專(zhuān)利名稱(chēng)：耦合制備蓖麻油生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物柴油的制備領(lǐng)域，具體為一種以蓖麻籽為原料的"浸出+反應(yīng)"耦合法制 備生物柴油的工藝方法。
背景技術(shù)：
生物柴油以其獨(dú)特的環(huán)保性和可再生性越來(lái)越受到人們的青睞。利用各種含油植物或動(dòng)物 脂肪生產(chǎn)的生物柴油，有的己經(jīng)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用階段。 一般的生物柴油，其經(jīng)濟(jì)性還不能與石化 柴油相比。蓖麻(Ricinus communis)為其為大戟科(Euphoribia L.) 1年生或多年生草本植物，且耐瘠 薄、適應(yīng)性強(qiáng)、栽培管理方便、耕作較為粗放、綜合利用價(jià)值高、產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，它不分地區(qū)和氣 候，耐一定鹽堿，極少病蟲(chóng)害，抗逆性很強(qiáng)，根系發(fā)達(dá)，有利于水土保持。蓖麻籽含油率高， 其所含的蓖麻油是唯一含有羥基的天然脂肪酸，具有特殊理化性質(zhì)，用途廣泛。由于種植蓖 麻具有廣泛的用途和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，特別是當(dāng)今世界上石油 面臨消耗待盡的危機(jī),作為植物源油料的蓖麻由于其具有可持續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)和無(wú)可替代的重要 價(jià)值，正日益受到世界各國(guó)的重視，其產(chǎn)業(yè)前景非常廣闊?，F(xiàn)有生物柴油制備方法主要有直接混合法、微乳法、熱裂解法和酯交換法，工業(yè)中最常用 的是酯交換法。酯交換法是指以各種油脂和短鏈醇為原料，以酸、堿、酶等為催化劑，或者在 超臨界條件下不使用催化劑進(jìn)行酯交換反應(yīng)合成生物柴油的方法。用于制備生物柴油的油脂包 括大豆油、蓖麻油、桐子油、黃連木油、動(dòng)物脂肪、餐飲業(yè)廢油脂、工業(yè)廢油和食用油廢渣等； 短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇和丁醇。酸性催化劑包括硫酸、磷酸或鹽酸；堿性催化劑包括NaOH、 K0H、各種碳酸鹽以及鈉和鉀的醇鹽；酶催化劑一般是指脂肪酶，常用的超臨界流體是甲醇和二氧化碳?，F(xiàn)有的生物柴油制備方法對(duì)油脂的質(zhì)量要求都較高，工藝路線(xiàn)較長(zhǎng)，各種原料、試劑及設(shè) 備消耗較大，試劑污染也比較嚴(yán)重，生產(chǎn)成本比較高，成為制約生物柴油利用的一個(gè)瓶頸。另外，溶劑浸出法本身也存在一些缺點(diǎn)如浸出時(shí)間長(zhǎng)、浸出效率低等。微波場(chǎng)、超聲場(chǎng)、 電場(chǎng)等物理場(chǎng)強(qiáng)化浸出過(guò)程可有效地提高浸出率，縮短浸出時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，甚至還能提 高反應(yīng)速率，而且不污染環(huán)境，成為人們近年來(lái)研究的熱點(diǎn)之一。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明根據(jù)蓖麻油脂特性，為了克服現(xiàn)有生物柴油制備的問(wèn)題，改進(jìn)了工藝路線(xiàn)，對(duì)油脂 浸出和生物柴油制備反應(yīng)兩個(gè)部分耦合。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案是以蓖麻籽為原料，在超聲條件下或無(wú)物理 場(chǎng)作用條件下，蓖麻油浸出與酯交換反應(yīng)耦合制備生物柴油。其過(guò)程是以酸堿催化劑，以甲醇為浸出溶劑和酯交換劑，將預(yù)處理后蓖麻籽與甲醇的摩爾的比按3:1~9 : i配料和催化劑0.1~1.5% (質(zhì)量比) 一起加入到反應(yīng)裝置中，在20 9(TC下，進(jìn)行浸出與酯交換反應(yīng)耦合的加 工，反應(yīng)0.5~10小時(shí)。而后通過(guò)過(guò)濾裝置及減壓蒸餾裝置即得到成品生物柴油。超聲的單位 體積功率是8~80W/L，超聲頻率為20 500kHz。本發(fā)明的有益效果
浸出與酯交換反應(yīng)一步完成，極大地簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本；甲醇既為浸出溶劑又 為酯交換劑，有利于循環(huán)和節(jié)約原料，也有利于后期物料的分離。


圖1 "浸出+反應(yīng)"耦合法工藝流程圖。具體實(shí)施方法本發(fā)明的生物柴油是以蓖麻籽為原料，經(jīng)過(guò)溶劑浸出和酯交換反應(yīng)耦合制備而得。工藝流 程見(jiàn)附圖。具體操作方法是，以常規(guī)酸堿為催化劑，以甲醇為浸出溶劑和酯交換劑，將甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾的比按3: 1~9 : i配料和催化劑o.i~i.5% (質(zhì)量百分比) 一起加入到反應(yīng)裝置中，在30 卯'C，超聲強(qiáng)化或無(wú)物理場(chǎng)作用下反應(yīng)0.5 10小時(shí)，生成蓖麻油甲酯和甘 油。通過(guò)過(guò)濾裝置及減壓蒸餾裝置即得到成品生物柴油。超聲單位體積功率是8~80W/L，超聲 頻率為20 500kHz。實(shí)施例l，分級(jí)選取蓖麻籽，經(jīng)清理、剝殼和與榨后，以甲醇鉀為催化劑，以甲醇為浸出 溶劑和酯交換劑，將甲醇和預(yù)處理后的蓖麻籽的摩爾的比按3 : 1配料和催化劑0.5%—起加入 到反應(yīng)裝置中，在30'C,超聲強(qiáng)化下反應(yīng)0.5小時(shí)。生成蓖麻油甲酯和甘油后，通過(guò)過(guò)濾裝置 及減壓蒸餾裝置即得到成品生物柴油。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中選取超聲功率是8W/L，超聲頻率為20kHz。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于選用甲醇鈉為催化劑，甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾的 比為6:1，催化劑質(zhì)量百分比為0.5%，反應(yīng)溫度為9(TC,反應(yīng)時(shí)間為l小時(shí)，選取超聲功率 是30W/L，超聲頻率為100kHz。實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于選用氫氧化鈉為催化劑，甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾 的比為9:1，催化劑質(zhì)量百分比為1.2%，反應(yīng)溫度為7(TC，反應(yīng)時(shí)間為6小時(shí)，無(wú)物理場(chǎng)強(qiáng) 化作用。實(shí)施例4與實(shí)施例1不同之處在于選用氫氧化鉀為催化劑，甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾 的比為6:1，催化劑質(zhì)量百分比為1.0%,反應(yīng)溫度為60'C，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，選取超聲功 率是80W/L，超聲頻率為100kHz。實(shí)施例5與實(shí)施例1不同之處在于選用濃硫酸為催化劑，甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾的 比為6:1，催化劑質(zhì)量百分比為0.1%，反應(yīng)溫度為2(TC，反應(yīng)時(shí)間為8小時(shí)，選取超聲功率 是60W/L,超聲頻率為500kHz。實(shí)施例6與實(shí)施例1不同之處在于選用鹽酸為催化劑，甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾的比 為9 : 1，反催化劑質(zhì)量百分比為0.8%，反應(yīng)溫度為9(TC，應(yīng)時(shí)間為10小時(shí)，無(wú)物理場(chǎng)強(qiáng)化 作用。實(shí)施例7與實(shí)施例1不同之處在于選用磷酸為催化劑，甲醇和預(yù)處理后蓖麻籽的摩爾的比 為6:1，反催化劑質(zhì)量百分比為1.5%，反應(yīng)溫度為60'C，應(yīng)時(shí)間為l小時(shí)，選取超聲功率是 20W/L，超聲頻率為100kHz。
權(quán)利要求
1.“浸出+反應(yīng)”耦合法制備蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于以常規(guī)酸堿為催化劑，以甲醇為浸出溶劑和酯交換劑，將預(yù)處理后蓖麻籽在超聲條件下或無(wú)物理場(chǎng)作用條件下進(jìn)行浸出與酯交換反應(yīng)耦合，一步制備生物柴油。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的"浸出+反應(yīng)"耦合法制備蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于蓖 麻籽與甲醇的摩爾的比為3 : 1~9 : 1，和催化劑質(zhì)量比為0.廣l. 5%。
3. 據(jù)權(quán)利要求l所述的"浸出+反應(yīng)"耦合法制備蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于反應(yīng)時(shí)間為0. 5~10小時(shí)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的"浸出+反應(yīng)"耦合法制備蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于反 應(yīng)溫度為30~90°C。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的"浸出+反應(yīng)"耦合法制備蓖麻油生物柴油的方法，其特征在于超聲單位體積功率是8~80W/L，超聲頻率為20 500kHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種“浸出+反應(yīng)”耦合法制備蓖麻油生物柴油的方法。以蓖麻籽為原料，在超聲條件下或無(wú)物理場(chǎng)作用條件下，蓖麻油浸出與酯交換反應(yīng)耦合制備生物柴油。浸出與酯交換反應(yīng)一步完成，極大地簡(jiǎn)化工藝流程，節(jié)約生產(chǎn)成本；甲醇既為浸出溶劑又為酯交換劑，有利于循環(huán)和節(jié)約原料，也有利于后期物料的分離。解決了現(xiàn)有的生物柴油制備方法對(duì)油脂的質(zhì)量要求都較高，工藝路線(xiàn)較長(zhǎng)，各種原料、試劑及設(shè)備消耗較大，試劑污染也比較嚴(yán)重，生產(chǎn)成本比較高的問(wèn)題。
文檔編號(hào)C11C3/10GK101108975SQ20071011961
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月27日
發(fā)明者笑 左, 張東翔 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)