CN111778075A - 一种环保型生物质柴油绿色生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，制备产品时，包括催化剂的制备：调节质量浓度为2g/L的多巴胺溶液pH至8.0‑9.0，搅拌反应2‑3h后，再滴加多巴胺溶液20‑30％的酞酸酯，待滴加完毕，继续搅拌反应10‑18h，再经过滤，洗涤和干燥后，于惰性气体保护，温度为600‑800℃条件下，高温反应，冷却，出料，即得催化剂；微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合；所述植物油和甲醇的摩尔比为5：1‑15：1，所述催化剂的用量为植物油质量的0.3‑2.5％；混合后于微波功率为300‑500W条件下，加热反应3‑10min，得粗品柴油；除杂：采用常压蒸馏去除未反应得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得产品生物质柴油。本发明制备工艺收率高，制备方式简单。

Description

一种环保型生物质柴油绿色生产工艺

技术领域

本发明涉及化石能源领域，具体是一种环保型生物质柴油 绿色生产工艺。

背景技术

随着全球能源问题和环境问题日益严峻，探索可再生能源 已经成为许多国家重点研究项目之一。发展生物柴油 (biodiesel)替代传统燃料正是其中一个重要课题。与普通 的石化柴油相比，生物柴油硫含量低，二氧化硫排放量可以减 少30％-50％，不含芳香族化合物，燃烧后产生的废气对人体危 害较小，具有良好的环保性；十六烷值和氧含量高，燃烧性能 和点火性能较好；以动植物的油脂为原料，来源广泛，且可再 生；除此之外，推广生物柴油另一个重要原因是给潲水油找到 了新的出路，我国每年消耗食用油2252万吨，其中会有10％ 成为餐厨废弃油脂。

目前生物柴油的主要制备方法有直接混合法、微乳法、高 温裂解法和酯交换法。直接混合法和微乳法属于物理方法，工 艺简单，但制备的生物柴油十六烷值不高，燃烧时存在积炭问 题。高温裂解需要在高温条件下进行，反应较难控制且设备成 本高。工业上主要采用酯交换法和酯化法。在酯交换法中，甘 油三酯和短链的醇在催化剂的作用下发生酯交换反应得到脂 肪酸甲酯和甘油。在脂肪酸含量较高的油料中，采用酸催化脂 肪酸与醇酯化反应的方法。

然而，常规的生物柴油制备过程需要采用加热回流的方式 进行，该过程不仅耗时，而且产物收率偏低，无法进一步降低 生产成本，因此急需开发一种收率高，同时简单成本低廉的加 工工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型生物质柴油绿色生产 工艺，以解决现有技术中的生物质柴油加工工艺复杂，耗时较 长，且收率不高的弊端。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，具体制备步骤包括：

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合；所述植物油和 甲醇的摩尔比为5：1-15：1，所述催化剂的用量为植物油质量 的0.3-2.5％；混合后于微波功率为300-500W条件下，加热反 应3-10min，得粗品柴油；

除杂：采用常压蒸馏去除未反应得甲醇，将产物减压过滤 后，静置分层，收集上层油相，即得产品生物质柴油。

与现有技术相比，上述技术方案的有益效果是：

上述技术方案摒弃传统的加热方式，改用微波加热，微波 加热是材料的体加热，在加热过程中，介电物质在微波电磁场 中产生极化，在本申请限定的功率范围之内，这种极化强度矢 量场落后于电场某一特定的角度，使得材料内部各组分之间产 生摩擦，从而产生热量，且由于本申请中加入的植物油、甲醇、 催化剂等组分都是强极性的物质，微波可以选择性的加热上述 组分，使极性分子运动发生改变，例如偶极矩旋转，从而提高 脂肪酸甘油酯和甲醇分子的能量，强化其反应，使得分子间有 效碰撞的概率增加，反应速率加快，大大缩短反应时间的同时， 提高了产物收率。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案 进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，具体制备步骤包括：

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合；所述植物油和 甲醇的摩尔比为5：1-15：1，所述催化剂的用量为植物油质量 的0.3-2.5％；混合后于微波功率为300-500W条件下，加热反 应3-10min，得粗品柴油；

除杂：采用常压蒸馏去除未反应得甲醇，将产物减压过滤 后，静置分层，收集上层油相，即得产品生物质柴油。

进一步的，所述具体制备步骤包括：

催化剂的制备：

调节质量浓度为2g/L的多巴胺溶液pH至8.0-9.0，搅拌 反应2-3h后，再滴加多巴胺溶液20-30％的酞酸酯，待滴加完 毕，继续搅拌反应10-18h，再经过滤，洗涤和干燥后，于惰性 气体保护，温度为600-800℃条件下，高温反应，冷却，出料， 即得催化剂。

上述技术方案采用多巴胺为基础模板，在聚合过程中引入 酞酸酯，可以使得水解产生的二氧化钛被聚多巴胺吸附，吸附 过程中，同步伴随着多巴胺的继续聚合包覆，从而形成多巴胺 包覆层，同时将水解产生的纳米二氧化钛固定在包覆层内部， 在后续加热过程中，部分二氧化钛形成缺陷金属氧化物，而聚 多巴胺转化为无定形碳载体，有利于在生物柴油制备过程中， 在紫外光和微波的共同辅助作用下，发挥优异的催化效果，从 而缩短反应时间。

进一步的，所述植物油为大豆油、棕榈油、葵花籽油、芝 麻油、亚麻油中的任意一种。

进一步的，所述减压过滤为于压力为100-500Pa压力条件 下，进行过滤。

进一步的，所述酞酸酯为钛酸四丁酯、四异丙基酞酸酯、 钛酸四乙酯中的任意一种。

进一步的，所述具体制备步骤包括：

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合；所述植物油和 甲醇的摩尔比为5：1-15：1，所述催化剂的用量为植物油质量 的0.3-2.5％；混合后于微波功率为300-500W条件下，加热反 应3-10min，得粗品柴油；

紫外辐照：将粗品柴油于紫外光下辐照10-20min；

除杂：采用常压蒸馏去除紫外辐照后得粗品柴油中未反应 得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得 产品生物质柴油。

进一步的，所述紫外光为360-400nm的紫外光。

实施例1

催化剂的制备：

将质量浓度为2g/L的多巴胺溶液倒入反应器中，滴加氢 氧化钠溶液，调节多巴胺溶液的pH至8.0，于搅拌转速为 300r/min条件下，搅拌反应2h后，再滴加多巴胺溶液20％的酞酸酯，待滴加完毕，继续搅拌反应10h；过滤，收集滤饼， 并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中， 于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；再将干燥滤饼转入碳化炉中，于惰性气体保护状态下，于温度为600℃条 件下，高温反应1h后，随炉冷却至室温，出料，得催化剂；

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合倒入反应器中； 所述植物油和甲醇的摩尔比为5：1，所述催化剂的用量为植物 油质量的0.3％；混合后于微波功率为300W条件下，加热反应 3min，得粗品柴油；

紫外辐照：将粗品柴油于波长为360nm的紫外光下辐照 10min；

除杂：采用常压蒸馏去除紫外辐照后得粗品柴油中未反应 得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得 产品生物质柴油；

所述植物油为大豆油；所述减压过滤为于压力为100Pa压 力条件下，进行过滤；进一步的，所述酞酸酯为钛酸四丁酯。

实施例2

催化剂的制备：

将质量浓度为2g/L的多巴胺溶液倒入反应器中，滴加氢 氧化钠溶液，调节多巴胺溶液的pH至9.0，于搅拌转速为 500r/min条件下，搅拌反应3h后，再滴加多巴胺溶液30％的酞酸酯，待滴加完毕，继续搅拌反应18h；过滤，收集滤饼， 并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中， 于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；再将干燥滤饼转入碳化炉中，于惰性气体保护状态下，于温度为800℃条 件下，高温反应2h后，随炉冷却至室温，出料，得催化剂；

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合倒入反应器中； 所述植物油和甲醇的摩尔比为15：1，所述催化剂的用量为植 物油质量的2.5％；混合后于微波功率为500W条件下，加热反 应10min，得粗品柴油；

紫外辐照：将粗品柴油于波长为400nm的紫外光下辐照 20min；

除杂：采用常压蒸馏去除紫外辐照后得粗品柴油中未反应 得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得 产品生物质柴油；

所述植物油为棕榈油；所述减压过滤为于压力为500Pa压 力条件下，进行过滤；进一步的，所述酞酸酯为钛酸四乙酯。

实施例3

催化剂的制备：

将质量浓度为2g/L的多巴胺溶液倒入反应器中，滴加氢 氧化钠溶液，调节多巴胺溶液的pH至8.5，于搅拌转速为 400r/min条件下，搅拌反应2.3h后，再滴加多巴胺溶液25％的酞酸酯，待滴加完毕，继续搅拌反应15h；过滤，收集滤饼， 并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中， 于温度为108℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；再将干燥滤饼转入碳化炉中，于惰性气体保护状态下，于温度为700℃条 件下，高温反应1.2h后，随炉冷却至室温，出料，得催化剂；

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合倒入反应器中； 所述植物油和甲醇的摩尔比为10：1，所述催化剂的用量为植 物油质量的2.2％；混合后于微波功率为400W条件下，加热反 应5min，得粗品柴油；

紫外辐照：将粗品柴油于波长为380nm的紫外光下辐照 15min；

除杂：采用常压蒸馏去除紫外辐照后得粗品柴油中未反应 得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得 产品生物质柴油；

所述植物油为葵花籽油；所述减压过滤为于压力为300Pa 压力条件下，进行过滤；进一步的，所述酞酸酯为四异丙基酞 酸酯。

对比例1

催化剂的制备：

将质量浓度为2g/L的多巴胺溶液倒入反应器中，滴加氢 氧化钠溶液，调节多巴胺溶液的pH至8.0，于搅拌转速为 300r/min条件下，搅拌反应2h后，再滴加多巴胺溶液20％的酞酸酯，待滴加完毕，继续搅拌反应10h；过滤，收集滤饼， 并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中， 于温度为105℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼；再将干燥滤饼转入碳化炉中，于惰性气体保护状态下，于温度为600℃条 件下，高温反应1h后，随炉冷却至室温，出料，得催化剂；

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合倒入反应器中； 所述植物油和甲醇的摩尔比为5：1，所述催化剂的用量为植物 油质量的0.3％；混合后于微波功率为300W条件下，加热反应 3min，得粗品柴油；

除杂：采用常压蒸馏去除粗品柴油中未反应得甲醇，将产 物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得产品生物质柴 油；

所述植物油为大豆油；所述减压过滤为于压力为100Pa压 力条件下，进行过滤；进一步的，所述酞酸酯为钛酸四丁酯。

对比例2

本对比例相比于对比例1而言，采用等质量的氧化锆取代 对比例1中所用的催化剂，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例相比于对比例1而言，采用常规的热辐射加热取 代微波加热，其余条件保持不变。

对实施例1-3和对比例1-3的产品产率进行计算，计算结 果如表1所示：

	收率/％
		实施例1	98.6％
实施例2	98.8％
		实施例3	97.8％
对比例1	85.6％
		对比例2	82.6％
对比例3	80.2％

由表1测试结果，结合实施例1-3和对比例1-3产品制备 过程中的耗时可知，本申请技术方案制备过程不仅耗时较短， 同时获得的产品收率较高。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性 实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况 下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点 来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本 发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将 落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在 本发明内，不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权 利要求。

Claims (7)

1.一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，具体制备步骤包括：

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合；所述植物油和甲醇的摩尔比为5：1-15：1，所述催化剂的用量为植物油质量的0.3-2.5％；混合后于微波功率为300-500W条件下，加热反应3-10min，得粗品柴油；

除杂：采用常压蒸馏去除未反应得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得产品生物质柴油。

2.根据权利要求1所述的一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，所述具体制备步骤包括：

催化剂的制备：

调节质量浓度为2g/L的多巴胺溶液pH至8.0-9.0，搅拌反应2-3h后，再滴加多巴胺溶液20-30％的酞酸酯，待滴加完毕，继续搅拌反应10-18h，再经过滤，洗涤和干燥后，于惰性气体保护，温度为600-800℃条件下，高温反应，冷却，出料，即得催化剂。

3.根据权利要求1所述的一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，所述植物油为大豆油、棕榈油、葵花籽油、芝麻油、亚麻油中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，所述减压过滤为于压力为100-500Pa压力条件下，进行过滤。

5.根据权利要求1所述的一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，所述酞酸酯为钛酸四丁酯、四异丙基酞酸酯、钛酸四乙酯中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，所述具体制备步骤包括：

微波加热：将植物油、甲醇和催化剂混合；所述植物油和甲醇的摩尔比为5：1-15：1，所述催化剂的用量为植物油质量的0.3-2.5％；混合后于微波功率为300-500W条件下，加热反应3-10min，得粗品柴油；

紫外辐照：将粗品柴油于紫外光下辐照10-20min；

除杂：采用常压蒸馏去除紫外辐照后得粗品柴油中未反应得甲醇，将产物减压过滤后，静置分层，收集上层油相，即得产品生物质柴油。

7.根据权利要求6所述的一种环保型生物质柴油绿色生产工艺，其特征在于，所述紫外光为360-400nm的紫外光。