本发明专利技术为一种均相碱催化常温常压快速制备生物燃料的方法。该方法包括以下步骤：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，生物燃料得率最高达99.4%。本发明专利技术制备生物燃料无需高温高压、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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及油脂化学工程、生物能源
，特别涉及制备生物燃料
具体为。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术提供了，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。本专利技术的技术方案如下，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°C，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°C、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 ；本专利技术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°C以上，反应时间为30min以上，同时需要高速搅拌。而本专利技术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。(2)受油脂原料中水含量影响不大。油脂原料中的水含量对传统碱催化制备生物燃料的方法影响比较严重。主要是因为在碱性催化剂存在下，油脂与水发生水解反应，产生脂肪酸和甘油，而脂肪酸会与碱发生皂化反应。不仅消耗了部分催化剂，降低催化效果，同时会生成凝胶，增加混合物的黏度，使甘油的分离更加困难。而本专利技术所用碱性催化剂在短链醇和助溶剂的共同存在下能够保持其催化状态，并且其稳定性要强于无助溶剂存在的反应体系，从而提高了催化剂的利用率。本专利技术当反应体系水含量< 5%时，对催化效果影响不明显。(3)副产物甘油易分离。在无助溶剂存在的传统碱催化制备生物燃料的方法中，短链醇脂肪酸酯为一相，甘油与短链醇为一相。由于纯的短链醇脂肪酸酯的比重，与甘油与短链醇混合物的比重相比较小，因此通过静置沉降分离甘油需要很长时间。而在本专利技术中，助溶剂与甘油不互溶，助溶剂与短链醇脂肪酸酯成为一相，与甘油与短链醇混合物的比重相比相差较大。该比重远大于传统碱催化制备生物燃料方法中的比重差值。因此甘油更易于分离，并且通过静置沉降在较短时间内即可达到分离甘油的目的。具体实施例方式(本专利技术所用植物油脂均为市售，其中麻疯树籽油、黄连木籽油、乌桕油、桐油、文冠果油和棉籽油均购自江苏省沭阳东湖花卉园艺中心，米糠油、菜籽油、花生油、大豆油和葵花籽油均购自天津市津工超市。)实施例1取5g含水量为3%，酸值为0.3mg KOH/g的麻疯树籽油放入具塞三角瓶中，分别加入助溶剂四氢呋喃、甲醇和NaOH。助溶剂的用量为加入麻疯树籽油质量的40%，甲醇加入量与麻疯树籽油的摩尔比为3 1，NaOH的用量为麻疯树籽油质量的0.6%。混合均勻置于控温往复水浴摇床中，在温度30°C，摇床转速50rpm条件下振荡反应，反应5min后加入 0. lmol/L的盐酸终止反应。静置25min，使甘油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°C、压力0. 04Mpa条件下，经旋转蒸发15min除去助溶剂及未反应的短链醇。短链醇脂肪酸酯相经3次水洗后是用干燥剂脱水干燥，得到精制的生物燃料。根据国标GB/T17377-2008利用气相色谱检测，得生物燃料产率为91. 3%。实施例2取5g含水量为2%，酸值为0.5mg KOH/g的文冠果油放入具塞三角瓶中，分别加入助溶剂正己烷、甲醇和Κ0Η。助溶剂的用量为加入文冠果油质量的25%，甲醇加入量与文冠果油的摩尔比为4. 5 1，K0H的用量为文冠果油质量的1%。混合均勻置于控温往复水浴摇床中，在温度25 V，摇床转速50rpm条件下振荡反应，反应15min后加入0. lmol/L的盐酸终止反应。静置30min，使甘油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°C、压力0. 04Mpa条件下，经旋转蒸发15min除去助溶剂及未反应的短链醇。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。根据国标GB/T 17377-2008利用气相色谱检测，得生物燃料产率为99. 4%。实施例3取5g含水量为1%，酸值为Img KOH/g的菜籽油放入具塞三角瓶中，分别加入助溶剂丙酮、甲醇和Κ0Η。助溶剂的用量为加入菜籽油质量的10%，甲醇加入量本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种均相碱催化常温常压快速制备生物燃料的方法，其特征为包括以下步骤：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５～１５ ｍｉｎ，得到生物燃料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高静，姜艳军，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：12
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