废弃油脂制备生物柴油的工艺研究

摘要：用废弃油脂制备生物柴油，不仅可以产生可观的经济效益，还具有良好的社会效益和生态效益。本文以废弃油脂成分组成最复杂的地沟油为例进行研究，主要研究地沟油的除杂、除水、脱胶和两步酯化的优化条件。酯交换后先中和后水洗，避免了皂化层的产生，采用专有技术降低产品的酸价。该项目已经进行了中试和小规模生产，得到的产品经检测，符合国家标准GB/T20828-2007。
关键词：废弃油脂；生物柴油
生物柴油是以各种动植物油脂为原料制成的液体燃料，主要成分为脂肪酸甲酯，具有安全、环保、清洁等优点，是优质的矿物柴油代用品。根据目前我国生物柴油的发展情况，原料成本太高已成为阻碍生物柴油推广使用的重要问题。要从总体上降低生产成本，使生物柴油在我国能源转变中发挥更大的作用，只有实现资源综合利用，寻找适合我国的原料。
我国现有油料作物年产油脂在1000万t左右，尚不足以满足国内食用油消费市场需求[1]。因此，以食用油脂为原料制取生物柴油是不现实的，不符合我国的实际情况。我国每年产生的大量的餐饮废油及植物油厂的精炼副产物，如脱臭馏出物、皂脚等。美国Idaho National E&E laboratory进行过煎炸油生产生物柴油的试验[2]，香港巴士燃用利用回收餐饮废油生产的生物柴油，国内也有很多企业利用回收废油生产生物柴油[3]，通过用这些作原料生产生物柴油，能够创造巨大的经济效益，而且还具有深远的环保和国防意义[4]。
1小试研究
1.1反应原理
废弃油脂含有大量杂质和水分，其主要成分为甘油三酯和游离脂肪酸。
生物柴油的制备主要是利用其中的甘油三酯和脂肪酸在催化剂的作用下，与甲醇反应，生成脂肪酸甲酯的过程。
1.1.1预酯化
该试验的预酯化过程是游离脂肪酸与过量的甲醇在酸性催化剂作用下发生酯化反应，生成脂肪酸甲酯。
其反应方程式如下：

1.1.2酯交换
该试验的酯交换过程是甘油三酯和过量的甲醇在碱性催化剂的作用下发生醇解反应，生成脂肪酸甲酯圈。
其反应方程式如下：

1.2试验材料与仪器
1.2.1材料
河北福宽生物油脂有限公司提供地沟油，甲醇，浓硫酸，氢氧化钠，磷酸，乙醇，乙醚等均为分析纯。
1.2.2仪器
恒温水浴锅（科伟HH系列）恒温水浴锅（上海亚荣生化仪器厂B-220）；旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂RE52CS）；离心机（上海安亭科学仪器厂TGL-16C）；电子天平（北京赛多利斯天平有限公司BS210S Max 2109）；循环水多用真空泵（河南太康科教仪器厂SHB-Ⅲ（A）型）；旋片真空泵（浙江黄岩黎明实业有限公司ZXZ-2型）；电炉甲酯蒸馏装置。
1.3试验方法
1.3.1原料除杂、除水
粗地沟油中含有大量的杂质和水分，会影响反应的进行，需要先除去。
将粗泔水油在80℃的水浴中静置保温1h，倒出上清液，底部用过滤的方法除去大部分杂质，然后将其置于分液漏斗中静置分水。
1.3.2原料脱胶
从餐饮业回收的废油含有大量的水分，纤维物质，同时，在烹饪过程中产生的胶体、色素及碳等可能留在废油中[3]，因此，在酯化反应前，要进行脱胶处理。
将粗泔水油于烧杯中在电炉上加热至80℃，加入2‰85％磷酸。搅拌10min，再加入10％的80℃热水，搅拌10～15min，于离心机中离心分离，弃去下层胶质，上清夜于旋转蒸发仪中脱水干燥至水分含量0.2％以下。
1.3.3预酯化
对经过预处理的粗泔水油进行检测，主要根据酸价确定预酯化时的甲醇和催化剂用量。将甲醇、浓硫酸、原料油于旋转蒸发仪中反应2.5h，进行水洗，脱水干燥至水分含量0.2％以下，检测酸值，酸值小于2，则进入下一步操作。该步反应温度为70±2℃，使甲醇回流1～2d/s，旋转蒸发仪的转速为60～70r/min，保证物料充分搅拌。
1.3.4酯交换
主要根据原料的酸值确定酯化时的甲醇和催化剂用量。将甲醇、片碱、原料油于旋转蒸发仪中反应2.5～3h，用浓硫酸中和至中性，进行水洗，脱水干燥至水分含量0.2％以下，检测酸值，酸值小于3，进入下一步操作。该步反应温度为70+2℃，使甲醇回流1～2d/s，旋转蒸发仪的转速为60～70r/min，保证物料充分搅拌。
1.3.5降酸值
通过酯交换得到的粗产品，酸值偏高，经高真空蒸馏后往往达不到国家标准，针对这个问题，我们研发了专有技术以降低酸值，使高真空蒸馏前粗产品的酸值在1以下，保证得到的产品符合国家标准。