[发明专利]一种均相碱催化常温常压快速制备生物燃料的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及油脂化学工程、生物能源技术领域，特别涉及制备生物燃料技术领域。具体为一种均相碱催化常温常压快速制备生物燃料的方法。

背景技术：

自上世纪80年代以来，对生物燃料的研究已取得了长足的发展。随着工业与经济的发展，对能源需求的不断增加和石化燃料的使用造成的污染问题愈发严重，加速了世界各国对柴油替代燃料的开发步伐，进一步发展可再生的替代能源势在必行。尤其是进入了二十世纪九十年代，生物柴油作为一种无毒、可生物降解的环境友好型绿色燃料，愈发受到了世界范围的广泛关注。因此对于替代能源——生物燃料生产工艺的研究具有重大的现实意义及战略意义。

生物燃料的生产方法主要包括化学法与生物催化法，生物催化法作为一种反应条件温和、环境友好、操作简单、酯化产物易分离且品质高的绿色催化方法广泛受到人们关注，但固定化酶的价格昂贵且操作稳定性差、易失活，同时整个反应过程时间长而带来了高能耗。目前技术比较成熟的、已经用于大规模产业化生产的方法主要是化学法，这类方法具有反应时间短，产率高等优点，但是同时存在着反应条件苛刻、操作工艺复杂的缺点。这些缺点的主要根源在于油脂与短链醇互不相溶。为了解决这一问题，出现了众多方法，包括：(1)通过高温和机械搅拌的条件促进反应进行，虽然能够在一定程度上提高反应速率，但是以较高的能耗作为代价；(2)通过加入过量的短链醇以促进反应的进行，而对于过量的短链与产物短链醇脂肪酸酯的分离又使后续的操作工艺变的繁琐；(3)通过高温高压在超临界状态下进行反应，这种方法对反应设备的承压能力和安全性要求非常严格；(4)通过超声波辅助剧烈振荡使反应底物成微小液滴彼此相互分散而增加界面接触。尽管如此，在互不相溶的反应底物出现非均相时，反应只能在相界面处发生。而上述方法的使用，都在不同程度上给生产过程带来多余的操作和能耗，从而增加了生物燃料的生产成本以及安全隐患。因此如何解决上述生产中存在的问题成为了生物燃料生产工艺研究的关键。

发明内容：

本发明的目的在于为了解决现有的生物燃料制备工艺中存在的由于反应底物互不相溶导致的反应速率慢和生产能耗高的缺陷，本发明提供了一种均相碱催化常温常压快速制备生物燃料的方法，通过加入适当溶剂使短链醇脂肪酸酯的制备在均相体系中进行，那将由于发生分子与分子之间的反应而大大加速反应进程。该方法无需加热加压、工艺简单、常温下即可快速完成反应，大大的降低了生产成本，适应了工业化生产的需要。

本发明的技术方案如下：

一种均相碱催化常温常压快速制备生物燃料的方法，包括以下步骤：

(1)反应过程：取油脂原料，然后依次加入助溶剂和溶有碱性催化剂的短链醇溶液，其中助溶剂用量为油脂原料质量的10～100％，摩尔比为短链醇∶油脂＝3～4.5∶1，碱性催化剂用量为油脂原料质量的0.5～5％，置于控温往复水浴摇床中，在温度20～30℃，低速振荡条件下进行酯交换反应5～15min，得到生物燃料。

(2)精制过程：在经过20～30min静置，使甘油相与溶有短链醇脂肪酸酯的助溶剂相分开，除去甘油，剩下反应混合物在温度60℃、压力0.04MPa条件下，经旋转蒸发15～30min除去助溶剂及短链醇，短链醇脂肪酸酯相经3次水洗后干燥，得到精制的生物燃料。

所述的油脂原料为麻疯树籽油、黄连木籽油、棉籽油、蓖麻籽油、桐油、米糠油、文冠果油、菜籽油、花生油、大豆油、葵花籽油、猪油和牛羊油脂中的一种或几种，或者为废弃餐饮油。

所述的短链醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。

所述的助溶剂为四氢呋喃、正己烷、丙酮、异丙醇、丁酮或环己酮。

所述的碱性催化剂为KOH或NaOH。

所述的油脂原料含水量低于5wt％，酸值小于2.5mg KOH/g；

本发明方法的效果与益处具体如下：

(1)反应时间短、条件温和。目前碱催化制备生物燃料的方法，一般反应条件为：醇油比为6∶1以上，温度在40℃以上，反应时间为30min以上，同时需要高速搅拌。而本发明通过在反应体系中加入助溶剂，无需高温高压、高速搅拌以及过量的短链醇促进反应进行，即可使油脂与短链醇在均相条件下15min内完成反应。不仅节省了短链醇用量和生产能耗，而且缩短了反应时间提高了生产效率。