CN104312735A - 一种利用废植物油生产生物柴油的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用废植物油制备生物柴油的方法，属于生物柴油领域。本发明选用的催化剂K₂O/AL₂O₃作为一种非均相的固体碱催化剂，对废植物油中游离脂肪酸的醋化和酯交换反应有良好的催化活性。制备工艺操作简单、反应条件温和，设备投入低；可直接获得脂肪酸甲酯和副产物甘油，催化剂可回收再生；整个过程无废水、废气、废渣污染，具有良好的环保特性；本发明制备的生物柴油产品纯度高，转化率高，可以达到96%以上，工业化前景良好。

Description

一种利用废植物油生产生物柴油的方法

[0001] 技术领域:

本专利涉及一种生物柴油的制备方法，尤其涉及一种利用废植物油制备生物柴油的方法。

[0002] 技术背景:

我国石油储量有限，是一个石油净进口国，不断增加的石油依存度己严重威胁到我国石油战略安全，开发新的汽柴油来源已刻不容缓，而车用生物柴油的开发与研究对缓解我国的石油压力十分有利，我国是植物油生产大国，发展植物油废脚料制造车用生物柴油的绿色可再生能源对我国农业结构调整、能源安全和生态环境综合治理有十分重大的战略意义。

[0003] 我国有丰富的植物油资源，花生油、大豆油、棉籽油、菜籽油、蓖麻油等每年都有上千万的，也因此产生大量的废植物油，主要含有脂肪酸和脂肪酸甘油酯。在催化剂的作用下，脚料油中的脂肪酸与低碳酸反应转化成脂肪酸甲酯或者脂肪酸乙酯；脂肪酸甘油酯与甲酸或者乙酸发生酯化反应，生成脂肪酸甲酯以及甘油，这样处理以后油品用作柴油发动机的动力燃料，十六烷值高具有良好的燃烧性能，粘度适中具有良好的流动性，闪点高达130°C以上，比石油基柴油燃料高的多，具有良好的储运安全性，油类以长链脂肪酸甲酯或者乙酯为主，具有良好的润滑性能。

[0004] 现在植物油废脚料油制备生物柴油的方法主要有以下4种:(1)直接混合法；(2)微乳液法；(3)高解法；(4)酯交换法。目前常用的方法是酯交换法，但在酯交换法中，有一个关键问题就是催化剂的使用，由于废植物油是含有较多杂质的高酸值植物脂，游离脂肪酸和水的含量也比较高，所以，用它来制备生物柴油，若使用碱催化剂，高酸值废油脂中的游离脂肪酸会与碱发生皂化反应；若使用浓硫酸、对甲苯磺酸等酸类催化剂，则游离脂肪酸极易与甲醇发生脱水酯化反应，而脂肪酸甘油酯与甲醇几乎不发生酯交换反应。

[0005] 为解决现有技术问题，本发明选取合适的催化剂，提出一种利用废植物油制备生物柴油的方法。

[0006] 发明内容:

本发明利用固体碱k2o/al2o3作为催化剂进行植物油脂交换反应，克服了传统的酸碱催化法产品的纯化困难，产生大量的废液，对环境的破坏的较大等缺点。且操作简单、无毒、反应条件温和、产率高、且不易受水影响。

[0007] 本发明工艺路线如下:

(1)分别将废植物油、甲醇和固体碱催化剂k2o/al2o3加到三颈烧瓶，接冷凝回流管，力口热至80-120°C，搅拌反应2-5h后，取出冷却，分液除去甲醇，分离出催化剂1(20/^1^203，可重复利用。废植物油与催化剂的比例为催化剂/废植物油质量比=0.5%-3.5%，废植物油与甲醇的比例为甲醇/废植物油质量比=2:1-3.5:1 ；

(2)用旋转蒸发仪脱去多余的甲醇和醋化反应生成的水；

(3)将步骤(2)中将所得油脂产品、甲醇和催化剂(可使用第一步中提纯出的催化剂)混和装入三颈烧瓶，加热并搅拌，同时接冷凝管使甲醇回流，在60-80°C下反应2-4h后，取出烧瓶并降温终止反应。油脂产品与催化剂的比例为催化剂/油脂产品质量比=0.1%_2%，油脂产品与甲醇的比例为甲醇/油脂产品质量比=1:1-2.5:1 ；

(4)产物转入分液漏斗分液，油层主要是脂肪酸甲醋与少量的皂，下层为过量的甲醇、皂、甘油以及固体碱K20/AL203，油层用80-120°C热水洗涤至中性，除水即得到生物柴油产品。

[0008] 本发明所具有的有益效果是:

1、本发明中k2o/al2o3作为一种非均相的固体碱催化剂，对废植物油中游离脂肪酸的醋化和酯交换反应有良好的催化活性。

[0009] 2、本发明制备工艺操作简单、反应条件温和，设备投入低；

3、可直接获得脂肪酸甲酯和副产物甘油，催化剂可回收再生；

4、整个过程无废水、废气、废渣污染，具有良好的环保特性；

5、本发明制备的生物柴油产品纯度高，转化率高，可以达到96%以上，工业化前景良好。

具体实施方式

[0010] 下列实施实例是对发明的进一步说明，但本发明不仅限于此。

[0011] 实施例1:本发明提供一种以固体碱k2o/al2o3作为催化剂，利用废植物油生产生物柴油的方法，其制备工艺如下:

(1)分别将废植物油、甲醇和固体碱催化剂k2o/al2o3加到三颈烧瓶，接冷凝回流管，力口热至80°C，搅拌反应a后，取出冷却，分液除去甲醇，分离出催化剂1(20/^203，可重复利用。废植物油与催化剂的比例为催化剂/废植物油质量比=0.5%，废植物油与甲醇的比例为甲醇/废植物油质量比=2:1;

(2)用旋转蒸发仪脱去多余的甲醇和醋化反应生成的水；

(3)将步骤(2)中将所得油脂产品、甲醇和催化剂(可使用第一步中提纯出的催化剂)混和装入三颈烧瓶，加热并搅拌，同时接冷凝管使甲醇回流，在60°C下反应2h后，取出烧瓶并降温终止反应。油脂产品与催化剂的比例为催化剂/油脂产品质量比=0.1%，油脂产品与甲醇的比例为甲醇/油脂产品质量比=1:1 ;

(4)产物转入分液漏斗分液，油层主要是脂肪酸甲醋与少量的皂，下层为过量的甲醇、皂、甘油以及固体碱K20/AL203，油层用80°C热水洗涤至中性，除水即得到生物柴油产品。

[0012] 实施例2:本发明提供一种以固体碱K20/AL203作为催化剂，利用废植物油生产生物柴油的方法，其制备工艺如下:

(1)分别将废植物油、甲醇和固体碱催化剂k2o/al2o3加到三颈烧瓶，接冷凝回流管，力口热至90°C，搅拌反应3h后，取出冷却，分液除去甲醇，分离出催化剂1(20/^203，可重复利用。废植物油与催化剂的比例为催化剂/废植物油质量比=1.0%，废植物油与甲醇的比例为甲醇/废植物油质量比=2.5:1 ;

(2)用旋转蒸发仪脱去多余的甲醇和醋化反应生成的水；

(3)将步骤(2)中将所得油脂产品、甲醇和催化剂(可使用第一步中提纯出的催化剂)混和装入三颈烧瓶，加热并搅拌，同时接冷凝管使甲醇回流，在65°C下反应2.5h后，取出烧瓶并降温终止反应。油脂产品与催化剂的比例为催化剂/油脂产品质量比=0.5%，油脂产品与甲醇的比例为甲醇/油脂产品质量比=1.5:1 ;

(4)产物转入分液漏斗分液，油层主要是脂肪酸甲醋与少量的皂，下层为过量的甲醇、皂、甘油以及固体碱K20/AL203，油层用90°C热水洗涤至中性，除水即得到生物柴油产品。

[0013] 实施例3:本发明提供一种以固体碱K20/AL203作为催化剂，利用废植物油生产生物柴油的方法，其制备工艺如下:

(1)分别将废植物油、甲醇和固体碱催化剂k2o/al2o3加到三颈烧瓶，接冷凝回流管，力口热至110°c，搅拌反应4h后，取出冷却，分液除去甲醇，分离出催化剂K20/AL203，可重复利用。废植物油与催化剂的比例为催化剂/废植物油质量比=3.0%，废植物油与甲醇的比例为甲醇/废植物油质量比=3:1;

(2)用旋转蒸发仪脱去多余的甲醇和醋化反应生成的水；

(3)将步骤(2)中将所得油脂产品、甲醇和催化剂(可使用第一步中提纯出的催化剂)混和装入三颈烧瓶，加热并搅拌，同时接冷凝管使甲醇回流，在70°C下反应3.5h后，取出烧瓶并降温终止反应。油脂产品与催化剂的比例为催化剂/油脂产品质量比=1.5%，油脂产品与甲醇的比例为甲醇/油脂产品质量比=2:1 ;

(4)产物转入分液漏斗分液，油层主要是脂肪酸甲醋与少量的皂，下层为过量的甲醇、皂、甘油以及固体碱K20/AL203，油层用80-120°C热水洗涤至中性，除水即得到生物柴油产品。

[0014] 实施例4:本发明提供一种以固体碱K20/AL203作为催化剂，利用废植物油生产生物柴油的方法，其制备工艺如下:

(1)分别将废植物油、甲醇和固体碱催化剂k2o/al2o3加到三颈烧瓶，接冷凝回流管，力口热至120°C，搅拌反应5h后，取出冷却，分液除去甲醇，分离出催化剂K20/AL203，可重复利用。废植物油与催化剂的比例为催化剂/废植物油质量比=3.5%，废植物油与甲醇的比例为甲醇/废植物油质量比=3.5:1 ;

(2)用旋转蒸发仪脱去多余的甲醇和醋化反应生成的水；

(3)将步骤(2)中将所得油脂产品、甲醇和催化剂(可使用第一步中提纯出的催化剂)混和装入三颈烧瓶，加热并搅拌，同时接冷凝管使甲醇回流，在80°C下反应4h后，取出烧瓶并降温终止反应。油脂产品与催化剂的比例为催化剂/油脂产品质量比=2%，油脂产品与甲醇的比例为甲醇/油脂产品质量比=2.5:1 ;

(4)产物转入分液漏斗分液，油层主要是脂肪酸甲醋与少量的皂，下层为过量的甲醇、皂、甘油以及固体碱K20/AL203，油层用120°C热水洗涤至中性，除水即得到生物柴油产品。

Claims (8)

1.一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于: 1)分别将废植物油、甲醇和固体碱催化剂加到三颈烧瓶，接冷凝回流管，加热至80-120°C，搅拌反应2-5h后，取出冷却，分液除去甲醇，分离出催化剂； 2)用旋转蒸发仪脱去多余的甲醇和醋化反应生成的水； 3)将步骤2)中将所得油脂产品、甲醇和催化剂混和装入三颈烧瓶，加热并搅拌，同时接冷凝管使甲醇回流，反应完成后取出烧瓶并降温终止反应； 4)产物转入分液漏斗分液，油层主要是脂肪酸甲醋与少量的皂，下层为过量的甲醇、皂、甘油以及固体碱催化剂，油层用80-120°C热水洗涤至中性，除水即得到生物柴油产品。

2.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤I)中添加的固体碱催化剂为K2CVAL2O3。

3.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤I)中添加的废植物油与催化剂的比例为催化剂/废植物油质量比=0.5%-3.5%。

4.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤I)中添加的废植物油与甲醇的比例为甲醇/废植物油质量比=2:1-3.5:1。

5.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤3)中反应时间为在2-4h。

6.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤3)中反应温度为60-80°C。

7.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤3)中添加的油脂产品与催化剂的比例为催化剂/油脂产品质量比=0.1%_2%。

8.权利要求1的一种利用废植物油制备生物柴油的方法，其特征在于:步骤3)中添加的油脂产品与甲醇的比例为甲醇/油脂产品质量比=1:1-2.5:1。