随着能源危机时代的来临,来自化石原料石油的柴油正逐渐被来自可再生资源生物质的生物柴油替代。近年来,各国科技人员都在加紧开发生物柴油生产技术,不同规模、不同原料的工业化装置也在陆续建设。美国、欧洲等发达国家和地区已经开始在化石柴油中部分添加生物柴油,也有的地区已全部采用生物柴油。 以往脂肪酸甲酯、生物柴油生产主要以动物油脂和菜籽为原料,生产成本较高,难以与化石原料竞争。因此,如何大量、低成本生产脂肪酸甲酯、生物柴油一直是研究热点。

目前油脂加工和消费行业产生大量废弃油脂,如菜籽油、大豆油、花生油、棉籽油、米糠油等的脚料及酸化油、地沟油、烹调残油等的应用已进入人们的视线。研究表明,这些含有脂肪酸的原料均可用来生产脂肪酸甲酯和生物柴油。

河北科技大学化工设计研究所“反应控制技术与催化”课题组多年来一直从事工业催化和化学新工艺开发工作,对化学反应过程的控制理论和应用技术进行了深入的研究。针对目前能源的紧张局势,他们围绕简化工艺、降低成本和过程绿色化这一主题,对废弃油脂制备脂肪酸甲酯和生物柴油展开了研究。研究人员结合催化理论和实践经验,提出了酯化-醇解两个反应同时进行的催化剂开发思路,并从催化材料入手,使两步反应耦和,近期在生物柴油低成本生产关键技术研究领域取得了突破性进展。

从废弃油脂制备脂肪酸甲酯,常规工艺是酯化-醇解联合,须分步进行,第一步的酯化工序是将脂肪酸酯化为脂肪酸甲酯,要用酸作催化剂;第二步采用醇解将甘油酯转化为脂肪酸甲酯和甘油,则以碱作催化剂,碱的存在带来两方面的负面影响,未反应完的脂肪酸发生皂化,同时脂肪酸甲酯在甘油中的溶解度增大。这两种负面影响引起原料损失。这些因素致使酯化-醇解联合工艺流程长、消耗多、收率低、成本高。

河北科技大学“反应控制技术与催化”课题组发明了一种复合双功能酸性催化剂,在低于100℃的温度和常压条件下,就可使两步反应同时进行,并借助反应分离耦合工艺提高酯化反应的平衡转化率。而且较低的操作温度也保证了原料中不饱和脂肪酸的稳定存在。原料中脂肪酸和甘油酯利用率可达96%以上,产品精馏后的残渣还可作为工业燃料利用。该工艺特点是流程简单,高效催化剂保证了甲醇低消耗,大大降低了生产成本。该技术的开发成功为资源的循环利用提供了强有力的技术支撑。目前采用该技术已建成投产2000吨/年的工业示范装置。

经权威部门检测,采用酯化-醇解联合工艺制取的脂肪酸甲酯除用于工业原料和助剂外,经适当调配与化石0#柴油混合,完全能满足于柴油汽车的要求,而且烟雾形成情况减少,不溶解性微粒(黑烟)减少,氧化硫减少,致癌性的多环芳香碳也大大减少。