CN104560408A - 一种生物柴油的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种生物柴油的制备方法，包括如下步骤：（1）含有脂肪酸甘油三酯的动、植物油或脂及具有1～4个碳原子的一元醇在有机碱催化剂的作用下进行酯化反应；（2）分离步骤（1）的酯化产物，得到具有1～4个碳原子的一元醇、粗甘油及含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂；（3）向步骤（2）分离得到的含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂中加水并搅拌混合，加入水量为含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂质量的1%～20%，混合温度为25℃～100℃；（4）向步骤（3）的物料中加入步骤（2）分离出的粗甘油经搅拌混合后静置分层，得到酯相和甘油相，酯相经减压蒸馏即得到酸值合格的生物柴油产品，甘油相处理后可得到脂肪酸和甘油。该方法能够生产出低酸值的生物柴油，具有操作简单、成本低等优点。

Description

一种生物柴油的生产方法
技术领域
本发明涉及一种生物柴油的生产方法，具体地说涉及一种低酸值生物柴油的生产方法。 
背景技术
脂肪酸甘油三酸酯，特别是动、植物脂和油，用低分子量一元醇进行酯交换反应得到的甲脂，与从石油馏分中得到的柴油具有相似的性质，可以作为燃料使用，一般将用这种方法得到的燃料称为生物柴油。 
通过油脂的酯交换反应生产的生物柴油具有以下优点：1)有优良的环保特性。生物柴油含硫量低，也不含对环境造成污染的芳香烃。2)有较好的发动机低温启动性能，无添加剂时冷凝点达-20℃。3)有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长其使用寿命。4)有较好的安全性能，其闪点高，不属于危险品。5)有良好的燃料性能，其十六烷值高，燃烧性能优于普通柴油。6)具有可再生性。生物柴油作为一种可再生能源，其资源不会枯竭。 
CN1408701A公开了一种制备脂肪酸酯的方法和装置。在超临界状态和催化剂存在的条件下，使用该发明的反应器，来制备脂肪酸酯。其中把含有未反应的反应物和/或中间产物的反应混合物再循环回反应器。该方法优选的温度240℃～400℃，更优选的温度为245℃～350℃，优选的反应压力为0.5MPa～25MPa，更优选的反应压力为2MPa～22MPa，特别优选8MPa～20MPa。 
CN1408701A也公开了一种制备脂肪酸酯的方法和含脂肪酸酯的燃料。该脂肪酸酯是在无催化剂存在下，油脂和醇两者之一是超临界状态的条件下，油脂和醇反应制备的。该方法优选反应温度不超过400℃，优选的反应压力为0.4MPa～25.0MPa。 
CN1230945A公开了一种从脂肪酸甘油三酸酯，尤其是动物或植物脂和油，在均相或异相催化剂存在下与一种低分子量一元醇通过转酯化生产脂肪酸酯的方法。按照该方法生成的脂肪酸酯是被一种萃取剂从反应混合物中萃取出来，这样得到的脂肪酸酯纯度较高。作为萃取剂最好用一种在20℃时具有折算温度约0.7，优选等于或大于0.7的低压气体。优选的萃取剂是二氧化碳、丙烷、丁烷、二甲醚、乙酸乙酯或它们的混合物。 
由于醇与动、植物油脂互溶性差，反应体系呈两相，酯交换反应只在界面进行，反应速率低，为了提高转化率，CN1496398A公开了一种通过醇解从三酰基甘油酯获得脂肪酸酯的方法。为了加快酯交换反应过程，在初始反应阶段加入一定量的至少一种链烷醇脂肪酸酯，尤其是一元链烷醇酯，优选甲酯、乙酯、 和/或乙酯，到有待进行酯交换的脂肪和/或油中，以致由此生成的反应混合物由单相构成。从而使该过程从开始就保持高反应速率。 
日本专利(特开2002-167356)也公开了一种脂肪酸脂的制备方法，该方法是采用一种挥发性的有机胺作为催化剂，在比较缓和的条件下制备出脂肪酸脂，从工艺角度看，不需要分离催化剂，可以简单的精制出脂肪酸脂，而且避免了传统方法中存在着相分离甘油相中催化剂残留的问题。该方法的最佳反应条件为，反应温度60～150℃，反应压力为0.2～0.9MPa。 
以上生物柴油的生产方法中，由于反应过程中有水存在，甲酯在水的存在下会水解生成有机酸，使得生物柴油产品的酸值增高，满足不了标准的要求。目前，生物柴油生产过程中，脱除有机酸的方法有，1)采用碱性水溶液，中和产品中的有机酸，使其生成造化物，然后进行分离、水洗、干燥得到符合标准的生物柴油产品。这种方法，产品收率低，形成大量的皂化物，需要回收处理，同时生产过程中产生大量的废水污染环境。2)采用加氢的方法，使有机酸变成醇，以降低产品的酸值，来满足标准的要求。这种方法，能耗大。由于生产过程中需要有氢气，使得这种方法有一定的局限性。 
生物柴油在使用过程中，生物柴油的酸值对发动机工作状况影响很大，酸值大的生物柴油会使发动机内积碳增加，造成活塞磨损，使喷嘴结焦，影响雾化性能和燃烧性能；酸值过大还会引起生物柴油的乳化现象。酸值大说明产品中的有机酸含量高，这些有机酸在水的存在下，就会腐蚀金属。而且有机酸的相对分子量越小，其酸性就越大，腐蚀能力也越强。当有水存在时，即使是微量的低分子有机酸，也能与金属作用，生成溶于油类的环烷酸亚铁和羧酸亚铁等，使设备腐蚀；生成金属皂类，引起润滑油加速变质；同时皂类聚集在油中形成沉积物，破坏机器正常运行。 
生物柴油在使用得过程中，生物柴油的酸值对发动机工作状况影响很大，酸值大的生物柴油会使发动机内积碳增加，造成活塞磨损，使喷嘴结焦，影响雾化性能和燃烧性能；酸值过大还会引起生物柴油的乳化现象。酸值大说明产品中的有机酸含量高，这些有机酸在水的存在下，就会腐蚀金属。而且有机酸的相对分子量越小，其酸性就越大，腐蚀能力也越强。当有水存在时，即使是微量的低分子有机酸，也能与金属作用，生成溶于油类的环烷酸亚铁和羧酸亚铁等，使设备腐蚀；生成金属皂类，引起润滑油加速变质；同时皂类聚集在油中形成沉积物，破坏机器正常运行。 
CN200810012202.2公开了一种生物柴油中有机酸的脱除方法，在阴离子交换树脂存在下，在50～100 ℃、常压的条件下，有效的脱除生物柴油中有机酸，得到符合标准的生物柴油产品。CN101993776采用加入脱酸剂的方法生产生物柴油。上述方法均需要加入额外的物质，成本高，操作麻烦。 
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种生物柴油的制备方法。该方法能够生产出低酸值的生物柴油，具有操作简单、成本低等优点。 
一种生物柴油的制备方法，包括如下步骤： 
（1）含有脂肪酸甘油三酯的动、植物油或脂及具有1～4个碳原子的一元醇在有机碱催化剂的作用下进行酯化反应；
（2）分离步骤（1）的酯化产物，得到具有1～4个碳原子的一元醇、粗甘油及含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂；
（3）向步骤（2）分离得到的含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂中加水并搅拌混合，加入水量为含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂质量的1%～20%，优选1%～10%，最优选1%～5%，混合温度为25℃～100℃，优选30℃～80℃，最优选50℃～80℃；
（4）向步骤（3）的物料中加入步骤（2）分离出的粗甘油经搅拌混合后静置分层，得到酯相和甘油相，酯相经减压蒸馏即得到酸值合格的生物柴油产品，甘油相处理后可得到脂肪酸和甘油。
本发明方法步骤（1）中，所述的含有脂肪酸甘油三酯的动、植物油包括棉籽油、棕榈油、菜籽油、大豆油、花生油、桐油，优选棉籽油与棕榈油。所述的具有1～4个碳原子的一元醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，优选甲醇、乙醇，更优选甲醇。所述的有机碱催化剂为含有1～10个碳原子的有机胺。包括甲胺、二甲胺、三甲胺、丙烯胺、二丙烯胺、三丙烯胺、异丙胺、二异丙胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、2-乙基己胺、丙胺、正丁胺、t-丁胺、sec-丁胺或单乙醇胺，优选二乙胺。 
本发明方法步骤（2）中，通过常规的蒸发方式得到具有1～4个碳原子的一元醇，分离出一元醇后的物料经静置分层得到粗甘油及含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂，所述的含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂中有机碱质量含量为0.1～10%，优选0.1～5%，最优选0.1～3%。 
本发明方法步骤（4）中，加入的甘油量为步骤（2）分离出的粗甘油的1%～100%，优选5%～100%，最优选10%～100%，搅拌混合温度为25℃～100℃，优选30℃～80℃，最优选50℃～80℃。 
本发明方法向分离出一元醇、粗甘油的酯化产物中加入适量的水，有利于酯化产物中的有机酸和有机碱发生反应，然后在加入粗甘油，粗甘油和水组成的体系能够充分萃取有机酸和有机碱的生成物，进而得到低酸值的生物柴油。本发明方法将生物柴油的制备同酯化产物精制处理结合起来，只需加入适量的水，具有成本低，操作简单的优点。 
具体实施方式
    下面结合实施例来进一步说明本发明的过程及效果，但以下实施例不构成对本发明方法的限制。 
实施例1 
在高压釜中加入棉籽油300g，甲醇130g，三乙胺23g，反应温度140℃，反应5h后取出，蒸出剩余的甲醇，剩余的产物分离出粗甘油27g，酯相酸值为3.73mgKOH/g，在酯相中加入4g水，振荡后加入10g粗甘油，振荡摇匀，静置分层，取上层酯相经减压蒸馏后分析酸值为0.21mgKOH/g。
实施例2 
在高压釜中加入棕榈油300g，甲醇110g，三乙胺36g，反应温度100℃，反应5h后取出，蒸出剩余的甲醇，剩余的产物分离出粗甘油29g，酯相酸值为1.09mgKOH/g，在酯相中加入6g水，振荡后加入15g粗甘油，振荡摇匀，静置分层，取上层酯相经减压蒸馏后分析酸值为0.25mgKOH/g。
实施例3 
在高压釜中加入棕榈油500g，甲醇133g，三乙胺51g，反应温度130℃，反应3h后取出，蒸出剩余的甲醇，剩余的产物分离出粗甘油22.4g，酯相酸值为3.27mgKOH/g，在酯相中加入5g水，振荡后加入20g粗甘油，振荡摇匀，静置分层，取上层酯相经减压蒸馏后分析酸值为0.34mgKOH/g。
比较例1 
   步骤2只分离出甲醇，其余同实施例1，取上层酯相经减压蒸馏后分析酸值为0.72mgKOH/g。

Claims (10)

1.一种生物柴油的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）含有脂肪酸甘油三酯的动、植物油或脂及具有1～4个碳原子的一元醇在有机碱催化剂的作用下进行酯化反应；
（2）分离步骤（1）的酯化产物，得到具有1～4个碳原子的一元醇、粗甘油及含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂；
（3）向步骤（2）分离得到的含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂中加水并搅拌混合，加入水量为含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂质量的1%～20%，优选1%～10%，最优选1%～5%，混合温度为25℃～100℃，优选30℃～80℃，最优选50℃～80℃；
（4）向步骤（3）的物料中加入步骤（2）分离出的粗甘油经搅拌混合后静置分层，得到酯相和甘油相，酯相经减压蒸馏即得到酸值合格的生物柴油产品，甘油相处理后可得到脂肪酸和甘油。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的含有脂肪酸甘油三酯的动、植物油包括棉籽油、棕榈油、菜籽油、大豆油、花生油、桐油。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的具有1～4个碳原子的一元醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇，优选甲醇、乙醇。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的有机碱催化剂为含有1～10个碳原子的有机胺。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：有机胺包括甲胺、二甲胺、三甲胺、丙烯胺、二丙烯胺、三丙烯胺、异丙胺、二异丙胺、乙胺、二乙胺、三乙胺、2-乙基己胺、丙胺、正丁胺、t-丁胺、sec-丁胺或单乙醇胺。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中通过常规的蒸发方式得到具有1～4个碳原子的一元醇，分离出一元醇后的物料经静置分层得到粗甘油及含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂中有机碱质量含量为0.1～10%。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤（2）所述的含有有机碱催化剂的脂肪酸单脂中有机碱质量含量为0.1～5%。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（4）中加入的甘油量为步骤（2）分离出的粗甘油的1%～100%，搅拌混合温度为25℃～100℃。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：步骤（4）中加入的甘油量为步骤（2）分离出的粗甘油的5%～100%，搅拌混合温度为30℃～80℃。
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