厨余回收油脂制备生物柴油的方法与流程-j9九游会真人

1.本发明属于资源再利用技术领域，特别涉及一种厨余回收油脂制备生物柴油的方法。


背景技术：

2.脂肪酸甲酯，可作为生物柴油，作为近年来在欧美国家发展较为迅速的一种绿色清洁能源，对于节能减排具有重要意义。随着工业发展与汽车行业的迅速兴起，目前在全世界生物柴油需求量逐年上升。美国以大豆油、菜籽油等植物油为原料制造生物柴油；日本以煎炸油为原料制备生物柴油。但是，近年来的粮食危机使得动植物油原料价格不断上升，为了解决生物柴油原料短缺的瓶颈问题，利用餐厨行业大量的废弃油脂作为原料，替代成品植物油生产生物柴油具有重要意义，同时也实现了餐厨垃圾的处理。
3.厨余回收油脂包括餐饮单位产生的废动物油脂、废植物油脂、餐厨废弃油脂、屠宰场、食品加工厂或食用油加工厂产生的废油脚、煎炸油等。
4.现有技术中，通常通过四个过程生产生物柴油，依次包括除杂、酯化、酯交换和生物柴油精制等步骤。但是，现有技术存在除杂效果不好、能耗较高和酯交换皂的含量高等缺点。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提供了一种厨余回收油脂制备生物柴油的方法，调整了流程，在沉降过程提升了除杂效果，在酯化和酯交换增加了水洗过程（后续进行脱水，以减少皂化）；在酯化反应中，蒸馏的蒸汽直接送至酯化反应作为原料；在酯交换反应，冷凝的甲醇可多次循环使用，以上可降低蒸汽用量；通过将酯化反应的水相和酯交换反应的水相合并处理，可避免水相的皂化，可提升酯交换反应甲醇的循环次数，可降低甘油的分离和处理难度。所述技术方案如下：本发明实施例提供了一种厨余回收油脂制备生物柴油的方法，该方法包括：s101回收油脂预处理：将回收油脂依次经过热水洗、离心、沉降和真空脱水处理。
6.s102酯化反应：在步骤s101处理后的油脂中通入热甲醇蒸汽进行酯化反应，酯化反应的催化剂为40-55wt%的硫酸，催化剂的用量为油脂重量的0.3-1.0%，甲醇的用量为油脂重量的2-5倍，酯化反应的温度为105-120℃，通过冷凝回收共沸产生的气体，冷凝液送步骤201。
7.s103油水分离：将步骤s102得到的产物进行油水分离，油相送步骤s104，水相送步骤202。
8.s104脱水处理：将步骤s103得到的油相进行水洗和真空脱水处理。
9.s105酯交换反应：将步骤s104处理后的油脂与甲醇进行酯交换反应，酯交换反应的催化剂为固体氢氧化钠，催化剂的用量为油脂重量的1-3%，甲醇的用量为油脂重量的25-35%，酯交换反应的温度为60-70℃，通过冷凝回收反应蒸出的气体；若冷凝液的含水量小于
等于4%，则送至步骤s105作为酯交换反应的原料；若冷凝液的含水量大于4%，则送至步骤201。
10.s106离心分离：将步骤s105得到的产物进行离心分离得到生物柴油和甘油，甘油送步骤202。
11.s201甲醇处理：将来自步骤s102和s105的冷凝液合并并进行蒸馏提纯，蒸馏温度为94-97℃，将甲醇的含水量降低至2%以下，蒸馏得到的甲醇蒸汽送步骤s102作为酯化反应的原料。
12.s202中和处理：将来自步骤s103的水相和来自步骤s106的甘油合并并控制ph值为6.5-6.8，油水分离，油相送步骤s101与回收油脂一起进行沉降处理。
13.其中，在步骤s101和s104中，真空脱水处理将含水量降低至0.5%以下，脱水条件为：温度50-65℃，真空度为-0.07—-0.09mpa。
14.其中，在步骤s101中，所述热水洗的温度为70-80℃，热水的用量为油脂重量的30-50%。
15.其中，在步骤s104中，水洗的温度为50-65℃。
16.优选地，在步骤s105中，将固体氢氧化钠先溶于甲醇中，再与油脂混合。
17.具体地，在步骤s202中，采用硫酸调整ph值，所述硫酸的浓度为10-25wt%。
18.进一步地，本发明实施例提供的厨余回收油脂制备生物柴油的方法还包括：s107精制：将步骤s106得到的生物柴油依次经析气、脱臭和蒸馏处理，收集c14-c20的馏分得到精制的生物柴油。其中，在步骤s107中，蒸馏温度为140-180℃。
19.具体地，在步骤s102中，酯化反应的时间为60-180分钟；在步骤s105中，酯交换反应的时间为30-90分钟。
20.本发明具有如下优点：本发明提供了一种厨余回收油脂制备生物柴油的方法，调整了流程，在沉降过程提升了除杂效果，可将杂质含量降低至0.4wt%以下；在酯化和酯交换增加了水洗过程（后续进行脱水，以减少皂化），可将杂质含量降低至1%以下。在酯化反应中，蒸馏的蒸汽直接送至酯化反应作为原料；在酯交换反应，冷凝的甲醇可多次循环使用，以上可降低蒸汽用量，可降低能耗18-24%。通过将酯化反应的水相和酯交换反应的水相合并处理，可避免水相的皂化，可提升酯交换反应甲醇的循环次数，循环次数为5-7次；可降低甘油的分离和处理难度，酯交换反应后皂的含量小于2wt%，合并水相后皂的含量小于0.2wt%。
附图说明
21.图1是厨余回收油脂制备生物柴油的方法的原理框图；图2是厨余回收油脂制备生物柴油的方法的流程图。
具体实施方式
22.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
23.参见图1-2，本发明实施例提供了一种厨余回收油脂制备生物柴油的方法，该方法包括：
s101回收油脂预处理：将回收油脂依次经过热水洗、离心、沉降（沉降时间60-120分钟）和真空脱水等处理。其中，热水洗的温度为75℃，热水的用量为油脂重量的40%。真空脱水处理将含水量降低至0.5%以下，脱水条件为：温度60℃，真空度为-0.07mpa。在本步骤中，由于回收油脂中含有大量杂质，需要经过纯化处理，以保证后续反应的进行。申请人发现，在本步骤中，回送至步骤s101的有机相为弱酸性，可促进杂质的团聚，可进一步降低杂质的含量，可控制杂质的含量小于0.4wt%，现有技术中，直接沉降通常仅能将杂质含量控制在0.5wt%左右。
24.s102酯化反应：在步骤s101处理后的油脂中通入热甲醇蒸汽进行酯化反应（负压下），酯化反应的催化剂为45wt%的硫酸，催化剂的用量为油脂重量的0.8%，甲醇的用量为油脂重量的3倍，酯化反应的温度为108℃，酯化反应的时间为90分钟。通过冷凝回收共沸产生的气体，冷凝液送步骤201。在本步骤中，甲醇大量过量，甲醇在蒸出的同时，带出大量水分，促进平衡移动，进而促进反应进行，在该步骤中冷凝后的甲醇的含水量为15-20wt%。在该步骤中，由于在步骤s202中加入了酸，导致回送至步骤s101的有机相为弱酸性，在本步骤中可减少酸的使用。在本步骤中，若甲醇的用量不足，可在酯化反应的反应釜中加入市售的甲醇（水分含量小于0.1%），可每批次加工均加入或隔几个批注加工后加入一次。在本步骤中，酯化率为99.2%。
25.s103油水分离：将步骤s102得到的产物进行油水分离，油相送步骤s104，水相送步骤202。水相中含有酸、杂质和部分反应的水等。
26.s104脱水处理：将步骤s103得到的油相进行水洗（取油相）和真空脱水处理。水洗的温度为50-65℃。真空脱水处理将含水量降低至0.5%以下（未脱水前水分含量大于2%），脱水条件为：温度60℃，真空度为-0.08mpa。现有技术中，在酯化反应与酯交换反应之间通常不进行水洗和脱水处理，在本专利中，为了减少送至步骤105中油脂的含水量（保证甲醇能多次循环使用），需要进行脱水处理；由于进行了脱水处理，则可进行水洗处理，水洗处理可减少杂质，进一步可减少皂化的产生，也能提升收率。
27.s105酯交换反应：将固体氢氧化钠先溶于部分甲醇中，再与油脂和剩余的甲醇混合。将步骤s104处理后的油脂与甲醇进行酯交换反应（负压下），酯交换反应的时间为45分钟，酯交换反应的催化剂为固体氢氧化钠，催化剂的用量为油脂重量的1.5%，甲醇的用量为油脂重量的27%，酯交换反应的温度为60℃，通过冷凝回收反应蒸出的气体。若冷凝液的含水量小于等于4%，则送至步骤s105作为酯交换反应的原料；若冷凝液的含水量大于4%，则送至步骤201。在本步骤中，氢氧化钠与甲醇反应得到甲醇钠，反应会产生水（油水分离后，油相中也含有少量水），水在本步骤中会促进皂化的产生；少量水分会与甲醇一起被蒸出，水在甲醇中富集。现有技术中，甲醇（纯度大于98.5wt%，加上油脂本身的含水，皂化反应明显）通常不循环利用，而是送至步骤s102中作为酯化反应的原料（通常以冷凝液的形式加入步骤s102，而不是甲醇蒸汽，酯化和甲醇纯化均需要耗费更多的能量）。在本专利中，通过油脂脱水和允许部分皂化产生（稍微皂化可在步骤s202中处理），可让市售的甲醇循环5-7次后才送至步骤s201。在本步骤中，甘油中含有碱、甘油、少量的水、少量的皂和少量的甲醇等。
28.s106离心分离：将步骤s105得到的产物进行离心分离得到粗生物柴油和甘油，甘油送步骤202。本步骤与现有技术一致。
29.在步骤s101-s106中，总反应收率为95.3%。
30.s107精制：将步骤s106得到的粗生物柴油依次经析气、脱臭和蒸馏等处理，收集c14-c20的馏分得到精制的生物柴油。其中，蒸馏温度为140-180℃。与常规技术一致。
31.s201甲醇处理：将来自步骤s102和s105的冷凝液合并并在甲醇提纯塔中进行蒸馏提纯，蒸馏温度为95℃，将甲醇的含水量降低至2%以下，蒸馏得到的甲醇蒸汽送步骤s102作为酯化反应的原料。
32.s202中和处理：将来自步骤s103的水相（酸性）和来自步骤s106的甘油（碱性）合并并加入15wt%的硫酸（采用较低浓度的硫酸，作用有多个：1是减少反应液中残留的少量甲醇与油脂反应的可能；2是提升水的用量，相当于水洗过程；3是避免ph较低，酯化反应是一个平衡反应，也会同时分解为酸和醇；4降低后续处理的难度），控制ph值为6.5，油水分离，油相送步骤s101与回收油脂一起进行沉降处理，水相用于制备甘油。在本步骤中，合并处理可让皂分解，以便于油相的利用，可提升收率。
33.本专利生产的生物柴油的指标如表1所示：表1从表1可以看出，生产的生物柴油符合使用要求。
34.对步骤s105过程中皂的产生量和甲醇的含水量进行检测，结果如表2所示：表2
其中，初次使用的甲醇为市售甲醇，水分含量为0.07%。其中，皂含量以油脂的质量计。从表2可以看出，在六次循环后，皂的产量每次循环后增量变大，已经影响了后续离心分离过程、甘油分离过程，会降低收率。
35.经测算，每1吨回收油脂耗费蒸汽1.3吨左右，而现有技术需要耗费1.6-1.7吨蒸汽。每吨蒸汽以300元计，可节约90-120元/吨油脂。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。