CN1557914A - 生物柴油及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物柴油及其制备方法。本发明的技术方案是,生物柴油,含有麻疯树(Jatropha curcas L.)籽油;所述麻疯树籽油中硬脂酸含量≤0.4(wt)%。生物柴油的制备方法,包括麻疯树籽油生产工艺和麻疯树籽油精炼、改性工艺;所述精炼、改性工艺包括以下步骤:a.水化脱胶;b.碱炼脱酸;c.脱水;d.间歇脱臭;e.乳化或酯化。本发明的有益效果是,降低了麻疯树籽油中的硬脂酸含量,消除了邻苯二甲酸等致癌芳烃化合物,提高了生物柴油的燃烧性能,减少了发动机气缸积碳,提高了发动机的动力性能,改善了排放指标。并具有生产工艺简单,生产成本低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及生物柴油,特别涉及采用麻疯树(Jatropha curcas L.)籽提炼的生物柴油。
背景技术
生物柴油以其独特的环保性和再生性越来越受到人们的青睐。利用各种含油植物或动物脂肪生产的生物柴油,有的已经进入商业应用阶段。一般的生物柴油,其经济性还不能与石化柴油相比。
麻疯树(Jatropha curcas L.)为大戟科(Euphorbia L.)麻疯树属植物,落叶灌木或小乔木。是一种多年生木本油料植物。麻疯树籽油脂含量很高,出油率更是高达40%。麻疯树种植容易,不占耕地,成活率高,种植成本低,在我国分布较广,特别适合我国西南的四川、贵州、云南、广西等省的干热河谷地区种植。在我国西部发展麻疯树产业,对于干热河谷地区的生态建设、水土保持具有积极的作用。同时可以促进西部地区农村产业结构调整,加速农村经济的发展。对地区扶贫工程,对增加贫困地区农民收入,对国家和地区增加税收,对国家石油安全战略等有着重大意义。麻疯树产业的发展必将带来巨大的经济效益、社会效益和生态效益。用麻疯树籽榨取的麻疯树籽油,作为石化柴油的替代品,其经济性已接近甚至优于石化柴油。
采用植物油生产工艺生产的麻疯树(Jatropha curcaS L.)籽油,其组份为(wt%):油酸37~63,亚油酸19~40,棕榈酸12~17,硬脂酸5~7。上述组份的麻疯树籽油,由于硬脂酸含量较高,在发动机中不能充分燃烧,而形成较高含量的碳化物,碳化物在发动机供油喷嘴和气缸内形成积碳,引起喷嘴堵塞,降低了发动机的性能。同时尾气排放的CO较高,污染较大。另一方面,硬脂酸含量高的生物柴油,其粘度偏大,也影响了生物柴油的喷雾燃烧性能。上述组份的麻疯树籽油,在发动机运行时,特别是在带负荷的情况下,经常出现发动机运转不稳定的现象,也与其粘度大有关。所以,上述组份的麻疯树籽油,一般仅适于农用机械等较粗陋的发动机作燃油。再者,有的麻疯树籽油还含有约17%的邻苯二甲酸,由于其燃烧后尾气的致癌性,也是一种危险的污染物。
现有生物柴油的制备工艺,一般是在动、植物油中加入甲醇或乙醇,在高温(230~250℃)及催化剂条件下,进行所谓交酯化反应。这种技术不但设备复杂,投资大,而且由于温度较高,操作中存在较大的安全隐患。用麻疯树籽油酯化反应制备生物柴油国内尚无先例。
发明内容
本发明所要解决的技术问题,就是针对上述现有技术的缺点,提供一种经过精炼、改性处理,硬脂酸含量低,且不含芳烃化合物的环保型生物柴油。
本发明解决其技术问题,采用的技术方案是,生物柴油,含有麻疯树(Jatropha curcas L.)籽油;所述麻疯树籽油中硬脂酸含量≤0.4(wt)%。
生物柴油的制备方法,包括麻疯树籽油生产及麻疯树籽油精炼、改性工艺;其特征在于:所述精炼、改性工艺包括乳化或酯化工艺。
本发明的有益效果是,降低了麻疯树籽油中的硬脂酸含量,消除了邻苯二甲酸等致癌芳烃化合物,提高了生物柴油的燃烧性能,减少了发动机气缸积碳,提高了发动机的动力性能,改善了排放指标。并具有生产工艺简单,生产成本低的特点。
附图说明
图1是痳疯树油精炼、改性工艺流程图;
图2是水化脱胶工艺流程图;
图3是碱炼脱酸工艺流程图;
图4是间歇脱臭工艺流程图;
图5是乳化工艺流程图;
图6是酯化工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例,详细描述本发明的技术方案。
本发明的技术方案是,生物柴油,含有麻疯树(Jatropha curcas L.)籽油;其特征在于:所述麻疯树籽油中硬脂酸含量≤0.4(wt)%;进一步的方案是,所述麻疯树籽油中硬脂酸含量为0.05~0.1(wt)%;具体的方案是,上述生物柴油还含有与麻疯树籽油体积比为2~10%的脂肪醇;所述脂肪醇为甲醇、乙醇或乙二醇;更适用的方案是,生物柴油与石化柴油混用,石化柴油与生物柴油的体积比≥20%;石化柴油与生物柴油最佳体积比为20~40%;所述石化柴油为0#柴油。
生物柴油的制备方法,包括麻疯树籽油生产及麻疯树籽油精炼、改性工艺;其特征在于:所述精炼、改性工艺包括以下步骤:
a.水化脱胶;
b.碱炼脱酸;
c.脱水;
d.间歇脱臭;
e.乳化或酯化
具体的乳化工艺是,在上述步骤e中,在温度为5~50℃的条件下,按脂肪醇与麻疯树籽精炼油体积比2~10%的比例加入脂肪醇;优选的工艺是,所述脂肪醇为甲醇、乙醇或乙二醇;另一种制备工艺是,用麻疯树籽精炼油酯化反应制备生物柴油;即按麻疯树籽精炼油∶甲醇或乙醇摩尔比=1∶3~1∶6的比例加入甲醇或乙醇,以氢氧化钠或甲醇钠为催化剂,温度控制在35~65℃,反应1~2.5小时。制备生物柴油。
实施例
一.麻疯树籽油生产工艺
1.原料:麻疯树(Jatropha curcas L.)籽
麻疯树挂果后,果皮呈黄色即可采收。将采收的麻疯树果进行人工或机械去皮,得到麻疯树籽,要求去皮率>99%。麻疯树籽经晾晒,使水分含量<6%,麻疯树籽壳呈黑亮色,即可入库。
2.预处理
2.1除去杂质
通过清理、筛选、风选、磁选等,除去麻疯树籽中的各种杂质。
2.2剥壳
利用剥壳~分离组合机将麻疯树籽的外壳剥开,并分离壳仁,得到麻疯树籽仁。要求剥壳率>95%。
2.3破碎
用齿辊破碎机对麻疯树籽仁进行破碎处理。
2.4软化
调节麻疯树籽仁的水分和温度,使其软化,增加塑性。
2.5轧胚
亦称“压片”,“轧片”。利用机械压力,将软化后的麻疯树籽仁压成片状,得到生胚。
2.6熟化
生胚经湿润、加热处理,发生一定的物理化学变化,制成熟胚。
3.榨油
将上述麻疯树籽仁熟胚,放入液压榨油机中,连续压榨,得到麻疯树籽油。根据所选液压榨油机的型号不同,油饼残油率在4~12%不等。为进一步提高出油率,可将油饼粉碎后,再用有机溶剂浸出残油,回收有机溶剂后即得到麻疯树籽浸出油。剩下的麻疯树籽糟粕含油率<1.5%。
经分析测试,采用上述生产工艺制得的麻疯树籽油组分含量为(WT%):
油酸43.64;
亚油酸30.79;
棕榈酸16.47;
硬脂酸6.85;
亚麻酸1.52;
花生稀酸0.66;
豆蔻酸0.07。
由于麻疯树品种的不同,其组份中有的还含有约17%的邻苯二甲酸,其他组份含量亦有所不同。
二.麻疯树籽油精炼、改性工艺
1.工艺流程
工艺流程见图1。
2.主要工序操作要点
a.水化脱胶
工艺流程见图2
(1)预热:麻疯树籽油经过滤、计量后,泵入炼油锅,在搅拌下用蒸汽间接加热,油温预热到75~80℃。
(2)加水和盐:加盐(氯化钠)量为麻疯树籽油重量的0.2~0.3%,一般麻疯树籽油加水量为3%左右;加水温度应高于油温的5~10℃,加水速度以每分钟10~15kg为宜,均在搅拌下进行,搅拌速度约每分钟60转,加水完后再搅拌10分钟左右。
(3)沉淀保温:调节加热蒸汽,使油温保持在80℃,沉淀6~8小时,沉淀结束,从排油管排出上层清油至脱胶池,油脚排入油脚锅或油脚处理池进行处理。
(4)加热脱水操作在脱水锅或脱臭锅内进行,用真空将脱胶油吸至脱水锅,其量不得超过脱水锅容积的70%。打开蒸汽进行间接加热,油温保持在90~95℃,真空度不得低于0.09MPa,脱水后可转入下道工序。
(5)油脚处理:采用间接蒸汽加热,将油脚温度升到80~90℃,在稀油脚中,搅拌下加入油脚重量2~3%的盐。稠油脚可加入温度为70~80℃,浓度为3~5%,数量为油脚重量20%的盐水。待温度升到100℃时,停止加热搅拌,沉淀24小时,回收上层浮油,浮油回收后,排出下层1/2左右的贫油脚,上层含油油脚与下次排出的油脚一起再进行处理。
b.碱炼脱酸
(1)经上述工序处理过的脱胶油,将油温调整到25~30℃,静置使气泡逸出。
(2)加碱(氢氧化钠):碱液浓度视脱胶油酸值确定,或小样试验确定碱液浓度。超量碱按油重的0.14~0.25%添加。
(3)加碱液速度:全部碱液在5~10分钟内加完,搅拌速度每分钟60转左右,继续搅拌20~25分钟,至油、皂明显分离时,降低搅拌速度至每分钟30转左右,开启蒸汽加热,以每分钟温度升高1℃为宜,终温控制在60℃左右。
(4)静置沉淀分离时间,一般为6~8小时,沉降过程注意保温(保温60℃左右)。
(5)洗涤温度:油温80℃,水温不低于85℃,洗涤最好采用软水,每次用水量为油量的5~15%,洗涤次数为2~3次(洗至油中残皂量符合工艺指标为止),加水时搅拌速度为分钟30转左右,加水完毕,停止搅拌,静置沉淀,每次水洗、沉降时间为0.5~1小时,沉淀后排尽废水脚后方可进行下次洗涤。
(6)转入脱臭锅进行脱水脱臭。
(7)分离出的皂脚,在搅拌下加入皂脚量4~5%的盐并加热至80℃左右(多次升温,静置撇取浮油),撇出油进入水洗池进行水洗。
d.间歇脱臭
(1)将前处理的油借真空吸入脱臭锅,吸入量为锅体总容积的60%左右。
(2)升温:开间接蒸汽升温至100℃,开启汽提直接蒸汽,油温加热到180℃左右,操作压力<667Pa,脱臭时间控制在5~8小时,汽提蒸汽应干燥,不带炉水。
(3)脱臭结束后,在真空下经过传热管与冷水进行热交换,使油温降至70℃以下,然后破除真空,排除脱臭成品油——麻疯树精炼油。
经分析测试上述麻疯树籽精炼油组分含量为(WT%):
油酸45.74;
亚油酸34.84;
棕榈酸18.39;
硬脂酸0.05;
亚麻酸0.96;
花生稀酸0;
豆蔻酸0.02。
通过上述方法制得的麻疯树籽精炼油,硬脂酸含量已低于0.1%。上述工艺对于那些含有邻苯二甲酸的麻疯树籽油,也能将其除去。
e.乳化工艺
在上述麻疯树籽精炼油中按体积比2~10%的比例加入脂肪醇,如甲醇、乙醇或乙二醇等,充分搅拌,混合均匀,进行乳化。乳化过程中,温度控制在5~50℃。本发明采用的乳化方法,无需特殊催化剂和高温条件,具有工艺简单,生产成本低,乳化效果好的特点。工艺流程见图5。
本发明的生物柴油,另一种制备工艺是麻疯树籽精炼油酯化工艺。即以过量的甲醇与麻疯树籽精炼油进行酯化反应制备生物柴油。工艺流程见图6。具体操作方法是,麻疯树精炼油∶甲醇摩尔比为1∶3~1∶6,以氢氧化钠为催化剂,催化剂用量为麻疯树籽精炼油的0.5~2%(重量百分比),控制反应温度为35~65℃,混合搅拌均匀,反应1~2.5小时,生成麻疯树籽油甲酯和甘油。分离出麻疯树籽油甲酯即得到生物柴油。其中麻疯树籽油甲酯主要成份是油酸甲酯,亚油酸甲酯和棕榈酸甲酯。
采用上述工艺制备的生物柴油,能以任意比例与石化柴油混用。实验表明,石化柴油与生物柴油的体积比≥20%时,能够进一步提高燃烧性能。最佳体积比为20~40%。这样的混合比例,既可充分体现生物柴油的优点,还可以进一步改善在柴油发动机中的喷雾特性,使气缸内油雾更细小,燃烧更容易、更充分,从而进一步提升发动机运转效率。
表1列出了硬脂酸含量为0.05%的麻疯树籽精炼油加入体积比2~10%的脂肪醇乳化后,再与体积比30%的0#柴油混合的理化指标。从表中可以看出,该生物柴油的各项指标完全符合企业标准《Q/72036234~1.1~2003》的要求。特别是残碳量、粘度及十六烷值的改善,对生物柴油的动力性能及尾气排放指标都有显著的作用。而残碳量、粘度及十六烷值与硬脂酸含量有关,随着硬脂酸含量降低,残碳量下降,粘度降低,十六烷值亦会提高。
经省级国家法定测试部门,按标准《QC/T524~1999》汽车发动机性能实验方法和《GB1105~1987》内燃机台架性能实验方法,使用2S1100柴油机,GW100电涡流测功机及测试***,FBY~2全自动烟度计,对上述配比的生物柴油,与0#柴油的发动机台架对比实验证明,上述配比的生物柴油,作为0#柴油的替代品,其动力性能,燃油消耗率等与0#柴油没有明显差别,但尾气排放烟度值却有显著的改善。特别是尾气中基本上消除了多环芳烃化合物等致癌物质,大幅度减少了硫化物、碳化物、氮化物的排放,环保优势明显。
本发明的生物柴油,尾气排放指标改善明显,具有显著的环保优势,并且生产工艺简单,生产成本低,可广泛适用于高档轿车等高级柴油发动机作燃油。且发动机无须任何改变。
表1
序号 | 技术指标名称 | 实际值 |
1 | 硫含量 %(m/m) | ≤0.02 |
2 | 10%蒸余物残碳 %(m/m) | ≤0.45 |
3 | 灰分 %(m/m) | ≤0.004 |
4 | 水分 (V/V)% | 无 |
5 | 运动粘度 (20℃)mm2/s | 24.71~25.36 |
6 | 铜片腐蚀 (50℃,3h) | ≤1级 |
7 | 机械杂质 | 无 |
8 | 凝点 ℃ | ≤~3 |
9 | 冷滤点 ℃ | ≤2 |
10 | 闪点(闭口) ℃ | ≥30 |
11 | 十六烷值 | ≥45 |
12 | 密度 (20℃)mg/m3 | 887.9~889.0 |
13 | 色度 号 | ≤1.0 |
14 | 酸度 mgKOH/100ml | 91.67~92.35 |
Claims (12)
1.生物柴油,含有麻疯树(Jatropha curcas L.)籽油;其特征在于:所述麻疯树籽油中硬脂酸重量百分比含量≤0.4。
2.根据权利要求1所述的生物柴油,其特征在于:所述麻疯树籽油中硬脂酸重量百分比含量为0.05~0.1。
3.根据权利要求1所述的生物柴油,其特征在于:还含有与麻疯树籽油体积比为2~10%的脂肪醇;
4.根据权利要求3所述的生物柴油,其特征在于:所述脂肪醇为甲醇、乙醇或乙二醇。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的生物柴油,其特征在于:还含有与麻疯树籽油体积比≥20%的石化柴油。
6.根据权利要求5所述的生物柴油,其特征在于:石化柴油与麻疯树籽油的体积比为20~40%。
7.根据权利要求5所述的生物柴油,其特征在于:所述石化柴油为0#柴油。
8.生物柴油制备方法,包括麻疯树籽油生产及麻疯树籽油精炼、改性工艺;其特征在于:所述精炼、改性工艺包括乳化或酯化工艺。
9.根据权利要求8所述的生物柴油制备方法,其特征在于:所述乳化工艺为:在温度为5~50℃的条件下,按脂肪醇与麻疯树籽精炼油体积比2~10%的比例加入脂肪醇。
10.根据权利要求9所述的生物柴油制备方法,其特征在于:所述脂肪醇为甲醇、乙醇或乙二醇。
11.根据权利要求8所述的生物柴油制备方法,其特征在于:所述酯化工艺为:按麻疯树籽精炼油∶甲醇或乙醇摩尔比≤1∶3的比例加入甲醇或乙醇,在催化剂作用下进行酯化反应。
12.根据权利要求11所述的生物柴油制备方法,其特征在于:所述酯化工艺为:按麻疯树籽精炼油∶甲醇或乙醇摩尔比为1∶3~1∶6的比例加入甲醇或乙醇,以氢氧化钠或甲醇钠为催化剂;在温度为35~65℃的条件下反应1~2.5小时。
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