專利名稱：利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超聲波輻射輔助制備生物柴油的新方法，屬于廢棄油脂生產(chǎn)生物柴油技術(shù)領(lǐng)域。具體的說就是各種來源不同的油脂在不同的酸堿等催化劑條件下，都可以通過超聲波輻射輔助制備生物柴油。
背景技術(shù)：
生物柴油是利用植物油脂或動物油脂等可再生資源制造出來的可以替代石化柴油的清潔安全的新型燃料。主要成分為軟脂酸、硬脂酸、油酸、亞油酸等長鏈飽和不飽和脂肪酸同甲醇或乙醇所形成的酯類化合物。生物柴油具有可再生、易于生物降解、燃燒污染物排放低、溫室氣體排放低等特點。生物柴油與石化柴油具有相近的性能。并且有其無與倫比的優(yōu)越性(1)具有優(yōu)良的環(huán)保特性。(2)具有較好的低溫發(fā)動機啟動性能。(3)具有較好的潤滑性能。(4)具有較好的安全性能。(5)具有良好的燃燒性能。(6)具有可再生性能。(7)無需改動柴油機，可直接添加使用，同時無需另添設(shè)加油設(shè)備、儲存設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練。(8)生物柴油以一定比例與石化柴油調(diào)和使用，可以降低油耗、提高動力性，并降低尾氣污染。生產(chǎn)生物柴油對解決環(huán)境危機和能源危機具有重要的意義。
在生物柴油生產(chǎn)技術(shù)上，已經(jīng)形成了化學(xué)催化劑催化油脂醇解生物柴油技術(shù)、生物酶催化劑催化油脂醇解生物柴油技術(shù)和超臨界甲醇油脂醇解生物柴油技術(shù)。
但化學(xué)法合成生物柴油有以下缺點工藝復(fù)雜，醇必須過量，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置，能耗高，色澤深，脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì)；酯化產(chǎn)物難于回收，成本高；生產(chǎn)過程有廢堿液排放。為解決上述問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油。酶法合成生物柴油具有條件溫和、醇用量小、無污染排放的優(yōu)點，但目前主要問題之一是對甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低，脂肪酶容易失活，脂肪酶價格昂貴，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等缺點。超臨界制備法在高溫高壓下反應(yīng)無需催化劑。傳統(tǒng)方法的反應(yīng)時間為1～8h，而超臨界制備法只需20～40min，大大縮短了反應(yīng)時間，可以進行連續(xù)操作。傳統(tǒng)方法生產(chǎn)過程中有皂化產(chǎn)物生成，而超臨界制備法則不會有皂化產(chǎn)物，從而簡化了產(chǎn)品的后續(xù)處理過程，降低了生產(chǎn)成本。比起傳統(tǒng)方法，超臨界制備法工藝流程簡單，產(chǎn)品收率高?？梢?，超臨界制備法和傳統(tǒng)方法相比具有很大的優(yōu)勢。但是由于超臨界制備生物柴油的方法需要在高溫高壓條件下進行，導(dǎo)致較高的生產(chǎn)費用和能量消耗，使得工業(yè)化困難，需要進一步研發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于公開一種生物柴油制備的新方法，利用超聲波輻射輔助制備生物柴油，有利于加快酯交換反應(yīng)時間，提高生物柴油的得率，降低催化劑用量，同時甘油的純度大大提高，降低了生產(chǎn)成本和對環(huán)境造成的污染。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，其特征在于其酯交換反應(yīng)是在超聲波輻射下進行的。
比較理想的是其具體生產(chǎn)過程包括如下步驟(1)將各種原料油和甲醇混合，在超聲波功率為30-200W的條件下和用催化劑作用下進行酯交換反應(yīng)；(2)將步驟(1)所得反應(yīng)物靜置分層；(3)將上層液體經(jīng)甲醇回收塔回收甲醇，用高于油溫5℃-10℃的水洗滌至水澄清，將上層油相脫除水分得到生物柴油產(chǎn)品。
本發(fā)明的提供了一種生物柴油生產(chǎn)的新方法，利用超聲波輻射產(chǎn)生局部的高溫高壓，同時可以促進酯交換反應(yīng)的進行來制備生物柴油。通過用超聲波加快了生物柴油的生產(chǎn)速度，明顯縮短反應(yīng)時間，并提高了生物柴油的得率，降低了反應(yīng)催化劑的用量，減少了環(huán)境污染，提高了企業(yè)的效益。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以助于理解本發(fā)明的內(nèi)容。
實施例1、稱取100g地溝油放入錐形瓶內(nèi)，加入25g甲醇和2克濃硫酸，將上述各種物質(zhì)在錐形瓶中混合均勻，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器中反應(yīng)10min，反應(yīng)溫度為58-63℃，超聲波功率為100W。反應(yīng)結(jié)束后靜置分層90min，上層主要為脂肪酸甲酯和少量甲醇，下層主要為甘油、濃硫酸、少量甲醇。將上層產(chǎn)物通過甲醇蒸餾塔真空回收甲醇后，用15ml65℃的熱水洗滌，離心分層，取上層油相通過薄膜蒸發(fā)器經(jīng)真空蒸餾去除水分得到生物柴油精品97.6克.反應(yīng)總得率為97.6％。
實施例2、稱取100g地溝油放入錐形瓶內(nèi)，加入25g甲醇和2克濃硫酸，將上述各種物質(zhì)在錐形瓶中混合均勻，塞上瓶塞，在磁力攪拌器上加熱到60℃反應(yīng)60min。反應(yīng)結(jié)束后靜置分層90min，上層主要為脂肪酸甲酯和少量甲醇，下層主要為甘油、濃硫酸、少量甲醇。將上層產(chǎn)物通過甲醇蒸餾塔真空回收甲醇后，用15ml65℃的熱水洗滌，離心分層，取上層油相經(jīng)真空蒸餾去除水分得到生物柴油精品85.5克。反應(yīng)總得率為85.5％。
從例1和例2比較可以看出利用超臨界輻射輔助制備生物柴油，反應(yīng)時間從60min縮短到10min，生物柴油得率卻從85.5％提高到97.6％。
實施例3、從例1得到的生物柴油經(jīng)過山東省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院檢測，其結(jié)果見表1.各項指標(biāo)優(yōu)于國家現(xiàn)行的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)GB/T20828-2007，達到德國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。
表1生物柴油具體指標(biāo)


實施例4、稱取100g豬油放入錐形瓶內(nèi)，加入25g甲醇和0.4gKOH將上述各種物質(zhì)在錐形瓶中混合均勻，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器中反應(yīng)10min，反應(yīng)溫度為58-63℃，超聲波功率為100W。反應(yīng)結(jié)束后靜置分層90min，上層主要為脂肪酸甲酯和少量甲醇，下層主要為甘油、KOH、少量甲醇和皂。將上層產(chǎn)物通過甲醇蒸餾塔真空回收甲醇后，用15ml65℃的熱水洗滌，離心分層，取上層油相經(jīng)真空蒸餾去除水分得到生物柴油精品99.5克.反應(yīng)總得率為99.5％。
實施例5、稱取100g豬油放入錐形瓶內(nèi)，加入25g甲醇和0.8克KOH，將上述各種物質(zhì)在錐形瓶中混合均勻，塞上瓶塞，在磁力攪拌器上加熱到60℃反應(yīng)60min。反應(yīng)結(jié)束后靜置分層90min，上層主要為脂肪酸甲酯和少量甲醇，下層主要為甘油、KOH、少量甲醇和皂。將上層產(chǎn)物通過甲醇蒸餾塔真空回收甲醇后，用15ml 65℃的熱水洗滌，離心分層，取上層油相經(jīng)真空蒸餾去除水分得到生物柴油精品93.7克。反應(yīng)總得率為93.7％。
從例4和例5比較可以看出利用超臨界輻射輔助制備生物柴油，反應(yīng)時間從60min縮短到10min，生物柴油得率卻從93.7％提高到99.5％，而催化劑KOH的用量卻少了50％。
實施例6、稱取100g豬油放入錐形瓶內(nèi)，加入25g甲醇和0.4gKOH將上述各種物質(zhì)在錐形瓶中混合均勻，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器中反應(yīng)10min，反應(yīng)溫度為58-63℃，超聲波功率為50W。反應(yīng)結(jié)束后靜置分層90min，上層主要為脂肪酸甲酯和少量甲醇，下層主要為甘油、KOH、少量甲醇和皂。將上層產(chǎn)物通過甲醇蒸餾塔真空回收甲醇后，用15ml 65℃的熱水洗滌，離心分層，取上層油相經(jīng)真空蒸餾去除水分得到生物柴油精品90.7克.反應(yīng)總得率為90.7％。
實施例7、稱取100g豬油放入錐形瓶內(nèi)，加入25g甲醇和0.4gKOH將上述各種物質(zhì)在錐形瓶中混合均勻，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型數(shù)控超聲波清洗器中反應(yīng)10min，反應(yīng)溫度為58-63℃，超聲波功率為150W。反應(yīng)結(jié)束后靜置分層90min，上層主要為脂肪酸甲酯和少量甲醇，下層主要為甘油、KOH、少量甲醇和皂。將上層產(chǎn)物通過甲醇蒸餾塔真空回收甲醇后，用15ml 65℃的熱水洗滌，離心分層，取上層油相經(jīng)真空蒸餾去除水分得到生物柴油精品99.8克.反應(yīng)總得率為99.8％。
權(quán)利要求
1.一種利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，其特征在于其酯交換反應(yīng)是在超聲波輻射下進行的。
2.如權(quán)利要求1所述的利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，其特征在于包括如下步驟(1)將各種原料油和甲醇混合，在超聲波功率為30-200W的條件下和用催化劑作用下進行酯交換反應(yīng)；(2)將步驟(1)所得反應(yīng)物靜置分層；(3)將上層液體經(jīng)甲醇回收塔回收甲醇，用高于油溫5℃-10℃的水洗滌至水澄清，將上層油相脫除水分得到生物柴油產(chǎn)品。
3.如權(quán)利要求2所述的利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，其特征在于所述的步驟(3)中的脫水過程為用薄膜蒸發(fā)器真空蒸餾脫水。
4.如權(quán)利要求2或3所述的利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，其特征在于所述的甲醇和原料油的質(zhì)量比為1∶3-1∶5。
5.如權(quán)利要求2或3所述的利用超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，其特征在于所述的酯交換反應(yīng)的反應(yīng)溫度為58-63℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲波輻射輔助制備生物柴油的方法，屬于廢棄油脂生產(chǎn)生物柴油技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于其酯交換反應(yīng)是在超聲波輻射下進行的。本發(fā)明的優(yōu)點在于通過超聲波輔助酯化反應(yīng)制備生物柴油可以大大降低酯交換反應(yīng)的時間，極大的提高生物柴油的得率，降低了生物柴油的生產(chǎn)成本，適合大規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號C10G3/00GK101070484SQ20071013020
公開日2007年11月14日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者楊慶利, 禹山林, 朱鳳, 秦松, 潘麗娟, 曹玉良 申請人:楊慶利