利用人工养殖的基料制备绿色生物柴油的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于在生物柴油化工领域，用人工养殖的基料为原料，在反应器中制备绿色生物柴油的方法。
【背景技术】
[0002]当前在世界范围内，生物柴油的生产与加工主要选用动植物油，包括含植物种籽，直接制备生物柴油的技术，还有利用厨房废油和地沟油制备生物柴油，以上方法均属原料有限，由其植物油和其种籽(即为人类争夺食用油换取能源)又兼备价格昂贵，原料来源短缺的制约，尽管国内外诸多专利申请，如中国专利:CN102703135B，CN103865658B，CN101531913A，CN102041108A,还有法国 CN101809133，巴西 CN1826403A 与 US7112229，印度CN101702916A，均围绕所利用含油的植物种籽制备生物柴油，即无创新，又不具备先进性。
【发明内容】
[0003]制备绿色生物柴油的原料是通过生长因子、培养基、营养要素人工养殖出的一种富含油脂蛆虫体，所采用的是生物学原理在通过物理、化学的手段，使其蛆虫体内细胞破裂，将油脂从细胞中析出，用化学方法即用能溶解油脂的有机溶剂渗透到细胞中，发生溶胀同时油脂与相性的醇混合溶剂在强烈的搅拌和反应温度下，在催化剂的作用下进行了酯交换反应，效果近乎均相反应，因此，酯交换反应快速进行，本发明正是基于这种理论并经过反复试验后提出一种利用人工养殖的基料制备绿色生物柴油的方法，该方法是将煤炭为生长因子，污水为营养要素，山梨醇酐单硬脂酸酯为培养基，经人工养殖得到一种含油脂的蛆虫体为原料，通过加热及混合溶剂、催化剂和搅拌作用下，使油脂析出进行了酯交换反应，过程简单，绿色生物柴油收率高，成本低，通过人工养殖得到富含油脂的蝇蛆作为制备生物柴油原料到目前为止，在世界范围内还没有报道过此类方法。
[0004]本发明制备的绿色生物柴油的方法，以含油脂的蛆虫体为原料，以石油醚和甲醇为混合溶剂，浓硫酸为催化剂，包括如下步骤:将蛆虫、混合溶剂和催化剂在反应器中混合，在搅拌回流下反应40-65分钟，反应结束后，经分离，蒸馏得到绿色生物柴油。所述的蝇蛆虫体为脂肪28.1-40.3%，蛋白质24.7-38.6%,水分4.7%,其余为矿物质等杂质。
[0005]具体地说:本发明提供一种利用人工养殖基料提取绿色生物柴油的制备方法，包括如下步骤:
[0006]以含油脂的蛆虫体为原料，混合溶剂和催化剂在反应器中搅拌回流反应40-65分钟，温度为110-160 0C，搅拌转数为360-720转/分，反应结束后，经分离，蒸馏得到绿色生物柴油。本发明无需单独提取蛆虫体内的油脂，而是通过回流反应搅拌使蛆虫体内的油脂浸出与酯交换反应同时进行，直接制备生物柴油，简化到一道工序来完成的、提高了生产效率。
[0007]其中混合溶剂为石油醚和甲醇，生长因子煤炭应事先粉碎，粒度为200目，优选含C量78%以上，营养要素为含有苍蝇卵或人工接种苍蝇卵的湖水、河水或污水中的一种或二种以上，优选污水;污水为污水沟水、污水溏水、污水池水或居民生活污水中的一种或二种以上。
[0008]优选的是分离上层蒸出混合溶剂得到绿色生物柴油，下层催化剂分出后可循环使用二次，滤渣压干，干燥后用作畜牧养殖的蛋白饲料或做为植物肥料。
[0009]混合溶剂中石油醚和甲醇的重量百分比优选为6:4到4:6。混合溶剂的用量与蛆虫体重量比为6-7: 4-3，优选为6.8-7:3.2-3。
[0010]本发明所述的反应结束后，优选采用真空抽滤的方法，除去渣子，将得到的滤液静置分层，分出上层油相和下层酸催化剂，上层油相经真空蒸馏出溶剂得到的是绿色生物柴油，混合溶剂可循环使用，滤渣可压干，干燥后用作畜牧养殖的蛋白饲料或做为植物肥料。[0011 ] 所述的生长因子煤炭C含量为78%以上，含N含量为I Λ9%~?.86%,
[0012]粉碎粒度为200目，培养基山梨醇酐单硬脂酸酯，营养要素为含蝇卵的河水、污水或湖水，将三种原基料混合搅拌均匀后，在养殖罐中，恒温27-32 0C，优选29-30 V，时间为240-340小时，优选280小时。以利养殖成优质的蛆虫体。
[0013]本发明特点，一、是突破了过去养殖蛆虫主要用途是为鲜活饵料和替代鱼粉作为蛋白质饲料来源，拓展了蛆虫资源的利用途径和层次，根据蛆虫的食性特点和对环境的适应性能力，选择了含有高C含量和低N含量的煤炭为生长因子，以含有蝇卵的污水或湖水为营养要素，以山梨醇酐单硬脂酸酯为培养基，经过多年的反复试验，在本发明规定时间内养殖出富含脂肪的乳白色蛆虫体，二、是以人工养殖的蛆虫体为原料，以酸为催化剂，以石油醚和甲醇为混合溶剂。通过加热搅拌回流使蛆虫体油脂浸出同时进行了酯交换反应，直接制备出绿色生物柴油，三、是原料是通过人工养殖而得到的一种富含脂肪的蛆虫体，无需干燥和粉碎，原料里的水分在高温和高速搅拌下溢出原料，使原料内部由此产生的空间更利于溶剂的深度渗透，四、是蛆虫体的油脂从细胞中浸出就立即发生酯交换反应，也就是发生了直接浸出和酯交换反应，分出的油相即无需精炼，只需蒸出混合溶剂即可，正因为这些特点，使得在生物柴油领域原料来源的困惑和昂贵的价格，复杂的后期制作以及由此造成的至今都不能扩大产量和规模的问题迎刃而解。
[0014]更为重要的是制备生物柴油的原材料是通过人工养殖的，这是一个大胆的突破和创新，也是制备生物柴油材料科学的一大进步，是解决目前生物柴油生产的一个可行有效的新方法、新途径。
【具体实施方式】
[0015]所述的蛆虫为脂肪32.1-44.3 %，蛋白质28.7-40.2%,水分4.7%,其余为矿物质等杂质。
[0016]所述蝇蛆于人工养殖罐中养殖，人工养殖罐为圆筒形塑料容器，容器高4米、直径3米，罐体的底部设有带阀门的排料口，罐体的上端设有人孔，人孔上设有压盖，且于人工养殖罐上端设有直径10mm的通气孔，通气孔内设有防止蝇蛆逃逸的8目筛网。
[0017]所述的反应器采用微波热敏反应器。
[0018]实施例1
[0019]将煤炭粉碎200目(含C量为78%，含N量为1.86%)、同山梨醇酐单硬脂酸酯、含有蝇卵的河水按重量百分比60:0.6:39.4置于人工养殖罐中(原料的装料量70%)混合搅拌均匀后(共750kg原料、其中含有蝇卵数为2.5亿左右的卵)，停止搅拌，恒温270C，时间为240小时，每间隔24小时打开人工养殖罐的压盖向人工养殖罐内换气一次，换气时间为5分钟，换气过程避免阳光直接照射养殖罐内部，养殖罐内相对湿度控制在65-70 %，收集富含脂肪的蝇蛆748kg (按重量计，蝇蛆虫体中:脂肪44.3%，蛋白质28.7%，水分4.7%,其余为矿物等杂质)置于反应器中，向反应器中加入混合溶剂(其中石油醚和质量浓度98%的甲醇的重量百分比60:40)，蝇蛆与混合溶剂重量比为30: 70，再向反应器中加入蝇蛆重量4%的浓硫酸(质量浓度98%)，在恒温160°C搅拌回流时间为40分钟，停止反应降温到108°C，真空抽滤，滤渣可作为饲料或肥料，将滤液上层油相与下层催化剂分离，油相真空蒸馏出混合溶剂得到的无色透明油280kg(即为绿色生物柴油)，上述得到的生物柴油经检测，其冷凝点为-70C、冷滤点为-1°C、闭口闪点为143 °C、40 °C运动粘度为4.17mm2，无机械杂质，十六烷值60，酸值为0.36mg KOH/g，密度846.9(20°C)kg/m3，上述指标均符合国家标准GB/T20828-2007对生物柴油性能的要求。
[0020]比较例I
[0021]过程同实施例1所述，与实施例1不同之处在于，将含C量为70%的煤炭粉碎作为生长因子，获得蝇蛆625Kg，得到蝇蛆体的脂肪23.1%，蛋白质56.5%，水分5.8%,其余为矿物质。
[0022]结论:C含量低的煤炭导致蝇蛆虫体的产量低，蛆虫体中脂肪含量低，柴油收率降低。
[0023]实施例2
[0024]将粉碎后的煤炭(其中煤炭粉碎200目，含C量为79%，含N量为1.65% )、山梨醇酐单硬脂酸酯、含有蝇卵的河水按重量百分比为58:0.55:41.45置于人工养殖罐(装料量70% )中混合搅拌(共750kg原料、其中含有蝇卵数为2.49亿左右的卵)均匀后，停止搅拌，恒温28°C，时间为260小时，每间隔24小时打开人工养殖罐的压盖向人工养殖罐内换气一次，换气时间为5分钟，换气过程避免阳光直接照射养殖罐内部，养殖罐内相对湿度控制在65-70 %，得到的富含脂肪的蝇蛆747kg(按重量计，蝇蛆虫体中:脂肪41.86 %，蛋白质31 %，水分4.7%，其余为矿物等杂质)置于反应器中，向反应器中加入混合溶剂(石油醚和甲醇的重量百分比57:43)，蝇蛆与混合溶剂重量比为32:68，再向反应器中加入蝇蛆重量3.5 %的浓硫酸(质量浓度98 % )，在恒温150 0C搅拌回流反应时间为45分钟，停止反应降温到105 °C后抽滤，滤渣压干，干燥后用作饲料，将滤液上层油相与下层催化剂分离，油相真空蒸馏出混合溶剂循环使用，蒸去混合溶剂得到的近乎无色透明油265kg(即为绿色生物柴油)，上述得到的生物柴油经检测，其冷凝点为-7°C、冷滤点为-1°C、闭口闪点为143°C、40°C运动粘度为4.17mm2，无机械杂质，十六烧值60，酸值为0.36mg KOH/g，密度846.9(20°C)kg/m3，上述指标均符合国家标准GB/T20828-2007对生物柴油性能的要求。
[0025]比较例2
[0026]过程同实施例2所述，与实施例2不同之处在于，不添加山梨醇酐单硬脂酸酯，煤炭大部份残余;获得蝇蛆220Kg，短小、质劣，得到蝇蛆体的脂肪11.6%，蛋白质73.3%，水分5.4%，其余为矿物质。
[0027]结论:比较例中得到蝇蛆体的产量低，柴油收率降低，浪费资源。
[0028]实施例3
[0029]将粉碎后的煤炭(其中煤炭粉碎200目，含C量为80%，含N量为1.50% )、山梨醇酐单硬脂酸酯、含有蝇卵的河水按重量百分比为56:0.5:43.5置于人工养殖罐(装料量70% )中混合搅拌均匀后(共750kg原料、其中含有蝇卵数为2.48亿左右的卵)，停止搅拌，恒温290C，时间为280小时，每间隔24小时打开人工养殖罐的压盖向人工养殖罐内换气一次，换气时间为5分钟，换气过程避免阳光直接照射养殖罐内部，养殖罐内相对湿度控制在65-70%，得到的富含脂肪的蝇蛆744kg