[发明专利]一种提高油脂与低碳醇酯交换反应速率的方法以及组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高油脂与低碳醇酯交换反应速率的方法。

本发明还涉及实现上述方法的组合物。

背景技术

世界能源紧缺，已经成为不争的事实。目前，工业生产生物柴油的主要方法是以油脂与低碳醇作用而产生脂肪酸低碳醇酯，就是所谓的“酯交换法”。但是，如何提高酯交换法生产生物柴油(以下简称生物柴油)的质量，降低能耗，节约成本，仍然是世界各国所关注的重要研究课题。

生产工艺直接影响到生物柴油的产量和质量。研究表明，影响生物柴油产率及速率有五个主要因素，依次为：搅拌强度、催化剂用量、油脂与低碳醇的摩尔比、反应时间、反应温度，其中以搅拌强度影响最大。可见，酯交换反应属于传质控制反应。因此，在选取最佳工艺条件时，应该首先尽可能地满足搅拌强度。可是，这要加大搅拌装置的功率，从而增加耗电量和搅拌装置的磨损程度，使生产成本提高。实际上，即使加大搅拌速度，反应时间并不能控制在主反应物生成的最佳时间内(25min左右)，生产时间越长，能耗越多，成本居高不下。加大搅拌速度，之所以有利于提高酯交换反应产率，是因为物料越处于紊流状态，醇和油脂分子间的接触、碰撞几率会越大，反应速率也能随之增加。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高酯交换法生产生物柴油反应速度的方法。其手段是使低碳醇充分、微细地分散在油脂内而成“油包醇型微乳体”，降低油脂和低碳醇分子间的界面能，以缩短酯交换反应时间，或在相同的反应时间内，提高酯交换反应转化率。

因此，本发明提供的提高酯交换法生产生物柴油反应速度的方法是，在反应体系中加入能降低油脂和低级醇分子间的界面能的非离子表面活性剂。

加入表面活性剂的作用是使低级醇充分、微细地分散在油脂内而成“油包醇型微乳体”。

为实现上述方法，本发明申请人具体研究了一种组合物，来实现上述方法。

本发明提供的提高油脂与低级醇酯交换反应速率的组合物(m/m)％为：脂肪醇聚氧乙烯醚0.1～50.0％，烷基酚聚氧乙烯醚0.1～30.0％，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯0.0～45.0％，失水山梨醇脂肪酸酯0.0～45.0％，蓖麻油聚氧乙烯醚0.0～35.0％，三乙醇胺0.1～40.0％，多功能乳化剂10～30％；其中多功能乳化剂具体配比如下：

烷基苯磺酸               30％

月桂醇酰胺               25％

多聚萜烯                 15％

N-环己基硫代酞酰亚胺      15％

苯酚                     15％

本发明中将上述具有提高油脂与低级醇酯交换反应速率的组合物，简称为“速效剂”或“酯交换反应速效剂”。

脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、三乙醇胺、多功能乳化剂都是优良的表面活性剂。非离子表面活性剂R-O-(CH₂CH₂O)_nH在水中和亲水性强的醇类溶剂中(甲醇、乙醇等)不会离解，它们的表面活性是靠分子中的极性(亲水)部分和非极性(亲油)部分来显示。这类非离子表面活性剂具有很好的乳化、分散作用，并且在较宽的PH值范围和温度范围内都很稳定。这些表面活性剂中分别含有碳数不一的烷基或芳基，构成油性长短各异的亲油憎水基团，又分别具有酯键、醚键、羧基、醇氨基等亲水憎油基团。

各种表面活性剂的亲油、亲水程度不等，它们都有不同的亲水亲油值(HLB值)。调整各表面活性剂的含量来改变速效剂的HLB值，以适合不同的油脂，进而促进该油脂与低碳醇间酯交换反应的进行。

这些表面活性剂就会很好地协调分布于油醇界面，亲油基伸进油相，亲水基则伸进醇相(醇和催化剂)，从而使油、醇相之间的界面张力降低，醇相(醇和催化剂)就能微细、均匀而稳定地分散在油相(植物油或者动物油)中，形成优良的油包醇型微乳液。这种加有速效剂的微乳油，在合适的搅拌强度、催化剂用量、油脂与甲醇的摩尔比、反应温度等工艺条件下，会比相同条件下不加速效剂的油脂酯交换反应时间缩短或产出率增加。

酯交换反应速效剂调制方法：按速效剂生产配方，将原料依次投入搪瓷或者不锈钢反应罐中，加热，当温升至60～65(≤65)℃时，开动搅拌，搅拌速度为60r/min，40min左右停止加热。冷却至40℃时停止搅拌，取样按速效剂产品标准检验，合格后即可包装备用或者入库待出厂。

酯交换反应速效剂产品主要性能指标：

1)外观：深棕色透明均一液体；