CN1858161A - 利用棕榈油制备生物柴油的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用棕榈油制备生物柴油的方法，它包括将粗棕榈油水化脱胶，蒸馏脱酸，脱水干燥，然后通过加入低碳醇和催化剂进行酯交换反应得粗生物柴油与粗甘油；将它们蒸发分离低碳醇得到成品生物柴油和副产品甘油，蒸发的低碳醇回收循环使用。本发明采用棕榈油为原料，原料来源充足，价格和生产成本较低；将粗棕榈油中的磷脂、游离脂肪酸和水分等杂质通过水化脱胶、蒸馏脱酸、脱水等工序去除，避免了这些杂质对后续酯交换反应催化剂的影响，有利于提高生物柴油的转化率和速率；并且通过采用高效的固体催化剂，提高了生物柴油的产率，简化了工艺流程，显著减少了环境污染，从而使本技术经济性更好。

Description

利用棕榈油制备生物柴油的方法
技术领域
本发明涉及一种用棕榈油制备生物柴油的方法，属油脂化学领域。
背景技术
生物柴油以其独特的环保性和再生性越来越受到人们的重视。欧洲以菜籽油为原料、美国以大豆油为原料生产生物柴油均已投入产业化生产。由于价格方面的原因，我国国内以菜籽油、大豆油、花生油等食用油为原料生产生物柴油尚无经济可行性。因此，目前国内生物柴油的研究主要集中在以废弃动植物油脂为原料上面，如CN1238468C、CN1743417A、CN1382762A、CN1760335A、CN1412278A等均报道了利用废弃动植物油脂或高酸值动植物油脂生产生物柴油的方法，海南正和、四川古杉、福建卓越等也建成了以废油为原料生产生物柴油的装置。
棕榈油是从油棕树上的棕果(Elaeis Guineensis)中榨取出来的，产地主要集中在东南亚的马来西亚、印度尼西亚等国家。油棕是世界上生产效率最高的产油植物，每公顷油棕生产大约3.7吨的油脂，比同面积的花生高出五倍，比大豆高出九倍。棕榈油是世界第二大植物油，仅次于大豆油；而在国际植物油贸易市场中，棕榈油占有举足轻重的地位，是世界植物油出口的第一大类产品，占世界植物油出口总量的50％以上。棕榈油价格较菜籽油和大豆油低，利用棕榈油生产生物柴油具有较好的经济可行性，因此棕榈油是除废弃油脂以外的另一种生产生物柴油的低值原料。目前利用棕榈油生产生物柴油国内尚未见报道。
现有生物柴油的制备工艺，一般是在动植物油脂中加入低碳醇和液体碱性催化剂(如NaOH、KOH、甲醇钠等)进行酯交换反应生产粗生物柴油，粗生物柴油再经中和、水洗后得到精制生物柴油。由于进口的粗棕榈油含有一定量的游离脂肪酸(4-8％)和水分(＞0.2％)，因此棕榈油若采用上述工艺制备生物柴油时原料中的游离脂肪酸和水分将大大降低催化剂的活性，并引起皂化反应，降低生物柴油的产率，同时还会生成凝胶，使甘油分离困难，而且后续的中和洗涤工序会带来大量的工业废水，造成环境污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够经济地利用棕榈油制备生物柴油的方法，该制备方法具有转化率高、后处理简单、无废水产生等特点。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
水化脱胶：将粗棕榈油加热加水混合，再用离心机进行油脚和油脂的分离，去除胶质等杂质，分离出的轻相即为脱胶棕榈油；
蒸馏脱酸：将脱胶棕榈油加热到240-280℃，送入蒸馏塔进行水蒸汽蒸馏，通入直接蒸汽蒸馏出游离脂肪酸，塔内维持绝压1-10mmHg，温度240-290℃，脱除脂肪酸后的油冷却到60-95℃，得到脱酸棕榈油；
脱水干燥：脱酸棕榈油进入真空干燥器干燥，去除水分等杂质，干燥器内维持绝压40-80mmHg，温度70-110℃，干燥脱水后的油冷却到50-80℃，得到去杂后的棕榈油；
酯交换反应：去除杂质后的棕榈油进入酯交换反应器，加入摩尔数为油脂3-30倍的低碳醇和重量为油重0.1-10％的催化剂，在40-100℃和搅拌回流下进行酯交换反应0.2-8h，反应后先将催化剂分离，再用离心机分离，轻相为粗生物柴油，重相为粗甘油；
蒸发分离：粗生物柴油和粗甘油分别通过蒸馏塔将所含的低碳醇蒸发分离后，即得到成品生物柴油和副产品甘油，蒸发的低碳醇回收循环使用。
按上述方案，所述的催化剂为固体催化剂或/和液体催化剂，所述的固体催化剂为ZnO、MgO、CaO、SrO、BaO、MgAl(O)/MgFe2O4、Mg-Al、MgO-NaOH、MgO-Na复合物、Y2O3、La2O3、CeO2、Nd2O3、BeO、Ca(C8H17O)2、Mg(CH3O)x、负载型催化剂如在Al2O3、SiO2、TiO2等载体上浸渍K2CO3或KHCO3、NaOH、KOH等；4、按权利要求2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的液体催化剂为NaOH、KOH、甲醇钠、H2SO4、H3PO4、HCl等；还可采用固定化脂肪酶；并且可为以上催化剂的1种或者多种。
按上述方案，所述低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，或任意两者的混合。
按上述方案，所述的粗棕榈油经过滤处理，其固体杂质含量按重量计小于0.2％；在水化脱胶时，粗棕榈油加热到70-90℃后，与80-95℃的热水一起进入比配机混合，加入的热水量为油重量的8-12％，油水经15-40S(秒)反应后，进入离心机进行油脚和油脂的分离。
按上述方案，在蒸馏脱酸中直接蒸汽用量按重量计为油量的0.5-5％，所述的蒸馏塔可为板式蒸馏塔，流经蒸馏塔全塔的时间为70-110min(分)。
按上述方案，所述的离心机为蝶式离心机。
本发明的有益效果在于：
1、采用棕榈油为原料，原料来源充足，价格和生产成本较低；
2、将粗棕榈油中的磷脂、游离脂肪酸和水分等杂质通过水化脱胶、蒸馏脱酸、脱水等工序去除，避免了这些杂质对后续酯交换反应催化剂的影响，有利于提高生物柴油的转化率和速率，并且反应产物中没有水分和皂等杂质，不会形成乳状物，很快即分为粗生物柴油和粗甘油两相，分离简单易行；
3、酯交换反应后催化剂可以很方便地分离，或重复使用。固体催化剂在后续的处理中可省去常规工艺中的中和、洗涤等工序，工艺流程简单，无废水产生，减少环境污染。
本发明技术的优点是明显的，以棕榈油为原料，通过去除游离脂肪酸和水分等严重影响酯交换反应的杂质，并且通过采用高效的固体催化剂，提高了生物柴油的产率，简化了工艺流程，显著减少了环境污染，从而使本技术经济性更好。
附图说明
图1为本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例1：
按重量计将过滤后的含游离脂肪酸含量4.60％，水分0.50％、固体杂质0.08％的100份粗棕榈油加热到90℃后，与11份90℃热水一起进入比配机混和，油水经23S反应后，进入蝶式离心机分离油脚和油脂；油脂加热到265℃，送入板式蒸馏塔进行水蒸汽蒸馏，塔内各层均通直接蒸汽蒸馏出脂肪酸，直接蒸汽用量为2.5份，塔内维持绝压3mmHg，温度260℃，流经全塔的时间80min，脱除脂肪酸后的油冷却到88℃，进入真空干燥器，干燥器内维持绝压55mmHg，温度100℃，干燥脱水后的油通过换热器冷却到70℃，经检测棕榈油的游离脂肪酸含量为0.08％，水分为0.05％。棕榈油进入酯交换反应器，加入18.9份甲醇和2份催化剂MgO-NaOH复合物，在75℃和搅拌回流下进行酯交换反应4h，反应后分离催化剂，再用蝶式离心机分离，轻相为粗脂肪酸甲酯，重相为粗甘油，粗脂肪酸甲酯和粗甘油分别通过蒸馏塔将所含的甲醇蒸发分离后，即得到成品生物柴油95.8份和副产品甘油9.6份，蒸发的甲醇回收循环使用。
实施例2：
按重量计将过滤后的含游离脂肪酸含量7.50％，水分0.24％、固体杂质0.12％的100份粗棕榈油加热到85℃后，与10份90℃热水一起进入比配机混和，油水经25S反应后，进入蝶式离心机分离油脚和油脂；油脂加热到270℃，送入板式蒸馏塔进行水蒸汽蒸馏，塔内各层均通直接蒸汽蒸馏出脂肪酸，直接蒸汽用量为3.5份，塔内维持绝压2mmHg，温度270℃，流经全塔的时间80min，脱除脂肪酸后的油冷却到90℃，进入真空干燥器，干燥器内维持绝压50mmHg，温度95℃，干燥脱水后的油通过换热器冷却到65℃，经检测棕榈油的游离脂肪酸含量为0.06％，水分为0.04％。棕榈油进入酯交换反应器，加入22.7份甲醇和1.8份催化剂NaOH，在70℃和搅拌回流下进行酯交换反应3.5h，反应后分离催化剂，再用蝶式离心机分离，轻相为粗脂肪酸甲酯，重相为粗甘油，粗脂肪酸甲酯和粗甘油分别通过蒸馏塔将所含的甲醇蒸发分离后，即得到成品生物柴油93.1份和副产品甘油9.4份，蒸发的甲醇回收循环使用。
实施例3：
按重量计将过滤后的含游离脂肪酸含量2.10％、水分0.37％、固体杂质0.05％的100份粗棕榈油加热到88℃后，与9.5份90℃热水一起进入比配机混和，油水经23S反应后，进入蝶式离心机分离油脚和油脂；油脂加热到260℃，送入板式蒸馏塔进行水蒸汽蒸馏，塔内各层均通直接蒸汽蒸馏出脂肪酸，直接蒸汽用量为2份，塔内维持绝压2mmHg，温度265℃，流经全塔的时间80min，脱除脂肪酸后的油冷却到85℃，进入真空干燥器，干燥器内维持绝压60mmHg，温度90℃，干燥脱水后的油通过换热器冷却到68℃，经检测棕榈油的游离脂肪酸含量为0.04％，水分为0.02％。棕榈油进入酯交换反应器，加入26.5份甲醇和2.5份负载型固体碱催化剂KHCO3/Al2O3，在65℃和搅拌回流下进行酯交换反应2.5h，反应后分离催化剂，再用蝶式离心机分离，轻相为粗脂肪酸甲酯，重相为粗甘油，粗脂肪酸甲酯和粗甘油分别通过蒸馏塔将所含的甲醇蒸发分离后，即得到成品生物柴油98.1份和副产品甘油9.8份，蒸发的甲醇回收循环使用。

Claims (9)

1、一种利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于：
水化脱胶：将粗棕榈油加热加水混合，再用离心机进行油脚和油脂的分离，去除胶质等杂质，分离出的轻相即为脱胶棕榈油；
蒸馏脱酸：将脱胶棕榈油加热到240-280℃，送入蒸馏塔进行水蒸汽蒸馏，通入直接蒸汽蒸馏出游离脂肪酸，塔内维持绝压1-10mmHg，温度240-290℃，脱除脂肪酸后的油冷却到60-95℃，得到脱酸棕榈油；
脱水干燥：脱酸棕榈油进入真空干燥器干燥，去除水分等杂质，干燥器内维持绝压40-80mmHg，温度70-110℃，干燥脱水后的油冷却到50-80℃，得到去杂后的棕榈油；
酯交换反应：去除杂质后的棕榈油进入酯交换反应器，加入摩尔数为油脂3-30倍的低碳醇和重量为油重0.1-10％的催化剂，在40-100℃和搅拌回流下进行酯交换反应0.2-8h，反应后先将催化剂分离，再用离心机分离，轻相为粗生物柴油，重相为粗甘油；
蒸发分离：粗生物柴油和粗甘油分别通过蒸馏塔将所含的低碳醇蒸发分离后，即得到成品生物柴油和副产品甘油，蒸发的低碳醇回收循环使用。
2、按权利要求1所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的催化剂为固体催化剂或/和液体催化剂。
3、按权利要求2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的固体催化剂为ZnO、MgO、CaO、SrO、BaO、MgAl(O)/MgFe2O4、Mg-Al、MgO-NaOH、MgO-Na复合物、Y2O3、La2O3、CeO2、Nd2O3、BeO、Ca(C8H17O)2、Mg(CH3O)2、负载型催化剂。
4、按权利要求2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的液体催化剂为NaOH、KOH、甲醇钠、H2SO4、H3PO4、HCl。
5、按权利要求1或2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的低碳醇为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，或任意两者的混合。
6、按权利要求1所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的催化剂为固定化脂肪酶。
7、按权利要求1或2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于所述的粗棕榈油经过滤处理，其杂质含量按重量计小于0.2％。
8、按权利要求1或2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于在水化脱胶时，粗棕榈油加热到70-90℃后，与80-95℃的热水一起进入比配机混合，加入的热水量为油重量的8-12％，油水经15-40S反应后，进入离心机进行油脚和油脂的分离。
9、按权利要求1或2所述的利用棕榈油制备生物柴油的方法，其特征在于在蒸馏脱酸中直接蒸汽用量按重量计为油量的0.5-5％，流经蒸馏塔全塔的时间为70-110min。
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