[发明专利]固体碱催化法制备生物柴油

说明书

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体涉及一种固体碱催化法制备生物柴油。

背景技术

随着石油、煤等矿石能源的日益开发，自然资源不断减少、环境恶化日趋严重，人类迫切需要寻找环境友好、可再生的替代能源。生物柴油源于天然油脂，是一种长链脂肪酸的单烷基酯，可再生，能天然降解，对环境的污染明显比传统液体燃料小，被公认为是柴油的理想替代能源。

目前，制备生物柴油的方法主要有酸催化法、碱催化法、酶催化法以及超临界法。从工业实践角度上看，液体酸、碱催化法应用最为广泛。液体酸催化法适用于处理一些高酸值的油脂，但存在反应醇油比高、催化温度高、反应时间长等缺点；碱催化法适用于处理低酸值、含水量低的油脂。与酸催化法相比，碱催化法反应温度较低，反应时间较短，但该法用的催化剂为强碱，腐蚀性大，产品需要中和、水洗和干燥等后处理步骤，且生产过程中产生的碱性废水污染环境。

固体碱是弥补液体碱催化法不足的一个有效途径。固体碱是质子的受体或电子给体。固体碱在整个转酯化反应过程中以固态的形式存在，反应完成后催化剂易与产物分离，且催化剂可以重复利用。目前已有多项有关固体碱及其在生物柴油制备中应用的专利：专利CN 101249453A公开了一种催化剂的制法，将有机金属盐与碱或者是碱金属的碳酸盐在室温下进行研磨固相反应后，高温焙烧而成，该类催化剂可用于生物柴油转酯化法合成。专利CN 101249454A涉及到一种固体碱催化剂，该专利是以有机金属盐为前驱体与载体在室温下研磨后高温下焙烧而制得的，该固体碱催化剂也可用于生物柴油的制备；CN101249454A描述一种固体碱催化剂，该催化剂是以氟化钾为活性组分，负载于载体上后，经高温焙烧而成。载体为氧化铝、氧化镁、氧化钙、氧化锌、氧化锆、活性炭、分子筛、硅藻土、活性白土、硅胶或拟薄水铝石；专利CN 101249432A将金属硝酸盐与碱或碱金属的碳酸盐室温下研磨进行固相反应后，高温下焙烧制成催化剂，所述的金属硝酸盐可以为硝酸镁、硝酸铝、硝酸锌、硝酸钙与硝酸锶，所述碱或碱金属碳酸盐可以为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾；专利CN 101302433A将碱金属、碱土金属的氧化物、氟化物、碳酸化合物和硝酸化合物，所用载体为氧化钙、氧化铝、分子筛等，制得的催化剂可以催化大豆油、转基因大豆油等。但是上述发明专利涉及的催化剂催化活性较低，通常需要2个小时以上，与液体碱催化剂的1小时以内完成反应相比，明显较长，而且催化剂的制备过程十分复杂。

发明内容

为了解决现有生物柴油技术中催化剂与产物分离工艺复杂、生产过程产生废水的问题，本发明提供一种工艺简单、有利环保的固体碱催化法制备生物柴油。

实现上述目的的技术解决方案如下：

固体碱催化法制备生物柴油包括以下操作步骤：

在反应釜中，加入300-400克油脂、80-250毫升甲醇和4-15克催化剂，温度60～90℃，转速100～600rpm，搅拌0.4～2.5h；粗品经离心去除催化剂、分相、真空蒸发去除甲醇，得到脂肪酸甲酯产品；

所述油脂为大豆油或菜籽油或转基因大豆油或转基因菜籽油或经过预酯化的餐饮废油；

所述催化剂为碳酸钠或碳酸钾。

所述催化剂为碳酸钠或碳酸钾负载在中性或者是碱性的载体上取得的负载型催化剂，所述载体为氧化铝、氧化镁、氧化钙、镁铝水滑石、氧化锆；

所述负载型催化剂的制备：选取碳酸钠或碳酸钾20～30份，溶解于100份的蒸馏水中，待溶解完全后，再加入100份的载体，70～80℃下搅拌1.5-2小时后，100℃烘干，最后在400～800℃下焙烧4～8小时。

本发明的两种碱金属碳酸盐—碳酸钾和碳酸钠，是两种反应条件温和的高效催化转酯化反应催化剂。其中碳酸钾在反应过程中部分溶解，但反应速率快，与氢氧化钠相当；碳酸钠则在反应过程始终以固态形式存在，是一种不需要进行任何化学修饰的固体碱催化剂。碳酸钠与碳酸钾都可以负载在中性或者是碱性的载体上，如：氧化铝、氧化镁、氧化钙、镁铝水滑石以及类水滑石、氧化锆等。碳酸钠与碳酸钾这两种碳酸盐负载在以上的这些载体上所制得的负载型催化剂均能有效催化油脂生成脂肪酸甲酯。上述的催化剂，除个别外，均能在2小时内完成反应。

利用本发明涉及的催化剂生产生物柴油，可以对现有的生产工艺进行不同程度的改进：碳酸钾腐蚀性小，后处理过程可以省去中和步骤；碳酸钠以及碳酸钠与碳酸钾负载型催化剂在反应过程中均不溶，通过离心很容易使催化剂与产物分离，且催化剂可以重复使用，整个生产过程不产生废水，可以实现零排放。

具体实施方式