一种深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法与流程

1.本发明涉及可再生资源循环利用、油脂加工及电力绝缘材料技术领域，特别是涉及一种深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法。


背景技术：

2.绝缘油作为一种液体绝缘介质，是充油电气设备中重要的绝缘材料，矿物绝缘油因其良好的电气绝缘性、冷却性能和低廉的成本，被广泛应用于油浸绝缘的高电压设备中。但是矿物绝缘油的燃点低，难以满足高防火性能电气设备的制造要求，生物降解性能差，一旦发生泄漏会污染周围的土壤和水源，同时其来源石油资源也日渐紧缺。在这些因素的影响下，需要寻找一种在油源开辟上有很大潜力，并且燃点高，可完全降解的一种新型绝缘油。
3.目前已有研究表明植物绝缘油具有良好的电气性能，燃点高，生物降解率好，满足电气设备防火性能的要求，是未来替代矿物绝缘油的良好的环保型液体电介质。但是植物绝缘油的精炼一般需要优质的植物油做原料，大量生产的话，容易造成食用油的短缺和价格波动。原料成本较高，决定了炼制的绝缘油成本居高不下，限制了其应用推广。
4.而餐厨废弃油脂是指质量极差的非食用油脂，同时也包括经多次煎、炸食物后废弃的油脂，以及含油脂废水经油水分离器或者隔油池分离后，产生的不可再食用的油脂，在概念上归属于餐厨垃圾的范畴。主要成分是甘油三酯，通常是植物和动物油脂的混合物，外观呈黑褐色，有刺激性臭味，含有大量有毒有害物质。餐厨废弃油脂中含有与植物绝缘油相似的甘油三酯成分，若能将餐厨废弃油脂处置得当用于制备电力绝缘油，则不仅增加了绝缘油原材料的选择空间，还对维护食品安全有着重要意义。对餐厨废弃油脂进行物理吸附脱色虽然简单、方便，但针对深色餐厨废弃油脂脱色效果不理想，对餐厨废弃油脂进行化学氧化法不仅生产成本高、污染大，而且对餐厨废弃油脂本身成分造成破坏，影响绝缘油产品的理化电气特性。
5.鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明要解决的技术问题是提供一种深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法，目的在于解决现有技术中常规的脱色处理很难达到电力绝缘油的使用要求的技术问题。
7.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供一种深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法，方法包括：
8.将餐厨废弃油脂预热至第一预设温度，向餐厨废弃油脂中加入吸附剂并搅拌；
9.抽真空并打开uv光源对餐厨废弃油脂进行辐射，同时将预热后的餐厨废弃油脂再次升温至第二预设温度，向餐厨废弃油脂中再次加入所述吸附剂并搅拌；
10.将餐厨废弃油脂降温至第三预设温度，关闭所述uv光源并对餐厨废弃油脂真空滤
油，得到脱色餐厨废弃油脂。
11.优选地，所述第一预设温度为85～95℃。
12.优选地，所述第二预设温度为120～180℃。
13.优选地，所述第三预设温度为60～80℃。
14.优选地，所述uv光源的波长为200～400nm。
15.优选地，所述uv光源的辐射时间为60-120min。
16.优选地，所述吸附剂每次的添加量为餐厨废弃油脂重量比的2～3％。
17.优选地，所述吸附剂的种类为活性白土、硅藻土、活性炭、膨润土、氧化硅和氧化铝中的一种或多种组合。
18.优选地，在所述真空滤油时，滤网孔径为0.5μm～10μm。
19.优选地，所述真空滤油的次数至少为两次，并且所述滤网孔径由大到小。
20.本发明具有以下有益效果：
21.本发明采用的复合脱色法采用两步梯度吸附脱色，比起传统的同一温度下物理吸附方式，进一步提高了吸附剂的脱色效果，同时利用色素会被高温氧化以及光敏性的特点，结合热能和紫外线照射将油脂中的色素氧化，使发色基团的结构被破坏成无色的化合物而褪色。本发明提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法比单纯采用吸附剂在同一个温度下脱色的传统方式脱色效果更好，脱色效率更高，对深色油脂更有效；同时，比化学脱色法成本更低，环保性更好，对绝缘油在理化电气性能方面的影响更小。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明实施例提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法流程示意图；
24.图2是本发明实施例提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法中紫外线波段与脱色率之间的关系图；
25.图3是本发明实施例提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法中反应时间与脱色率之间的关系图；
26.图4是本发明实施例提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法中第二预设温度与脱色率之间的关系图；
27.图5是本发明实施例提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法中吸附剂用量与脱色率之间的关系图；
28.图6是本发明实施例提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法制得的油脂状态与餐厨废弃油脂初始状态、传统吸附脱色后餐厨废弃油脂状态以及植物绝缘油的成品油状态的对比照片。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
30.在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.目前常规的餐厨废弃油脂精炼脱色工艺，尤其是为了制备理化电气性能满足绝缘油的要求的电力绝缘油的脱色工艺，通常是采用物理吸附法脱色，对于油脂脱色主要采用活性(酸性)吸附剂与油脂混合吸附脱色，或者使用以钠基膨润土为原料的碱性脱色剂进行混合脱色，或者采用减压状态下吸附脱色。以上种种吸附脱色方法均有一定的脱色效果，具体脱色程度取决于原料油的品质。而餐厨废弃油脂成分复杂，含有大量有色脂肪酸、色素、氧化产物，杂质与水分，不同渠道收集而来的餐厨废弃油脂颜色深浅和老化程度差别很大，大多数颜色较深，性能恶劣。实际处理中发现，以上方法在应用于深色劣质餐厨废弃油脂制备绝缘油时脱色效果并不理想，很难将餐厨废弃油脂制备的绝缘油颜色脱色到淡黄透明，一般成品油颜色较深，依然呈红棕色。而其他的油脂脱色工艺如通过双氧水和活性白土联合氧化脱色法，酸性氧化水解法等化学脱色法，虽然脱色效果不错，但是会造成绝缘油理化电气性能变差，增加后续处理的成本，不适合用于电力绝缘油的生产加工中，多用于制备于生物柴油等对产品电气绝缘性能没有要求的产品。颜色过深的绝缘油，一方面表明还有大量油溶性有色物质存在餐厨废弃油脂中，会影响其理化电气性能和氧化稳定性，另一方面影响变压器应用时的可见度和酸值的测试判断。因此，急需开展一种深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的脱色方法，对提升其市场价值和应用领域具有十分重要的现实意义。
33.实施例1:
34.本实施例一要解决的技术问题是现有技术中常规的脱色处理，很难达到电力绝缘油的使用要求。餐厨废弃油脂通常都经过高温煎炸或长时间的酸败，不但酸价高，而且富含磷脂、蛋白质、粘液质和糖基甘油二酯等大量胶溶性杂质，介质损耗高，影响精炼和深度加工的工艺效果；同时，餐厨废弃油脂成分复杂，含有大量有色脂肪酸、人工或天然的色素、不同颜色的氧化产物和杂质等，不同渠道收集而来的餐厨废弃油脂颜色深浅和老化程度差别很大，大多数颜色较深，性能恶劣，常规物理脱色方法在应用于深色劣质餐厨废弃油脂制备绝缘油时脱色效果并不理想，很难将餐厨废弃油脂制备的绝缘油颜色脱色到淡黄透明，化学脱色方法又会造成餐厨废弃油脂成分的大量破坏，影响其加工产品的理化电气特性。
35.本实施例一提供一种深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法，方法包
括以下步骤，如图1所示：
36.s101：将餐厨废弃油脂预热至第一预设温度，向餐厨废弃油脂中加入吸附剂并搅拌。
37.本实施例一中，第一预设温度设置为85～95℃，优选90℃。首先对餐厨废弃油脂进行低温预处理，第一次加入的吸附剂可以吸附掉部分极性物质，有利于随后进行高温光热脱色。预热时搅拌速率为40r/min～80r/min，搅拌速率根据容器大小和粘稠程度选择，能搅拌均匀分散又不产生飞溅即可。
38.s201：抽真空并打开uv光源对餐厨废弃油脂进行辐射，同时将预热后的餐厨废弃油脂再次升温至第二预设温度，向餐厨废弃油脂中再次加入所述吸附剂并搅拌。
39.本实施例一中，第二预设温度设置为120～180℃，优选150℃。预热后的餐厨废弃油脂再次升温对餐厨废弃油脂中的色素进行高温氧化，同时利用紫外辐射光对餐厨废弃油脂中的色素结构进行破坏，使发色基团的结构被破坏成无色的化合物而褪色。第一次加入吸附剂是对油脂进行预脱色，吸附部分色素和极性物质，但脱色效果有限。第二次加入吸附剂时，油脂的温度提升，并加以uv 光照辐射，油脂流动性变好，分子碰撞运动加强，有利于色素的分解，提升反应物的理化活性，吸附剂一方面继续吸附残余色素，另一方面可以吸附光热脱色的分解产物，比起传统的同一温度下物理吸附方式，进一步提高了吸附剂的脱色效果。第一次添加的吸附剂和第二次添加的吸附剂没有损害反应即可。
40.而且，由于第二预设温度较高，为了防止油脂被过热氧化，所以进行抽真空操作。若不抽真空可能造成脱色效果不明显，且损耗变大。
41.对餐厨废弃油脂加热时，搅拌速率为40r/min～80r/min，搅拌速率根据容器大小和粘稠程度选择，能搅拌均匀分散又不产生飞溅即可。
42.s301：将餐厨废弃油脂降温至第三预设温度，关闭所述uv光源并对餐厨废弃油脂真空滤油，得到脱色餐厨废弃油脂。
43.本实施例一中，第三预设温度设置为60～80℃，优选70℃。第三预设温度越高，真空滤油时的速度越快。真空滤油时，选择过滤精度5～10微米真空滤油 2～3遍，再选择过滤精度0.5～2微米真空滤油1～2遍，最后得到脱色餐厨废弃油脂。真空滤油时，过滤掉吸附剂，以提高油脂的纯净度。
44.本实施例一采用的复合脱色法采用两步梯度吸附脱色，比起传统的同一温度下物理吸附方式，进一步提高了吸附剂的脱色效果，同时利用色素会被高温氧化以及光敏性的特点，结合热能和紫外线照射将油脂中的色素氧化，使发色基团的结构被破坏成无色的化合物而褪色。本实施例一提供的深色餐厨废弃油脂制备电力绝缘油的复合脱色方法比单纯采用吸附剂脱色的方式脱色效果更好，脱色效率更高，对深色油脂更有效；同时，比化学脱色法成本更低，环保性更好，对绝缘油在理化电气性能方面的影响更小。
45.为了有利于地沟中的色素进行高温脱色，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述第一预设温度为85～95℃。在这个温度范围内，在这个温度范围内，吸附剂可以吸附掉一部分色素和杂质，有利于后续脱色的效率，但是有些深色尤其是红色基团很难被吸附剂脱色。
46.为了有利于餐厨废弃油脂中的色素进行高温脱色，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述第二预设温度为120～180℃。在这个范围内，深色基团尤
其是红色基团在光热联合作用下，分解成无色物质。若第二预设温度过高，造成能源浪费，也提升不了太多的脱色效果和效率；若第二预设温度太低，脱色效果和效率不佳。
47.为了提升餐厨废弃油脂脱色油的纯净度，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述第三预设温度为60～80℃。在这个温度范围内，被脱色的餐厨废弃油脂运动粘度较大，若第三预设温度太低，被脱色的餐厨废弃油脂流动性差，过滤效果和效率不佳。若第三预设温度太高，能源浪费，且提高了设备、管道、包装物等的耐热要求，缩短设备及耗材寿命。
48.为了提升餐厨废弃油脂的脱色率，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述uv光源的波长为200～400nm。
49.通过高能光子的直接作用将长链断裂成较短的链，从而破坏分子的“骨架”。餐厨废弃油脂含有大量有色脂肪酸、人工或天然的色素、不同颜色的氧化产物和杂质等。餐厨废弃油脂中大部分的化合物能均在紫外辐照能量以内且与共价键振动频率相当，因此，当这些共价键吸收特定波长的紫外辐照后发生共价键断裂，形成大量具有强化学活性带电自由基，这些自由基的存在会加速餐厨废弃油脂中化合物的退化。因此，紫外线照射将油脂中的色素氧化，使发色基团的结构被破坏成无色的化合物而褪色。
50.为了提高uv光热脱色的效率，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述uv光源的辐射时间为60-120min。
51.若uv光源的辐射时间过少，不能达到对色素化学结构破坏的效果。若uv 光源的辐射时间过长，不仅褪色幅度无显著改变，甚至会使油脂的色度回升。
52.为了提高吸附色素的效率，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述吸附剂每次的添加量为餐厨废弃油脂重量比的2～3％。
53.若吸附剂的添加量过多，脱色后吸附剂吸油较多，容易造成油脂水解，致使脱色后油脂酸值上升，影响绝缘油在理化电气方面的性能。若吸附剂的添加量过少，对于油脂的脱色率较低，不能达到对绝缘油脱色的效果。
54.为了提高吸附色素、极性物质和光热脱色的分解产物的效率，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述吸附剂的种类为活性白土、硅藻土、活性炭、膨润土、氧化硅和氧化铝中的一种或多种组合。其中，活性白土的吸附效果最好，硅藻土、活性炭、膨润土、氧化硅和氧化铝中的一种或多种组合的吸附剂效果弱于活性白土。
55.为了过滤吸附剂，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，在所述真空滤油时，滤网孔径为0.5μm～10μm。
56.若真空滤油的过滤精度过高，滤网容易堵塞。且油流速较慢，影响效率。若真空滤油的过滤精度过低，吸附剂及部分杂质过滤效果不好，影响油的透明度和电气性能。
57.为了提高吸附剂和杂质过滤的过滤效果，结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，具体的，所述真空滤油的次数至少为两次，并且所述滤网孔径由大到小。
58.本实施例一中，真空滤油时，可以先选择孔径较大的过滤网过滤，再选择孔径较小的过滤网继续过滤。本实施例一中，先选择过滤精度5～10微米真空滤油2～3遍，再选择过滤精度5～2微米真空滤油1～2遍，最后选择过滤精度0.5～2 微米真空滤油1～2遍，最后得到脱色餐厨废弃油脂。过滤次数越多，吸附剂及部分杂质过滤效果越好，过滤次数越少，吸附剂及部分杂质过滤效果越弱。
59.实施例二：
60.在实施例一的基础上，控制辐射光源的波长范围，分别选用200～275nm， 275～320nm，320～400nm分别对预热后的餐厨废弃油脂进行辐射，辐射光源的波段与脱色前后餐厨废弃油脂吸光率的关系结果如图2所示。在步骤s101中，将餐厨废弃油脂加热至90℃，加入油重2～3％的吸附剂，混合搅拌30分钟。在步骤s201中，辐射时间设为90min，第二预设温度为150℃，前后两次的吸附剂添加量总和为餐厨废弃油脂重量的5％，吸附剂选用活性白土。
61.脱色率的计算方法为：使用紫外可见分光光度法测定餐厨废弃油脂的吸光度，用大豆油加工出来的植物绝缘油作参比，型号选择vs100，厂家为武汉泽电新材料有限公司。脱色率采用下式(1)计算：
[0062][0063]
式中：a0表示餐厨废弃油脂测定的吸光度；a表示经过复合脱色法的餐厨废弃油脂测定的吸光度。
[0064]
将预热后的餐厨废弃油脂加入反应容器中，在高温和uv灯管照射下，餐厨废弃油脂中的色素氧化分解褪色，但过度光照会使油中其它成分的氧化损耗增加，同时过多的氧化物存在油脂中会促使油脂酸败及过氧化值升高，并影响吸附剂的吸附效率，因此脱色时应控制辐射光源的波段。
[0065]
由图2可知，当辐射光源波段在uvc(200-275nm)和uvb(275-320nm) 范围内时脱色率能保持在95％以上，辐射光源波段uva(320-400nm)较uvb 的脱色率大幅下降。在光速不变时，波段越短的光频率越高，所携带的能量越高，对色素的脱色能力越强，因此光源波段超过uvb的辐射光源对色素的破坏效果要低于uvb以下光源，考虑到实际生产中经济效益的因素，波段较短的uvc辐射光源需要较多的能量，因此，紫外线照射波段控制在uvb最佳。
[0066]
实施例三：
[0067]
在实施例一的基础上，控制辐射光源的辐射时间，分别选用60min、70min、 80min、90min、100min、110min和120min对预热后的餐厨废弃油脂进行辐射，辐射时间与脱色前后餐厨废弃油脂吸光率的关系结果如图3所示。在步骤s101 中，将餐厨废弃油脂加热至90℃，加入油重2～3％的吸附剂，混合搅拌30分钟。在步骤s201中，辐射光源波段选用uvb(275-320nm)，第二预设温度为150℃，再加入吸附剂，前后两次的吸附剂添加量总和为餐厨废弃油脂重量的5％，吸附剂选用活性白土。
[0068]
由图3可见，60～90min内随着时间的增长脱色率逐渐升高，在90min时，脱色率最大95.43％，在90到120min时间范围内，脱色率趋于平缓。在一定时间范围内，脱色程度会随辐射时间增加而提升，但过度延长辐射时间，不仅褪色幅度无显著改变，甚至可能会使油脂的色度回升，所以可判断辐射时间为 90min最为合适。
[0069]
实施例四：
[0070]
在实施例一的基础上，控制第二预设温度，分别选用反应温度为110℃、 120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃和190℃对预热后的餐厨废弃油脂进行反应，辐射时的温度与脱色前后餐厨废弃油脂吸光率的关系结果如图4所示。在步骤s101中，将餐厨废弃油脂加热至90℃，加入油重2～3％的吸附剂，混合搅拌30分钟。在步骤s201中，辐射光源
波段选用uvb(275-320nm)，再加入吸附剂，前后两次的吸附剂添加量总和为餐厨废弃油脂重量的5％，吸附剂选用活性白土，辐射时间选用90min。
[0071]
高温情况下色素分子结构稳定性下降，有利于辐射光对色素结构进行破坏达到褪色效果，由图4可知，脱色率随着温度的升高而升高，但是当温度超过 150℃以后，脱色率上升缓慢。另外由于油脂在高温环境下与氧气长期接触会发生热老化，使得过氧化值升高生产新的色素而造成油脂回色。考虑到能耗及成本问题，光辐射时反应温度选择在150℃最为合适。
[0072]
实施例五：
[0073]
在实施例一的基础上，控制吸附剂的添加量，分别选用前后两次的吸附剂添加量总和为3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％和7％。吸附剂添加量与脱色前后餐厨废弃油脂吸光率的关系结果如图5所示。在步骤s101中，将餐厨废弃油脂加热至90℃，混合搅拌30分钟。在步骤s201中，辐射光源波段选用uvb(275-320nm)，再加入吸附剂，吸附剂选用活性白土，辐射时间选用90min。
[0074]
由图5可知，在吸附剂添加量在3％～5％时，随着活性白土的量不断添加，脱色率迅速攀升，当活性白土重量占油重的5％时，脱色率达到峰值95.43％，随后转化率趋于平稳，由于活性白土具有吸油性，脱色后白土吸油较多，其较高的活性在与油脂长期接触时，容易造成油脂少量水解，致使脱色后油脂酸值上升，所以可判断活性白土总用量选择5％最佳。
[0075]
实施例六：
[0076]
为了进一步提高餐厨废弃油脂脱色效率并找出影响餐厨废弃油脂脱色的因素，设计了一个正交实验，得到复合脱色法中各因素对脱色率的影响程度，如表1所示。油样脱色率的正交实验极差分析如表2所示。
[0077]
表1餐厨废弃油脂脱色工艺的正交实验结果
[0078][0079]
表2油样脱色率的正交实验极差分析
[0080][0081]
由表2可知，复合脱色的影响程度由大至小依次为：辐射时反应温度、吸附剂用量、辐射时间和辐射的光波段。综上所述，当餐厨废弃油脂所受辐射光源的波段uvb，辐射时反应温度150℃，辐射时间90min，后续吸附剂用量为油重的5％时，脱色程度可以达到最佳，与单因素实验得出的结论相吻合。
[0082]
如图6所示，其中，(a)表示餐厨废弃油脂的初始状态，(b)表示传统吸附脱色后的餐厨废弃油脂状态，(c)表示使用本实施例一的方法脱色后的餐厨废弃油脂状态，(d)表示vs100植物绝缘油的成品油状态。餐厨废弃油脂的初始状态呈黑褐色、含沉淀物和悬浮物，品相较差。传统吸附脱色后的餐厨废弃油脂无沉淀物和悬浮物，但对比成品油颜色仍然较深，使用复合脱色法后餐厨废弃油脂脱色效果显著，色泽与vs100植物绝缘油接近。
[0083]
传统吸附脱色的脱色方法是80～90℃添加活性白土每次5％，搅拌60min，过滤，重复脱色工艺2次。脱色率小于50％，部分色素基团难以被吸附，多次吸附脱色，最后得到的油样外观仍然偏红色。
[0084]
复合脱色法的脱色方法是在80～90℃添加活性白土3％，搅拌30min；将油样升温至150℃后，再次添加活性白土2％，同时利用uv辐射波段275-320nm 对油样进行辐射，复合吸附脱色90min，再进行真空过滤。最后得到的油样外观和成品油接近，淡黄色，清澈透明。
[0085]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。