餐飲廢油脂制備生物柴油的現(xiàn)狀與發(fā)展

1、廢餐飲油制備生物柴油研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景系別:環(huán)境與化學(xué)工程系專(zhuān)業(yè):電廠(chǎng)化學(xué)班級(jí):電廠(chǎng)化學(xué)0901指導(dǎo)老師:崔虹作者:幸凱(2009040127李軍學(xué)(2009040112趙方亮(20090401042011年5月黃河水院環(huán)化系2009文獻(xiàn)信息檢索論文廢餐飲油制備生物柴油研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景幸凱李軍學(xué)趙方亮(環(huán)境與化學(xué)工程系電廠(chǎng)化學(xué)0901摘要:隨著石油化工能源日益枯竭, 生物柴油作為綠色油品在國(guó)際上引起了人們關(guān)注。介紹了利用廢餐飲油制備生物柴油的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景;敘述了酸催化、堿催化、兩步催化和酶催化的酯交換制備生物柴油工藝,以及每種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)。最后結(jié)合實(shí)際提出了未來(lái)廢餐飲油制取生物柴油的產(chǎn)

2、業(yè)化前景及商業(yè)化生產(chǎn)的可行性。關(guān)鍵詞:餐飲廢油、生物柴油、催化、酯交換Abstract: With oil chemical energy exhausting, biodiesel as green in international oil caused a focus. This paper introduces using waste food oil biodiesel production status of research and application prospects; Describes the acid catalysis, alkali catalysis, two

3、steps of enzyme catalysis and ester exchange biodiesel production process, and the advantages and disadvantages of each process. Based on the actual proposed the future waste food oil producing biodiesel industrialization prospect and the feasibility of the commercial production.Keywords: catering r

4、esidues, biodiesel, catalytic, vinegar exchange隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,餐飲行業(yè)日益發(fā)達(dá),由此導(dǎo)致廢餐飲油數(shù)量不斷增多。據(jù)資料顯示9北京市內(nèi)的飯館一天就可以產(chǎn)生廢餐飲油20t(年產(chǎn)7000多t;深圳市調(diào)查數(shù)據(jù)顯示10以2007年全國(guó)城鎮(zhèn)人口59379萬(wàn)人,全國(guó)全年僅餐廚垃圾廢油脂可回收粗油達(dá)49.0萬(wàn)t。保守估計(jì),全國(guó)全年可回收廢油脂60.0萬(wàn)t 以上。近年來(lái),少數(shù)無(wú)良從業(yè)人員更將廢油脂經(jīng)過(guò)脫酸、脫水、脫色、過(guò)濾等工序提煉后偽裝成食用油,回流餐廳和食用油市場(chǎng),嚴(yán)重危害人民的身體健康。然而,這些廢油脂,本身也是一種可回收利

5、用的有用資源,對(duì)它進(jìn)行回收加工利用,可以為我們創(chuàng)造價(jià)值。1988年德國(guó)聶爾公司以菜籽油為原料提煉成潔凈燃油,稱(chēng)為生物柴油1。生物柴油是一種可以替代石化柴油的生物質(zhì)能源,因具有可再生、無(wú)毒、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)良的燃料特性2, 3 而成為世界各國(guó)新能源開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。大量文獻(xiàn)表明廢油脂制備的生物柴油可作為柴油機(jī)的的替代燃料或者其它用途1-5。因此,在石油價(jià)格升高和石油缺乏的時(shí)代下,廢油脂制取生物柴油的市場(chǎng)前景廣闊。1 研究現(xiàn)狀制備生物柴油以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料果實(shí)、工程微藻等油料水生植物以及動(dòng)物油脂、廢餐飲油等為原料5。研究表明,在生產(chǎn)規(guī)模一定的情況下,原料成本是影響柴油替代燃

6、料經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力的主要因素6。與石化柴油比較,以植物油制備的生物柴油成本高,而以廢餐飲油為原料制備的生物柴油因?yàn)樵狭畠r(jià)而具有經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。廢餐飲油制備生物柴油研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀目前,歐洲和北美主要以植物油為原料制備生物柴油,而日本則通過(guò)回收廢餐飲油來(lái)制備生物柴油。對(duì)于利用廢餐飲油制備生物柴油的研究,處于世界領(lǐng)先地位的是日本的染谷商店集團(tuán)有限公司和LONFORD 有限公司,擁有專(zhuān)利“以廢食用油為原料生產(chǎn)柴油、甘油和鍋爐用燃料的精制方法”,“用廢食用油生產(chǎn)柴油燃料的制造裝置”,和“用廢食用油制造柴油燃料的制造方法”等。染谷商店集團(tuán)有限公司于1998年成功研制了世界上第一臺(tái)全自動(dòng)連續(xù)

7、式廢食用油燃料化裝置VDF,該裝置能將100 L廢食用油轉(zhuǎn)化為82 L 生物柴油,每天(8 h生產(chǎn)生物柴油約340 L6,7。1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)對(duì)于利用廢餐飲油制備生物柴油的研究起步不久。據(jù)文獻(xiàn)8報(bào)道,2001年臺(tái)灣清華大學(xué)化工系吳文騰教授研發(fā)了“利用廢食用油以堿催化法生產(chǎn)出生物柴油”的技術(shù)。文獻(xiàn)12報(bào)道,在廣州仲愷農(nóng)業(yè)技術(shù)學(xué)院,記者親眼目睹了“潲水油”變身“柴油”的過(guò)程。黃曉琳和他的中山大學(xué)同學(xué)們摸索到一種特殊的固態(tài)堿催化法,用這種方法從廢餐飲油中提煉的生物柴油,不僅設(shè)備成本低,原料轉(zhuǎn)化率達(dá)96%,而且能耗低,不產(chǎn)生工業(yè)污水;最重要的突破是,新方法可以實(shí)現(xiàn)流水式連續(xù)生產(chǎn),比以往的方法有

8、本質(zhì)性突破10。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建卓越新能源發(fā)展公司等都建成了10-20Kt/a的生產(chǎn)裝置,目前餐飲業(yè)廢油是價(jià)格最低的生物柴油原料,主要以餐飲業(yè)廢油和皂化油下腳料為原料,還生產(chǎn)一些高附加值的產(chǎn)品來(lái)增加利潤(rùn)5。2 制備生物柴油工藝進(jìn)展目前制備生物柴油的工藝主要有稀釋法、微乳法、高溫?zé)崃呀夥ㄒ约磅ソ粨Q法等,其中稀釋法產(chǎn)品不適合發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間使用;微乳法產(chǎn)品耐久實(shí)驗(yàn)中也出現(xiàn)積碳現(xiàn)象高溫?zé)崃呀夥芎拇?設(shè)備要求高;而酯交換法是目前國(guó)內(nèi)外研究和應(yīng)用最為廣泛的工藝,其原理是,在催化劑作用下,原料與低碳醇發(fā)生酯化反應(yīng),利用醇的甲氧基取代長(zhǎng)鏈脂肪酸上的甘油基,將甘油三酸酯斷裂為個(gè)

9、長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯,從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物低碳化和低勃化。目前酯交換法主要有化學(xué)法、酶法和超臨界法三種?；瘜W(xué)法的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單,但對(duì)原料有選擇,不適用于酸值特別高的廢油脂。生物酶法是一種新的清潔生產(chǎn)工藝,優(yōu)點(diǎn)是對(duì)原料沒(méi)有選擇性,設(shè)備簡(jiǎn)單,能耗低,而且環(huán)境友好,但是成本較高。前者方法應(yīng)用較為普遍,現(xiàn)在各國(guó)都在加大對(duì)生物酶法的研發(fā)。2.1 化學(xué)法2.1.1 堿性催化黃河水院環(huán)化系2009文獻(xiàn)信息檢索論文南昌大學(xué)蔡新安14等以餐飲廢油為原料,以KOH為催化劑試驗(yàn)所得到的生物柴油的性能完全達(dá)到與石化柴油0#的性能指標(biāo)相當(dāng),產(chǎn)率可達(dá)90%。雖然堿催化能獲得較好的產(chǎn)率,但由于餐飲廢油脂的酸值高,會(huì)發(fā)生皂化反應(yīng),對(duì)堿的用

10、量和消耗量都較大,所以堿催化法受到一定的限制。2.1.2 酸性催化強(qiáng)酸催化劑腐蝕性強(qiáng),對(duì)設(shè)備要求高,為了克服此缺點(diǎn),國(guó)內(nèi)鐘鳴等15研究以磷酸為催化劑,廢油脂與甲醇制取生物柴油,生物柴油的回收率可達(dá)85%以上。江蘇工業(yè)學(xué)院劉星火等16研究了以硫酸氫鈉為催化劑,試驗(yàn)表明,當(dāng)硫酸氫鈉催化劑用量3%,甲醇流量35ml/h,廢油脂的酸值可降至1.21g KOH/g,轉(zhuǎn)化率為98.89%。硫酸氫鈉催化廢油脂酯化反應(yīng)具有很高的催化活性, 有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。2.1.3 兩步法催化目前化學(xué)法制取生物柴油的研究又有了新的進(jìn)展,研究者提出兩步法制取生物柴油17,據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,暨南大學(xué)劉鵬展等18,采用兩步法催化高

11、酸值廢油脂制備生物柴油,通過(guò)正交試驗(yàn)得到最佳酯化反應(yīng)參數(shù):硫酸鐵用量2%,反應(yīng)溫度95,醇油摩爾比10:1,反應(yīng)時(shí)間4 h,游離脂肪酸酯化率達(dá)97.22%。酯交換條件為:KOH用量1%, 反應(yīng)溫度65,反應(yīng)時(shí)間1 h,醇油摩爾比6:1。經(jīng)過(guò)兩步催化,產(chǎn)品中總的脂肪酸甲酯(生物柴油含量達(dá)97.02%。大連理工大學(xué)彭振剛等19,開(kāi)展了“氯化鐵+氫氧化鉀催化”的類(lèi)似研究, 通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)條件也得到了較高的產(chǎn)率。比較而言, 兩步催化法具有不產(chǎn)生酸化廢水, 不需要耐強(qiáng)酸設(shè)備, 反應(yīng)時(shí)間短,轉(zhuǎn)化率高, 催化劑易于回收, 不產(chǎn)污染物等優(yōu)點(diǎn)。但化學(xué)法合成生物柴油過(guò)程中, 醇要求過(guò)量, 后續(xù)工藝需有相應(yīng)的醇回收裝

12、置, 致使化學(xué)法工藝復(fù)雜, 能耗和成本高。2.2 生物酶法為解決上述問(wèn)題,人們開(kāi)始研究用生物酶法合成生物柴油,即用動(dòng)物油脂和低碳醇通過(guò)脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng), 制備相應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。生物酶法合成生物柴油具有條件溫和、醇用量小、無(wú)污染排放的優(yōu)點(diǎn)20。脂肪酶作為催化劑制備生物柴油,對(duì)原料品質(zhì)沒(méi)有特別要求,不僅可以催化精煉的動(dòng)植物油,而且也可以催化酸值較高,并含有一定量水分的廢餐飲油。只需要加入理論量的甲醇進(jìn)行反應(yīng),無(wú)需蒸發(fā)過(guò)量甲醇;脂肪酶易于與產(chǎn)物分離,產(chǎn)物甲酯與甘油也易于分離提純。這項(xiàng)工藝的優(yōu)點(diǎn)是:不需加入化學(xué)添加劑,催化劑可以循環(huán)使用,工序簡(jiǎn)單、易于裝備生物反應(yīng)器,從而大大降低造價(jià),有利于

13、大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。2.2.1 固定化脂肪酶催化在我國(guó)內(nèi)地,吉林大學(xué)安永磊等21利用固定化脂肪酶催化餐飲廢油與乙醇反應(yīng)制備生物柴油,通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得最佳酯化反應(yīng)條件反應(yīng)溫度47、有機(jī)溶劑為正己烷、醇油比3:1,5次投加乙醇,酶用量為0.3g,反應(yīng)時(shí)間32h,生物柴油產(chǎn)率可達(dá)81%。中國(guó)科學(xué)院廢餐飲油制備生物柴油研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景付嚴(yán)等22人利用餐飲廢油為原料,研究了餐飲廢油和甲醇在三段式反應(yīng)器中固定化脂肪酶上合成生物柴油。對(duì)餐飲廢油的酸值、皂化值以及水含量進(jìn)行了檢測(cè)?？疾炝诉M(jìn)料流速、溶劑、水含量對(duì)反應(yīng)的影響。在40 ,正己烷作溶劑,添加水含量為餐飲廢油質(zhì)量的20%,每一段反應(yīng)器中添加的甲醇與地溝油的

14、摩爾比為11時(shí),生物柴油產(chǎn)率為94%。江蘇省精細(xì)石油化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室蔡志強(qiáng)等23探討了固定化脂肪酶催化高酸廢油脂與甲醇合成生物柴油,結(jié)果表明, 一次性加入等摩爾當(dāng)量的甲醇,對(duì)脂肪酶的活性具有一定的抑制作用,兩次等當(dāng)量加入甲醇,最終酯化率可達(dá)90.6%。當(dāng)反應(yīng)體系中的水含量低于0.1%時(shí),水對(duì)酶反應(yīng)速率和甲酯產(chǎn)量影響甚小,而水含量高于0.1%時(shí),酶反應(yīng)速率和甲酷產(chǎn)率隨著水含量的增加而降低;游離脂肪酸對(duì)反應(yīng)的影響較小,固定化脂肪酶的催化穩(wěn)定性和使用壽命至少達(dá)100d。然而在規(guī)?；瘜?shí)際應(yīng)用中,生物酶法對(duì)甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率普遍較低,一般僅為40%60%,由于目前脂肪酶對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效,而對(duì)

15、短鏈脂肪醇如甲醇或乙醇等轉(zhuǎn)化率低, 而且短鏈醇對(duì)酶有一定毒性, 使酶的使用壽命短。副產(chǎn)物甘油和水難于回收,不但對(duì)產(chǎn)物形成抑制,而且甘油也對(duì)固定化酶有毒性,使固定化酶使用壽命短。因此,生物酶法合成生物柴油的研究還需要進(jìn)一步的深化。3 發(fā)展前景當(dāng)前,餐飲廢油來(lái)源廣泛,產(chǎn)生量大且價(jià)廉, 利用餐飲廢油脂制備生物柴油具有廣闊的市場(chǎng)前景。且生物柴油特性滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),品質(zhì)效應(yīng)明顯。與石化柴油相比, 生物柴油具有下述無(wú)法比擬的性能2,3,7,24:1具有優(yōu)良的環(huán)保特性;2具有較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能;3具有較好的潤(rùn)滑性能;4具有較好的安全性能;5具有可再生性能無(wú)須改動(dòng)柴油機(jī);6具有良好的燃料性能和可再生性能;

16、7無(wú)須改動(dòng)柴油機(jī)。因此,利用餐飲廢油制備生物柴油具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。綜上所述,餐飲廢油制備生物柴油不僅實(shí)現(xiàn)了廢物的綜合利用,同時(shí)提供了一種安全,高效,可再生,環(huán)境友好的能源,為轉(zhuǎn)移餐桌安全隱患作出了貢獻(xiàn),為餐飲廢油找到了一個(gè)經(jīng)濟(jì),安全的歸宿。同時(shí),餐飲廢油由于成分復(fù)雜,導(dǎo)致了工藝的復(fù)雜性和不確定性,因此,對(duì)餐飲廢油進(jìn)行預(yù)精制,制備出符合餐飲廢油產(chǎn)業(yè)化制備生物柴油的油料是必不可少的。此外,新型反應(yīng)器和過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)以及新工藝的開(kāi)發(fā)也將是餐飲廢油制備生物柴油的未來(lái)研究方向25。參考文獻(xiàn)1 尹平河,王桂華,趙玲,等。GC-MS法鑒別食用油河餐飲業(yè)中廢棄油脂的研究J.分析實(shí)驗(yàn)室,20

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