TWI422674B - 以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種以電石渣製備生質柴油轉酯化觸媒之方法及一種以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法。
本發明係關於一種以電石渣製備生質柴油轉酯化觸媒之方法及一種以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法。
鑑於原油價格浮動、原油產國情勢不穩、地底蘊藏量有限等等因素，如何有效取得替代燃料自係目前重要的課題，其中又以生質柴油為各國研究的重點之一。
其優點在於，若以回收廢食用油的方式取得原料，不僅能降低成本，亦能有效減少廢棄食用油對環境的污染。而，生質柴油的製造方法，主要係利用轉酯化反應。
以往的生質柴油製造過程多以均相觸媒做為催化劑，但以均相觸媒在後續分離程序上較麻煩，因此有人改以異相觸媒作為轉酯化反應的催化劑，而其中又以氧化鈣為大宗。
然而，由於市售氧化鈣顆粒較大，表面積較小，造成轉酯率偏低而不符所需。
因此，本發明遂取電石為原料製備氧化鈣細微粉末，並以之作為轉酯化反應的催化劑，據此提升轉酯率至國家規範CNS15072生質柴油－脂肪酸甲酯所要求的96.5%以上，期能符合經濟上之需求並利於工業上利用。
本發明之主要目的係提供一種以電石為原料製得轉酯化反應所需觸媒而製備生質柴油之方法。
為了達成上述目的所提供之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法包括：製備觸媒：取電石加水取得之反應物經乾燥後得到固態氧化鈣；轉酯化反應：取三酸甘油脂及醇類加熱回流，並添加上述固態氧化鈣作為觸媒進行轉酯化反應，製得脂肪酸甲酯及甘油；產物分離與純化：係將脂肪酸甲酯、甘油及固態觸媒分離，其具體作法可為靜置令其分層後依序抽離，其中該脂肪酸甲酯即係可供做為燃料使用之生質柴油，經水洗數次後以加熱抽氣去除生質柴油中殘留甲醇與水分。
以下將藉由較佳實施例說明本發明之各步驟、其實驗數據及預期達成之功效，惟非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。
本發明之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法包括下列步驟：
製備觸媒：取電石(CaC2
)加水取得之反應物經乾燥後得到固態氧化鈣；如圖1為其X光粉末繞射圖，該反應物更可在鍛燒溫度下以更快地得到固態氧化鈣，對照JCPDS粉末繞射資料庫，其主要成分為氫氧化鈣，經攝氏600度鍛燒後分解為氧化鈣。其加溫條件較佳者介於攝氏130至900度，當溫度較高時，其加熱時間可預期縮短。
轉酯化反應：取三酸甘油脂及醇類加熱回流，並添加上述固態氧化鈣做為觸媒進行轉酯化反應，製得脂肪酸甲酯及甘油；上述醇類可為甲醇或乙醇，其中又以甲醇價格低、極性強為較佳；另外，該加熱回流時間較佳係介於2至6小時，加熱回流溫度則約為65度，而三酸甘油脂與醇類之莫耳比則介於1：9至1：12之間。
產物分離與純化：係將脂肪酸甲酯、甘油及固態觸媒分離，其具體作法可為靜置令其分層後依序抽離，其中該脂肪酸甲酯即係可供做為燃料使用之生質柴油，經水洗數次後以加熱抽氣去除生質柴油中殘留甲醇與水分。
在本發明之一較佳實施例中，係以電石加水所得之反應物在攝氏850度經鍛燒2小時得到之固態氧化鈣，如圖2所示為其SEM-EDX圖，其形貌顆粒尺寸不均，小顆粒可以提供更高的比表面積。樣品被認為是低孔洞，甚至無孔，主要的成分為氧、鈣。以此催化劑進行大豆油100克，油醇莫耳比1：12，在攝氏65度下加熱回流時間2小時進行轉酯化反應，可得轉酯率為90%，即如圖3所示為其氣相層析分析圖。
由圖4熱重差熱分析圖中看出有兩個不同降解階段分佈在不同的溫度區間。由圖可見氫氧化鈣在攝氏約450度時開始降解，且在攝氏380-500度之間顯示有一明顯的熱吸收峰。其後，碳酸鈣開始降解，且反映在圖4即是在攝氏640-760度之間表現一顯著的波峰。該熱重分析結果顯示電石渣觸媒在攝氏350度以下時係相對穩定的。
又，如圖5所示，係鍛燒時間對轉酯率之關係圖，可知在鍛燒時間2至4小時之間有助於得到高轉酯率。如圖6所示，係觸媒添加量對轉酯率之關係圖，可知當觸媒添加量在1%以上時有助於得到高轉酯率。如圖7所示，本發明該轉酯反應時間在1至5小時之間都有不錯的轉酯率表現。
另外，如下表所示即為本發明其他實施例之轉酯率表現：
上述「觸媒條件」所示者分別指出在製備觸媒過程中的鍛燒溫度及時間，其中標號6之實驗係在未經鍛燒而自然風乾條件下製備觸媒者。上述「觸媒用量」是指在轉酯化反應過程中觸媒添加比率，「加熱時間」則係指轉酯化反應過程之加熱回流時間；另外，上述實施例之油醇莫耳比為1：12。
可見，依照本方法所得之平均轉酯率皆達90%以上水準，可佐證本發明以電石作為催化劑之原料，因可有效增加催化劑之表面積，而有助於轉酯化反應轉酯率之提升且功效顯著，另在本發明中，三酸甘油脂則可取自廢棄食用油，因此更進一步地具有環境保護之價值，並可供工業上大量產製利用。
由上可知，本發明之方法新穎實用，更具有顯著進步之功效，爰依法提起專利申請，鑑請 鈞局早日核予專利，實感德便。
圖1表明X射線衍射圖譜的電石催化劑煅燒的樣品130-900°C24小時和1.5小時。
圖2為利用本發明之製備觸媒過程所製得氧化鈣之SEM-EDX圖。
圖3為利用本發明方法製得之脂肪酸甲酯之氣相層析圖譜。
圖4為熱重差熱分析圖.
圖5為本發明中，鍛燒時間對轉酯率之關係圖，其中鍛燒溫度為攝氏600度，油醇莫耳比為12：1，觸媒添加量1%，反應時間2小時，反應溫度為攝氏65度。
圖6為本發明中，觸媒添加量對轉酯率之關係圖，其中鍛燒溫度為攝氏600度，鍛燒時間為4小時，油醇莫耳比為12：1，反應時間2小時，反應溫度為攝氏65度。
圖7為轉酯反應時間對轉酯率之關係圖，其中鍛燒溫度為攝氏600度，鍛燒時間為4小時，觸媒添加量1%，油醇莫耳比為12：1，反應溫度為攝氏65度。
Claims (10)
- 一種以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，包括：製備觸媒：取電石加水取得之反應物經乾燥後得到固態氧化鈣；轉酯化反應：取三酸甘油脂及醇類加熱回流，並添加上述固態氧化鈣作為觸媒進行轉酯化反應，製得脂肪酸甲酯及甘油；產物分離與純化：將脂肪酸甲酯、甘油及固態氧化鈣分離。
- 如請求項1所述之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，其中在製備觸媒過程中，該反應物係在鍛燒溫度下得到固態氧化鈣。
- 如請求項2所述之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，其中在製備觸媒過程中，該鍛燒溫度介於攝氏130至900度。
- 如請求項1所述之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，其中該醇類係甲醇。
- 如請求項1所述之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，其中在轉酯化反應過程中，三酸甘油脂與醇類加熱回流時間為2至6小時。
- 如請求項1所述之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，其中在轉酯化反應過程中，三酸甘油脂與醇類加熱回流溫度約為攝氏65度。
- 如請求項1所述之以電石渣為原料製備觸媒進行轉酯化反應製備生質柴油之方法，其中在轉酯化反應過程中，三酸甘油脂與醇類之莫耳比介於1：9至1：12之間。
- 一種以電石渣製備生質柴油轉酯化觸媒之方法，係取電石加水取得之反應物，再經乾燥後製得生質柴油轉酯化反應所需觸媒。
- 如請求項8所述之以電石渣製備生質柴油轉酯化觸媒之方法，其中該反應物係在鍛燒溫度下得到固態氧化鈣。
- 如請求項9所述之以電石渣製備生質柴油轉酯化觸媒之方法，其中該鍛燒溫度介於攝氏130至900度。
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|---|---|---|---|---|
| TWI612132B (zh) * | 2015-12-16 | 2018-01-21 | 陳錦章 | 用於製造生質柴油之固體鹼觸媒、其製備方法及應用其之生質柴油製造方法 |
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2010
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 劉學軍,賀華陽,王玉軍,朱慎林,"氧化鈣固體鹼催化劑用於大豆油和甲醇酯交換製備生物柴油的研究",石油煉製與化工,第37卷第12期,2006年12月,第39~43頁 * |
| 馬國清,李兆乾,裴重華,"電石渣的綜合利用進展",西南科技大學學報,第20卷第2期,2005年6月,第50~52頁 * |
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|---|---|
| TW201226550A (en) | 2012-07-01 |
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