[发明专利]一种生产生物柴油和三醋酸甘油酯的方法

说明书

一种生产生物柴油和三醋酸甘油酯的方法是将油脂、醋酸和催化剂充分混合，配成催化反应体系，120‑250℃下反应0.2‑10小时，反应结束后分离反应产物,得到长链脂肪酸和三醋酸甘油酯，分离得到的长链脂肪酸与甲醇发生酯化反应，得到长链脂肪酸甲酯即生物柴油。本发明具有生产成本低，无污染的优点。

技术领域

本发明属于可再生资源领域，涉及一种生产生物柴油和三醋酸甘油酯的方法。

技术背景

生物柴油本质上是利用废弃油脂与甲醇或者乙醇经过催化酯交换得到的碳数 为16-22的长链脂肪酸与甲醇或乙醇形成的酯类化合物。生物柴油是典型的“绿 色能源”，具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好等优点，原料来源 广泛，而且具有可再生性。因此其产量在全球范围内快速增长，据全球可再生能 源网公布的统计数据，全球生物柴油产量从2000年的70.40万吨增长到2015年 2648.80万吨，年均复合增长率为27.36％。在我国国内生物柴油市场自2006年 起真正进入蓬勃发展时期。动植物油脂每生产9吨生物柴油，就会副产1吨的甘 油，而甘油的催化转化成为缓解生物柴油成本压力的重要过程。

三醋酸甘油酯是一种重要的化工溶剂、试剂和定香剂，目前的生产方法主要 是利用甘油与醋酸和醋酸酐催化酯化得到，也有用三氯乙烷与醋酸或者甘油与乙 酰基氯脱氯化氢制得，总体来说其生产成本高，而且全生产过程中不可避免有小 分子有毒物质的排放问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生产成本低，无污染的生产生物柴油并经济高效生 产三醋酸甘油酯的方法。

常规的生物柴油和三醋酸甘油酯的制备方法是油脂催化酯交换生成长链脂肪 酸甲酯和甘油，甘油与醋酸反应生成单醋酸甘油酯和二醋酸甘油酯的混合物，而 后单醋酸甘油酯和二醋酸甘油酯的混合物与醋酸酐反应，生成三醋酸甘油酯。这 个工艺的问题关键是甘油与醋酸生产三醋酸甘油酯的酯化反应进行不彻底，需要 高成本的醋酸酐参与反应，而且工艺过程复杂，操作成本高。此问题有两个化学 本质原因：第一，甘油与醋酸脱水酯化是一个可逆反应，生成的水份严重影响反 应的进行程度，因此往往需要将反应过程中生成的水份及时从体系中分离出去， 这对于与水完全互溶的醋酸体系往往是巨大的挑战；第二，像甘油这样的三官能 团分子，羟基上氢原子半径远小于乙酰基半径，随着甘油分子羟基上的氢原子逐 步被乙酰基取代，其反应位阻效应迅速上升，使得甘油很难通过常规的工艺与醋 酸彻底酯化，反应产物往往主要是一醋酸甘油酯和二醋酸甘油酯，为了提高三醋 酸甘油酯的产率，往往还需要加入大量醋酸酐。由于醋酸酐参与反应过程不生产 水，大大缓解了可逆反应的限制。但是醋酸酐通常是由醋酸经过高温裂化生成乙 烯酮，乙烯酮再经过一系列工艺才合成制得，其原料成本较高，工艺也较复杂。

本发明利用动植物油脂与醋酸在催化剂的作用下直接反应，生成长链脂肪酸和三醋酸甘油酯，这是一个酰基交换的反应过程。动植物油脂中的脂肪酸都是碳原 子数为16-22的长链脂肪酸，相对于醋酸其位阻大得多，相应分子内张力也大得 多。与甘油酯化生成三醋酸甘油酯不同，动植物油脂的乙酰交换反应是分子内张 力逐渐减小的过程，催化反应位阻逐渐下降的过程，所以一旦醋酸取代一个长链 脂肪酸生成单醋酸油脂之后，进一步反应会更加容易，以此类推，生成三醋酸甘 油酯是此反应的优势产物。另外，在反应过程中不会产生水，生成的长链脂肪酸 不溶于醋酸和三醋酸甘油酯，所以反应基本不受平衡的限制。得到的长链脂肪酸 可通过常规的甲酯化工艺得到生物柴油。

本发明具体包括如下步骤：

(1)将油脂、醋酸和催化剂充分混合，配成催化反应体系；

(2)在120-250℃下反应0.2-10小时，反应结束后分离反应产物,得到长链 脂肪酸和三醋酸甘油酯；

(3)分离得到的长链脂肪酸与甲醇发生酯化反应，得到长链脂肪酸甲酯即生 物柴油。

步骤(1)所述的油脂为脂肪酸与甘油结合构成的酯类化合物，可以是动物油 脂、植物油脂、废弃油脂中的一种或几种；