一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法
2023-04-26 03:57:36 1
一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法
【專利摘要】本發明涉及一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，以地溝油、酸化油、廢動植物油脂為主要原料，先經過脫膠脫雜質處理，再汽化分離出重油，然後利用催化裂解的化學分解反應，將大分子的油脂通過催化裂解、分子重排、脫去羧基和氧元素等反應機理，使動植物油脂轉變成油品的烴類分子結構組成、冷凝點，密度、粘度、十六烷值和辛烷值等技術指標均合乎國家標準的汽油和柴油要求的生物柴油。本發明方法不僅適用範圍廣，為企業簡化生產線、降低生產和管理成本提供了有力的技術支持，大大提高了生物柴油的技術水平，而且製備出的生物柴油質量明顯優於現有的生物柴油，具有相當顯著的社會和經濟效益。
【專利說明】一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物能源【技術領域】，具體說是一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備 生物柴油的方法。
【背景技術】
[0002] 生物柴油（Biodiesel)提煉的原料來自動植物油，普遍用於拖拉機、卡車、船舶 等。它是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂 以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過催化裂解、酯交換等工藝製成的可代替石化柴 油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物質能源的一種，它是生物質利用熱裂解等技術得到 的一種長鏈脂肪酸的單烷基酯。生物柴油是含氧量高的複雜有機成分的混合物，這些混合 物主要是一些分子量大的有機物，如：脂肪酸甲酯、十六烷烴、十八烷烴等。複合型生物柴油 是以廢棄的動植物油、廢機油及煉油廠的副產品為原料，再加入催化劑，經專用設備和特殊 工藝合成。
[0003] 目前，生產生物柴油的原料主要有地溝油、酸化油、混合脂肪酸、廢棄的植物和動 物油脂等，根據不同的原料應採用不同的工藝組合來生產生物柴油。比如：
[0004] 以地溝油為原料時，由於地溝油的水分大、雜質含量多，酸值較高，酸值一般在 20mgK0H/g左右，一般採用鹼法催化製備生物柴油，其工藝流程大致如圖1所示。
[0005] 以酸化油為原料時，由於酸化油的機械雜質含量較大（如細白土顆粒），酸值一般 在80?160mgK0H/g左右，一般採用一步酸催化製備生物柴油，其工藝流程大致如圖2所 /_J、1 〇
[0006] 以廢棄的植物和動物油脂為原料時，由於廢棄的植物和動物油脂主要有廢煎炸 油、潲水油、廢牛羊油等，成分比較複雜，含有機械雜質、蛋白質、磷脂等混溶性雜質及少量 的水分，酸值一般在20?80mgK0H/Kg左右，一般採用先酸催化後鹼催化兩步法製備生物 柴油，其工藝流程大致如圖3所示。
[0007] 上述工藝互不通用，生產時需要將原料分門別類，再根據不同的原料採用相應的 工藝和設備來生產，導致生產線繁冗，生產工藝繁雜，生產和管理成本高，且按照上述各個 工藝製得的生物柴油普遍質量較差。目前還沒有一種能夠同時適用於地溝油、酸化油和廢 動植物油脂的製備生物柴油的方法。
【發明內容】
[0008] 為了克服上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種地溝油、酸化油、廢動 植物油脂製備生物柴油的方法，該方法可以採用地溝油、酸化油和廢動植物油脂中的任意 一種或二種以上的混合物作為原料，製備出產品質量明顯優於現有產品的生物柴油。
[0009] 為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：
[0010] 一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，包括以下步驟：
[0011] 步驟1、將原料油加熱至70?90°C後加入以原料油質量計為0. 05?0. 50%的磷 酸，保溫反應30?90min，再加入70?90°C的以原料油質量計為1?5%的水，保溫反應 30?90min，然後靜置2?10小時後進行離心分離；
[0012] 所述原料油選自地溝油、酸化油和廢動植物油脂中的一種或二種以上。
[0013] 步驟2、將離心分離後得到的油脂加熱汽化，加熱溫度不超過390°C，得到油脂蒸 汽；
[0014] 步驟3、將油脂蒸汽催化裂解成含碳量為5?18的烴油，然後冷凝、靜置分層，得到 上層的混合油；
[0015] 步驟4、採用酸催化法對混合油進行降酸值處理，其中，醇油摩爾比為1 : 1.5? 2. 1，酸性催化劑的用量以混合油質量計為0. 5?3%，反應溫度為65?70°C，反應時間為 2?3小時，反應完成後靜置分層，將上層的混合油分離出來加水洗滌，分層後分去水層，重 復洗滌過程直至水層的PH值為中性；
[0016] 步驟5、將洗滌後的混合油進行分餾，收集205°C以下的餾分為汽油，205?360°C 的餾分為生物柴油。
[0017] 本發明的有益效果在於：提供了一種可同時適用於地溝油、酸化油和廢動植物油 脂的製備生物柴油的方法，為企業簡化生產線、降低生產和管理成本提供了有力的技術支 持，大大提高了企業的經濟效益和生物柴油的技術水平，且製備出的產品具有以下優點：
[0018] 1、燃燒性能優於零號柴油，經燃燒試驗（即車載試驗、柴油發電機試驗）完全達到 柴油標準；
[0019] 2、淺色無味、無毒，對環境無汙染，可再生；
[0020] 3、經柴油車及柴油發電機實驗證明，本發明製備的生物柴油可直接用於柴油發動 機，無需調整，且在發動機上起動性能好，運轉平穩，積碳少，潤滑性能好；
[0021] 4、十六烷值高，含氧量高，燃燒性能佳；
[0022] 5、燃燒後產生的廢氣中有害氣體的含量比市面上的柴油低；
[0023] 6、可與石化柴油按任意比例混合，改善普通柴油性能。
[0024] 本發明全部採用生物質油料或動物油脂為原料生產出類似石化的汽油和柴油，與 天然礦物油（或石油）的組成結構和物理化學性質完全相同的汽油柴油。生物柴油可達 到一 10號柴油指標，可直接用作內燃機燃料油，是新能源的一條有效途徑，具有深遠的劃 時代的歷史意義和重大的現實意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1所示為以地溝油為原料採用鹼法催化製備生物柴油的工藝流程示意圖。
[0026] 圖2所示為以酸化油為原料採用一步酸催化製備生物柴油的工藝流程示意圖。
[0027] 圖3所示為以廢棄的植物和動物油脂為原料採用先酸催化後鹼催化兩步法製備 生物柴油的工藝流程示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 為詳細說明本發明的技術內容、所實現目的及效果，以下結合實施方式予以說明。
[0029] 本發明最關鍵的構思在於：以地溝油、酸化油、廢動植物油脂為主要原料，先經過 脫膠脫雜質處理，再汽化分離出重油，然後利用催化裂解的化學分解反應，將大分子的油脂 通過催化裂解、分子重排、脫去羧基和氧元素等反應機理，使動植物油脂轉變成油品的烴 類分子結構組成、冷凝點，密度、粘度、十六烷值和辛烷值等技術指標均合乎國家標準的汽 油和柴油要求的生物柴油。
[0030] 具體的，本發明提供的地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，包括 以下步驟：
[0031] 步驟1、將原料油加熱至70?90°C後加入以原料油質量計為0. 05?0. 50%的磷 酸，保溫反應30?90min，再加入70?90°C的以原料油質量計為1?5 %的水，保溫反應 30?90min，然後靜置2?10小時後進行離心分離；
[0032] 所述原料油選自地溝油、酸化油和廢動植物油脂中的一種或二種以上。
[0033] 步驟2、將離心分離後得到的油脂加熱汽化，加熱溫度不超過390°C，得到油脂蒸 汽；
[0034] 步驟3、將油脂蒸汽催化裂解成含碳量為5?18的烴油，然後冷凝、靜置分層，得到 上層的混合油；
[0035] 步驟4、採用酸催化法對混合油進行降酸值處理，其中，醇油摩爾比為1 : 1.5? 2. 1，酸性催化劑的用量以混合油質量計為0. 5?3%，反應溫度為65?70°C，反應時間為 2?3小時，反應完成後靜置分層，將上層的混合油分離出來加水洗滌，分層後分去水層，重 復洗滌過程直至水層的PH值為中性；
[0036] 步驟5、將洗滌後的混合油進行分餾，收集205°C以下的餾分為汽油，205?360°C 的餾分為生物柴油。
[0037] 在上述製備方法中，步驟1為脫膠、脫雜質步驟。由於原料油中含有較多的雜質如 食物殘渣、塑料及磷脂等，在進入汽化罐前必須先去除乾淨，否則在汽化罐中這些雜質會在 高溫下產生化學聚合反應，使油的粘度升高，同時包裹發熱管，使熱量無法散開，造成發熱 管局部高溫發生碳化，使油品顏色加深，影響成品品質。這些雜質又以磷脂為最難去除，磷 脂存在兩種磷脂，水化磷脂和非水化磷脂。水化磷脂可以通過加水去除，非水化磷脂可通過 加酸轉變成水化磷脂去除。使用的酸有多種，但最常用的酸是檸檬酸和磷酸。這些酸的加入 可提高水化效率。現有技術普遍採用水化法、飽和水蒸氣法或酸脫膠法去除磷脂。水化法 是將油和水都加熱到60?80°C，在攪拌狀態（攪拌強度150r/min)下將水加入油中，保溫 攪拌15min，磷脂水化成膠狀沉澱通過分離去除，每次加水量為地溝油的3?4%，水洗除膠 3次。水化法對親水性磷脂去除效果好，但很難除去非親水性磷脂。飽和水蒸氣法是將毛 油先進行水化脫膠，去除水化磷脂，得到水化脫膠油，再將水化脫膠油加熱至1 l〇°C，攪拌速 度90r/min，通入壓力0. 14MPa的飽和水蒸氣，水蒸氣量為油量的2%，通氣時間50min，然後 分離。飽和水蒸氣法對非親水性磷脂去除效果較好，對親水性磷脂也有一定的去除效果，但 工藝操作複雜，設備成本高，其原理是通過加熱將水由液態變為飽和水蒸氣，破壞H 20分子 間的氫鍵，使氫原子核裸露在外，具有類似質子的作用具有極高的能量，攻擊非水化磷脂中 的金屬離子，使磷脂酸與二價金屬離子解離，從而脫除大豆毛油中的非水化磷脂。酸脫膠法 是先水化脫膠，按照常規水化脫膠方法得到水化脫膠油，然後再將水化脫膠油加熱到80? 90°C，加入以油質量計為0. 05?0. 20%的磷酸充分混合後，滯留反應5?20min，再加入以 油質量計為1?5%的水，劇烈混合後再分離。酸脫膠法對親水性磷脂和非親水性磷脂的去 除效果均較好，但工藝仍然比較複雜，需要經過水化脫膠-加酸反應-水化-離心分離等多 個步驟，且對設備要求耐腐蝕，有酸性廢水產生，需處理。上述磷脂去除方法的優缺點如下 表1所示。
[0038] 表1現有的磷脂去除方法
[0039]
【權利要求】
1. 一種地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，其特徵在於，包括以下步 驟： 步驟1、將原料油加熱至70?90°C後加入以原料油質量計為0. 05?0. 50%的磷酸， 保溫反應30?90min，再加入70?90°C的以原料油質量計為1?5%的水，保溫反應30? 90min,然後靜置2?10小時後進行離心分離； 所述原料油選自地溝油、酸化油和廢動植物油脂中的一種或二種以上。 步驟2、將離心分離後得到的油脂加熱汽化，加熱溫度不超過390°C，得到油脂蒸汽； 步驟3、將油脂蒸汽催化裂解成含碳量為5?18的烴油，然後冷凝、靜置分層，得到上層 的混合油； 步驟4、採用酸催化法對混合油進行降酸值處理，其中，醇油摩爾比為1 : 1.5?2.1， 酸性催化劑的用量以混合油質量計為0. 5?3%，反應溫度為65?70°C，反應時間為2? 3小時，反應完成後靜置分層，將上層的混合油分離出來加水洗滌，分層後分去水層，重複洗 滌過程直至水層的PH值為中性； 步驟5、將洗滌後的混合油進行分餾，收集205°C以下的餾分和205?360°C的餾分，得 到生物柴油。
2. 根據權利要求1所述的地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，其特徵 在於：經步驟1的離心分離後得到的廢水進行中和及生化處理達標後排放。
3. 根據權利要求1所述的地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，其特徵 在於：所述步驟4中採用的醇為甲醇，酸性催化劑為硫酸。
4. 根據權利要求1所述的地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，其特徵 在於：所述步驟4中每次洗滌所用的水量為混合油質量的1/3,洗滌次數為3?4次。
5. 根據權利要求1所述的地溝油、酸化油、廢動植物油脂製備生物柴油的方法，其特徵 在於：所述步驟4中靜置分層後得到的下層水、醇及酸的混合液經中和後回收甲醇。
【文檔編號】C10G3/00GK104232141SQ201410507486
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優先權日:2014年9月28日
【發明者】畢天慶, 廖宏永 申請人:深圳市日東生物能源有限公司