地沟油生产生物柴油文献综述

福州大学

本科生毕业设计（论文）文献综述

题目：生物柴油的品质优化

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年级：2008级

指导教师：（签名）2012 年 2 月22 日

摘要：介绍生物柴油的当前发展形势和国内外发展状况和理化性质，对实验室制取原理和方法进行简介，并指出方法的优势和不足。介绍了生物柴油粗酯精炼原理，并阐明对生物柴油精炼和其发展的重要性。

关键词：生物柴油；精炼；碱催化；酯交换

一、引言

在能源与环境危机的双重压力下，对可再生能源的开发已逐步成为当今科学研究的热点。生柴油作为一种重要的石油链炼制产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，已成为重要的动力燃料。具有“工业血液”之称的石油，因其资源有限性而带来的能源危机以及造成的环境污染问题都在促使人们寻求解决之道[1]。生物柴油作为一种可再生的清洁能源具有强大的发展潜力。生物柴油的制取方式也层出不穷。国外已有不少研究针对于以植物油为原料，通过催化酯化反应制取生物柴油的研究，并能成功投产[2]。然而生物柴油中含有大量杂质，同时具较高的酸价。碱催化后带入催化剂，以及反应过程中将生成脂肪酸钠等物质。因此生成的生物柴油粗酯必须先除杂。

1生物柴油理化性质

生物柴油(Biodiesel)是一种长链脂肪酸的单烷基酯。天然油脂多由直链脂肪酸的甘油三酯组成，与甲醇酯交换后，分子量降至与柴油相近，且具有接近于柴油的性能，且对环境无害。生物柴油特性如下：十六烷值大于49（石油柴油的十六烷值为45），抗爆性好，燃烧充分；闪点高，有利于安全运输和存储；不含硫，不会导致酸雨；燃烧产生的CO2的量远小于其生长吸收的CO2的量，可缓解温室效应；可降解、可再生，是典型的绿色能源，是替代石化柴油的理想燃料之一[3]。

2国内外情况：

目前，欧洲和北美主要以植物油为原料制备生物柴油，，而日本则通过回收废餐饮油来制备生物柴油。对于利用废餐饮油制备生物柴油的研究，处于世界领先地位的是日本的染谷商店集团有限公司和LONFORD有限公司，拥有专利“以废食用油为原料生产柴油、甘油和锅炉用燃料的精制方法”，“用废食用油生产柴油燃料的制造装置”，和“用废食用油制造柴油燃料的制造方法”等。。目前,生物柴油运用最多的是欧洲。而废食用油脂在欧盟各国通常供为饲料用油,现在也

正转向发展生物柴油。国外积极地发展生物柴油，并以较快的速度发展[4]。

在国内生物柴油炼制才起步不久，很多方面不是很成熟。而制约我国生物柴油发展的因素并不是技术方面的不足，而是其成本过高，其中75% 来自于原材料成本。就目前市场而言，天然油脂的原料价格均高于生物柴油产品售价，无法作为生物柴油正常工业化的原料，餐饮废油作为原料生产生物柴油则可降低成本，提高经济效益[5]。各级政府政策支持餐厨垃圾无害化、资源化处理，出台相关政策，如给予贴息贷款、特许经营等，鼓励企业投资进行餐厨垃圾处理[6]。

国内外目前生产生物柴油有四种成熟工艺方法：碱催化法、酸催化法、脂肪酶或生物酶法、超临界萃取法[7]。

二、酯交换方法介绍

1反应原理

废油炸油主要成分为脂肪酸三甘油酯，又含有游离脂肪酸、醛、酮和聚合物等氧化物[8]。在催化剂作用下，甘油三酯与低碳醇发生酯化反应生成脂肪酸酯（生物柴油）和副产品甘油。反应化学式可以简化为下式：[9]

这里的催化剂有强酸、强碱、酶等几类，各有其优势和不足。碱催化方式对水分有严格的要求。即使很少水分也很容易使得反应生成脂肪酸钠，也就是我们常说的肥皂。对原料进行脱水，控制在0.6%的质量分数内。

2实验方法

碱催化常见的催化剂有NaOH、KOH和甲醇钠[10]。由于KOH和NaOH原料成本低，相比甲醇钠易于保存，而KOH较NaOH溶解在甲醇的速度更快，因此选用KOH方式。

2.1废油炸油性能测试

2.1.1酸价测定

酸价是指KOH乙醇溶液中和1g油脂中所含的游离脂肪酸所消耗的毫克数。油脂因酸败和水解产生的游离脂肪酸的多少决定了酸价高低[11]。酸价确定方法如下：

称取3克左右原料油，注入一定量中性石油醚—乙醇混合溶液(2:1)，振荡至油脂溶解，加入酚酞试剂，配制0.1mol/L 氢氧化钾溶液滴定至溶液呈微红色，30秒不变色，读取碱液体积[12]。

计算公式如下：

酸价值（mgKOH/g）=M·V·N／W

其中V为滴定所消耗的碱液体积，单位ml;N为碱液浓度，单位mol/L;M为KOH的摩尔质量，单位g/mol; W为试样重量，单位g

2.1.2皂化值测定

首先皂化反应是指油脂在碱性环境下发生水解生成脂肪酸盐和甘油。而皂化值是1g试样发生完全皂化消耗的氢氧化钾毫克数。

步骤如下：取原料油2g左右，加入0.5mol/L氢氧化钾-乙醇溶液25ml，用水浴锅80℃加热30min（锥形瓶必须接入冷凝管），待溶液清澈透明后取出，用10ml乙醇冲冷凝管下端（洗回可能在反应过程中带走的碱），加入几滴酚酞指示剂，用盐酸溶液滴定，振荡至红色消失，用未加入油的氢氧化钾-乙醇溶液进行空白试验。

计算公式如下：

皂化值（mgKOH/g）=(V1-V2) ·N·M/W

其中V1为滴定正实验所消耗的盐酸溶液体积，ml;V2为滴定空白实验所消耗的盐酸溶液体积，ml;N为盐酸溶液的摩尔浓度，mol/L;M为氢氧化钾的摩尔质量，g/mol;W为试样重量，单位g;

2.1.3原料油的平均分子质量

依据测得原料油的酸价和皂化值，可计算其平均分子质量。原料油的脂肪酸三甘油酯,游离脂肪酸含量高，没有确定的分子量，测得的是估算值。计算公式如下[13]：

原料油平均分子质量М=3×m×1000/(SV－A V)

其中m为氢氧化钾质量,单位g;SV为皂化值，单位mgKOH/g;AV为酸价，单位mgKOH/g;

2.2酯交换实验设计

碱催化过程中经常要主要到几个问题，一是催化剂在空气中容易吸水，导致