CN103215074A - 一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法 - Google Patents

一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法，包括以下三个步骤：转酯化反应、离心分离和电解耦合反应；本发明以废弃油脂资源为原料，采用转酯化-电解耦合联合工艺制备高品质微晶蜡，不仅可以解决废弃油脂引发的环境、生态破坏以及视频卫生安全问题，还可以解决石蜡原材料来源问题，有效缓解我国高熔点、高品质微晶蜡短缺的现状。本发明的技术路线操作简单、反应条件温和可控，产品收率高，质量稳定可靠，具备良好的推广应用前景。

Description

一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法
技术领域
本发明涉及的是一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法。
背景技术
由于世界各地区工业、科技以及生活水平的不断提高，石蜡的需求量也在不断的增加，并对石蜡产品的质量提出了更高的要求。石蜡性能稳定，无毒、无腐蚀性，被广泛应用于蜡烛行业，并逐渐扩大至肥皂、纸板涂层、医用、食品包装等各个行业。另外，引起具有较高的相变潜热，无过冷及层析现象，石蜡也被广泛用作相变蓄热材料。国内石蜡表观消费量从2004年的79万吨增加到了2008年的96万吨，年均增长率为5％。在石蜡的总产量中，全精炼石蜡占40.6％，半精炼石蜡占39.6％，然而食品包装蜡和微晶蜡分别占到2.9％和0.43％。研究表明，微晶蜡和石蜡的消费比例以1∶10为佳，而我国目前微晶蜡产量不足6000吨/年，由此导致国内市场上高熔点及高品质石蜡缺口极大。
加氢技术是目前世界各国普遍采用的石蜡精制技术，将原料石蜡在有氢气、催化剂及最佳工艺条件下生产高品质石蜡。石蜡加氢精制通过特殊的化学反应将原料石蜡中的硫、氮、氧等非烃类杂质加氢脱除；将原料中的不饱和烃类加氢饱和。为了获取食品包装石蜡及高品质微晶蜡，需要在高压条件下进行加氢反应。Schumann公司高压加氢精制工艺条件为反应压力15.0MPa，反应温度250-350℃，并使用Mo-Ni催化剂。抚顺石油公司也建成我国首套高压加氢装置，设计压力为17.6MPa，为了生产高品质石蜡，还需要对原料进行白土精制预处理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法。
本发明的技术方案如下：
一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法，包括以下三个步骤：转酯化反应、离心分离和电解耦合反应；转酯化反应：废弃油脂包括地沟油、酸化油、米糠油、白土回收油、鸡油、猪油、牛油、鱼油；以废弃油脂为基准，向废弃油脂中加入相同体积的甲醇，并加入1～10wt％的碱金属氧化物作为催化剂，控制温度在30～260℃，反应时间为60-150min；离心分离：采用蝶式离心机进行离心处理实现液-液-固的三相分离，得到符合要求的脂肪酸甲酯；电解耦合反应：离心分离后得到的脂肪酸甲酯中添加2倍体积的电解液，电解液为等体积水和甲醇的混合液；电解耦合反应条件为电解温度30～120℃，电解时间60-240min，电解液与电解质脂肪酸甲酯脂肪酸甲酯体积比为2∶1，电解电压2-20V。
废弃油脂原料的成分主要是脂肪酸甘油酯，通过转酯化反应可以将其转化成为链状结构的脂肪酸甲酯。废弃油脂原料是以脂肪酸甘油酯为主要组成成分的废弃油料资源，包括地沟油、酸化油、米糠油、白土回收油、鸡油、猪油、牛油、鱼油。向废弃油脂中加入相同体积的甲醇(1∶1体积比)，并加入1～10％的碱金属氧化物作为催化剂，控制温度在30～260℃，反应时间为60-150min。
转酯化反应后的产物主要是脂肪酸甲酯，副产物为甘油，以及部分过量甲醇和固体催化剂。由于甲醇和甘油具有较好的溶解性，因此反应后的物料体系会变成三相，采用蝶式离心机进行离心处理可以实现液-液-固的三相分离，从而得到符合要求的脂肪酸甲酯。分离的甲醇和固体催化剂回收后可循环多次使用。
转酯化反应制备的脂肪酸甲酯碳原子分布在14-22之间，含氧量在10％左右。通过电解反应可以有效脱除分子中的氧，并耦合成大分子的烷烃化合物。电解耦合反应条件为电解温度30～120℃，电解时间60-240min，电解液与电解质体积比为2∶1，电解压力2-20V。电解后的产物中不含氧，碳原子分布在30-38之间，能够符合微晶蜡产品的质量要求。电解耦合反应中采用的电极材料为玻碳、石墨、不锈钢、金、铂、银、镀铜合金、镀锌合金、镀锡合金、铟锡合金。
本发明以废弃油脂资源为原料，采用转酯化-电解耦合联合工艺制备高品质微晶蜡，不仅可以解决废弃油脂引发的环境、生态破坏以及视频卫生安全问题，还可以解决石蜡原材料来源问题，有效缓解我国高熔点、高品质微晶蜡短缺的现状。本发明的技术路线操作简单、反应条件温和可控，产品收率高，质量稳定可靠，具备良好的推广应用前景。
现有的微晶蜡制备技术普遍采用高压加氢工艺，该技术是在粗石蜡的基础上进行精制处理，反应需要消耗氢气和昂贵催化剂，并且在高压条件下进行。本发明制备高品质微晶蜡的原料采用废弃油脂，原料来源广泛。工艺条件温和可控，具有高的转化率，产品质量稳定，可以根据需求制备出不同规格的高级石蜡产品，副产品氢气具有高的应用甲酯，易于大规模推广应用。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1：将100g过滤后的地沟油原料加入到反应装置，升温至150℃，然后加入甲醇/固体催化剂的混合物进行转酯化反应，加入CaO/Al2O3固体催化剂量5％(与地沟油的重量比)，甲醇量为100％(与地沟油的体积比)，控制反应温度200℃，反应时间150min。其中，CaO/Al2O3固体催化剂的制备是将质量浓度为15％的醋酸钙溶液等体积浸渍在γ-Al2O3上，烘干、并于620℃下煅烧3h制得。该固体催化剂使用前需要在氮气气氛下活化2h。将转酯化反应后的物料打进碟式离心机，控制进口物料压力为0.6MPa，可以提纯回收脂肪酸甲酯，剩余的过量甲醇和固体催化剂回收后可继续多次循环使用。向离心分离后得到的脂肪酸甲酯物料中添加2倍体积的电解液，电解液为等体积水和甲醇的混合液。维持温度在45℃进行直流电解，阳极采用铂电极，控制电流密度为150mA/cm2，电解时间为120min，长碳链的石蜡将会在铂电极表面析出，而原料中的氧则会以二氧化碳的形式逸出。最终石蜡产品回收量为37g。同时，电极表面析出高附加值的氢气可应用于相关化工行业。
实施例2：将80g过滤后的酸化油原料加入到反应装置，升温至220℃，然后加入甲醇/固体催化剂的混合物进行转酯化反应，加入固体催化剂(与实施1相同)量10％(与酸化油的重量比)，甲醇量为100％(与酸化油的体积比)，控制反应温度250℃，反应时间150min。将转酯化反应后的物料打进碟式离心机，控制进口物料压力为0.6MPa，可以提纯回收脂肪酸甲酯，剩余的过量甲醇和固体催化剂回收后可继续多次循环使用。向离心分离后得到的脂肪酸甲酯物料中添加2倍体积的电解液，电解液为等体积水和甲醇的混合液。维持温度在55℃进行直流电解，阳极采用玻碳电极，控制电流密度为200mA/cm2，电解时间为200min，长碳链的石蜡将会在铂电极表面析出。最终石蜡产品回收量为26g。
实施例3：将120g过滤后的鸡油原料加入到反应装置，升温至120℃，然后加入甲醇/固体催化剂的混合物进行转酯化反应，加入固体催化剂(与实施1相同)量3％(与鸡油的重量比)，甲醇量为100％(与鸡油的体积比)，控制反应温度150℃，反应时间100min。将转酯化反应后的物料打进碟式离心机，控制进口物料压力为0.6MPa，可以提纯回收脂肪酸甲酯，剩余的过量甲醇和固体催化剂回收后可继续多次循环使用。向离心分离后得到的脂肪酸甲酯物料中添加2倍体积的电解液，电解液为等体积水和甲醇的混合液。维持温度在40℃进行直流电解，阳极采用石墨电极，控制电流密度为100mA/cm2，电解时间为100min，长碳链的石蜡将会在铂电极表面析出。最终石蜡产品回收量为45g。
经检测：上述各个实施例制得的石蜡总体转化率可以达到30％以上，其碳原子分布在30-38之间，主要成分为直链饱和烷烃，熔点在58℃以上，色度为0.5，针入度(25℃，100g)18mm，粘度(100℃)为7.5mm2/s，不含有水溶性酸或碱。制得的石蜡产品光泽好，熔点高，色泽浅，结构紧密，能与各种天然蜡互溶。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用废弃油脂制备高级石蜡的方法，其特征在于，包括以下三个步骤：转酯化反应、离心分离和电解耦合反应；
转酯化反应：废弃油脂包括地沟油、酸化油、米糠油、白土回收油、鸡油、猪油、牛油、鱼油；以废弃油脂为基准，向废弃油脂中加入相同体积的甲醇，并加入1～10wt％的碱金属氧化物作为催化剂，控制温度在30～260℃，反应时间为60-150min；
离心分离：采用蝶式离心机进行离心处理实现液-液-固的三相分离，得到符合要求的脂肪酸甲酯；
电解耦合反应：离心分离后得到的脂肪酸甲酯中添加2倍体积的电解液，电解液为等体积水和甲醇的混合液；电解耦合反应条件为电解温度30～120℃，电解时间60-240min，电解液与电解质脂肪酸甲酯体积比为2∶1，电解电压2-20V。
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