[发明专利]一种制备高纯度生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备高纯度生物柴油的方法，该方法利用毛油(例如地沟油、酸化油等)等廉价原料通过预酯化和酯交换反应获得高纯度脂肪酸甲酯(即生物柴油)。

背景技术

能源是国家发展的命脉。随着社会经济的飞速发展，目前大量使用的石油、天然气、煤炭等化石资源日益短缺。同时，大量化石资源的使用对环境带来诸多的危害，如温室效应、酸雨等。此外，餐饮业、食品业等相关产业每天都会产生大量的废动植物油，这些废油一般都会含有大量的杂质，一部分被回收用于制作肥皂，一部分未经过回收和处理而直接排放，从而造成环境污染，而且还有一部分流回餐桌。因此，如何使废动植物油得到充分、有效的利用，减少废动植物油对水域等环境的污染和人体的伤害，保证食品安全从而实现资源的循环利用已越来越受到人们的关注。

生物柴油即脂肪酸甲酯，化学分子式为RCOOCH₃(其中R为C_12～17)，其主要是由植物油(米糠油、棉籽油、海甘蓝、花生油、菜籽油、大豆油、葵花籽油等)或动物脂肪为原料制成，是从可再生的生物质资源中所获得的一种性质近似于柴油的柴油替代品，是一种生物质可再生能源。其主要成分是长链脂肪酸所形成的甲酯或乙酯等酯类物质。生物柴油利用甲醇或乙醇等醇类物质与天然植物油或动物脂肪中主要成分甘油三酸酯(Triglyceride)发生酯交换反应(Transesterification)，利用甲氧基取代长链脂肪酸上的甘油基，将甘油酸酸酯断裂为多个长链脂肪酸甲酯，从而减短碳链长度，降低油料的粘度，改善油料的流动性和汽化性能，达到作为燃料使用的要求。

与化石柴油相比，生物柴油由于其相近的发火性能、热值和动力特性，而且生物柴油对发动机腐蚀性远远小于化石柴油，其安全性比化石柴油高，无须对现有的柴油发动机进行任何的改进，就可将生物柴油作为燃料直接使用，不会对发动机造成任何有害的影响。而且，生物柴油可以以任何比例与化石柴油相混合，不但可以减少尾气中对环境有害物质的排放，并且可以有效的降低使用成本，减少对化石能源的过度依赖。

由于生物柴油来源于可再生的生物质资源，因此其中不含化石柴油中所常见的硫、芳香烃等物质，其碳链短、本身含氧、燃烧充分，经燃烧后不会产生SO_X、芳香烃、多环芳烃等大气污染物质，废气物平均降低45％以上，可有效地减少尾气对环境的危害。使用生物柴油可有效地降低尾气中CO、TPM的浓度，对温室效应的贡献仅是化石柴油的25％或者更低。而且，与化石柴油相比，生物柴油还具有良好的生物可降解性。

生物柴油具有优良的环保性能，含硫量低，二氧化硫和硫化物的排放比普通柴油减少约30％，含氧量可达11％，点火性能好，故燃烧时排出的HC、CO等有害物比普通柴油大大减少，由于其排放不含二氧化硫、铅、卤等有害物，非常有利于环境保护。因此，生物柴油是一种可再生的、环境友好燃料，具有良好的应用前景。

目前制备生物柴油的方法主要有：1)利用油脂与甲醇在酸性催化剂的存在下进行酯化反应的酯化法；2)利用油脂与甲醇在碱性催化剂的存在下进行酯交换反应的酯交换法；3)对于地沟油等杂质多，尤其是游离脂及酸含量较高的废油，不能直接采用碱性催化进行酯交换反应，一般先进行酯化，然后再进行碱催化酯交换。

中国专利申请CN 101906355A公开了一种利用餐厨垃圾回收油制备生物柴油的方法，该方法采用1.5wt％98％浓硫酸预处理餐饮废油，然后在65℃的温度下使用原料重量的5wt％浓硫酸酯化2h，其后进入酸催化沉降分离器在65℃的温度下使用原料重量1％的95％固体氢氧化钠进行酯交换30分钟，然后通过碱催化沉降分离器分离粗生物柴油，将获得的粗生物柴油在水洗中和塔中用粗生物柴油体积的3％的98％浓硫酸洗涤，再经水洗后将上层的生物柴油加热蒸馏获得终产品。该方法在不同的反应釜中分别进行酯化和酯交换反应，并通过两个沉降分离器分离中间产物，增加了设备成本和能耗；该方法在酯交换后需要水洗中和，前后加入的浓硫酸总量达到了原料的9.5％，造成在水洗过程中产生大量酸水，因此在后期污水处理中需要大量碱进行中和，增加了处理成本；另一方面，单独使用氢氧化钠作为催化剂在实际应用中存在一些问题：1.氢氧化钠与甲醇的溶解时间长，溶解率低；2.酯交换反应不够充分；3.钠盐易结块，当在以大豆酸化油作为原料时酯交换反应过程中会产生严重的堵塞管道的情况，因此并不能广泛地适用于各种原料；4.反应生成的甘油与脂肪酸甲酯分离的速度较慢。