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一種提高生物柴油產(chǎn)量的方法

文檔序號:9780439閱讀:1360來源:國知局
一種提高生物柴油產(chǎn)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物質(zhì)能源技術(shù)領(lǐng)域,尤其是一種提高生物柴油產(chǎn)量的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前全球石油需求不斷增長與化石能源目漸枯竭的矛盾日益突出,能源供給形勢越來越緊張,國際市場原油價格持續(xù)大幅上漲,能源的多元化、可再生化和清潔化已成為人類社會發(fā)展的必然選擇,開發(fā)生物質(zhì)能源是解決全球能源危機的方向之一,作為新型替代能源的生物柴油在世界各國發(fā)展迅速。生物柴油是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕櫚等,野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換或熱化學工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。
[0003]生物柴油具有下述獨特的性能優(yōu)勢:(I)生物能源為可再生性能:作為可再生能源,與石油儲量不同,其通過農(nóng)業(yè)和生物資源獲得,可供應(yīng)量不會枯竭,而且生物柴油的生物降解性高于常規(guī)柴油,可在自然狀況下實現(xiàn)生物降解,減少對人類生存環(huán)境的污染。(2)具有優(yōu)良的環(huán)保特性:主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧化硫和硫化物的排放低;生物柴油中不含對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴,因而廢氣對人體損害低于柴油。
[3]較好的潤滑性能,使噴油栗、發(fā)動機缸體和連桿的磨損減小,使用壽命長。(4)良好的燃料性能:生物柴油十六烷值高,使其燃燒性好于柴油,燃燒殘留物呈微酸性使催化劑和發(fā)動機機油的使用壽命延長。(5)制備生物柴油的原料來源比較廣泛:包括油料作物、野生油料植物和水藻植物油脂以及動物油脂都可以作為原料,甚至可以利用餐飲業(yè)中的廢油、地溝油作為原料,可以做到回收垃圾變廢為寶的目的等優(yōu)點。
[0004]我國是石油資源相對貧乏的國家,但木本油料資源及其豐富,隨著對能源用木本油料作物的研究、開發(fā)和利用的不斷深入,生物質(zhì)能源在我國發(fā)展?jié)摿薮?,發(fā)展木本油料生物柴油產(chǎn)業(yè)不僅有利于解決石油替代、生態(tài)環(huán)境保護和“三農(nóng)”問題,還可為為我國林業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展契機。棕櫚油是一種熱帶木本植物油,是目前世界上生產(chǎn)量、消費量和貿(mào)易量最大的植物油品種,與大豆油、菜籽油并稱為“世界三大植物油”,棕櫚油由油棕樹上的棕櫚果肉壓榨而成。油棕樹(Elaeis guineensis),油棕屬棕櫚科,常綠直立喬木,是世界上單位面積產(chǎn)量最高的一種木本油料植物,比花生產(chǎn)油量高五六倍,是大豆產(chǎn)油量的近10倍,因此有〃世界油王〃之稱。油棕樹,喜光嗜鉀,生長要求適溫較高,宜置于熱帶地區(qū)或其邊緣,不抗風、不耐旱、不耐寒,分布于非洲熱帶地區(qū),我國海南,臺灣及云南熱帶地區(qū)。作為生物柴油原料的發(fā)展?jié)摿O大。目前利用油櫚果生物柴油的主要方法為酯交換法,但傳統(tǒng)的酯交換法大都存在催化效率低、產(chǎn)量低、色澤深、容易變質(zhì)、反應(yīng)時間長、腐蝕設(shè)備、工藝復(fù)雜、反應(yīng)溫度尚、能耗$父大、易造成一■次污染和副廣物損失、成本$父尚等缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對傳統(tǒng)酯交換法生產(chǎn)生物柴油存在的問題,提供一種提高生物柴油產(chǎn)量的方法。本發(fā)明以磁性納米固體酸為催化劑,不僅不腐蝕設(shè)備,還能較大地提高催化效率,可縮短反應(yīng)時間和降低能耗等。
[0006]為實現(xiàn)以上目的,本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種提高生物柴油產(chǎn)量的方法,包括以下步驟:
[0008]1.原料預(yù)處理:在棕櫚油中加入重量比為0.3%~1.0%的活性氧化鋁吸附劑,在轉(zhuǎn)速為250-300r/min下攪拌8-12min,即可得到純棕櫚油;
[0009]2.酯化反應(yīng):將純棕櫚油、甲醇和磁性納米催化劑以重量比為100:25-50:0.8-1.5加入反應(yīng)釜中,在溫度為55-65°C、攪拌速度為80-150r/min下,進行酯化反應(yīng)30_40min,得酯化產(chǎn)物;
[0010]3.分離生物柴油粗品:將酯化產(chǎn)物在轉(zhuǎn)速為300-1000r/min下離心10-30min,靜置沉淀后,將上層液和下層液分離,上層液即為生物柴油粗品,下層為甘油;
[0011]4.提純生物柴油:將上述得到的生物柴油粗品加至攪拌器,再加入以硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑,其加入量為生物柴油粗品重量的1.5 - 3.5 %,在轉(zhuǎn)速1 O -150r/min下攪拌8-15min,即可得到生物柴油產(chǎn)品。
[0012]以上所述磁性納米催化劑包括B2O3-Fe3O4、Zr02_Fe304和Al 203-Fe304。
[0013]以上所述硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合吸附劑是由30-40 %硅藻土和60-70 %聚乙烯酰胺組成。
[0014]以上所述的棕櫚油是有油棕樹提取出來的油。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果:
[0016]1、本發(fā)明利用可再生資源棕櫚油制備生物柴油,可有效解決當前全球能源危機和環(huán)境污染問題,生產(chǎn)的生物柴油不僅品質(zhì)得到較大提高,產(chǎn)率提升至85%左右。
[0017]2、本發(fā)明將磁性納米催化劑引入到生物柴油的生產(chǎn)中,其中磁性納米催化劑具有反應(yīng)界面大、表面積大、傳質(zhì)阻力小、反應(yīng)條件溫和、活性高、活性穩(wěn)定性好等特點,使得其在酯化反應(yīng)中催化效率高、催化效果顯著,從而縮短反應(yīng)時間和提高生物柴油的產(chǎn)率。另一方面磁性納米催化劑依據(jù)外在磁場可以方便,快速地將其分離、回收,可多次循環(huán)利用,克服非磁性納米催化劑難回收、成本高的缺點,對緩解環(huán)境污染、提高企業(yè)生產(chǎn)效益、實現(xiàn)資源循環(huán)高效利用具有重要意義。
[0018]3、本發(fā)明采用吸附法提純生物柴油,操作簡單、成本低,可有效解決耗能大和“三廢”排放問題;選用硅藻土和聚乙烯酰胺組成的混合物作為吸附劑,不僅可以很好吸附生物柴油的游離酸、甲醇、甘油、甘油脂等雜質(zhì),同時還具有很好的脫水效果,可以克服生物柴油色澤深、易變質(zhì)及常規(guī)蒸餾法存在工藝復(fù)雜、耗能大、反應(yīng)時間長等問題。
[0019]4、本發(fā)明在酯化反應(yīng)之前先用活性氧化鋁對棕櫚油進行預(yù)處理,可以吸附棕櫚油的雜質(zhì)和部分游離酸,使得酯化反應(yīng)過程產(chǎn)生的肥皂少,減輕了后續(xù)精制粗生物柴油的難度。
[0020]5、本發(fā)明方法具有制備工藝簡單、節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)率高、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點,具有很好的社會效率、生態(tài)效益和經(jīng)濟效益,容易實現(xiàn)規(guī)?;?、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明,但不限于本發(fā)明的保護范圍。
[0022]實施例1
[0023]本實施例所用的磁性納米催化劑為ZrO2-Fe3O^其制備方法包括以下步驟:
[0024]a.磁性Fe3O4納米微球的制備:將質(zhì)量比為1:4的FeCl2和FeCl3溶于蒸餾水水中,通入氮氣,在450r/min轉(zhuǎn)速下攪拌,逐滴加氨水至pH值為12;再控制溫度為65°C、轉(zhuǎn)速為120r/min,攪拌1.5h,反應(yīng)后冷卻至室溫,利用磁石吸附作用收集Fe3O4微粒,用蒸餾水清洗至中性,在溫度為80°C下真空干燥2h,得磁性Fe3O4納米微球,微球的粒徑為45nm。
[0025]b.ZrO2-Fe3O4磁性納米催化劑的制備:將質(zhì)量比為I: 11的磁性Fe304納米微球和硝酸鋯溶液加至超聲波攪拌器,再加入與磁性Fe3O4納米微球質(zhì)量比為1:20的乙醇,在轉(zhuǎn)速為250r/min、溫度為50°C下,逐滴加入氨水至pH為11,超聲攪拌4h后,所得的產(chǎn)物經(jīng)磁分離,再用蒸餾水清洗6次,用微波為60°C干燥10h,最后在400°C及氮氣保護下焙燒3h,即可制得? Zr02_Fe304磁性納米催化劑。
[0026]—種提高生物柴油產(chǎn)量的方法,包括以下步驟:
[0027]1.原料
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