废弃油脂制备生物柴油工艺的研究

摘要：生物柴油是可再生的清洁能源，本文介绍了国内外生物柴油产业的应用现状，并对不同原料制取生物柴油的工艺进行了分析，最后对其前景进行展望。
关键词 ：生物柴油；进展；策略；产业化
石油资源是世界各国能源消费的主体，随着现代工业的发展，对石油的需求量将越来越大, 而地球石化资源有限，消费量却不断增加，全球能源形势日趋严峻。面临石油储量的不断减少，能源需求的不断增长，以及化石燃料引起的环境污染问题，开发新的、对环境无害的、非石油类的可再生能源是未来能源发展的必然趋势。
生物柴油，亦称燃料甲酯，是一种用植物油或动物油加工制取的新型燃料。按其化学成分分析，生物柴油是一种通过以不饱和油酸C18为主要成分的甘油酯分解而获得的高脂酸甲酯，其性能与零号柴油相近、使用生物柴油时无需对现有柴油机进行结构改进，因此生物柴油正受到前所未有的瞩目。
1 世界各国生物柴油的应用状况
目前，生物柴油产业主要集中在欧洲和美国等发达国家，它们主要以植物油为原料制备生物柴油，而日本则通过回收废食用油来制备生物柴油（见表1）。
表1 国外生物柴油应用概况

注：生物柴油比例是指使用过程中，燃料中含生物柴油的体积百分比。
2 生物柴油制取工艺
生物柴油是一种生物质能，其中含77%的碳、12%的氢、11%的氧以及微量的硫和氮。生物柴油作为动、植物油的酯交换产物，按化学成份分析，一般由14至18个碳原子的高级脂肪酸单酯组成，在含硫量、蒸余物残炭、灰分、铜片腐蚀、水分、机械杂质、运动粘度、凝点、冷滤点、闪点、馏程等指标达到车用柴油的要求，与普通柴油相当[1]。在燃烧动力，排放指标和使用的方便性、燃烧功效、燃烧耗氧量，对水源的危害以及生物可降解性方面明显优于普通柴油（见表2）。
表2 生物柴油和石化柴油的性能比较

使用生物柴油发动机尾气有害组分较石化柴油明显改善（见表3）[2]。
表3 发动机尾气有害组分改善情况

因此，作为可再生能源，它的开发具有深远的战略意义，目前根据原料性质的不同我们采用以下不同的生产工艺：
2.1 地沟油制取生物柴油的研究[3]
2.1.1 原理和生产工艺
2.1.1.1 酯交换原理
酯交换(醇解)是通过有催化剂氢氧化钠（NaOH）存在下与甲醇的下述反应来达到的酯交换：

同时发生副反应：

本实验将预热好的地沟油，甲醇以及反应中作为催化剂的氢氧化钠在反应器混合反应，为保证酯交换反应的完全，初次酯交换的反应产物在第二反应器中再次反应。该反应产物在采用一特殊设计可连续工作的分离器中被分为生物柴油和甘油相。将生物柴油相在反应器中水洗，以除去其中残留的催化剂、溶解皂和甘油并在随后将其加以分离，分出的水相和甘油相，以使残留的皂由生物柴油中分离出来。
2.1.1.2 工艺流程
酯交换反应的工艺流程如下：

2.1.2 材料与方法
2.1.2.1 原料 地沟油
2.1.2.2 试剂 氢氧化钠、过碘酸钾、甲醇。
2.1.2.3 实验仪器
恒温水浴锅、冷凝管、真空泵、三口圆底烧瓶、分液漏斗、电子天平。
2.1.2.4 方法
2.1.2.4.1分别取200g 油，按摩尔比为3.5:1，4.5:1，5.5:1，6.5:1的比例分别加入甲醇，同时加入油重0.5%，0.8%，1.1%的固体烧碱，（烧碱事先配制成烧碱甲醇溶液）剧烈搅拌使反应物料充分混合；
2.1.2.4.2分别置于60℃、70℃、80℃水浴中反应1hr；
2.1.2.4.3静置分离反应混合物中的甘油层，迅速并用计算量的浓硫酸中和，离心分离，得到酸化油、粗甘油、和硫酸钠；