一種提煉生物柴油的方法與流程
2023-06-27 06:13:01
本發明涉及生物能源領域，特別涉及一種提煉生物柴油的方法。
背景技術：
隨著現代工業的發展和人口的急劇增加，全世界對能源的需求量越來越大，也加大了對地球資源的開採和利用，能源和環境問題成為人類關注的焦點。據相關的評估報告，按照目前的速度，世界傳統石油資源將在40年後用盡。隨著石油和煤炭資源的枯竭及其燃燒對空氣的汙染，世界各國正積極開展可再生新資源的開發和利用。
生產生物柴油的常見方法是酯交換法，是採用油脂與甲醇在酸或鹼催化條件下加熱反應生成脂肪酸甲酯後分離的過程。微藻製備生物柴油傳統方法是將提取出來的微藻油脂通過酸催化反應來製備生物柴油。由於在水含量高環境中利於微藻生長，因而收穫的微藻的含水量通常較高，在進行提油之前都必須經過充分的乾燥，而乾燥操作成本較大，可佔到生物柴油生產成本的三分之一到一半。
原位萃取酯交換反應是用含油原料與酸化的醇類接觸直接反應，醇既是提取溶劑，又是反應物，且產物得到的脂肪酸甲酯含量高。研究表明，與傳統的生物柴油製備路線相比，在生物質中油脂直接醇解製備生物柴油的產率提高20％。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠提高收穫率且製備方法簡單的提煉生物柴油的方法。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案為：一種提煉生物柴油的方法，其創新點在於，經過破碎微藻、抽取藻漿、原位萃取和分離純化步驟，完成生物柴油的提煉，所述具體步驟如下：
（1）破碎微藻：在收穫微藻後，將藻液通入破碎池中，使用超聲波破碎微藻；
（2）抽取藻漿：將破碎微藻後的藻液通過水泵流入沉澱池內，進行自然沉澱，形成上下分層，所述上層液為水，下層液為藻漿，將下層藻漿抽取至反應罐中；
（3）原位萃取：在放置有藻漿的反應罐中加入反應劑和萃取劑，進行加熱，保持所述反應罐中的溫度為80-90℃，邊攪拌邊進行原位萃取；
所述反應劑為甲醇與濃硫酸的混合物，所述濃硫酸與甲醇的體積比為0.01-0.03:1，所述濃硫酸為催化劑，所述萃取劑為正己烷，所述反應劑與萃取劑的體積比為1:1，所述反應劑與藻漿的體積比為1.5：1；
（4）分離純化：完成萃取後，將萃取後的上層液抽入收集罐中，邊加熱邊進行攪拌，所述萃取劑蒸發進入冷凝器，所述收集罐中剩下的即為生物柴油。
進一步的，所述步驟（3）的萃取劑需要4-6h更換一次。
本發明的優點在於：
（1）相對於傳統的方法，本方法不需要引進額外的試劑，就可以得到濃縮藻漿，收穫效率極高。
（2）相對於傳統的方法，本方法可直接使用溼藻，省去了微藻的乾燥步驟，收穫的藻漿直接進行油脂的生產，減少了生產成本，簡化步驟並節約了時間。
（3）相對於傳統的方法，本方法採用原位酯交換反應產生生物柴油，微藻油脂的提取與酯化同步進行，降低了物料的損耗，步驟簡潔高效。
（4）相對於傳統的方法，本方法向反應體系中同時加入反應劑與萃取劑，萃取劑需要2-4h更換一次以減少其他產物量，使得酯化反應正向進行。
具體實施方式
下面的實施例可以使本專業的技術人員更全面地理解本發明，但並不因此將本發明限制在所述的實施例範圍之中。
實施例1
一種提煉生物柴油的方法，經過破碎微藻、抽取藻漿、原位萃取和分離純化步驟，完成生物柴油的提煉，具體步驟如下：
（1）破碎微藻：在收穫微藻後，將藻液通入破碎池中，使用超聲波破碎微藻。
（2）抽取藻漿：將破碎微藻後的藻液通過水泵流入沉澱池內，進行自然沉澱，形成上下分層，上層液為水，下層液為藻漿，將下層藻漿抽取至反應罐中。
（3）原位萃取：在放置有藻漿的反應罐中加入反應劑和萃取劑，反應劑為甲醇與濃硫酸的混合物，濃硫酸與甲醇的體積比為0.01:1，濃硫酸為催化劑，萃取劑為正己烷，反應劑與萃取劑的體積比為1:1，反應劑與藻漿的體積比為1.5：1，進行加熱，保持反應罐中的溫度為70℃，邊攪拌邊進行原位萃取，每4h更換一次萃取劑。
（4）分離純化：完成萃取後，將萃取後的上層液抽入收集罐中，一邊加熱一邊攪拌，萃取劑蒸發進入冷凝器，收集罐中剩下的即為生物柴油。
結論：本實施例的提煉生物柴油的方法，步驟簡單，操作簡便，生物柴油產率為23%，相比於微藻的粗油脂產率，柴油轉化率接近100%。
實施例2
一種提煉生物柴油的方法，經過破碎微藻、抽取藻漿、原位萃取和分離純化步驟，完成生物柴油的提煉，具體步驟如下：
（1）破碎微藻：在收穫微藻後，將藻液通入破碎池中，使用超聲波破碎微藻。
（2）抽取藻漿：將破碎微藻後的藻液通過水泵流入沉澱池內，進行自然沉澱，形成上下分層，上層液為水，下層液為藻漿，將下層藻漿抽取至反應罐中。
（3）原位萃取：在放置有藻漿的反應罐中加入反應劑和萃取劑，反應劑為甲醇與濃硫酸的混合物，甲醇與濃硫酸的體積比為0.02:1，濃硫酸為催化劑，萃取劑為正己烷，反應劑與萃取劑的體積比為1:1，反應劑與藻漿的體積比為1.5：1，進行加熱，保持反應罐中的溫度為80℃；
（4）分離純化：完成萃取後，將萃取後的上層液抽入收集罐中，一邊加熱一邊攪拌，萃取劑蒸發進入冷凝器，收集罐中剩下的即為生物柴油。
結論：本實施例的提煉生物柴油的方法，步驟簡單，操作簡便，生物柴油產率為20%，相比於微藻的粗油脂產率，柴油轉化率為73%。
實施例3
一種提煉生物柴油的方法，經過破碎微藻、抽取藻漿、原位萃取和分離純化步驟，完成生物柴油的提煉，具體步驟如下：
（1）破碎微藻：在收穫微藻後，將藻液通入破碎池中，使用超聲波破碎微藻。
（2）抽取藻漿：將破碎微藻後的藻液通過水泵流入沉澱池內，進行自然沉澱，形成上下分層，上層液為水，下層液為藻漿，將下層藻漿抽取至反應罐中。
（3）原位萃取：在放置有藻漿的反應罐中加入反應劑和萃取劑，反應劑為甲醇與濃硫酸的混合物，甲醇與濃硫酸的體積比為0.03:1，濃硫酸為催化劑，萃取劑為正己烷，反應劑與萃取劑的體積比為1:1，反應劑與藻漿的體積比為1.5：1，進行加熱，保持反應罐中的溫度為75℃，邊攪拌邊進行原位萃取，每6h更換一次萃取劑。
（4）分離純化：完成萃取後，將萃取後的上層液抽入收集罐中，邊加熱邊進行攪拌，萃取劑蒸發進入冷凝器，收集罐中剩下的即為生物柴油。
結論：本實施例的提煉生物柴油的方法，步驟簡單，操作簡便，生物柴油產率為18%左右，相比於微藻的粗油脂產率，柴油轉化率接近73%。
以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特徵。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。