[發(fā)明專利]一種制備生物柴油的方法

無效

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• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102703135A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 梅秀泉;蔣挺大
• 申請（專利權）人: 北京國力源高分子科技研發(fā)中心
• 主分類號: C10L1/02
• 分類號: C10L1/02;C11B1/10;C11C3/10
• 代理公司: 北京金智普華知識產(chǎn)權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發(fā)明屬于生物油化工領域，是一種用含油植物種子微波輻射直接制備生物柴油的方法。

背景技術

生物柴油的生產(chǎn)方法主要有直接、混合、微乳化、熱裂解和酯交換。與其他方法相比，酯交換法生產(chǎn)生物柴油具有工藝成熟、費用相對較低、制得的產(chǎn)品性質穩(wěn)定等優(yōu)點，成為目前生物柴油生產(chǎn)的主要方法。根據(jù)酯交換反應使用的催化劑種類及是否使用催化劑，酯交換法又可分為化學酯交換、酶法酯交換及超臨界流體法酯交換。化學酯交換法由于其工藝成熟且成本較低，是目前生物柴油生產(chǎn)的主要方法；超臨界流體法因為其操作條件苛刻而難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應用；脂肪酶法工藝流程短，不用酸、堿和大量的有機溶劑，不會造成嚴重的環(huán)境污染，但脂肪酶容易失活，造成生產(chǎn)成本高，因而限制了酶法酯交換合成生物柴油的發(fā)展。

目前生物柴油的生產(chǎn)，主要是由精制動植物油與低碳醇經(jīng)催化酯交換、分離、洗滌、蒸餾得到。由于精制油（包括地溝油或餐飲殘油）的價格僅比生物柴油的價格略低，而棉籽油比生物柴油還高，蓖麻油價格甚至比生物柴油高出一倍，因此生物柴油的生產(chǎn)和銷售陷入了兩難境地。

精制油的生產(chǎn)經(jīng)由油料作物種子的篩選、蒸炒、壓片、預榨、餅破碎、溶劑浸出、分離、蒸溶劑、水洗、脫色、堿煉、精煉等復雜的工序，造成生產(chǎn)成本高啟。在油脂精制過程中，特別是在堿煉和精煉時，一般多多少少都會發(fā)生脂肪酸從油脂分子上脫落的現(xiàn)象，造成精制油脂中存在一定量的游離脂肪酸，在生產(chǎn)生物柴油時，若用堿做催化劑，這部分游離脂肪酸則不能生成脂肪酸甲酯（即生物柴油），也即降低了生物柴油的收率。為此，需先以酸為催化劑促使游離脂肪酸與低碳醇發(fā)生酯化，再進行堿催化酯交換反應生成生物柴油（兩步法），或者就以酸催化進行酯化及酯交換反應生成生物柴油（一步法）。一步法的反應時間一般比堿催化酯交換時間多一倍，與兩步法相當，但操作要簡單一些。

近年來，有人提出了從含油植物種子直接制備生物柴油的技術，將油脂的溶劑浸出與酯交換反應同時進行，大大的縮短了生產(chǎn)流程。如US7112229公開了一種以蓖麻籽為原料，在堿性醇鹽催化劑存在下直接與無水乙醇生成生物柴油的方法。但由于采用堿性醇鹽催化劑，對蓖麻籽的含水率有特殊要求，需要將蓖麻籽烘干，還要使用無水乙醇，原料脂肪酸的存在還會削弱堿性催化劑的作用。巴西石油公司申請的專利CN1826403A與US7112229一樣，只是增加了用磨碎的蓖麻殼發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。法國阿爾杰布雷公司申請的專利CN101809133A則要把種子的含水率控制到1.5％～2.0％。中石化公司申請的CN101531913A不需要控制種子的水分，用酸做催化劑，直接制備生物柴油，但使用的是傳統(tǒng)加熱法，反應速度較慢，能耗高，生產(chǎn)效率較低。其他如印度一家公司申請的專利CN101702916A及中國的CN102041108A則先從種子提取油脂，再用油脂催化酯交換，與現(xiàn)在的由精制油脂生產(chǎn)生物柴油工藝差別不大，沒有先進性。

發(fā)明內容

含油植物種子的油酯是三脂肪酸甘油酯，儲藏在含油細胞內，可以通過物理的、化學的或生物學的手段使含油植物種子的含油細胞破裂，將油脂從細胞中釋放出來，從而將油脂從含油種子中提取出來。常用的物理方法是壓榨，可以使部分含油細胞壁破裂，釋放出部分油酯；為了將大部分油脂提取出來，現(xiàn)在廣泛使用化學法，即用能溶解油酯的有機溶劑依靠滲透壓的作用滲入含油細胞內，發(fā)生溶脹，使含油細胞壁破裂，絕大部分油酯被浸出；生物學方法是使用一些生物酶實現(xiàn)細胞破壁，釋出油脂。近年來，超聲波和超臨界技術被用于細胞破壁，取得了很好的效果。

微波輻射技術用于一些化學反應，取得了許多意想不到的效果。由于微波具有穿透特性使植物細胞破壁,讓有機溶劑易浸入,有效成分易浸出,可以達到提高工效、增加提取率、節(jié)能和省時的效果，微波輻射用于細胞的破壁，是目前最先進的細胞破壁技術。

利用微波輻射直接透入種子含油細胞，促使細胞壁快速破裂，胞內三脂肪酸甘油酯隨即快速溶入溶劑，可以實現(xiàn)微波輻射快速浸出三脂肪酸甘油酯，微波輻射作用比通常的壓榨和加熱浸出速度快得多，比超聲波和超臨界節(jié)能。

三脂肪酸甘油酯分子的脂肪鏈很少吸收微波，酯基作為極性基團則是強烈吸收微波，取得高的活化能，使酯基激活，也就是說，微波具有類似脂肪酶的特異選擇性激活酯基的作用；微波在激活酯基的同時，也活化了低碳醇的極性基團羥基，使低碳醇很快與酯基發(fā)生酯交換反應，而超聲波和超臨界只對整個油脂分子起活化作用，對酯基的活化無選擇性，因此能耗遠高于微波輻射。