[发明专利]煅烧硅酸钠催化制备生物柴油

说明书

技术领域

本发明属于环境友好新能源生产技术领域，涉及到新型固体碱催化剂煅烧硅酸钠的制备，特别涉及到煅烧硅酸钠催化制备生物柴油的方法。

背景技术

随着全球石油储量的逐渐减少、能源需求的逐年增长和环境污染的加剧，环境友好的替代能源的开发迎来了前所未有的机遇和挑战。生物燃料正以每年15％的速度增长，将会在未来几十年内发挥更大的作用，目前包括我国、欧洲和美国等对相关燃料法的通过将会加快其发展。与石油柴油物理化学性质相似的生物柴油是近年来生物燃料开发的热点和重点之一。因为它是以动、植物油脂等可再生资源作为原料经酯化或转酯化反应而制成，具有不含硫和芳烃，闪点高，十六烷值高，可生物降解，原材料广泛、可再生，可与石化柴油完全混合等优点。生物柴油已引起各国的高度重视，美国甚至把发展生物柴油的意义提高到战略高度。

目前生物柴油主要用化学法生产，采用植物油与甲醇或乙醇在酸性或碱性催化剂和60℃～250℃下进行酯化反应，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯生物柴油。酸法制备生物柴油能够耐受含有较高自由脂肪酸和水的原料，但也有催化速率低、对设备腐蚀严重和酸催化剂分离回收困难等缺点；碱法生产生物柴油，虽然反应条件温和，催化速率高，并对设备无腐蚀，却因为发生皂化反应和催化剂的钝化，而不能催化含有较高自由脂肪酸和水的原料生产生物柴油(生物柴油的制备方法及其副产品的回收利用方法，CN 1935945A)。另外，生物酶法合成生物柴油技术也在研究和完善中，虽然在工业化上有应用的实例，但脂肪酶用量大且易中毒失活，反应速率慢，需有机溶剂、成本高等缺点是限制其广泛应用的现实问题，如中国专利CN 1557913A所使用有机介质位鼠丁醇、1，4-二氧六烷和短链脂肪酸酯等用量大，一次性投入却不能回收，导致生产成本提高，不适合工业大批量生产生物柴油。能够高效催化且不存在产物分离问题的超临界或亚临界制备生物柴油工艺也具有自身缺点，如专利CN 1594504A所使用的超临界工艺，虽然具有反应效率高、无污染排放、后处理简单等优点，但反应需要高温(300～400℃)、高压(8～25MPa)，不仅对仪器设备要求高，还存在较大的安全隐患，在应用中受到较大的限制。为了解决上面存在的问题，价格便宜、活性高、可回收和重复利用、分离工艺简便的固体催化剂，尤其是固体碱成为热点研究方向。目前看来，此类催化剂还需要进一步完善和改进，如稀土金属氧化物(CN 1928018A)作为固体碱催化剂，反应结束后不需要中和洗涤，工业废水少，但需要极高的搅拌速度，增加了能量的消耗；文章[X.Liu et al，Transesterification of soybean oil to biodiesel using CaO as a solid basecatalyst，Fuel，2007]中固体碱CaO能够对油脂中的水有一定耐受度，但在水含量达到2.03％时，酯交换转化率不到80％，并没有从根本上解决油脂含水量对催化剂的影响。

发明内容

本发明的目的是提供煅烧硅酸钠催化制备生物柴油的方法，煅烧制备的固体硅酸钠可催化动植物油脂与短链醇的转酯化反应制备生物柴油，该方法反应条件温和，在保持了碱催化剂催化高效率的同时，解决了液体碱催化剂回收难、不能重复利用和再生的问题，并极大地减少了催化剂回收时对环境的污染。实现本发明方法的步骤如下：

(A)将硅酸钠在煅烧炉内于200～900℃煅烧1h～5h，研磨粒度为50～120目，制得固体碱催化剂煅烧硅酸钠。将油脂、煅烧硅酸钠盐和甲醇加入到反应器中搅拌混合，催化剂添加量为油重的1～5％，醇油摩尔比为4～12∶1，反应温度为60～90℃，搅拌速度为100～300r/min，反应30～120min，静置分层，上层即得到粗制生物柴油，下层为粗甘油和固体碱催化剂；

(B)将粗制生物柴油回收醇，然后经过真空精馏得到生物柴油精制品；将下相甘油和催化剂分离，回收备用；

(C)重复利用所回收催化剂，按照步骤A，B所述方法进行下一批反应制备生物柴油；

(D)将步骤C重复利用若干次的催化剂回收并再生后，可继续按照步骤A，B制备生物柴油。

在步骤A中，所用油脂为大豆油、菜籽油、棉籽油、棕榈油、蓖麻油、桐油、玉米油、葵花籽油、鱼油、除酸地沟油中的一种或两种；所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇、或丁醇。