷凝回流)，2h后同时打开蒸馏头联通冷凝管和流出物收集器回收甲醇和水，未见馏出物后停止加热和搅拌，静置降温分层。上层油相的酸值为0.77mgKOH/g，核磁共振波谱图中羰基碳谱区(182-172)只有目的产物脂肪酸甲酯的谱峰。未见游离脂肪酸和单酰基甘油酯谱峰，三酰基甘油酯和双酰基甘油酯的含量也分别降低到1.0(mol)％和3.2(mol)％，说明游离脂肪酸和单酰基甘油酯已低于检出限，目的产物脂肪酸甲酯的含量从61.4(mol)％提高到了95.8(mol)％。

实施例4

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

按照与实施例2相同的方法制备生物柴油，不同的是，在步骤(1)中，所述脂肪酶A水溶液中脂肪酶的比活力为750U/ml，脂肪酶A水溶液的体积为80ml，所述脂肪酶B水溶液中脂肪酶比活力为750U/ml，脂肪酶B水溶液的体积为16ml(以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的总酶量为255U)，反应时间为20h。得到的上层油相的酸值为9.6mgKOH/g，核磁共振波谱法检出反应产物上层油样中游离脂肪酸含量为5.1(mol)％，目的产物脂肪酸甲酯含量为94.9(mol)％，三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯均未在上层轻质油相中被检出，说明甘油脂肪酸酯的转酯化反应完全。以每克原料油脂计，脂肪酶的总酶量虽然同为255U，但因含水少，所以酯化反应更完全。

在步骤(3)中，将上述制备得到的上层油相50g(约含游离脂肪酸2.5g)、甲醇6g(约7ml，甲醇与上层油相的摩尔比为3∶1)及离子液体丁基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体(产品牌号

AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)0.25g加入装有搅拌器、滴液漏斗、蒸馏头和冷凝管的密闭反应器中。在0.05MPa，50℃下反应，反应器与冷凝管另一端连接的甲醇储罐连通，在反应过程中，一边用计量泵缓慢注入新鲜甲醇，一边蒸出甲醇和反应生成的水，控制流量保持补加甲醇量和被蒸出的甲醇量相等，8h(馏出物中已不含水份)后，停止补加甲醇、加热和搅拌，静置降温分层。上层油相的酸值为0.55mgKOH/g，符合生物柴油标准。经核磁共振波谱图中羰基碳谱区(182-172)只有目的产物脂肪酸甲酯的谱峰。未见游离脂肪酸甘油酯、三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯的谱峰，说明游离脂肪酸已低于检出限，基本完全转化成了目的产物脂肪酸甲酯，脂肪酸甲酯的含量为99.71(mol)％。

实施例5

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

(1)将酸值为1.22mgKOH/g的棕榈油(购自中国粮油进出口总公司)256g、甲醇48g(甲醇和棕榈油(按照棕榈酸分子量计算)的摩尔比为1.5∶1)和脂肪酶水溶液混合反应，其中，将甲醇1次在第0小时全部加入反应体系中。所述脂肪酶水溶液为1，3位置特异性脂肪酶A水溶液(来源于干根酶(Rhizopus niveus)，商购自Amano Enzyme公司的产品F3G，脂肪酶A水溶液中脂肪酶的比活性为600U/ml)75ml和对MAG具有特异性以及对DAG具有特异性的脂肪酶B水溶液(来源于卡门柏青霉(Penicillium camembertii)，商购自Amano Enzyme公司产品G50，脂肪酶B水溶液中脂肪酶的比活性为600U/ml的水溶液)15ml(以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的总酶量为211U)，在40℃，200转/分摇床下反应20h。

(2)将步骤(1)的反应产物混合物静置0.5h，分离出上层油相和下层水相。目的产物脂肪酸甲酯和残余游离脂肪酸在上层轻质油相中，脂肪酶催化剂、副产物甘油和未反应的甲醇在下层水溶液相中。上层油相的酸值为15.5mgKOH/g，核磁共振波谱法检出上层油相的剩余游离脂肪酸的含量为9.4(mol)％，目的产物脂肪酸甲酯的含量为90.6(mol)％，三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯均未在上层油相中被检出，说明甘油脂肪酸酯的转酯化反应完全。

(3)将上述制备得到的上层油相50g(约含游离脂肪酸4.7g)、甲醇19g(约24ml，甲醇与上层油相的摩尔比为3∶1)及离子液体丁基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体(产品牌号AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)0.3g加入装有搅拌器、蒸馏头和冷凝管的密闭反应器中，在0.5MPa、120℃下反应(甲醇与水冷凝回流)，1h后同时打开蒸馏头联通冷凝管和流出物收集器回收甲醇和水，0.5h(未见馏出物)后，停止加热和搅拌，静置降温分层。上层油相的酸值为0.71mgKOH/g，核磁共振波谱图中羰基碳谱区(182-172)只有目的产物脂肪酸甲酯的谱峰。未见游离脂肪酸甘油酯、三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯的谱峰，说明游离脂肪酸已低于检出限，基本完全转化成了目的产物脂肪酸甲酯，脂肪酸甲酯的含量为99.57(mol)％。

实施例6

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

(1)将酸值为1.22mgKOH/g的棕榈油(购自中国粮油进出口总公司)256g、甲醇96g(甲醇和棕榈油(按照棕榈酸分子量计算)的摩尔比为3∶1)和脂肪酶水溶液混合反应，其中，将甲醇等分成3份，分别在第0小时、第3小时和第6小时加入反应体系中。所述脂肪酶水溶液为1，3位置特异性脂肪酶A水溶液(来源于干根酶(Rhizopus niveus)，商购自Amano Enzyme公司的产品F3G，脂肪酶A水溶液中脂肪酶的比活力为300U/ml)200ml和对MAG具有特异性以及对DAG具有特异性的脂肪酶B水溶液(来源于卡门柏青霉(Penicillium camembertii)，商购自Amano Enzyme公司产品G50，脂肪酶B水溶液中脂肪酶的比活性为500U/ml的水溶液)50ml(以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的总酶量为293U)，在50℃，200转/分摇床下反应20h。

(2)在12000rpm/5min条件下，将步骤(1)的反应产物混合物进行离心分离，分离出上层油相和下层水相。目的产物脂肪酸甲酯和残余游离脂肪酸在上层油相中，脂肪酶催化剂、副产物甘油和未反应的甲醇在下层水溶液相中。上层油相的酸值为20.5mgKOH/g，核磁共振波谱法检出上层油样的剩余游离脂肪酸含量为10.3(mol)％，目的产物脂肪酸甲酯的含量为89.7(mol)％，三酰基甘油酯、双酰基甘油酯和单酰基甘油酯均未在上层轻质油相中被检出，说明甘油脂肪酸酯的转酯化反应完全。

(3)按照图1，将上述制备得到的上层油相和甲醇(甲醇与上层油相的摩尔比为3∶1)及离子液体丁基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体(产品牌号

AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)加入图1所示装有搅拌器的离子液体催化酯化反应器(离子液体和上层油相的质量比为0.006∶1)中，在0.1MPa、100℃下反应，反应过程中，一边用计量泵缓慢注入新鲜甲醇，一边蒸出甲醇和反应生成的水，上层油相溢流到沉降罐，静置降温分层，根据上层油相的酸值调整蒸馏温度和新鲜甲醇计量泵控制甲醇的注入和蒸出速度使上层油相的酸值保持在0.6±0.1mgKOH/g，脂肪酸甲酯的含量为99.7(mol)％。

实施例7

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

按照实施例5的方法制备生物柴油，不同的是，在步骤(3)中，按照图2，将所述上层油相连续进行两次甲酯化反应(先进入带搅拌的第一甲酯化反应器，然后产物再溢流进入第一沉降分离罐，甲酯化产物在第一沉降分离罐中静置分层，上层油相从上部溢出，将下层含有离子液体和甲醇的水相从罐底放出继续循环使用，将油样被继续送入带搅拌的第二甲酯化反应器，然后将产物进入第二沉降分离罐，甲酯化产物在第二沉降分离罐中静置分层，上层油相从罐上部溢出，下层含有离子液体和甲醇的水相从罐底放出继续循环使用。第一酯化反应器的条件包括：上层油相、甲醇和离子液体的质量比为1∶0.3∶0.006，反应温度为110℃，压力为0.2MPa，第二甲酯化反应器的条件除反应温度为45℃，压力为0.1MPa外，其余同第一酯化反应器。物料在两个酯化反应器中的停留时间均为1h。第一酯化反应后得到的上层油相的酸值为0.70mgKOH/g，第二酯化反应后得到的上层油相的酸值为0.48mgKOH/g，脂肪酸甲酯的含量为99.71(mol)％。同时，在第一甲酯化反应和第二甲酯化反应过程中，将蒸出的水和甲醇冷凝后返回步骤(1)的脂肪酶水溶液的催化转酯化反应中，既减少了排放物，又节约了甲醇。

实施例8

本实施例用于说明本发明提供的生物柴油的制备方法。

按照实施例6的方法制备生物柴油，不同的是，在步骤(3)中，第一甲酯化反应器和第二甲酯化反应器的条件完全相同，上层油相、甲醇和离子液体的质量比保持在1∶0.3∶0.003，离子液体和甲醇的不足由计量泵补充。反应温度为80℃，压力为0.05MPa，物料在两个酯化反应器中的停留时间均为3h。第一甲酯化反应后得到的上层油相的酸值为0.60mgKOH/g，第二甲酯化反应后得到的上层油相的酸值为0.42mgKOH/g，脂肪酸甲酯的含量为99.79(mol)％。

对比例1

本对比例用于说明现有技术的生物柴油的制备方法。

将与实施例2所用相同的酸化油282g、甲醇96g(甲醇和按油酸计的酸化油的摩尔比为3∶1)和离子液体(产品牌号

AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)22.5g加入装有滴液漏斗、蒸馏头和冷凝管的密闭反应器中，反应时间为24小时，其余反应条件与实施例2步骤(3)相同。反应结束后上层油相的酸值为45.0mgKOH/g，核磁共振波谱法检出目的产物脂肪酸甲酯含量为54.6(mol)％，游离脂肪酸的含量为22.6(mol)％，单酰基甘油酯、双酰基甘油酯和三酰基甘油酯的含量分别为0.5(mol)％、13.1(mol)％、9.2(mol)％。

对比例2

本对比例用于说明现有技术的生物柴油的制备方法。

将与实施例2所用相同的酸化油282g、甲醇480g(甲醇和按油酸计的酸化油的摩尔比为15∶1)和离子液体(产品牌号

AC 28，生产厂：BASF，纯度：＞94.5％)22.5g加入装有滴液漏斗、蒸馏头和冷凝管的密闭反应器中，反应时间为24小时，其余反应条件与实施例2步骤(3)相同。反应结束后上层油相的酸值为0.7mgKOH/g，核磁共振波谱法检出目的产物脂肪酸甲酯含量为93.6(mol)％，未见游离脂肪酸和单酰基甘油酯谱峰，双酰基甘油酯和三酰基甘油酯的含量分别为3.6(mol)％、2.8(mol)％。

由上述结果可以看出，采用本发明的方法能够将原料油脂中的甘油脂肪酸酯，特别是劣质原料油脂中的单酰基甘油酯、双酰基甘油酯和三酰基甘油酯同时转化为脂肪酸一元醇酯，生物柴油的转化率较高，且没有剩余不完全转酯化产物。尽管如实施例3所述，只采用单一脂肪酶A进行催化酯化后，甘油骨架上残留酰基较多，未能将双酰基甘油酯和三酰基甘油酯同时全部转化为脂肪酸一元醇酯，因此，脂肪酸甲酯的収率不如对比例1所示的单独采用离子液体进行催化酯化的结果，但是，单一脂肪酶催化酯化产物再经离子液体催化酯化后，甘油骨架上残留酰基大幅度减少，脂肪酸甲酯(FAME)的収率远远超过了对比例1，由此说明，采用本发明提供的组合酯化法，无论采用复合脂肪酶水溶液，还是采用单一脂肪酶水溶液进行催化酯化反应，均优于单独采用离子液体催化酯化的方法，所得的生物柴油的产率更高。

由对比例2可知，在单独采用离子液体催化酯化的方法中，即使大幅度提高醇油比到15∶1，反应时间延长到24时，单独采用离子液体催化虽然可以基本完全转化游离脂肪酸，脂肪酸甲酯含量也可以从54.6(mol)％提高到93.6(mol)％，但是，一些不能完全转酯化产物仍留在产物中，所以要得到高纯度的脂肪酸甲酯必须将其全部蒸馏，才能与部分转酯化的剩余的甘油酯分离，这一分离步骤要大幅度额外增加消耗。

此外，本发明各实施方案均未加入反应物以外的有机溶剂作为反应介质，一元醇过量也很少，不仅解决了过量溶剂蒸馏带来的能耗问题，还有益于减少对人的毒害和对环境的污染，且特别适合含水较多的体系。再者，由于所述反应的反应温度低，甚至可以在室温下进行，反应条件温和，能耗减少，从而二氧化碳等产热能时排放的温室气体就少，具有绿色环保的优势。更重要的是，本发明采用少量离子液体作为催化剂，进一步催化转酯化反应分离出的上层油相中的残余游离脂肪酸与一元醇的反应，以使其全部转化为脂肪酸一元醇酯，从而使生物柴油产品的酸值明显低于产品标准的上限，提高了生物柴油产品的收率和质量。此外，按照实施例7和实施例8的连续式深度脱除游离脂肪酸的方式可以进一步降低生物柴油的酸值，可以得到游离脂肪酸极低的优质脂肪酸甲酯。上述反应方式特别适合用于大规模生产。单独的脂肪酶催化和单独的离子液体催化等现有技术的方法虽然能使游离脂肪酸基本上完全酯化，但三酰基、双酰基和单酰基甘油酯不能同时完全转酯化，生物柴油的产率较低，特别是在较低醇油比下，本发明所述组合酯化法的优点更为突出。

Claims (11)

1.一种生物柴油的制备方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

（1）在脂肪酶水溶液的存在下，将原料油脂与一元醇反应，反应的条件包括一元醇与按照原料油脂水解产物脂肪酸计的摩尔比为1-3:1；以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为100-500U，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力为200-1000U/ml；反应的温度为20-60℃，反应的时间为4-20小时；

（2）从步骤（1）所得产物中分离出上层油相以及含有脂肪酶和甘油的水相；

（3）在离子液体的存在下，将步骤（2）得到的上层油相与一元醇反应，反应的条件使得所述上层油相的酸值低于0.8mgKOH/g；

所述一元醇与所述上层油相的摩尔比为1-3:1。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤（1）中，一元醇与按照原料油脂水解产物脂肪酸计的摩尔比为1-2:1；以每克原料油脂计，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的酶量为200-400U，所述脂肪酶水溶液中脂肪酶的比活力为300-600U/ml；反应的温度为30-50℃，反应的时间为6-12小时。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤（1）中，所述脂肪酶选自特异性脂肪酶、分泌特异性脂肪酶的微生物、非位置特异性脂肪酶和分泌非位置特异性脂肪酶的微生物中的一种或多种，其中，所述特异性脂肪酶选自米根酶（Rhizopus oryzae）、干根酶（Rhizopus nives）和德氏根酶（Rhizopus delemar）中的一种或多种；所述分泌特异性脂肪酶的微生物选自黑曲霉（Aspergillus niger）、解脂假丝酵母（Candida lipolytica）、荧光假单胞菌（Pseudomonas fluorescens）、卡门柏青霉（Penicillium camembertii）、米曲霉（Aspergillus oryzae）、卡曼贝尔青霉（Penicillium Camemberti）和假单孢菌（Pseudomonas sp.）中的一种或多种；所述非位置特异性脂肪酶为假丝酵母皱褶酶（Candida rugosa）；所述分泌非位置特异性脂肪酶的微生物选自白地霉（Geotrichum candidum）、圆弧青霉（Penicillium cyclopium）和金黄色酿脓葡萄球菌（Staphylococcus aureus）中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括在步骤（3）中，以常压或减压蒸馏的方式将部分一元醇与反应过程中生成的水的混合物蒸出，以在反应的同时分离生成的水。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤（3）中，所述反应的温度为40-120℃，反应的压力为0.01-1MPa。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤（3）中，所述反应的条件还包括离子液体与上层油相的摩尔比为0.001-0.05:1。

7.根据权利要求1或6所述的制备方法，其中，在步骤（3）中，所述离子液体为烷基甲基咪唑磺酸盐B酸型离子液体，所述烷基的碳原子数为0-8。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其中，该方法还包括在步骤（3）中，将蒸出的一元醇与水的混合物冷却并返回步骤（1）作为步骤（1）的原料。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤（1）和步骤（3）中，所述一元醇各自独立地为碳原子数为1-4的脂肪族一元醇。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其中，该方法还包括从步骤（3）所得产物中分离出酸值低于0.8mgKOH/g的上层油相以及离子液体相，并将离子液体相回用于该步骤的反应。

11.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述油脂原料选自地沟油、酸化油、餐饮业废弃油和废弃动物油中的一种或多种；所述原料油脂的酸值为50-200mg KOH/g。

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