[发明专利]联合的生物柴油生产方法

说明书

技术领域

本文公开的实施方案一般涉及生物柴油的生产。在一个方面中，本文公开的实施方案涉及生产基于脂肪酸烷基酯的生物柴油和生产三异烷基甘油的方法。在另一些方面中，本文公开的实施方案涉及生产基于脂肪酸甲酯(FAME)的生物柴油和生产三异丁基甘油的方法。

背景技术

柴油燃料是用作柴油机燃料的石油分馏物。柴油机为世界上大部分的火车、船舶和大型卡车提供动力。柴油的原料，即石油，是化石燃料，并且因此是不可再生的有限供给资源。此外，与汽油相比，柴油机产生15％更多的温室气体排放/升。石油和石油来源的精炼产品的急剧短缺和由此导致的急剧价格上涨已经引起对替代燃料的兴趣。因此，当前有大量的研究尝试正在针对用更清洁燃烧的替代燃料如生物柴油代替一些或全部的基于石油的柴油燃料。

生物柴油由富含生物材料的脂肪和油如植物油制备。生产生物柴油所涉及的基本化学是天然酯类，主要是甘油酯与伯醇的催化交换。因此，生物柴油是各种饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的甲酯或乙酯与共产物甘油的混合物。

生物柴油是可以用于任何柴油机的与柴油等价的加工燃料，无需机械改造，并且与现有的石油配送基础设施相容。20％生物柴油与80％石油的掺合物(B20)可以用于所有柴油燃烧设备，包括压燃式发动机和油热锅炉，无需改造。更高的掺合物，包括纯生物柴油，可以用于1994年后制造的发动机，但是可能必须进行轻微改造。

生物柴油是生物可降解的，且是无毒的，并且典型地产生比基于石油的柴油少约60％的净温室气体排放。甚至在低至20％生物柴油的掺合物中，生物柴油可以充分减少柴油废气的排放水平和毒性。全世界公认生物柴油是石油柴油的替代品和补充品。例如，生物柴油已由美国能源部(United States Department of Energy)和美国运输部(United StatesDepartment of Transportation)指定为替代燃料，并且由美国环境保护厅(United States Environmental Protection Agency)登记为燃料和燃料添加剂。

自从在二战前在南非引入生物柴油，已经进行了大量尝试来提高其作为燃料替代物的能力。近年来，环境和经济压力，例如，诸如石油禁运的事件和诸如1990年清洁空气法案的法律，已经为这一技术的持续开发提供了推动力。

生物柴油可以典型地由酸或碱催化生物材料中存在的甘油三酯的酯交换而产生。酯交换作用是低温(约65℃(约150°F))、低压(约1.4巴-2.4巴(约20psia-35psia))反应，其转化率高(例如，98％)，副反应少且反应时间短。甘油三酯的酯交换反应的副产物为甘油。

在酯交换作用中，在存在催化剂的条件下，脂肪或油与醇(诸如甲醇或乙醇)反应，以实现天然酯类如甘油酯与伯醇的交换，从而产生甘油和脂肪酸甲酯(FAME)，后者形成生物柴油。醇通常以化学计量过量投料，以推动反应，并且可以回收再利用。催化剂可以是甲醇盐、或氢氧化钠或氢氧化钾，其在酯交换反应前与所述醇混合。然后可以分离所得到的FAME(生物柴油)和甘油。

生物柴油在1937年由布鲁塞尔大学(University of Brussels)(比利时)的G.Chavanne通过用乙醇或甲醇酯交换植物油而制得。该通用方法的变化、改进和修改记述在，例如，美国专利申请公开号20040034244和美国专利号6,953,873，4,300,009，和4,433,184中。

甘油的醚衍生物，如三异丁基甘油(TIG)，也是适用于生物燃料的成分。例如，TIG可以通过使用酸催化剂的烯烃的醚化作用，诸如异丁烯与甘油的醚化作用而产生。异丁烯典型地以化学计量过量投料，以推动反应，并且可以回收再利用。甘油的醚化作用包括复杂的可逆平衡反应。反应变量，诸如温度和催化剂的量，可以用来控制所产生的单醚、二醚、和三醚的浓度。

例如，美国专利号5,476,971公开了在存在酸催化剂的条件下以两相反应进行的纯甘油和异丁烯的反应，其产生叔丁醚。醚化反应同样是具有高转化率(例如，98％)的低温(约93℃(约200°F)、低压(约10巴(约150巴))反应。

甘油和异丁烯产生TIG的醚化作用典型地需要输入甘油和相对纯的异丁烯。通常需要高纯度的给料，从而避免分离和回收混合的丁烯和丁烷。

因此，存在对于生产生物柴油燃料，包括FAME和TIG的改进方法的需求。

发明内容