阅读说明：本技术 简易生物柴油 (Simple biodiesel ) 是由 王军 于 2018-07-20 设计创作，主要内容包括：在自然条件下以生石灰作催化剂、干燥剂,将废油脂通过酯交换反应转化为简易生物柴油,并获得副产品甘油和熟石灰。(Under natural condition, quick lime is used as catalyst and drying agent to convert waste oil into simple biological diesel oil through ester exchange reaction and obtain by-products glycerin and hydrated lime.)

简易生物柴油

技术领域：本发明涉及废油脂合理开发利用技术之一，具体是将废油脂通过化学反应转化为动力柴油加以科学利用。

背景技术：

废油脂指变质油、煎炸剩油、植物油料浸出油、泔水潲水漂油、动物骨脏浸出油、抽油烟机集油、污水捞油等。目前生物柴油较成熟方案有：

(一)酯交换法：

1、受动物体脂水解启示，在脂肪酶或仿脂肪酶的作用下使废油脂发生水解后与甲醇或乙醇发生酯化反应，生成高级脂肪酸甲酯或高级脂肪酸乙酯，分离制得生物柴油。优点在低温可以完成，能量产出比较大。若水解、酯化合并一步为酯的醇解，甲醇或乙醇会使酶中毒。两步进行，酶催化水解在较低温度下，反应速率很快。酯化要在酸催化下进行，反应具有可逆性，由于高级脂肪酸的空间效应，反应速率、产率较低，且产物要进行脱酸处理，工艺流程复杂，成本较高。

2、在酸或碱催化剂作用下高于常温跟甲醇或乙醇发生酯交换反应，生成高级脂肪酸甲酯或高级脂肪酸乙酯，分离混合物再脱去酸或碱及水制得生物柴油。此条件下的醇解也具有可逆性，再受高级脂肪酸的空间效应影响，反应速率、产率较低，能量产出比较小。产物要进行脱酸或脱碱处理，工艺流程复杂，成本不菲。

(二)废油脂的催化裂解：

在催化剂作用下，使废油脂在一定温度下发生裂解，生成含C₁₉以下的各种烃或烃的衍生物，得不同沸点范围的燃油及燃气。此方案工艺流程较为简单，成本较低，但反应速率、产率较低。

本发明另辟蹊径，寻求转化率较高，反应条件温和，工艺流程简单，成本相对较低的生物柴油。

发明内容

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本发明解决的技术问题：

提供一种废油脂转化生物柴油的方法，根据酯的化学性质，把废油脂转化为柴油发动机动力燃油，集反应条件温和、工艺流程简单、转化率较高等特点，具有很高的实用价值。

本发明的设计思路：

我国化石能源依赖进口、紧缺状况日趋严重，另辟蹊径获得机动车燃油，缓解能源紧缺、引导废油脂正确流向是本发明的崇高宗旨。

废油脂主要源于可食植物油，菜籽油、大豆油、棕榈油较为普遍，化学成分高级脂肪酸甘油酯，具有酯的化学性质，本发明根据酯的主要化学性质使废油脂在温和条件下与甲醇或乙醇发生酯交换反应，生成高级脂肪酸甲酯或高级脂肪酸乙酯，产物碳链在柴油范围，工艺流程简单，产品易分离纯度高，低能耗低成本，产品附加值高故名简易生物柴油。

原油脂本是混合物沸点无固定值但有较高的沸点范围，小分子成分的沸点也在100℃以上，棕榈油、动物油的熔点高于24℃，花生油熔点低于10℃，其它植物油的熔点在-10℃左右。油脂使用后不饱和成分下降熔点升高，根据普遍食用油估计废油脂的熔点0℃附近。原油脂的密度在0.91-0.944之间，废油脂的密度估计0.925×10³kgm^-3，难溶于水较难溶于低碳醇；甘油的熔点17.8℃、沸点290.9℃、密度1.264×10³kgm^-3；甲醇沸点64.7℃、密度0.79×10³kgm^-3，乙醇沸点78.5℃、密度0.789×10³kgm^-3。

酯交换反应是典型的可逆反应，将产物及时从反应体系中分离出去或进入异相有利于化学平衡正向酯交换，本发明意在用低沸点甲醇或乙醇交换高沸点丙三醇，显然易见若反应温度接近、等于、高于甲醇或乙醇的沸点，甲醇或乙醇就会脱离反应平衡体系，有利平衡逆向酯交换，只有反应温度低于甲醇或乙醇的沸点，才有利于甲醇或乙醇交换丙三醇。

或

本发明就是把工业量产放在深秋、冬季、初春季节进行，自然环境条件下反应温度低于甲醇或乙醇的沸点，最好低于甘油的熔点17.8℃而高于油脂凝固点，使生成的甘油及时从可逆反应平衡体系中分离出去进入异相，促进平衡正向酯交换，提高反应的转化率和原料的利用率，因而产率较高。

酯交换反应速率极慢，需酸或碱作催化剂，酸或碱也是酯水解的催化剂，酯水解反应要比酯交换反应快得多，不能用酸或碱的溶液作酯交换反应的催化剂，酸性催化剂一般工业选择干燥的氯化氢或五氧化二磷作催化剂，氯化氢作催化剂不用考虑分离问题，五氧化二磷作催化剂由于吸水生成磷酸仍有吸水性形成浓酸液可促进水解，还要考虑产后分离，给生产带来诸多不利因素，如催化剂本身成本较高、使用安全、设备安全、分离困难等。碱性催化剂工业选择乙醇钠，因醇钠遇水剧烈水解生成醇和氢氧化钠，若水未消耗尽或氢氧化钠强烈的吸水性形成浓碱液使酯快速发生皂化反应，不利于酯交换反应正向进行；氢氧化钠强烈的腐蚀性给设备、生产安全潜伏隐患；加之氢氧化钠可溶于低碳醇和甘油，给产品的分离纯化带来麻烦，工艺流程更加复杂，生产成本必然上升。本发明选择价廉易得生石灰作催化剂和干燥剂，生石灰吸水生成氢氧化钙可作酯交换的催化剂，水不复存在无法形成氢氧化钙溶液，酯就不可能发生皂化反应，抑制酯水解反应进行；就是水未消耗尽，氢氧化钙微溶于水，碱液浓度极小，水解反应趋势忽略；氢氧化钙难溶于低碳醇和甘油，产品分离纯化简单易行；酯交换反应按设计思路进行比较彻底。以生石灰为催化剂和干燥剂，加快酯交换抑制酯水解；根据工业甲醇、乙醇的含水量5％合理添加，每升甲醇或乙醇添加生石灰156g。

废油脂物类主体与原动植物油脂相似，化学物类高级脂肪酸甘油酯，多为混酯属混合物，相对分子质量、平均相对分子质量很难确定，只能将复杂问题简单化，兼顾节约、环保、成本、亲核试剂需过量等考究，以硬脂酸甘油三酯相对分子质量890、软脂酸甘油三酯相对分子质量806，油脂与甲醇或乙醇物质的量之比小于或等于1∶3，油脂与甲醇质量之比略小于或等于9.27∶1-8.4∶1，体积比7.92∶1-7.17∶1，油脂与乙醇质量之比略小于或等于6.45∶1-5.84∶1体积比5.5∶1-4.98∶1，醇略过量有利于正向酯交换，提高油脂的转化率，有利于简易生物柴油品质的提高。甲醇或乙醇过量应适度，否则溶解生成的甘油于同相，不利于反应平衡正向进行。

工业批量生产根据生产规模设计不锈钢酯交换反应釜容量和数量，建议制造上大下小双锥形酯交换反应釜，上口对接配原料设备、废油脂净化干燥设备等；下口对接减压粗滤、减压精滤、分子滤设备、简易生物柴油储存罐；根据反应釜容量和生成甘油体积设计中口位置并对接减压精滤、分子滤设备、简易生物柴油储存罐。反应釜能翻滚式运动使反应物两液相混合均匀，液体完全均相后还能离心式运动使固体充分沉淀下锥体便于分离；按程序自动控制流水线生产。

以棕榈油、动物油为原料生产简易生物柴油，工艺流程稍复杂，因棕榈油、动物油常温为固体或半固体，又很难溶于低碳醇，酯交换反应物多相，反应速率更缓慢，有必要寻找一种恰当中介，使反应物在均相中进行。油脂很难溶于低碳醇，而油脂易溶于***并混溶，低碳醇和***互溶，甘油虽与低碳醇互溶、但不易溶于***。在均相随着反应的进行，低碳醇不断减少，甘油会不断脱离反应平衡体系，游离异相，使正酯交换比较彻底。***的沸点34.6℃可轻而易举馏出与简易生物柴油分离。废油脂及其它植物油生产简易生物柴油也可参照***作中介，缩短生产周期。

本方案发展前景：

本方案主要开发废油脂，可拓展开发过剩动植物油脂，原料来源广阔；生产过程条件温和，工艺流程简单，原料利用率高，转化率、产率较高，产品附加值高；成分以C₁₉或C₂₀为主，若以棕榈油为原料以C₁₇为主，自身含氧燃烧耗氧低，燃烧必然充分；不含硫设备低腐蚀大气低污染，不含芳烃低致癌性，流动性好又具润滑作用设备使用寿命长；市场前景良好。

本发明采用的技术方案：

废油脂转化为生物柴油的方案包括以下步骤：

步骤一、将粗废油脂除杂净化。通过沉淀、过滤除去固悬物；用活性炭脱色除臭再过滤去活性炭及吸附物；水洗除去可溶于水的低级脂肪醛、酮、酸、无机盐等避免设备腐蚀；分液法分离得净化废油脂；在100℃条件下蒸发或隔绝氧微波干燥废油脂；净化干燥的废油脂供简易生物柴油生产。

步骤二、将废油脂7.5倍体积与甲醇或5.2倍体积与乙醇混合。

步骤三、将细粉状生石灰以每升甲醇或乙醇添加156g密封容器混合均匀。

步骤四、在低于甘油熔点17.8℃自然环境反应若干小时，分离得液体即生物柴油和固体混合物。

步骤五、回温17.8℃以上分离固体混合物，可得副产品甘油和熟石灰。

具体实施方式

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步骤一、将粗废油脂除杂净化干燥。

(1)集粗废油脂足量，经粗滤、减压精滤、分子滤除去悬浮物；

(2)分液去水，微波干燥，得净化干燥废油脂。

步骤二、将废油脂与甲醇7.5∶1体积或与乙醇5.2∶1体积混合。

步骤三、将细粉状生石灰以每升甲醇或乙醇添加156g密封容器混合均匀。

步骤四、低温酯交换分离获简易生物柴油和副产品。

(1)在7℃的自然条件，每天混匀两次，每次半小时左右，一周后液体均相，酯交换基本完成；

(2)离心或静置使固体充分沉淀，分离得液体和固体；

(3)液体经减压粗滤、减压精滤、分子级过滤得成品简易生物柴油。

步骤五、分离固体混合物得副产品甘油和熟石灰。

(1)在17.8℃以上甘油熔化，固液混合物经减压粗滤得粗甘油和夹杂甘油的熟石灰；

(2)粗甘油经减压精滤、分子级过滤得副产品甘油；

(3)夹杂甘油的熟石灰经水洗或酒精洗涤得副产品甘油溶液和熟石灰。

以除棕榈油外的植物油为原料生产简易生物柴油工艺流程类同；以棕榈油或动物油脂为原料可用***中介，***的用量是甲醇或乙醇体积的0.5-1倍为宜。

北方冬季使用简易生物柴油为了防止凝固、流动性降低，在成品简易生物柴油中加10-30％廉价甲醇或乙醇，制得甲醇简易生物柴油或乙醇简易生物柴油，增强简易生物柴油使用的广泛性和安全性，还能降低大气污染。

本发明的优势在于净化干燥的废油脂直接生产优质生物柴油，整个工艺流程、生产过程在自然环境条件，原料价廉易得，弱碱催化脱水，低能耗低成本，产品附加值高；简易生物柴油燃烧充分、燃烧值高、能量产出比大；低污染低致癌性；不愧简易生物柴油。

上述实施例只是本发明的实施例之一，并非限制本发明的实施范围，凡在低于甲醇或乙醇沸点条件下以何种油脂通过酯交换反应所做的等效变化，均属本发明技术范围。