廢棄油脂制備生物柴油工藝的研究

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1、廢棄油脂制備生物柴油工藝的研究杜傳林1何東平1、2（1.武漢工業(yè)學院，430023武漢；2.華中農(nóng)業(yè)大學食品科學與技術(shù)學院，430070武漢）摘要：生物柴油是可再生的清潔能源，本文介紹了國內(nèi)外生物柴油產(chǎn)業(yè)的應用現(xiàn)狀，并對不同原料制取生物柴油的工藝進行了分析，最后對其前景進行展望。關(guān)鍵詞：生物柴油;進展;策略;產(chǎn)業(yè)化石油資源是世界各國能源消費的主體，隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對石油的需求量將越來越大,而地球石化資源有限，消費量卻不斷增加，全球能源形勢日趨嚴峻。面臨石油儲量的不斷減少，能源需求的不斷增長，以及化石燃料引起的環(huán)境污染問題，開發(fā)新的、對環(huán)境無害的、非石油類的可再生能源是未來能源發(fā)

2、展的必然趨勢。生物柴油，亦稱燃料甲酯，是一種用植物油或動物油加工制取的新型燃料。按其化學成分分析，生物柴油是一種通過以不飽和油酸C18為主要成分的甘油酯分解而獲得的高脂酸甲酯，其性能與零號柴油相近、使用生物柴油時無需對現(xiàn)有柴油機進行結(jié)構(gòu)改進，因此生物柴油正受到前所未有的矚目。1世界各國生物柴油的應用狀況目前，生物柴油產(chǎn)業(yè)主要集中在歐洲和美國等發(fā)達國家，它們主要以植物油為原料制備生物柴油，而日本則通過回收廢食用油來制備生物柴油（見表1）。表1國外生物柴油應用概況國家生物柴油產(chǎn)量（萬t）生物柴油比例（%）原料現(xiàn)狀美國3010～20大豆推廣使用中德國555～20,100油菜籽、大豆、動物

3、油脂廣泛使用中法國405～30各種植物油研究推廣中意大利3320～100各種植物油廣泛使用中奧地利5.5100油菜籽、廢油脂廣泛使用中日本405～20廢油脂廣泛使用中保加利亞0.03100向日葵、大豆推廣使用中巴西蓖麻油行車實驗中澳大利亞100動物脂肪研究推廣中瑞典2～100各種植物油廣泛使用中比利時245～20各種植物油廣泛使用中阿根廷20大豆推廣使用中加拿大2～100桐油、動物脂肪推廣使用中韓國5～20米糠、回收食物油和豆油推廣使用中馬來西亞棕櫚油研究推廣中注：生物柴油比例是指使用過程中，燃料中含生物柴油的體積百分比。2生物柴油制取工藝生物柴油是一種生物質(zhì)能，其中含77%的碳、

4、12%的氫、11%的氧以及微量的硫和氮。生物柴油作為動、植物油的酯交換產(chǎn)物，按化學成份分析，一般由14至18個碳原子的高級脂肪酸單酯組成，在含硫量、蒸余物殘?zhí)?、灰分、銅片腐蝕、水分、機械雜質(zhì)、運動粘度、凝點、冷濾點、閃點、餾程等指標達到車用柴油的要求，與普通柴油相當[1]。在燃燒動力，排放指標和使用的方便性、燃燒功效、燃燒耗氧量，對水源的危害以及生物可降解性方面明顯優(yōu)于普通柴油（見表2）。表2生物柴油和石化柴油的性能比較物化性質(zhì)生物柴油石化柴油夏季產(chǎn)品冷濾點（CFPP）/℃-100冬季產(chǎn)品冷濾點（CFPP）/℃-20-2020℃的密度/g.mL-10.880.8340℃動力粘度/m

5、m2.s-14～62～4閉口閃點/℃＞100＞60十六烷點≥56≥49熱值/MJ.L-13235燃燒功效（柴油=100%），%104100硫含量（質(zhì)量分數(shù)），%＜0.001＜0.2氧含量（體積分數(shù)），%100燃燒1kg燃料按化學計算法的最小空氣耗量/kg12.514.5水危害等級12使用生物柴油發(fā)動機尾氣有害組分較石化柴油明顯改善（見表3）[2]。表3發(fā)動機尾氣有害組分改善情況項目(%)B100比石化柴油減少的比例B20比石化柴油減少的比例CO43.212.6HC56.311.0SOX10020顆粒物55.418.0多環(huán)芳烴8013因此，作為可再生能源，它的開發(fā)具有深遠的戰(zhàn)略意義，

6、目前根據(jù)原料性質(zhì)的不同我們采用以下不同的生產(chǎn)工藝：2.1地溝油制取生物柴油的研究[3]2.1.1原理和生產(chǎn)工藝2.1.1.1酯交換原理酯交換(醇解)是通過有催化劑氫氧化鈉（NaOH）存在下與甲醇的下述反應來達到的酯交換：CH2-OC0-RCH2-OH∣∣CH-OCO-R+3CH3OH→CH-OH+3R-COOCH3∣∣CH2-OCO-RCH2-OH同時發(fā)生副反應：CH2-OC0-RCH2-OH∣∣CH-OCO-R+3NaOH→CH-OH+3R-COONa∣∣CH2-OCO-RCH2-OH本實驗將預熱好的地溝油，甲醇以及反應中作為催化劑的氫氧化鈉在反應器混合反應，為保證酯交換反應的完

7、全，初次酯交換的反應產(chǎn)物在第二反應器中再次反應。該反應產(chǎn)物在采用一特殊設計可連續(xù)工作的分離器中被分為生物柴油和甘油相。將生物柴油相在反應器中水洗，以除去其中殘留的催化劑、溶解皂和甘油并在隨后將其加以分離，分出的水相和甘油相，以使殘留的皂由生物柴油中分離出來。2.1.1.2工藝流程酯交換反應的工藝流程如下：氫氧化鈉→甲醇水↓↓地溝油→酯交換→分離→水洗→干燥→生物柴油↓粗甘油→精制→甘油2.1.2材料與方法2.1.2.1原料地溝油2.1.2.2試劑氫氧化鈉、過碘酸鉀、甲