专利名称：利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法
技术领域：
本发明涉及一种超声波辐射辅助制备生物柴油的新方法，属于废弃油脂生产生物柴油技术领域。具体的说就是各种来源不同的油脂在不同的酸碱等催化剂条件下，都可以通过超声波辐射辅助制备生物柴油。
背景技术：
生物柴油是利用植物油脂或动物油脂等可再生资源制造出来的可以替代石化柴油的清洁安全的新型燃料。主要成分为软脂酸、硬脂酸、油酸、亚油酸等长链饱和不饱和脂肪酸同甲醇或乙醇所形成的酯类化合物。生物柴油具有可再生、易于生物降解、燃烧污染物排放低、温室气体排放低等特点。生物柴油与石化柴油具有相近的性能。并且有其无与伦比的优越性(1)具有优良的环保特性。(2)具有较好的低温发动机启动性能。(3)具有较好的润滑性能。(4)具有较好的安全性能。(5)具有良好的燃烧性能。(6)具有可再生性能。(7)无需改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练。(8)生物柴油以一定比例与石化柴油调和使用，可以降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。生产生物柴油对解决环境危机和能源危机具有重要的意义。
在生物柴油生产技术上，已经形成了化学催化剂催化油脂醇解生物柴油技术、生物酶催化剂催化油脂醇解生物柴油技术和超临界甲醇油脂醇解生物柴油技术。
但化学法合成生物柴油有以下缺点工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高，色泽深，脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放。为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点，但目前主要问题之一是对甲醇及乙醇的转化率低，脂肪酶容易失活，脂肪酶价格昂贵，不利于大规模工业化生产等缺点。超临界制备法在高温高压下反应无需催化剂。传统方法的反应时间为1～8h，而超临界制备法只需20～40min，大大缩短了反应时间，可以进行连续操作。传统方法生产过程中有皂化产物生成，而超临界制备法则不会有皂化产物，从而简化了产品的后续处理过程，降低了生产成本。比起传统方法，超临界制备法工艺流程简单，产品收率高。可见，超临界制备法和传统方法相比具有很大的优势。但是由于超临界制备生物柴油的方法需要在高温高压条件下进行，导致较高的生产费用和能量消耗，使得工业化困难，需要进一步研发。
发明内容
本发明的目的在于公开一种生物柴油制备的新方法，利用超声波辐射辅助制备生物柴油，有利于加快酯交换反应时间，提高生物柴油的得率，降低催化剂用量，同时甘油的纯度大大提高，降低了生产成本和对环境造成的污染。
本发明采用如下技术方案一种利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，其特征在于其酯交换反应是在超声波辐射下进行的。
比较理想的是其具体生产过程包括如下步骤(1)将各种原料油和甲醇混合，在超声波功率为30-200W的条件下和用催化剂作用下进行酯交换反应；(2)将步骤(1)所得反应物静置分层；(3)将上层液体经甲醇回收塔回收甲醇，用高于油温5℃-10℃的水洗涤至水澄清，将上层油相脱除水分得到生物柴油产品。
本发明的提供了一种生物柴油生产的新方法，利用超声波辐射产生局部的高温高压，同时可以促进酯交换反应的进行来制备生物柴油。通过用超声波加快了生物柴油的生产速度，明显缩短反应时间，并提高了生物柴油的得率，降低了反应催化剂的用量，减少了环境污染，提高了企业的效益。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
实施例1、称取100g地沟油放入锥形瓶内，加入25g甲醇和2克浓硫酸，将上述各种物质在锥形瓶中混合均匀，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型数控超声波清洗器中反应10min，反应温度为58-63℃，超声波功率为100W。反应结束后静置分层90min，上层主要为脂肪酸甲酯和少量甲醇，下层主要为甘油、浓硫酸、少量甲醇。将上层产物通过甲醇蒸馏塔真空回收甲醇后，用15ml65℃的热水洗涤，离心分层，取上层油相通过薄膜蒸发器经真空蒸馏去除水分得到生物柴油精品97.6克.反应总得率为97.6％。
实施例2、称取100g地沟油放入锥形瓶内，加入25g甲醇和2克浓硫酸，将上述各种物质在锥形瓶中混合均匀，塞上瓶塞，在磁力搅拌器上加热到60℃反应60min。反应结束后静置分层90min，上层主要为脂肪酸甲酯和少量甲醇，下层主要为甘油、浓硫酸、少量甲醇。将上层产物通过甲醇蒸馏塔真空回收甲醇后，用15ml65℃的热水洗涤，离心分层，取上层油相经真空蒸馏去除水分得到生物柴油精品85.5克。反应总得率为85.5％。
从例1和例2比较可以看出利用超临界辐射辅助制备生物柴油，反应时间从60min缩短到10min，生物柴油得率却从85.5％提高到97.6％。
实施例3、从例1得到的生物柴油经过山东省产品质量监督检验研究院检测，其结果见表1.各项指标优于国家现行的生物柴油标准GB/T20828-2007，达到德国生物柴油标准。
表1生物柴油具体指标
实施例4、称取100g猪油放入锥形瓶内，加入25g甲醇和0.4gKOH将上述各种物质在锥形瓶中混合均匀，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型数控超声波清洗器中反应10min，反应温度为58-63℃，超声波功率为100W。反应结束后静置分层90min，上层主要为脂肪酸甲酯和少量甲醇，下层主要为甘油、KOH、少量甲醇和皂。将上层产物通过甲醇蒸馏塔真空回收甲醇后，用15ml65℃的热水洗涤，离心分层，取上层油相经真空蒸馏去除水分得到生物柴油精品99.5克.反应总得率为99.5％。
实施例5、称取100g猪油放入锥形瓶内，加入25g甲醇和0.8克KOH，将上述各种物质在锥形瓶中混合均匀，塞上瓶塞，在磁力搅拌器上加热到60℃反应60min。反应结束后静置分层90min，上层主要为脂肪酸甲酯和少量甲醇，下层主要为甘油、KOH、少量甲醇和皂。将上层产物通过甲醇蒸馏塔真空回收甲醇后，用15ml 65℃的热水洗涤，离心分层，取上层油相经真空蒸馏去除水分得到生物柴油精品93.7克。反应总得率为93.7％。
从例4和例5比较可以看出利用超临界辐射辅助制备生物柴油，反应时间从60min缩短到10min，生物柴油得率却从93.7％提高到99.5％，而催化剂KOH的用量却少了50％。
实施例6、称取100g猪油放入锥形瓶内，加入25g甲醇和0.4gKOH将上述各种物质在锥形瓶中混合均匀，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型数控超声波清洗器中反应10min，反应温度为58-63℃，超声波功率为50W。反应结束后静置分层90min，上层主要为脂肪酸甲酯和少量甲醇，下层主要为甘油、KOH、少量甲醇和皂。将上层产物通过甲醇蒸馏塔真空回收甲醇后，用15ml 65℃的热水洗涤，离心分层，取上层油相经真空蒸馏去除水分得到生物柴油精品90.7克.反应总得率为90.7％。
实施例7、称取100g猪油放入锥形瓶内，加入25g甲醇和0.4gKOH将上述各种物质在锥形瓶中混合均匀，塞上瓶塞，置于KQ5200DB型数控超声波清洗器中反应10min，反应温度为58-63℃，超声波功率为150W。反应结束后静置分层90min，上层主要为脂肪酸甲酯和少量甲醇，下层主要为甘油、KOH、少量甲醇和皂。将上层产物通过甲醇蒸馏塔真空回收甲醇后，用15ml 65℃的热水洗涤，离心分层，取上层油相经真空蒸馏去除水分得到生物柴油精品99.8克.反应总得率为99.8％。
权利要求
1.一种利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，其特征在于其酯交换反应是在超声波辐射下进行的。
2.如权利要求1所述的利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，其特征在于包括如下步骤(1)将各种原料油和甲醇混合，在超声波功率为30-200W的条件下和用催化剂作用下进行酯交换反应；(2)将步骤(1)所得反应物静置分层；(3)将上层液体经甲醇回收塔回收甲醇，用高于油温5℃-10℃的水洗涤至水澄清，将上层油相脱除水分得到生物柴油产品。
3.如权利要求2所述的利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，其特征在于所述的步骤(3)中的脱水过程为用薄膜蒸发器真空蒸馏脱水。
4.如权利要求2或3所述的利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，其特征在于所述的甲醇和原料油的质量比为1∶3-1∶5。
5.如权利要求2或3所述的利用超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，其特征在于所述的酯交换反应的反应温度为58-63℃。
全文摘要
本发明公开了一种超声波辐射辅助制备生物柴油的方法，属于废弃油脂生产生物柴油技术领域，其特征在于其酯交换反应是在超声波辐射下进行的。本发明的优点在于通过超声波辅助酯化反应制备生物柴油可以大大降低酯交换反应的时间，极大的提高生物柴油的得率，降低了生物柴油的生产成本，适合大规模化工业生产。
文档编号C10G3/00GK101070484SQ20071013020
公开日2007年11月14日 申请日期2007年7月13日 优先权日2007年7月13日
发明者杨庆利, 禹山林, 朱凤, 秦松, 潘丽娟, 曹玉良 申请人:杨庆利