一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法
2024-01-28 08:07:15
專利名稱：：一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法
技術領域：
：本發明涉及一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的生產方法。該發明特別適用於各種廢油脂如下腳料、餐飲油、地溝油、皂腳等的資源化利用，在反膠束催化體系中直接將廢油脂轉化為日益緊張的柴油替代品-生物柴油。
背景技術：
：能源短缺和環境汙染是人類面臨的重大挑戰。人們賴以生存的化石燃料正面臨枯竭，同時化石燃料的使用也造成了嚴重的環境汙染問題，例如大量烴類、芳香類、酚類化合物以及二氧化硫、氮氧化物和溫室氣體的排放，己威脅到人類的生存環境。尋找非石油資源、非石油能源生產化工產品和燃料，發展再生能源及其相關產業，創建可持續發展的循環經濟模式，已成為當今能源和環境領域中的研究熱點。生物柴油，廣義上講包括所有用生物質為原料生產的替代燃料。狹義的生物柴油又稱燃料甲酯，生物甲酯或酯化油脂，是通過以不飽和油酸C18為主要成分的甘油脂類油脂與低碳醇經轉酯化反應獲得的。其原料來源廣泛，各種食用油及餐飲廢油、屠宰場剩餘的動物脂肪甚至一些油籽和樹種，都含有豐富的脂肪酸甘油酯類，適宜作為生物柴油的來源。生物柴油主要是通過酯基轉移化的工藝來製備。所謂酯基轉移作用即是通過甲醇或者是乙醇，將甘油三酸酯的甘油酯基取代下來，形成長鏈脂肪酸甲酯或乙酯。經過酯基轉移反應之後，一個植物油的大分子被分成三個單獨的脂肪酸甲酯或乙酯，從而降低了碳鏈的長度，降低了粘度，增加了流動性，同時生成有用的副產物-甘油。酯交換法主要有酸催化酯交換、鹼催化酯交換、酶法催化酯交換、相轉移體系催化酯交換和超臨界酯交換等六種方法。但這些工藝對原料要求高，一般只能適用於植物油。現階段阻礙我國生物柴油發展的主要因素有兩個。一是原料緊張，特別是像歐美那樣利用植物油生產生物柴油在中國巳經不可能，進口棕櫚油的價格壓力也十分巨大，因此利用廢油脂生產生物柴油將持續一個相當長的時期。二是原來適用於植物油的生產工藝巳經不適合以廢油脂為原料的生物柴油的工業生產需要。廢油脂原料的複雜性迫切需要新的工藝來保證生物柴油的利潤空間。
發明內容本發明的目的是提供一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的生產方法。本發明的目的是這樣實現的一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法，a、廢油脂的酸化將計量好的廢油脂打入水解鍋中，加入濃度為60—80%的硫酸，硫酸加入量為廢油脂重的1%10%，用蒸汽翻煮O.5—2小時,使皂腳完全酸化，靜置後放出下層廢水及中間層，用鹽水水洗上部分油層,加入的鹽水量為鍋內物料重量的20—40%，開蒸汽翻煮5—60分鐘，靜置後放出下層廢水，上層即為酸化油；b、反相膠束體系的配製將表面活性劑與水、低碳醇混合，表面活性劑用量為廢油脂重量的0.5-10%，醇用量為酸化油重量的10-50%，在1500-3000轉/分鐘攪拌均勻後，緩慢加入油脂，形成反膠束催化反應體系；c、膠束催化反應將配製好的反膠束催化乳濁液，攪拌下，升溫回流3—10小時，靜置後放出下層酸水並收集起來，飽和鹽水洗23次，每次加水量為粗脂肪酸量的30%左右，放下層廢水；重複上述操作,直至放出的廢水呈中性，下層為含有甘油的水層，水經過處理後循環使用，上層為粗品生物柴油，送去脫水蒸餾；d、減壓蒸餾將生物柴油粗品，打入蒸餾塔，常壓下蒸除水分，在0.001-0.0001Mpa下，收集200-250度餾份，得純品生物柴油。反膠束催化劑由表面活性劑、酸或鹼和水的組成，表面活性劑酸或鹼水的質量比為1:2:4~1:2:10。表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑，如十六烷基三甲基溴化銨、吐溫80、聚乙二醇、十二垸基硫酸銨、十二垸基硫酸鹽、十二烷基磺酸鹽等；酸為各種無機酸或有機酸，如鹽酸、硫酸、磷酸、乙酸或甲酸；鹼為各種無機鹼或有機鹼，如氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、甲醇鈉、乙胺或乙二胺。廢油脂的酸化步驟中蒸汽翻煮時間為45分鐘，溫度為UCTC。反相膠束體系的配製步驟中所採用的低碳醇為甲醇或乙醇。本發明所提供的利用反膠束催化劑製備生物柴油的生產方法，通過對各種廢油脂的簡單蒸煮，經過反膠束化、酯化、減壓蒸餾等工藝過程，得到成品生物柴油，工藝線路簡單、可靠，生產效率高，能耗低，廢水排放少。具體實施例方式本發明中原材料的選擇廢油脂來自餐飲廢油、植物油廠廢油等。本發明的工藝操作如下一、廢油脂的酸化將計量好的廢油脂打入水解鍋中，根據油脂中含水量多少，確定硫酸的濃度，一般在70%，其加入量為1%10%(以油脂重計)。打開蒸汽閥，用蒸汽翻煮lh左右，使皂腳完全酸化,然後靜置O.5小時左右，放出下層廢水及中間層。用熱鹽水水洗，鹽水為氯化鈉水溶，加水量為鍋內物料量的30%左右，開蒸汽翻煮IOmin,靜置20min左右，放出下層廢水。洗滌的目的是洗去脂肪層中的無機鹽。上層即為酸化油。實際生產中以在IIO'C蒸煮45分鐘效果最佳。二、反相膠束體系的配製現將表面活性劑與水、低碳醇混合，低碳醇採用甲醇或乙醇，表面活性劑用量為油量的0.5-10%。醇用量為酸性油量的10-50%，在1500-3000轉/分鐘攪拌均勻後，緩慢加入油脂，形成反膠束催化反應體系。三、膠束催化反應將配製好的反膠束催化乳濁液，攪拌下，升溫回流8h,然後靜置50tnin,放出下層酸水並收集起來。飽和鹽水洗23次，每次加水量為粗脂肪酸量的30%左右,放下層廢水。重複上述操作,直至放出的廢水呈中性。下層為含有甘油的水層，水經過處理後循環使用。上層為粗品生物柴油,送去脫水蒸餾。四、減壓蒸餾將生物柴油粗品，打入蒸餾塔，常壓下蒸除水分，在0.001-0.0001Mpa下，收集200-250度餾份，得純品生物柴油，總收率在75%以上，釜內植物瀝青供公路返修用或作為燃料。五、油醇比、反應時間、濃硫酸量、反膠束催化劑用量等對生物柴油產率的影響實現發現，生物柴油的產率會受到油醇比、反應時間等因素的影響。按照表l的方案設計進行正交試驗，結果見表2。表l酸化油製取生物柴油因素及水平表tableseeoriginaldocumentpage5表2正交試驗結果tableseeoriginaldocumentpage6表3各因素對酸化油水解反應的影響度因素偏差平方和自由度F比F臨界值顯著性1-5一T^7W——"20,965227.57119.000*31.083214.37119.000誤差0.04230.94319.000*各因素對酸化油水解反應影響的主次順序為；油醇比〉反應時間〉硫酸量〉催化劑用量；油醇比和反應時間對水解反應具有顯著性效果(見表3)。實施例一將1噸地溝油加入70%的硫酸70公斤，通入蒸汽在110度下翻煮2小時，水洗，分離得到酸性油層。然後緩慢加入油量的70公斤的十六垸基三甲基溴化銨和300公斤甲醇，在2500轉/分鐘攪拌，形成反膠束催化反應體系後，加熱回流5小時，水洗，靜置，得到生物柴油粗品，在0.008Mpa下，收集200-230。C餾份，得純品生物柴油，總收率在82.2%。實施例二將1噸皂角油加入60%的硫酸100公斤，通入蒸汽翻煮1小時，水洗，分離得到酸性油層。然後緩慢加入油量的70公斤的吐溫80和聚乙二醇以及300公斤甲醇，在1500轉/分鐘攪拌，形成反膠束催化反應體系後，加熱回流7小時，水洗，靜置，得到生物柴油粗品，在0.001Mpa，200-250t:下經過蒸餾，得純品生物柴油，總收率在85.7%。實施例三將1噸油廠下腳料加入70%的硫酸100公斤，通入蒸汽在110度下翻煮1小時，水洗，分離得到酸性油層。然後緩慢加入油量的70公斤的十六烷基硫酸鈉和200公斤甲醇，在3000轉/分鐘攪拌，形成反膠束催化反應體系後，加熱回流8小時，水洗，靜置，得到生物柴油粗品，在0.007Mpa，200-230'C下經過蒸餾，得純品生物柴油，總收率在78.2%。實施例四將1噸潲水油加入80%的硫酸80公斤，通入蒸汽在110度下翻煮0.5小時，水洗，分離得到酸性油層。然後緩慢加入油量的50公斤的十六垸基三甲基溴化銨和十二烷基硫酸鈉和400公斤甲醇，在2800轉/分鐘攪拌，形成反膠束催化反應體系後，加熱回流10小時，水洗，靜置，得到生物柴油粗品，在0.0001Mpa，200-250'C下經過蒸餾，得純品生物柴油，總收率在89.3%。本發明中採用表面活性劑，酸和鹼也可以是以下物質表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑，如十六垸基三甲基溴化銨、吐溫80、聚乙二醇、十二烷基硫酸銨、十二烷基硫酸鹽、十二烷基磺酸鹽等；酸為各種無機酸或有機酸，如鹽酸、硫酸、磷酸、乙酸或甲酸；鹼為各種無機鹼或有機鹼，如氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、甲醇鈉、乙胺或乙二胺。權利要求1、一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法，其特徵在於a、廢油脂的酸化將計量好的廢油脂打入水解鍋中，加入濃度為60-80％的硫酸，硫酸加入量為廢油脂重的1％～10％，用蒸汽翻煮0.5-2小時，使皂腳完全酸化，靜置後放出下層廢水及中間層，用鹽水水洗上部分油層，加入的鹽水量為鍋內物料重量的20-40％，開蒸汽翻煮5-60分鐘，靜置後放出下層廢水，上層即為酸化油；b、反相膠束體系的配製將表面活性劑與水、低碳醇混合，表面活性劑用量為廢油脂重量的0.5-10％，醇用量為酸化油重量的10-50％，在1500-3000轉/分鐘攪拌均勻後，緩慢加入油脂，形成反膠束催化反應體系；c、膠束催化反應將配製好的反膠束催化乳濁液，攪拌下，升溫回流3-10小時，靜置後放出下層酸水並收集起來，飽和鹽水洗2～3次，每次加水量為粗脂肪酸量的30％左右，放下層廢水；重複上述操作，直至放出的廢水呈中性，下層為含有甘油的水層，水經過處理後循環使用，上層為粗品生物柴油，送去脫水蒸餾；d、減壓蒸餾將生物柴油粗品，打入蒸餾塔，常壓下蒸除水分，在0.001-0.0001Mpa下，收集200-250度餾份，得純品生物柴油。2、根據權利要求l所述的利用反膠束催化劑生產生物柴油的方法，其特徵在於反膠束催化劑由表面活性劑、酸或鹼和水的組成，表面活性劑酸或鹼水的質量比為1:2:4~1:2:10。3、根據權利要求2所述的利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法，其特徵在於表面活性劑為陽離子表面活性劑、陰離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑，如十六垸基三甲基溴化銨、吐溫80、聚乙二醇、十二垸基硫酸銨、十二烷基硫酸鹽、十二垸基磺酸鹽等；酸為各種無機酸或有機酸，如鹽酸、硫酸、磷酸、乙酸或甲酸；鹼為各種無機鹼或有機鹼，如氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀、甲醇鈉、乙胺或乙二胺。4、根據權利要求l所述的利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法，其特徵在於廢油脂的酸化步驟中蒸汽翻煮時間為45分鐘，溫度為ll(TC。5、根據權利要求1所述的利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法，其特徵在於反相膠束體系的配製步驟中所採用的低碳醇為甲醇或乙醇。全文摘要一種利用反膠束催化劑製備生物柴油的方法。該發明特別適用於各種廢油脂，如油廠下腳料、餐飲油、地溝油、皂腳、潲水油等的資源化利用，在反膠束催化體系中直接將廢油脂轉化為日益緊張的柴油替代品-生物柴油。反膠束催化劑為表面活性劑、水和醇以適當比例構成。其工藝為將廢油脂加入硫酸，通入蒸汽翻煮，水洗，分離得到酸化油層。然後緩慢加入油量的0.5-10％的反膠束催化劑和酸化油量的10-50％醇，在1500-3000轉/分鐘攪拌，形成反膠束催化反應體系後，加熱回流3小時-10小時，水洗，靜置，得到生物柴油粗品，在0.001-0.0001MPa，200-250℃下經過蒸餾，得純品生物柴油，總收率在75％以上。該工藝線路簡單、可靠，生產效率高，能耗低，廢水排放少。文檔編號C11B13/00GK101294098SQ20081004807公開日2008年10月29日申請日期2008年6月16日優先權日2008年6月16日發明者晶曾,李德瑩,塗志英,田毅紅,龔大春申請人:三峽大學