一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，包括以下步驟：加入沸石分子篩吸附劑對光皮樹油進行預(yù)處理，得到純光皮樹油；將純光皮樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:15?25：0.8?1.2加入反應(yīng)釜中進行酯化反應(yīng)；再經(jīng)過分離生物柴油粗品和提純，即可得到生物柴油。本發(fā)明將磁性納米催化劑引入至酯化反應(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)外在磁場可以方便，快速地將其分離、回收，可多次循環(huán)利用。本發(fā)明方法還具有制備工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、反應(yīng)時間短、產(chǎn)率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點，容易實現(xiàn)規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
_種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法
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，具體來說是一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前全球石油需求不斷增長與化石能源目漸枯竭的矛盾日益突出，能源供給形勢越來越緊張，國際市場原油價格持續(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的方向之一，作為新型替代能源的生物柴油在世界各國發(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物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換或熱化學(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特的性能優(yōu)勢:(I)生物能源為可再生性能:作為可再生能源，與石油儲量不同，其通過農(nóng)業(yè)和生物資源獲得，可供應(yīng)量不會枯竭，而且生物柴油的生物降解性高于常規(guī)柴油，可在自然狀況下實現(xiàn)生物降解，減少對人類生存環(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；生物柴油中不含對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。
[3]較好的潤滑性能，使噴油栗、發(fā)動機缸體和連桿的磨損減小，使用壽命長。(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)動機機油的使用壽命延長。(5)制備生物柴油的原料來源比較廣泛: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。
[0004]我國是石油資源相對貧乏的國家，但木本油料資源及其豐富，隨著對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)境保護和“三農(nóng)”問題，還可為為我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展契機。光皮樹(Swida wilsoniana(ffanger.)Sojak)，為落葉喬木，山茱萸科株木屬。是一種理想的多用途油料樹種。光皮樹喜光，耐寒，喜深厚、肥沃而濕潤的土壤，在酸性土及石灰?guī)r土也能生長，萌芽力強，抗病蟲害能力強，壽命較長，超過200年以上。光皮樹廣泛分布于黃河以南地區(qū)，集中分布于長江流域至西南各地的石灰?guī)r區(qū)。光皮樹油含油酸和亞油酸高達77.68 %，其中油酸38.3 %、亞油酸38.85%,所生產(chǎn)的生物柴油理化性質(zhì)良好；同時可以利用果實作為原料直接加工制取原料油，加工成本低廉，得油率高，可作為生物柴油基礎(chǔ)原料油，發(fā)展?jié)摿O大。目前利用光皮樹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)時間長、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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對傳統(tǒng)酯交換法生產(chǎn)生物柴油存在的問題，提供一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法。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)時間和降低能耗等。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007 ] 一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0008]1.原料預(yù)處理:將重量比為0.5%-1.0%的沸石分子篩吸附劑加入光皮樹油中，在轉(zhuǎn)速為200-250r/min下攪拌15-20min，即可得到純光皮樹油；
[0009]2.酯化反應(yīng):將純光皮樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:15-25:0.8-
1.2加入反應(yīng)釜中，在溫度為60-65°C、攪拌速度為150-180r/min下，進行酯化反應(yīng)20-30min，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300-500r/min下離心20-30min，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，再加入以硅藻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 - 2.0 %，在轉(zhuǎn)速12 O -150r/min下攪拌5-10min，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]以上所述硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑是由15-20%硅酸鎂和80-85%聚乙烯酰胺組成。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果:
[0015]1、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，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，對緩解環(huán)境污染、提高企業(yè)生產(chǎn)效益、實現(xiàn)資源循環(huán)高效利用具有重要意義。
[0016]2、本發(fā)明利用可再生資源光皮樹油制備生物柴油，可有效解決當(dāng)前全球能源危機和環(huán)境污染問題，生產(chǎn)的生物柴油不僅品質(zhì)得到較大提高，產(chǎn)率也從現(xiàn)有的70-80%提升至90%左右。
[0017]3、本發(fā)明采用吸附法提純生物柴油，操作簡單、成本低，可有效解決耗能大和“三廢”排放問題;選用硅藻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)時間長等問題。
[0018]4、本發(fā)明在酯化反應(yīng)之前先用沸石分子篩對文冠果油進行預(yù)處理，可以吸附光皮樹油的雜質(zhì)和部分游離酸，使得酯化反應(yīng)過程產(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單、催化效率高、節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)率高、反應(yīng)時間短、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點，具有很好的社會效率、生態(tài)效益和經(jīng)濟效益，容易實現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明，但不限于本發(fā)明的保護范圍。
[0021]實施例1
[0022]本實施例所用的磁性納米催化劑為Al2O3-Fe3O4t5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I: 2.5的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中，通入氮氣，在1000r/min轉(zhuǎn)速下攪拌，逐滴加氨水至pH值為12;再控制溫度為75°C、轉(zhuǎn)速為300r/min，攪拌2h，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75 °C下真空干燥3h，得磁性Fe3O4納米微球，微球的粒徑為35nm。
[0024]b.Al2O3-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質(zhì)量比為1:10的磁性Fe3O4納米微球和硫酸鋁溶液加至超聲波攪拌器，再加入與磁性Fe3O4納米微球質(zhì)量比為1:40的乙醇，在轉(zhuǎn)速為450r/min、溫度為65°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8次，用微波為75°C干燥5h，最后在500°C及氮氣保護下焙燒3h，即可制得Al203_Fe304磁性納米催化劑。
[0025 ] 一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0026]1.原料預(yù)處理:將0.5kg的沸石分子篩吸附劑加入光皮樹油中，在轉(zhuǎn)速為200r/min下攪拌20min，即可得到純光皮樹油；
[0027]2.酯化反應(yīng):將純光皮樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:15:0.8加入反應(yīng)釜中，在溫度為60°C、攪拌速度為180r/min下，進行酯化反應(yīng)20min，得酯化產(chǎn)物；
[0028]3.分離生物柴油粗品:將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為300r/min下離心30min，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；
[0029]4.提純生物柴油:將上述得到的96.24kg生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以15%娃藻土和85%聚乙稀酰胺組成的混合吸附劑1.5kg，在轉(zhuǎn)速150r/min下攪拌5min，即可得到生物柴油產(chǎn)品89.74kg。
[0030]實施例2
[0031]本實施例所用的磁性納米催化劑為ZrO2-Fe3O^其制備方法包括以下步驟:
[0032]a.磁性Fe3O4納米微球的制備:將質(zhì)量比為1:3的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中，通入氮氣，在800r/min轉(zhuǎn)速下攪拌，逐滴加氨水至pH值為11;再控制溫度為78°C、轉(zhuǎn)速為250r/min，攪拌1.5h，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80 0C下真空干燥2h，得磁性Fe3O4納米微球，微球的粒徑為45nm。
[0033]b.ZrO2-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質(zhì)量比為I: 12的磁性Fe304納米微球和硝酸鋯溶液加至超聲波攪拌器，再加入與磁性Fe3O4納米微球質(zhì)量比為1:25的乙醇，在轉(zhuǎn)速為400r/min、溫度為63 °C下，逐滴加入氨水至pH為11，超聲攪拌3.5h后，所得的產(chǎn)物經(jīng)磁分離，再用蒸餾水清洗7次，用微波為65°C干燥5h，最后在400°C及氮氣保護下焙燒2h，即可制得? Zr02_Fe304磁性納米催化劑。
[0034]—種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0035]1.原料預(yù)處理:將0.8kg的沸石分子篩吸附劑加入光皮樹油中，在轉(zhuǎn)速為225r/min下攪拌I Smin，即可得到純光皮樹油；
[0036]2.酯化反應(yīng):將純光皮樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:20:1.0加入反應(yīng)釜中，在溫度為62°C、攪拌速度為160r/min下，進行酯化反應(yīng)25min，得酯化產(chǎn)物:
[0037]3.分離生物柴油粗品:將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為400r/min下離心25min，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:
[0038]4.提純生物柴油:將上述得到的95.87kg生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以18%娃藻土和82%聚乙稀酰胺組成的混合吸附劑1.7kg，在轉(zhuǎn)速130r/min下攪拌8min，S卩可得到生物柴油產(chǎn)品90.62kg。
[0039]實施例3
[0040]本實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:
[0041 ] a.磁性Fe3O4納米微球的制備:將質(zhì)量比為I: 3.5的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中，通入氮氣，在700r/min轉(zhuǎn)速下攪拌，逐滴加氨水至pH值為1 ；再控制溫度為70 °C、轉(zhuǎn)速為200r/min，攪拌3h，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 0C下真空干燥3h，得磁性Fe3O4納米微球，微球的粒徑為55nm。
[0042]b.B2O3-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質(zhì)量比為1:8的磁性Fe3O4納米微球和硝酸硼溶液加至超聲波攪拌器，再加入與磁性Fe3O4納米微球質(zhì)量比為1: 25的乙醇，在轉(zhuǎn)速為350r/min、溫度為60°C下，逐滴加入氨水至pH為10，超聲攪拌3h后，所得的產(chǎn)物經(jīng)磁分離，再用蒸餾水清洗7次，用微波為70°C干燥Sh，最后在500°C及氮氣保護下焙燒2h，即可制得B2O3-Fe304磁性納米催化齊U ο
[0043 ] 一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，包括以下步驟:
[0044]1.原料預(yù)處理:將1.0kg的沸石分子篩吸附劑加入光皮樹油中，在轉(zhuǎn)速為250r/min下攪拌15min，即可得到純光皮樹油；
[0045]2.酯化反應(yīng):將純光皮樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:25:1.2加入反應(yīng)釜中，在溫度為65°C、攪拌速度為150r/min下，進行酯化反應(yīng)30min，得酯化產(chǎn)物；
[0046]3.分離生物柴油粗品:將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為500r/min下離心20min，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；
[0047]4.提純生物柴油:將上述得到的94.75kg生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以20%娃藻土和80%聚乙稀酰胺組成的混合吸附劑2kg，在轉(zhuǎn)速120r/min下攪拌1min，即可得到生物柴油產(chǎn)品88.69kg。
【主權(quán)項】
1.一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)原料預(yù)處理 將重量比為0.5-1.0%的沸石分子篩吸附劑加入光皮樹油中，在轉(zhuǎn)速為200-25(^/11^11下攪拌15-20min，即可得到純光皮樹油； (2)酯化反應(yīng) 將純光皮樹油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:15-25:0.8-1.2加入反應(yīng)釜中，在溫度為60_65°C、攪拌速度為150-18(^/11^11下，進行酯化反應(yīng)20-301^11，得酯化產(chǎn)物: (3)分離生物柴油粗品 將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為300-500r/min下離心20-30min，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: (4)提純生物柴油 將上述得到的生物柴油粗品加至攪拌器，再加入以硅藻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1.5-2.0 %，在轉(zhuǎn)速120-150r/min下攪拌5_10min，即可得到生物柴油產(chǎn)品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，其特征在于:所述磁性納米催化劑包括 B203_Fe304、Zr02-Fe304和 Al203_Fe304o3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種優(yōu)質(zhì)生物柴油的制備方法，其特征在于:所述硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑是由15-20%硅酸鎂和80-85%聚乙烯酰胺組成。
【文檔編號】C11B3/10GK105969419SQ201610027162
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年1月15日
【發(fā)明人】梁杰鋒, 楊云, 蔣小平, 李建華
【申請人】廣西闊能霸能源科技開發(fā)有限責(zé)任公司