CN1303187C - 利用潲水油合成生物柴油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用潲水油合成生物柴油的方法如下：反应容器中加入潲水油、甲醇和催化剂硫酸铁，加热搅拌反应2～6小时；反应结束后，把硫酸铁分离出来；再加入KOH，加热搅拌反应0.5～2小时；反应结束静置或离心分层，上层含甲醇和生物柴油，下层含甘油和氢氧化钾；放出下层，得到的上层液经真空蒸馏回收甲醇，再用热水洗涤，离心分离得到皂脚和生物柴油粗品；经过真空蒸馏得到精制生物柴油产品。本方法合成效率高，催化剂可以回收利用，而且价格低廉，不产生工艺废水。

Description

利用潲水油合成生物柴油的方法
技术领域
本发明涉及新能源的利用，尤其是利用潲水油合成生物柴油的方法。
背景技术
潲水也称泔水，为餐饮后剩饭菜和汤；潲水油也称为泔水油或餐饮废油，是漂浮在潲水上的油脂。一般潲水油占人们正常消费油脂的10-20％，通过对有一定规模饭店、宾馆潲水油的收集。保守的估计，广州每年潲水油总量在1万吨以上，全省潲水油的年总量达2-3万吨。
生物柴油是一种新型可再生能源，它是石油资源的理想替代品，目前欧美、日本等发达国家已经把开发生物柴油提升到了战略高度。如果能集中收集处理潲水油，不仅从源头上防止了这种危害人民生命健康的物质流入食用油市场，同时也得到了新型的环保能源--生物柴油。
与石油柴油相比，生物柴油可大大减少二氧化碳、二氧化硫、多环芳烃(致癌物)和″黑烟″等污染物排放。德国专家研究表明：采用生物柴油的发动机废气排放指标不仅可满足目前的欧洲2号标淮，甚至可达到随后即将在欧洲颁布实施的更加严格的欧洲3号排放标准。用潲水油清洁生产生物柴油是一项变废为宝的先进技术，具有良好的社会效益和显著的经济效益。
2003年1月18日中国工程院院长徐匡迪在召开的″我国生物柴油植物原料发展研讨会″上提出，立足于本国原料大规模生产替代液体燃料--生物柴油，对增强我国石油安全具有重要的战略意义。
由此可见生物柴油的市场前景广阔，发展趋势良好。如果按日处理20吨潲水油规模生产生物柴油，每年可生产生物柴油6000吨，按生物柴油3.5元/升(参考石油柴油)，甘油价格8000元/吨的价格保守的估计，日处理20吨潲水油的工厂年产值超过2500万元。
利用潲水油生产生物柴油的主要方法是酯交换法，包括化学催化和酶催化法两种，酶法由于催化剂成本较高，催化时间较长，所以工业化仍需要大量研究工作。化学催化包括碱催化和酸催化法两种。碱催化转化率高，而且设备成本相对低，但是这种工艺对原料酸值要求高，不能超过2％。由于潲水油中游离脂肪酸含量较高，不能直接用碱性催化剂催化。酸催化对于原料要求不高，适合催化潲水油为原料生产生物柴油。但是酸催化效率低、产生废水、需要耐腐蚀的反应设备、产品颜色深、副反应多、而且催化剂不能回收利用。
发明内容
针对上述传统方法制备生物柴油的缺点，需要找到一种高效的利用潲水油合成生物柴油的方法，合成效率高，催化剂可以回收利用，而且价格低廉，不产生工艺废水。
为达上述目的，本发明利用潲水油合成生物柴油的方法依次包括如下步骤：
A、反应容器中加入40份质量的潲水油、4～14份质量的甲醇和0.8～1.6份质量的催化剂硫酸铁，在70～95℃下搅拌反应2～6小时；反应结束后，把硫酸铁分离出来；
B、往A步骤分离出硫酸铁后所得液体中加入0.4～0.8份质量的KOH，在65～95℃下温度下搅拌反应0.5～2小时；
C、B步得到的反应物先静置或者离心分层，上层含甲醇和生物柴油，下层含甘油和氢氧化钾；放出下层，得到的上层液经真空蒸馏回收甲醇，再用80℃～90℃的热水洗涤，离心分离得到皂脚和生物柴油粗品；生物柴油粗品经过真空蒸馏得到精制生物柴油产品。
作为一种优选方案，所述潲水油与甲醇的质量比为40∶14。
所述催化剂硫酸铁的优用量为潲水油重的2％，KOH的用量为潲水油重量的1％。
所述A步骤中的最佳反应温度为95℃；最佳反应时间为4小时。
所述B步骤中的最佳反应温度为65℃；最佳反应时间为1小时。
所述A步骤反应结束后，分离硫酸铁的方法是静置或者离心分液，上层为甲醇和反应物，下层为固体的硫酸铁催化剂。分离出的催化剂可以回收再用。
所述C步骤中，回收甲醇后，用油相质量10％的80℃的热水对反应物进行洗涤，效果较佳。
本发明的化学原理是潲水油经酯化与酯交换两步反应最终得到生物柴油产品。酯化阶段，潲水油中的脂肪酸在硫酸铁催化下与甲醇发生酯化反应，生成脂肪酸甲酯。反应式如下：
经过酯化的油脂酸值降到一个较低的水平，加入碱性的催化剂后加热搅拌，油脂中的甘油三酯与甲醇进行酯交换反应，得到更多的脂肪酸甲酯，也就是通常所说的生物柴油。这一步的反应式如下：
在本发明中，硫酸铁作为一种非均相的固体酸催化剂，对潲水油中游离脂肪酸的酯化反应有良好的催化活性。与传统工艺所使用的催化剂浓硫酸相比，酯化速度提高2倍，且不需要耐腐蚀的生产设备，具有环保、副反应少以及易于从产品中分离等优点。检验结果证明，本发明中，硫酸铁催化酯化率可达97％以上，产品的酸值降到2.10mgKOH/g，这样的产品直接用于碱催化法生产生物柴油，可以得到总的脂肪酸甲酯含量为97.02％的产品，得率达93.0％。本发明生产生物柴油，工艺简单，污染小，设备投资也小于酸法。酯交换阶段产生的副产品甘油和少量皂易于回收利用，具有良好的工业化前景。
具体实施方式
实施例一：
餐饮业回收的潲水油，分离去除蛋白质等食物残渣。往反应容器中加入4Kg的潲水油、1.4Kg甲醇和0.08Kg催化剂硫酸铁，搅拌并加热至95℃左右。反应4小时后，离心分去催化剂硫酸铁，硫酸铁可回收再利用。往所得油脂产品中加入0.04Kg氢氧化钾，搅拌并保持温度在65℃左右，反应1小时后，将产物静置或转离心分成油、水两层，油层主要是脂肪酸甲酯与少量的皂，水层为过量的甲醇、皂、甘油以及氢氧化钾；再用0.4L 80℃的热水洗涤并离心除去油层的皂后，即可得到生物柴油产品粗品。粗品在真空条件下蒸馏得到生物柴油精制品。
实施例二：
餐饮业回收的潲水油，分离去除蛋白质等食物残渣。往反应容器中加入4Kg的潲水油、1.0Kg甲醇和0.1Kg催化剂硫酸铁，搅拌并加热至80℃左右。反应6小时后，离心分去催化剂硫酸铁。往所得油脂产品中加入0.06Kg氢氧化钾，搅拌并保持温度在80℃左右，反应0.5小时后，将产物静置或转离心分成油、水两层，油层主要是脂肪酸甲酯与少量的皂，水层为过量的甲醇、皂、甘油以及氢氧化钾；用0.4L的85℃的热水洗涤并离心除去油层的皂后，即可得到生物柴油产品粗品。粗品在真空条件下蒸馏得到生物柴油精制品。
实施例三：
餐饮业回收的潲水油，分离去除蛋白质等食物残渣。往反应容器中加入4Kg的潲水油、0.7Kg甲醇和0.13Kg催化剂硫酸铁，搅拌并加热至70℃左右。反应3小时后，离心分去催化剂硫酸铁。往所得油脂产品中加入0.08Kg氢氧化钾，搅拌并保持温度在95℃左右，反应2小时后，将产物静置或转离心分成油、水两层，油层主要是脂肪酸甲酯与少量的皂，水层为过量的甲醇、皂、甘油以及氢氧化钾；用0.4L 90℃的热水洗涤并离心除去油层的皂后，即可得到生物柴油产品粗品。粗品在真空条件下蒸馏得到生物柴油精制品。
实施例四：
餐饮业回收的潲水油，分离去除蛋白质等食物残渣。往反应容器中加入4Kg的潲水油、0.4Kg甲醇和0.16Kg催化剂硫酸铁，搅拌并加热至90℃左右。反应2小时后，离心分去催化剂硫酸铁。往所得油脂产品中加入0.06Kg氢氧化钾，搅拌并保持温度在90℃左右，反应1小时后，将产物静置或转离心分成油、水两层，油层主要是脂肪酸甲酯与少量的皂，水层为过量的甲醇、皂、甘油以及氢氧化钾；用0.4L 80℃的热水洗涤并离心除去油层的皂后，即可得到生物柴油产品粗品。粗品在真空条件下蒸馏得到生物柴油精制品。

Claims (9)

1、一种利用潲水油合成生物柴油的方法，其特征在于依次包括如下步骤：
A、反应容器中加入40份质量的潲水油、4～14份质量的甲醇和0.8～1.6份质量的催化剂硫酸铁，在70～95℃下搅拌反应2～6小时；反应结束后，把硫酸铁分离出来；
B、往A步骤分离出硫酸铁后所得液体中加入0.4～0.8份质量的KOH，在65～95℃下温度下搅拌反应0.5～2小时；
C、B步得到的反应物先静置或者离心分层，上层含甲醇和生物柴油，下层含甘油和氢氧化钾；放出下层，得到的上层液经真空蒸馏回收甲醇，再用80℃～90℃的热水洗涤，分离得到皂脚和生物柴油粗品；生物柴油粗品经过真空蒸馏得到精制生物柴油产品。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述潲水油与甲醇的质量比为40∶14。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述催化剂硫酸铁的用量为潲水油重的2％，KOH的用量为潲水油重的1％。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述A步骤中的反应温度95℃。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述A步骤中的反应时间为4小时。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述B步骤中的反应温度65℃。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述B步骤中的反应时间为1小时。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述A步骤反应结束后，分离硫酸铁的方法是静置或者离心分液，上层为甲醇和反应物，下层为固体的硫酸铁催化剂。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述C步骤中，回收甲醇后，用油相质量10％的80℃热水对反应物进行洗涤。
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