CN101440298B - 基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法 - Google Patents
基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法 Download PDFInfo
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Abstract
基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法,它选取废油脂作主要原料,添加甲醇等催化剂进行反应,经选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏的六步法制成产品的技术方案;克服了采用传统制备方法生产的生物柴油,产量小,品种少,性能差,无法适应气温较低环境使用的缺陷;它扩大了传统生物柴油的功能,为生物柴油新品种的生产提供了一条新途径且产品性能稳定,适应性好,在室温至-20℃时不凝固,能和柴油任意混合,无毒无腐蚀性,不损耗机件,易生物降解,对环境友好,可全天候使用,有较高沸点,闪点,属非危险品,贮运安全,商业潜力巨大;本发明适合以废油脂作主要原料制备低冻点生物柴油的生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备-20#生物柴油的方法,尤其是一种基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法。
背景技术
现有用动植物油脂生产的生物柴油,主要成分为棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯。因油脂品种、产地、气候等差异、其中各种脂肪酸组份有很大差别,因此,生物柴油的组份和冻点也有很大不同。其中,棕榈酸甲酯的冻点:28.5℃~29.5℃,硬脂酸甲酯的冻点:37℃~38℃,油酸甲酯的冻点:-19.5℃~-20.5℃,亚油酸甲酯的冻点:-34℃~-35℃。当气温低于10℃时,生物柴油中高冻点的组份就会凝固为白色固体物析出,应用于柴油发动机时会阻塞油路,影响生物柴油在冬季的使用。
发明内容
针对上述情况,本发明的目的在于提供一种基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法,它既增加了生物柴油的品种、功能,又在环境温度降至-20℃时不凝固,能和柴油任意混合,无毒无腐蚀性,易生物降解,还有工艺简单,容易操作,生产成本低,产量大,产率高,贮运安全,原料来源广。
为实现上述目的,基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法,它选取废油脂作主要原料,添加甲醇、硫酸等催化剂进行反应,经六步法制成产品,其步骤如下:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水投入油脂逆流水解塔,水解;
②水解反应温度为200℃—250℃,压力为2.5MPa—3.0MPa,油与水的比例为1:0.4—0.5,反应时间为4—8小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为200℃—250℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物与甲醇混合,加入硫酸,酯化反应温度为70℃—85℃,反应时间为4—8小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物抽入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,反应温度为200℃—230℃,除去残渣,得生物柴油成品。
为实现上述目的,其进一步的措施是:
原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 11-15份
硫酸 0.2-0.4份
纯碱 0.1-0.25份
硫酸的浓度为93%浓度-98%浓度。步骤⑥的成品冻点为不高于-20℃。
本发明采用选取废油脂作主要原料,添加甲醇、硫酸等催化剂进行反应,经选料-水解-分馏-酯化-中和-脱醇-精馏-成品的六步法制成-20#生物柴油的技术方案,克服了采用传统制备方法生产的生物柴油,品种少,性能差,无法适应气温较低环境使用的缺陷。
本发明的有益效果:
(I)本发明充分利用废弃油脂作原料,扩大了传统生物柴油的功能,为生物柴油新品种的生产提供了-条新途径;(II)本发明以废油脂作主要原料,其制备工艺简单,操作容易,设备投资少,生产成本低,生产周期短,产量大,产率高,原料来源广;(III)本发明以废油脂为主要原料制得,其产品性能稳定,适应性好,在室温至-20℃时不凝固,酸值<1,色泽(铁钴比色法)<2,能和柴油任意混合,无毒无腐蚀性,不损耗机件,易生物降解,对环境友好,可全天候使用,有较高沸点,闪点,属非危险品,贮运安全,商业潜力巨大。
本发明适合以废油脂作主要原料制备低冻点生物柴油的生产。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的较优实施方式的图表法(一)。
图2为本发明的较优实施方式的图表法(二)。
具体实施方式
实施例1
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 15份
硫酸 0.4份
纯碱 0.25份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水,投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为210℃,压力为2.5MPa,油与水的比例为1:0.4,反应时间为8小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为200℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为70℃,反应时间为8小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为200℃,除去残渣,得产品。
实施例2
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 14.5份
硫酸 0.4份
纯碱 0.25份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为215℃,压力为2.55MPa,油与水的比例为1:0.45,反应时间为7小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为205℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为75℃,反应时间为6.5小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为210℃,除去残渣,得产品。
实施例3
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 13.5份
硫酸 0.35份
纯碱 0.22份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水,投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为225℃,压力为2.65MPa,油与水的比例为1:0.46,反应时间为5.5小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为215℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为78℃,反应时间为6小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为215℃,除去残渣,得产品。
实施例4
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 13份
硫酸 0.3份
纯碱 0.2份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水,投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为240℃,压力为2.8MPa,油与水的比例为1:0.47,反应时间为5小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为235℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为80℃,反应时间为5.5小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为228℃,除去残渣,得产品。
实施例5
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 12份
硫酸 0.28份
纯碱 0.18份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水,投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为245℃,压力为2.9MPa,油与水的比例为1:0.49,反应时间为4.5小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为245℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为82℃,反应时间为5小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为228℃,除去残渣,得产品。
实施例6
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 11份
硫酸 0.25份
纯碱 0.15份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水,投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为250℃,压力为3.0MPa,油与水的比例为1:0.5,反应时间为4小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为250℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为 85℃,反应时间为4小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为230℃,除去残渣,得产品。
实施例7
A、原料的组成为(体积单位):
油脂 100份
甲醇 13份
硫酸 0.2份
纯碱 0.25份。
B、制备-20#生物柴油的步骤:
I、工艺流程
选料—水解—分馏—酯化—中和—脱醇—精馏—成品;
II、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水,投入油脂逆流水解塔水解;
②水解反应温度为250℃,压力为3.0MPa,油与水的比例为1:0.5,反应时间为4小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为250℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸、亚麻酸混合物与甲醇混合,加入硫酸酯化,酯化反应温度为85℃,反应时间为4小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物投入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,温度为230℃,除去残渣,得产品。
以上实施例所用催化剂硫酸的浓度为93%浓度—98%浓度。
较优实施方式实例
1、将100份油脂(以废弃的食用油脂为例),加40份水,在压力2.5MPa,温度230℃的条件下,在水解塔内反应6小时,得粗脂肪酸90份,甘油水溶液50份;
2、将90份粗脂肪酸进入分馏塔,在塔体内真空残压<2毫米汞柱,温度225℃的条件下,进行脂肪酸分馏,得副产品棕榈酸、硬脂酸25份,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物65份;
3、将65份油酸、亚油酸和亚麻酸混合物和13份甲醇混合,加入0.2份93%浓度硫酸,在78℃下反应6小时,同时分成4份水。当酸值<1时,得酯化物68份;
4、在酯化物中加入0.25份纯碱进行中和除去游离酸,再进行脱除甲醇,回收甲醇6份;
5、脱醇后的酯化物,在真空残压<5毫米汞柱,温度215℃的条件下,进行精馏,除去残渣3份,得到本发明的低冻点生物柴油65份。
本发明基于精馏工艺从废油脂中制备的-20#生物柴油的技术指标如下。
1.比重:(20℃) 0.86-0.90
2.闪点:℃ 110-150
3.冻点:℃ ≤-20
4.酸值:mg KOH/g ≤1
5.酯含量:% ≥98
6.水份:% ≤0.1。
Claims (4)
1.基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法,其特征在于它选取废油脂作主要原料,添加甲醇、硫酸催化剂进行反应,经六步法制成产品,其步骤如下:
Ⅰ、工艺流程
选料-水解-分馏-酯化-中和-脱醇-精馏-成品;
Ⅱ、操作步骤
①选取废弃动、植物油脂作原料和清水投入油脂逆流水解塔,水解;
②水解反应温度为200℃-250℃,压力为2.5MPa-3.0MPa,油与水的比例为1:0.4-0.5,反应时间为4-8小时,分离得到粗脂肪酸与甘油水溶液;
③取上述粗脂肪酸投入分馏塔进行分馏,反应条件为塔体内真空残压<2毫米汞柱,蒸馏温度为200℃-250℃,使脂肪酸分馏,得油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物及副产品棕榈酸、硬脂酸;
④取上述油酸、亚油酸和亚麻酸的混合物与甲醇混合,加入硫酸,酯化反应温度为70℃-85℃,反应时间为4-8小时,同时得酯化物和水;
⑤于上述酯化物中加入纯碱进行中和后,先除去游离酸,再进行脱除甲醇,并回收甲醇;
⑥上述脱醇后的酯化物抽入精馏塔进行精馏,精馏反应条件为塔体内真空残压<5毫米汞柱,反应温度为200℃-230℃,除去残渣,得生物柴油。
3.根据权利要求1所述的基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法,其特征在于硫酸的浓度为93%-98%。
4.根据权利要求1所述的基于精馏工艺从废油脂中制备-20#生物柴油的方法,其特征在于步骤⑥的成品冻点为不高于-20℃。
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