[发明专利]一种生物柴油及其催化还原制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物柴油及其催化还原制备方法，尤其是涉及一种从以C₁₂-C₂₀的脂肪酸三甘油脂为主要组份的各种油类(如地沟油、各种动值物油)为原料、通过催化加氢制备的代替石油基柴油的生物柴油及其制备方法。 

背景技术

柴油作为一种重要的石油炼制产品，在各国燃料结构中占有很高的比例，成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆用油柴油化趋势的加速、车辆保有量的迅速上升，石油资源(一次性能源、或不可再生性能源)的减少，世界各国对于柴油替代燃料的研究越来越重视。 

生物柴油(Biodiesel)由此应运而生。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和水生植物油脂以及动物油脂、地沟油等为原料油，通过酯交换工艺制成的可代替石油基柴油的再生性柴油燃料。生物柴油由长链脂肪酸的甲酯混合物构成。由于生产生物柴油的动植物油和地沟油每年可以通过植物的光合作用进行可再生性生产；同时植物在进行光合作用的同时消耗了空气中的二氧化碳，从而抵消了生物柴油在燃烧过程中的二氧化碳排放，属于零排放燃料，即绿色燃料。因此，生物柴油以其可再生性、绿色环保，受到世界各国的高度关注。 

然而，不同于矿物油原料，生物质油料含有高水平的脂肪酸三甘油酯。为了将脂肪酸三甘油酯转化成适用于柴油机使用的形式，必须将动植物油脂中的脂肪酸三甘油脂转化为脂肪酸甲酯。到目前为止，世界范围内还没布可行的技术，在成本允许的范围内，将动植物油脂中的脂肪酸三甘油脂转化为脂肪酸甲酯。一方面的原因是由于动植物油本身的价格作为生产生物柴油的原料与石油比起来没有价格优势；然而，生产生物柴油本身的技术还不成熟也是其难于推广的另一个原因。 

从已公开的中国和世界专利申请的情况看，制备生物柴油，要么直接用甲醇与动植物油中的脂肪酸三甘油酯进行酯交换，使脂肪酸三甘油酯转变为脂肪酸甲酯和甘油；要么先将动植物油中的脂肪酸三甘油酯水解生成脂肪酸和甘油，再将脂肪酸转化为甲酯。前者，在加入可接受量的甲醇后，不可能使酯交换反应(是平衡反应)完全，而且甲醇的使用不仅加大了生产成本，也加剧了其对环境的损害；后者，水解过程耗时，最关键的是第二步酯化反应很困难，成本高，难于在成本可接受的范围内实现。 

在US2006/0186020中，描述了通过将植物油加氢转化来形成生物柴油。在W02004/022674中进行了类似的公开。然而需要记住的是，在这些和其他现有技术文件中描述的加氢处理主要是用来氢化裂化，使动植物油分子断裂变小，这和石油炼制过程中的裂化基本一致。这样的氢化转化过程难于控制，从而使产品质量达到生物柴油的要求。 

醇、特别是乙醇(以及甲醇)添加到汽油作为生物汽油使用已经是公知的。乙醇可以从甘蔗产生，经常与汽油混合来形成生物汽油。然而采用相同思路，将高级脂肪醇引入到石油基柴油中作为生物柴油使用，在世界范围内尚未见报道。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，同时实现将乙醇等低级醇用于生物汽油的实践延伸至将高级脂肪醇用于生物柴油，本发明提供了一种生物柴油及其催化还原制备工艺。 

该生物柴油的催化还原制备工艺包括： 

1)获得含有至少一种脂肪酸甘油酯的动植物油，优选为地沟油。目前，只采用地沟油作为制备生物柴油的原料。随着未来石油资源的减少，农林牧副渔动植物种养植效率的提高，动植物油也可作为生产生物柴油的原料。目前，采用地沟油作为生产生物柴油的原料，一方面是因为其价格低；而另一方面，生产生物柴油消耗了地沟油，就杜绝了地沟油回流到餐饮业的可能性，提高了餐饮业的饮食安全，进而保障了最广大人民的饮食安全；再一方面，地沟油和动植物油属于可再生性绿色能源，将其转化为生物柴油燃料，符合国家可持续性发展战略。 

2)为了实现将高级脂肪醇用于生物柴油的想法，本发明对生物柴油进行了重新定义。生物柴油就是以动植物油为原料，通过催化还原制得混合饱和脂肪醇，然后单独、或与柴油降凝剂、或与石油基柴油混合作为生物柴油使用。 

3)制备工艺反应过程如反应方程式(I)所示： 

反应方程式(I) 

其中，式(I)中的，R₁、R₂、R₃为相同或不同的C12-C20的直链或支化的饱和烷基，或相同或不同的C12-C20的直链或支化的单烯或多烯基；