[发明专利]制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备生物柴油的方法。

背景技术

随着工业的发展，包括柴油发动机的工业机器的应用已经增加，并且汽车对于现代生活已经变得必不可少，同时汽车的生产在全世界内增加，因此用作柴油发动机汽车的原料的柴油的消耗也增加了。柴油是从原油中得到的燃料之一，并且其优点在于其具有高燃烧效率，价格低廉，并且减少了二氧化碳(CO₂)的产生。然而，柴油的问题在于相比从原油中得到的其他燃料，柴油在燃烧之后释放出大量的空气污染物。

为了解决上述的问题，已经进行了许多研究来寻找具有与柴油相似物理性质、在生产上经济并且能够防止空气污染的替代燃料。这种研究的结果是，许多焦点投向了生物柴油，其是天然循环能源并且具有与柴油相似的物理性质，能够显著减少空气污染物的排放并且能够展现出减少二氧化碳(CO₂)的效果。

因此，由于石油能源的枯竭，许多国家已经积极增加了作为替代可再生能源的生物柴油的生产和使用，并减少由于过量使用化石燃料而造成的二氧化碳产生。

生物柴油是指通过各种可再生来源与醇在催化剂存在下的反应制备的酯油，可再生来源如各种植物油(包括菜籽油、大豆油、棕榈油等)、动物油(包括牛脂等)和烹调废油。由于生物柴油与柴油有相似的物理性质，其可以代替柴油或与柴油组合用于压燃式柴油内燃机。即，生物柴油可以定义为柴油的替代燃料，其通过动物或植物脂肪酸与甲醇的化学反应制备。

如此，通过脂族醇(如甲醇)和动物或植物油的反应制备生物柴油，并且在这种情况下，生物柴油的产量和质量取决于用作生物柴油的原料的动物或植物油的性质。使用未纯化的动物或植物油作为原料生产的生物柴油存在许多问题，诸如在合成过程中产量降低、质量劣化等。

为了解决产量和质量的问题，大多数的生物柴油制造商已经使用纯化的可食用大豆油或者菜籽油等作为生物柴油的原料。然而，使用食物来源作为能源造成了与替代能源的原始追求不相关的许多问题，并且在经济效率上不合适，因为可食用大豆油或菜籽油是昂贵的。

全世界中，现在大量转化为副产品或使用后的动物和植物油或脂肪最广泛用作进料或肥皂的原料。一些动物和植物的脂肪和油(杂质中包括2.0％或更低的游离脂肪酸(FFA))在简单的分离和化学精炼处理后用作生物柴油的原料。

同时，含有具有5mgKOH/g或更高酸值的低级脂肪酸(例如，低级烹调废油、通过棕榈油碱性精炼得到的棕榈酸油、从食物废物中得到的棕色油脂、从碱性油灰中得到的深色油(皂料)、通过深色油的初步精炼得到的白色油脂和黄色油脂、从沟渠、排水管中得到的隔油等)的生物柴油原料油，以及含有大量未纯化杂质的动物和植物的油和脂肪包括大量的颗粒物质、胶、脂肪酸、皂和水分等，并且在通过脂肪酸甲酯化制备生物柴油的过程中会导致生物柴油的产量和质量的劣化。

换而言之，在烹调废油或含有大量未纯化杂质的动物和植物的油和脂肪中包括的颗粒物质造成了以下问题：生物柴油制备设备的堵塞，降低了生物柴油的产量、污染了蒸馏工艺并且劣化了副产物甘油的质量。

具体地，在生物柴油的合成中，FFA(游离脂肪酸)与碱性催化剂反应形成皂并且造成碱性催化剂的损失。在这种情况中，由于形成的皂，生物柴油和甘油被乳化，并且因此很难将生物柴油与甘油互相分开，从而降低了生物柴油的产量并劣化生物柴油的质量。另外，由于在反应中形成的水，生物柴油被水水解形成FFA(游离脂肪酸)、DAG(二酰基甘油酯)和MAG(单酰基甘油酯)。

即，在生物柴油原料油中含有的皂或在生物柴油的合成过程中形成的皂组分与油部分乳化，所以很难将它们互相分开，结果是生物柴油的产量降低，生物柴油的质量劣化，作为副产物的甘油的质量也劣化，并且副产物的后处理工艺变得复杂。

同时，专利文献1公开了通过精炼含有大量杂质的动物和植物的油和脂肪制备生物柴油原料油的方法；专利文献2公开了使用非均相固体酸催化剂去除烹调废油中含有的游离脂肪酸的方法；并且专利文献3公开了制备生物柴油的方法，其中通过全蒸发去除醇中包括的水，该醇由从含有游离脂肪酸的油和脂肪制备生物柴油的过程中回收，并且该醇再供给反应器使得水对于酯化和酯交换反应的作用降低，从而增加了生物柴油的纯度和产量。

在上述的方法中，使用通常已知的碱性催化剂、醇盐催化剂、固体酸催化剂或者金属催化剂等通过连续或间歇法制备生物柴油。然而，目前，这类方法的问题在于不能高效处理各种类型和低质量的生物柴油原料油。

专利文献1：韩国专利登记号10-0950280