一種山杏生物柴油的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種山杏生物柴油的生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前全球石油需求不斷增長(zhǎng)與化石能源目漸枯竭的矛盾日益突出，能源供給形勢(shì)越來(lái)越緊張，國(guó)際市場(chǎng)原油價(jià)格持續(xù)大幅上漲，能源的多元化、可再生化和清潔化已成為人類社會(huì)發(fā)展的必然選擇，開發(fā)生物質(zhì)能源是解決全球能源危機(jī)的方向之一，作為新型替代能源的生物柴油在世界各國(guó)發(fā)展迅速。生物柴油是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動(dòng)物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過(guò)酯交換或熱化學(xué)工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。
[0003]生物柴油具有下述獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì):(I)生物能源為可再生性能:作為可再生能源，與石油儲(chǔ)量不同，其通過(guò)農(nóng)業(yè)和生物資源獲得，可供應(yīng)量不會(huì)枯竭，而且生物柴油的生物降解性高于常規(guī)柴油，可在自然狀況下實(shí)現(xiàn)生物降解，減少對(duì)人類生存環(huán)境的污染。(2)具有優(yōu)良的環(huán)保特性:主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低；生物柴油中不含對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對(duì)人體損害低于柴油。
[3]較好的潤(rùn)滑性能，使噴油栗、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和連桿的磨損減小，使用壽命長(zhǎng)。(4)良好的燃料性能:生物柴油十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性使催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用壽命延長(zhǎng)。(5)制備生物柴油的原料來(lái)源比較廣泛:包括油料作物、野生油料植物和水藻植物油脂以及動(dòng)物油脂都可以作為原料，甚至可以利用餐飲業(yè)中的廢油、地溝油作為原料，可以做到回收垃圾變廢為寶的目的等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]我國(guó)是石油資源相對(duì)貧乏的國(guó)家，但木本油料資源及其豐富，隨著對(duì)能源用木本油料作物的研究、開發(fā)和利用的不斷深入，生物質(zhì)能源在我國(guó)發(fā)展?jié)摿薮?，發(fā)展木本油料生物柴油產(chǎn)業(yè)不僅有利于解決石油替代、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和“三農(nóng)”問(wèn)題，還可為為我國(guó)林業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。山杏(Armeniaca sibirica(L.)Lam)，薔薇目、薔薇科、杏屬植物，別名杏子、野杏。其適應(yīng)性強(qiáng)，喜光，根系發(fā)達(dá)，深入地下，具有耐寒、耐旱、耐瘠薄的特點(diǎn)。主要分布于中國(guó)黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、甘肅、河北、山西等地。山杏中油脂肪酸組成包括肉豆寇酸、棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和二十碳酸等，其中，棕櫚酸、棕櫚油酸、硬脂酸、油酸、亞油酸和亞麻酸的含量之和高達(dá)95%，而杏仁含油率為50%左右，是值得推廣種植的木本生物柴油物種。目前利用山杏仁制備生物柴油的主要方法為酯交換法，但傳統(tǒng)的酯交換法大都存在催化效率低、產(chǎn)量低、色澤深、容易變質(zhì)、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、腐蝕設(shè)備、工藝復(fù)雜、反應(yīng)溫度高、能耗較大、易造成二次污染和副產(chǎn)物損失、成本較高等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)酯交換法生產(chǎn)生物柴油存在的問(wèn)題，提供一種山杏生物柴油的生產(chǎn)方法。本發(fā)明以磁性納米固體酸為催化劑，不僅不腐蝕設(shè)備，還能較大地提高催化效率，可縮短反應(yīng)時(shí)間和降低能耗等。
[0006]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007 ] 一種山杏生物柴油的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0008]1.原料預(yù)處理:在山杏仁油中加入重量比為0.8-1.2%的活性氧化鋁吸附劑，在轉(zhuǎn)速為200-300r/min下攪拌10-15min，即可得到純山杏仁油；
[0009]2.酯化反應(yīng):將純山杏仁油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:30-40: 1.2-1.5加入反應(yīng)釜中，在溫度為55-65°C、攪拌速度為120-200r/min下，進(jìn)行酯化反應(yīng)20-40min，得酯化產(chǎn)物；
[0010]3.分離生物柴油粗品:將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為500-1000r/min下離心8-15min，靜置沉淀后，將上層液和下層液分離，上層液即為生物柴油粗品，下層為甘油；
[0011]4.提純生物柴油:將上述得到的生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以膨潤(rùn)土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑，其加入量為生物柴油粗品重量的1.5 - 2.5 %，在轉(zhuǎn)速15 O -180r/min下攪拌5-8min，即可得到生物柴油產(chǎn)品。
[0012]以上所述磁性納米催化劑包括B2O3-Fe3O4、Zr02_Fe304和Al 203-Fe304。
[0013]以上所述膨潤(rùn)土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑是由25-30%膨潤(rùn)土和70-75%聚乙烯酰胺組成。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0015]1、本發(fā)明利用可再生資源山杏仁油制備生物柴油，可有效解決當(dāng)前全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題，生產(chǎn)的生物柴油不僅品質(zhì)得到較大提高，產(chǎn)率能提升至90%左右。
[0016]2、本發(fā)明將磁性納米催化劑引入到生物柴油的生產(chǎn)中，其中磁性納米催化劑具有反應(yīng)界面大、表面積大、傳質(zhì)阻力小、反應(yīng)條件溫和、活性高、活性穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，使得其在酯化反應(yīng)中催化效率高、催化效果顯著，從而縮短反應(yīng)時(shí)間和提高生物柴油的產(chǎn)率。另一方面磁性納米催化劑依據(jù)外在磁場(chǎng)可以方便，快速地將其分離、回收，可多次循環(huán)利用，克服非磁性納米催化劑難回收、成本高的缺點(diǎn)，對(duì)緩解環(huán)境污染、提高企業(yè)生產(chǎn)效益、實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)高效利用具有重要意義。
[0017]3、本發(fā)明采用吸附法提純生物柴油，操作簡(jiǎn)單、成本低，可有效解決耗能大和“三廢”排放問(wèn)題;選用膨潤(rùn)土和聚乙烯酰胺組成的混合物作為吸附劑，不僅可以很好吸附生物柴油的游離酸、甲醇、甘油、甘油脂等雜質(zhì)，同時(shí)還具有很好的脫水效果，可以克服生物柴油色澤深、易變質(zhì)及常規(guī)蒸餾法存在工藝復(fù)雜、耗能大、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。
[0018]4、本發(fā)明在酯化反應(yīng)之前先用活性氧化鋁對(duì)山杏仁油進(jìn)行預(yù)處理，可以吸附山杏仁油的雜質(zhì)和部分游離酸，使得酯化反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的肥皂少，減輕了后續(xù)精制粗生物柴油的難度。
[0019]5、本發(fā)明方法具有制備工藝簡(jiǎn)單、催化效率高、產(chǎn)率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的社會(huì)效率和經(jīng)濟(jì)效益，容易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，但不限于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0021]實(shí)施例1
[0022]本實(shí)施例所用的磁性納米催化劑為B2O3-Fe3O^其制備方法包括以下步驟:
[0023]a.磁性Fe3O4納米微球的制備:將質(zhì)量比為1: 2的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中，通入氮?dú)?，?00r/min轉(zhuǎn)速下攪拌，逐滴加氨水至pH值為12 ；再控制溫度為60 °C、轉(zhuǎn)速為10r/min，攪拌lh，反應(yīng)后冷卻至室溫，利用磁石吸附作用收集Fe3O4微粒，用蒸餾水清洗至中性，在溫度為70°C下真空干燥3h，得磁性Fe3O4納米微球，微球的粒徑為58nm。
[0024] b.B2O3-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質(zhì)量比為1:8的磁性Fe304納米微球和硝酸硼溶液加至超聲波攪拌器，再加入與磁性Fe304納米微球質(zhì)量比為1:20的乙醇，在轉(zhuǎn)速為300r/min、溫度為50°C下，逐滴加入氨水至pH為12，超聲攪拌3h后，所得的產(chǎn)物經(jīng)磁分離，再用蒸餾水清洗6次，用微波為70°C干燥Sh，最后在500°C及氮?dú)獗Ｗo(hù)下焙燒2h，即可制得B2O3-Fe304磁性納米催化齊U ο
[0025 ] 一種山杏生物柴油的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0026]1.原料預(yù)處理:在山杏仁油中加入重量為0.8kg的活性氧化鋁吸附劑，在轉(zhuǎn)速為200