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一种高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法

文献发布时间:2023-06-19 09:27:35



技术领域

本发明涉及生物柴油制备技术领域,尤其涉及一种高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法。

背景技术

近年来,随着矿物能源的日益枯竭和人们对燃料能源的需求急剧攀升,世界各国都在加快新能源,特别是可再生能源的开发步伐。

生物柴油是指植物油(如菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等)、动物油(如鱼油、猪油、牛油、羊油等)、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是一种典型的“绿色可再生能源”,具有以下优点:无毒、可生物降解,十六烷值高,硫化物、一氧化碳等排放量少;与石化柴油相比,可大幅度减少二氧化碳的排放,符合国家低碳经济,循环经济,可持续发展的战略。

目前,国内因植物油脂短缺的原因,生物柴油生产主要以高酸价餐厨废弃油脂和潲水油等为废弃油脂为原料。废弃油脂生物柴油生产技术方兴未艾,各种各样的技术方法层出不穷,酸催化、碱催化、酶催化等,酶催化虽然环保但是生产出来的生物柴油,酸价高,质量不达标。采用酸催化或者碱催化法操作简单,易于扩大生产,但又存在如下问题: (1)采用浓硫酸等酸催化剂,容易腐蚀设备,后期废水处理成本较高;(2)直接采用氢氧化钠等碱催化剂,反应过程中容易出现皂化的现象,不利于反应的顺利进行和后期的分离除杂。

为此,开发一种适合工业化应用的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是:如何提高生物柴油的产率。

为解决上述技术问题,本发明提出了一种高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法,包括如下步骤:

S1、餐厨废弃油脂粗油的精制工艺:称取一定量的餐厨废弃油脂粗油置于搅拌罐中,加入氯化钠水溶液,在50-70℃下搅拌均匀后静置30-60min,过滤,得到精制餐厨废弃油脂,所述氯化钠的质量分数为8%-15%;

S2、精制餐厨废弃油脂的脱酸工艺:取步骤S1中得到的精制餐厨废弃油脂置于搅拌罐中,加入乙醇水溶液,在30-40℃下搅拌萃取30-45min,分液,取下层液,得到脱酸餐厨废弃油脂;

S3、脱酸餐厨废弃油脂的脱水工艺:将步骤S2中得到的脱酸餐厨废弃油脂蒸馏至含水率低于0.05%,得到脱水餐厨废弃油脂;

S4、脱水餐厨废弃油脂的酯交换工艺:取步骤S3中得到的脱水餐厨废弃油脂置于反应釜中,加入甲醇和氢氧化钠,在55-65℃下搅拌60-120min,分液,取上层液,得到粗生物柴油;

S5、粗生物柴油的脱色工艺:取步骤S4中得到的粗生物柴油置于反应釜中,加入活性炭,在45-60℃下搅拌1-3h,过滤,得到精制生物柴油。

在一些优选地实施例中,在步骤S1中,所述氯化钠水溶液中氯化钠的质量分数为8%-15%。

在一些优选地实施例中,在步骤S1中,所述氯化钠水溶液的加入量为所述餐厨废弃油脂粗油质量的10%-20%。

在一些优选地实施例中,在步骤S2中,所述萃取的次数为1-3次。

在一些优选地实施例中,在步骤S2中,所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为85%-95%。

在一些优选地实施例中,在步骤S2中,所述精制餐厨废弃油脂与所述乙醇水溶液的质量比为1:1-1:3。

在一些优选地实施例中,在步骤S2中,所述脱酸餐厨废弃油脂的酸价< 2mg KOH/g。

在一些优选地实施例中,在步骤S4中,所述甲醇的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的10%-20%。

在一些优选地实施例中,在步骤S4中,所述氢氧化钠的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的0.5%-1.5%。

在一些优选地实施例中,在步骤S5中,所述活性炭的用量为所述粗生物柴油质量的2%-5%。

本发明与现有技术对比的有益效果包括:本发明通过向所述餐厨废弃油脂粗油中加入氯化钠水溶液,对所述餐厨废弃油脂粗油进行盐析处理,在除去餐厨废弃油脂粗油中磷脂、蛋白质等胶体杂质的同时,使得餐厨废弃油脂粗油的粘度降低,提高了餐厨废弃油脂粗油液体的均一性和分散性;采用乙醇水溶液对精制餐厨废弃油脂中的游离脂肪酸进行萃取时,搅拌过程中,乙醇水溶液与精制餐厨废弃油脂易于充分混合,萃取剂与精制餐厨废弃油脂中的游离脂肪酸接触更加充分,从而有效地提高了精制餐厨废弃油脂脱酸工艺中乙醇水溶液对游离脂肪酸的萃取效率;通过上述盐析和萃取工序的组合作用,使得精制餐厨废弃油脂中的游离脂肪酸得以有效地脱除,另外,将精制餐厨废弃油脂中的水分进行脱除,使得脱酸餐厨废弃油脂的酸价低于2mg KOH/g,脱水餐厨废弃油脂的含水率低于0.05%,为后续脱水餐厨废弃油脂的酯交换反应的顺利进行奠定了基础;除去胶体杂质、脱酸、脱水后的餐厨废弃油脂在氢氧化钠的作用下与甲醇发生酯交换反应,得到粗生物柴油,粗生物柴油的产率高达99.25%,经活性炭脱色后,得到精制生物柴油;本发明中的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法避免使用浓硫酸等强腐蚀性催化剂,对设备要求较低,采用工业化常规设备即可完成生物柴油的制备,操作简单,适合工业化生产。

具体实施方式

下面具体描述本发明的优选实施例阐释本发明的原理,并非用于限定本发明的范围。

需要说明的是,本发明中使用的餐厨废弃油脂粗油为回收的餐厨废弃油脂经过滤固体杂质,静置分层,分离出水层后的餐厨废弃油脂,餐厨废弃油脂粗油的酸价为20-150mgKOH/g。

酸价的测定:

油品的酸价是指中和1g油品中游离脂肪酸所需要的KOH的毫克数,该值反映了油品中游离脂肪酸的含量高低。本发明中各实施例中油品酸价的测定方法按照GB/T5530-1998中的要求进行。

酸价的计算公式为:

其中,AV-油品酸价,单位mgKOH/g;

V-滴定中消耗KOH标准液的体积,单位mL;

c-所用KOH标准液的实际浓度,单位mol/L;

m-所称试样的质量,单位g;

56.1-KOH的摩尔质量,单位g/mol。

水分的测定:

本发明采用甲苯蒸馏法测定油品中水分的含量,具体步骤如下:

准确称取50g油品于250mL单口瓶中,加入100g甲苯,加入一粒干燥沸石,连接好集水器和冷凝管,加热回流1h,读取集水器中水的体积V,按照如下公式计算油品中的含水率:

式中,A-油品中水分含量,单位%;

V-集水器中水的体积,单位mL;

m-称取的样品的重量,单位g;

1.0-水的密度,单位g/mL。

粗生物柴油产率计算公式:

式中,W-生物柴油的产率,单位%;

m

m

需要说明的是,下述实施例和对比例使用到的餐厨废弃油脂粗油的酸价为144mgKOH/g。

实施例1

本实施例中的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法,包括如下步骤:

S1、餐厨废弃油脂粗油的精制工艺:称取1000g餐厨废弃油脂粗油置于搅拌罐中,加入氯化钠水溶液,在50℃下搅拌均匀后静置30min,过滤,得到精制餐厨废弃油脂,所述氯化钠水溶液中氯化钠的质量分数为8%,所述氯化钠水溶液的加入量为所述餐厨废弃油脂粗油质量的10%;

S2、精制餐厨废弃油脂的脱酸工艺:取步骤S1中得到的精制餐厨废弃油脂置于搅拌罐中,加入乙醇水溶液,在30℃下搅拌萃取30min,静置分层,取下层液,得到脱酸餐厨废弃油脂,重复上述萃取过程3次,所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为95%,所述精制餐厨废弃油脂与所述乙醇水溶液的质量比为1:3,按照公式(1)计算所述脱酸餐厨废弃油脂的酸价,结果见表1;

S3、脱酸餐厨废弃油脂的脱水工艺:将步骤S2中得到的脱酸餐厨废弃油脂蒸馏至含水率低于0.05%,得到脱水餐厨废弃油脂,所述甲醇的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的20%,所述氢氧化钠的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的1.5%,按照公式(2)计算脱水餐厨废弃油脂的含水率,结果见表1;

S4、脱水餐厨废弃油脂的酯交换工艺:取步骤S3中得到的脱水餐厨废弃油脂置于反应釜中,加入甲醇和氢氧化钠,在55℃下搅拌60min,静置分层,取上层液,得到粗生物柴油,按照公式(3)计算粗生物柴油的产率,结果见表1;

S5、粗生物柴油的脱色工艺:取步骤S4中得到的粗生物柴油置于反应釜中,加入活性炭,在45℃下搅拌1h,过滤,得到精制生物柴油,所述活性炭的用量为所述粗生物柴油质量的2%。

实施例2

本实施例中的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法,包括如下步骤:

S1、餐厨废弃油脂粗油的精制工艺:称取1000g餐厨废弃油脂粗油置于搅拌罐中,加入氯化钠水溶液,在65℃下搅拌均匀后静置45min,过滤,得到精制餐厨废弃油脂,所述氯化钠水溶液中氯化钠的质量分数为12%,所述氯化钠水溶液的加入量为所述餐厨废弃油脂粗油质量的15%;

S2、精制餐厨废弃油脂的脱酸工艺:取步骤S1中得到的精制餐厨废弃油脂置于搅拌罐中,加入乙醇水溶液,在35℃下搅拌萃取40min,静置分层,取下层液,得到脱酸餐厨废弃油脂,重复上述萃取过程3次,所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为90%,所述精制餐厨废弃油脂与所述乙醇水溶液的质量比为1:2,按照公式(1)计算所述脱酸餐厨废弃油脂的酸价,结果见表1;

S3、脱酸餐厨废弃油脂的脱水工艺:将步骤S2中得到的脱酸餐厨废弃油脂蒸馏至含水率低于0.05%,得到脱水餐厨废弃油脂,所述甲醇的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的15%,所述氢氧化钠的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的1%,按照公式(2)计算脱水餐厨废弃油脂的含水率,结果见表1;

S4、脱水餐厨废弃油脂的酯交换工艺:取步骤S3中得到的脱水餐厨废弃油脂置于反应釜中,加入甲醇和氢氧化钠,在60℃下搅拌80min,静置分层,取上层液,得到粗生物柴油,按照公式(3)计算粗生物柴油的产率,结果见表1;

S5、粗生物柴油的脱色工艺:取步骤S4中得到的粗生物柴油置于反应釜中,加入活性炭,在50℃下搅拌2h,过滤,得到精制生物柴油,所述活性炭的用量为所述粗生物柴油质量的3%。

实施例3

本实施例中的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法,包括如下步骤:

S1、餐厨废弃油脂粗油的精制工艺:称取1000g餐厨废弃油脂粗油置于搅拌罐中,加入氯化钠水溶液,在70℃下搅拌均匀后静置60min,过滤,得到精制餐厨废弃油脂,所述氯化钠水溶液中氯化钠的质量分数为15%,所述氯化钠水溶液的加入量为所述餐厨废弃油脂粗油质量的20%;

S2、精制餐厨废弃油脂的脱酸工艺:取步骤S1中得到的精制餐厨废弃油脂置于搅拌罐中,加入乙醇水溶液,在40℃下搅拌萃取45min,静置分层,取下层液,得到脱酸餐厨废弃油脂,重复上述萃取过程3次,所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为95%,所述精制餐厨废弃油脂与所述乙醇水溶液的质量比为1:3,按照公式(1)计算所述脱酸餐厨废弃油脂的酸价,结果见表1;

S3、脱酸餐厨废弃油脂的脱水工艺:将步骤S2中得到的脱酸餐厨废弃油脂蒸馏至含水率低于0.05%,得到脱水餐厨废弃油脂,所述甲醇的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的20%,所述氢氧化钠的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的1.5%,按照公式(2)计算脱水餐厨废弃油脂的含水率,结果见表1;

S4、脱水餐厨废弃油脂的酯交换工艺:取步骤S3中得到的脱水餐厨废弃油脂置于反应釜中,加入甲醇和氢氧化钠,在65℃下搅拌120min,静置分层,取上层液,得到粗生物柴油,按照公式(3)计算粗生物柴油的产率,结果见表1;

S5、粗生物柴油的脱色工艺:取步骤S4中得到的粗生物柴油置于反应釜中,加入活性炭,在60℃下搅拌3h,过滤,得到精制生物柴油,所述活性炭的用量为所述粗生物柴油质量的5%。

对比例

本实施例中的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法与实施例1的区别在于省略了实施例1中的步骤S1,直接对餐厨废弃油脂粗油进行脱酸,具体包括如下步骤:

S1、餐厨废弃油脂粗油的脱酸工艺:取餐厨废弃油脂粗油1000g置于搅拌罐中,加入乙醇水溶液,在30℃下搅拌萃取30min,静置分层,取下层液,得到脱酸餐厨废弃油脂,重复上述萃取过程3次,所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为95%,所述餐厨废弃油脂粗油与所述乙醇水溶液的质量比为1:3,按照公式(1)计算所述脱酸餐厨废弃油脂的酸价,结果见表1;

S2、脱酸餐厨废弃油脂的脱水工艺:将步骤S1中得到的脱酸餐厨废弃油脂蒸馏至含水率低于0.05%,得到脱水餐厨废弃油脂,所述甲醇的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的20%,所述氢氧化钠的加入量为所述脱酸餐厨废弃油脂质量的1.5%,按照公式(2)计算脱水餐厨废弃油脂的含水率,结果见表1;

S3、脱水餐厨废弃油脂的酯交换工艺:取步骤S2中得到的脱水餐厨废弃油脂置于反应釜中,加入甲醇和氢氧化钠,在55℃下搅拌60min,静置分层,取上层液,得到粗生物柴油,按照公式(3)计算粗生物柴油的产率,结果见表1;

S4、粗生物柴油的脱色工艺:取步骤S3中得到的粗生物柴油置于反应釜中,加入活性炭,在45℃下搅拌1h,过滤,得到精制生物柴油,所述活性炭的用量为所述粗生物柴油质量的2%。

检测结果:

表1.各实施例及对比例中油品检测结果

由上表可知,本具体实施方式中的高酸价餐厨废弃油脂制备生物柴油的方法能够有效地降低餐厨废弃油脂中游离脂肪酸的含量和水分的含量;通过与对比例对比分析得知,餐厨废弃油脂粗油中胶体杂质的去除,可以有效地提高乙醇水溶液对精制餐厨废弃油脂中游离脂肪酸的萃取效率,从而提高精制餐厨废弃油脂中游离脂肪酸的脱除效率,进而提高粗生物柴油的产率。因此,本具体实施方式步骤S1中的盐析处理工序不仅可以除去餐厨废弃油脂粗油中的胶体杂质,还能改善餐厨废弃油脂粗油的溶液环境,与后续的乙醇水溶液萃取脱酸工序相互配合协同提高脱酸效率,进而提高粗生物柴油的产率。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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