CN103122278A - 一种生物柴油的制备方法 - Google Patents

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刘晨光
翟西平
赵会吉
柴永明
柳云骐
赵瑞玉
张孔远
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Abstract

本发明公开了一种生物柴油的制备方法，将NaOH和/或KOH的乙醇溶液与动植物油脂搅拌混合，即可形成均一透明的均相体系。将甲醇加入该体系，在一定温度下进行酯交换反应，合成脂肪酸甲酯(生物柴油)。本发明具有工艺极其简单，反应迅速，生产成本低的特点。与传统间隙式操作方法相比，本发明技术更适应于大规模连续式操作，提高生产能力。

Description

一种生物柴油的制备方法
技术领域
本发明属于可再生能源绿色制备技术领域，具体涉及一种生物柴油的制备方法。
背景技术
世界化石能源的消费量越来越大，而其储量却十分有限。其它能源中，复杂的技术和巨大的投资，制约了气化煤和液化煤的大规模使用。由于种种原因，核能也没有实现广泛应用。生物质能等其它可再生能源将替代化石能源逐渐成为世界能源的主角。面对油价飙升和日益严格的环保要求，世界各国均在发展生物柴油。生物柴油是指以动植物油脂为原料经过酯交换反应制得的长链脂肪酸甲酯(FAME)，它具有十六烷值高、润滑性好、硫含量低、环境友好等特点，将是未来石化柴油的主要替代燃料，具有巨大的潜力和广阔的市场前景。
酯交换反应中由于油脂和甲醇互溶性差，降低了它们的反应速率，增加了生产成本。增强油脂与甲醇的互溶性，使反应在均相中快速进行，有利于实现低成本连续化生产生物柴油。Boocock等(US6712867和CN1370140)提出了在甲醇油体系中加入惰性共溶剂四氢呋喃，使得反应速率大幅度提高。甲醇与大豆油的物质的量比为27∶1，大豆油23mL，加入四氢呋喃22mL，温度23℃反应7min，转化率达到99.4％。刘学军等(化学工程，2008，36(1)，41-43)，将叔丁醇共溶剂用于制备生物柴油，叔丁醇质量为棕榈油质量的11.6％，催化剂质量为棕榈油质量的1.0％，反应温度为60℃，醇油摩尔比为6∶1，在反应2min后可以获得90％的生物柴油产率。蒋建春等(CN1916114)将醚类和酮类与饱和烷烃的混合物作为共溶剂加入醇油反应体系，也可以形成均相。Quintana(Optimization studies for the alkaline transesterificationbiodiesel reaction using ultrasound mixing[D].USA：ProQuest Informationand Learning Company，2002)为使两相均匀，引入了超声波。其最佳条件是反应温度40℃，醇油物质的量比6∶1，超声振荡，反应转化率在15min达到99.4％。Sasaki(EP0985654)提出，在至少油脂和醇两者之一是超临界状态的条件下，加入少量碱性催化剂，反应温度300℃以上，时间10min左右，脂肪酸甲酯产率均高于95％以上。
均相体系的形成对生物柴油的产业化生产非常重要，而加入共溶剂如四氢呋喃、叔丁醇、醚类和酮类与饱和烷烃混合溶液等会提高原料成本，且惰性共溶剂会占据反应器体积，降低反应物浓度。通过过程强化如引入超声波，采用超临界状态反应则反应条件苛刻，能耗高。
发明内容
针对现有的生物柴油生产中为形成醇油均相体系所采用的技术带来的成本高，能耗高的问题，本发明提供了一种生物柴油的制备方法。具有工艺极其简单，反应迅速，生产成本低的特点。
本发明的技术方案为：首先将NaOH或KOH的乙醇溶液与动植物油脂搅拌混合形成均一透明的均相体系，然后将甲醇加入均相体系进行酯交换反应，合成脂肪酸甲和乙酯(生物柴油)。
所述的乙醇溶液用量为动植物油脂质量的10～50％。
所述的NaOH或KOH用量为动植物油脂质量的0.5～1.2％。
所述的动植物油脂可以为：大豆油、棉籽油、棕榈油、葵花籽油、猪油、鱼油以及地沟油等。
所述的均相体系酯交换反应温度为30～80℃，甲醇与大豆油的摩尔比4.5～6∶1，反应时间为5～30min。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)动植物油脂与NaOH或KOH的乙醇溶液经搅拌可快速形成均相体系，且该体系与甲醇极好的互溶，大大缩短酯交换反应时间。
(2)与添加惰性共溶剂相比，乙醇也可以与油脂酯交换，提高了油脂转化率。
(3)原料乙醇价格低廉，具有可再生性，毒性小。
(4)工艺操作简单，生产成本低，能耗低。
(5)与传统间隙式操作方法相比，本发明技术更适应于大规模连续式操作，提高生产能力。
具体实施方式：
下面结合实施实例对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于以下实例。
实施例1
在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的150ml三口烧瓶中，加入72g大豆油，将0.58gNaOH溶于22.2g乙醇后加入三口烧瓶，搅拌均匀，在恒温油浴锅中升温至60℃时，加入15.8g甲醇，反应5min，大豆油脂化率97.7％。
实施例2
在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的150ml三口烧瓶中，加入72g棉籽油，将0.58gNaOH溶于25g乙醇后加入三口烧瓶，搅拌均匀，在恒温油浴锅中升温至40℃时，加入15.8g甲醇，反应10min，棉籽油脂化率92.1％。
实施例3
在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的150ml三口烧瓶中，加入72g棕榈油，将0.44gNaOH溶于22.2g乙醇后加入三口烧瓶，搅拌均匀，在恒温油浴锅中升温至60℃时，加入12g甲醇，反应5min，棕榈油脂化率92.2％。
实施例4
在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的150ml三口烧瓶中，加入72g大豆油，将0.76gKOH溶于25g乙醇后加入三口烧瓶，搅拌均匀，在恒温油浴锅中升温至60℃时，加入13.2g甲醇，反应5min，大豆油脂化率95.1％。
对比例1
本对比例说明采用传统方法制备生物柴油的效果。
在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的150ml三口烧瓶中，加入72g大豆油，在恒温油浴锅中升温至60℃，将0.58gNaOH溶于22.2g乙醇后加入三口烧瓶，反应20min，大豆油脂化率25％。
对比例2
本对比例说明采用传统方法制备生物柴油的效果。
在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计的150ml三口烧瓶中，加入72g大豆油，在恒温油浴锅中升温至60℃，将0.58gNaOH溶于15.8g甲醇后加入三口烧瓶，反应20min，大豆油脂化率83％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种生物柴油的制备方法，其特征在于包括如下步骤：首先将NaOH和/或KOH的乙醇溶液与动植物油脂搅拌混合形成均一透明的均相体系，然后将甲醇加入均相体系进行酯交换反应，合成脂肪酸甲酯和乙酯，得生物柴油。 
2.根据权利要求1所述的生物柴油制备方法，其特征在于：所述的动植物油脂选自大豆油、棉籽油、棕榈油、葵花籽油、猪油、鱼油以及地沟油中的一种或者多种的组合。 
3.根据权利要求1或2所述的生物柴油制备方法，其特征在于所述的乙醇溶液用量为动植物油脂质量的10-50％；所述的NaOH和/或KOH用量为动植物油脂质量的0.5-1.2％；甲醇与动植物油脂的摩尔比4.5-6∶1。 
4.根据权利要求1-3任意一项所述的生物柴油制备方法，其特征在于：酯交换反应温度为40-80℃；反应时间为5-30min，优选为5-12min。 
5.根据权利要求4所述的生物柴油制备方法，所述的制备方法中不包括额外添加的溶剂，所使用的设备不包括超声波和/或超临界装置。 
6.根据权利要求4所述的生物柴油制备方法，其特征在于所述的动植物油脂的转化率在90％以上，优选的，在92％以上。 
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