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a . Gnanaprakasam v . m . Sivakumar a . Surendhar m . Thirumarimurugan Kannadasan, ”最近从废物食用油和生物柴油生产过程的战略影响参数:一个回顾”,能源杂志, 卷。2013年, 文章的ID926392年, 10 页面, 2013年。 https://doi.org/10.1155/2013/926392
最近从废物食用油和生物柴油生产过程的战略影响参数:一个回顾
文摘
通过酯交换从处女植物油生物柴油生产成本高于化石燃料,因为高原料成本。生物燃料的成本降到最低,在最近几天地沟油作为原料。催化剂在这个过程中通常是酸,基地,脂肪酶。由于脂肪酶催化剂昂贵得多,脂肪酶在生物柴油生产的使用是有限的。在大多数情况下,氢氧化钠作为碱性催化剂,由于其低成本和更高的反应速率。对于地沟油含有游离脂肪酸的比例高,碱性催化剂反应与游离脂肪酸和soap皂化反应形式。此外,它降低了生物柴油的转化率。为了减少脂肪酸水平的内容,地沟油是用酸预处理催化剂进行酯化反应,也需要很高的操作条件。综述论文,各种参数影响反应速率等生物燃料生产的过程中,催化剂浓度、温度、搅拌速度、催化剂类型,使用酒精,酒精油比,游离脂肪酸含量,水分含量已经总结了。
1。介绍
燃料,产生生物饲料股票,被称为“生物燃料”。一般而言,生物燃料可以大致分为第一代和第二代燃料燃料。第一代燃料或常规生物燃料通常来源于糖、淀粉、植物油来源。然而,第二代生物燃料产生可持续的原料。生物燃料的主要分类图所示1。
因为高粘滞性质,直接应用植物油作为燃料的压缩点火发动机是有限的(1]。有可能降低其粘度,将植物油转化为烷基酯使用酯交换反应[2- - - - - -4]。如今,生物柴油产量增加巨大与化石燃料竞争。生物柴油的生产近年来世界各地图所示2。生物燃料主要来自食用油,nonedible油、脂肪、地沟油和海藻。使用原始的优势植物油(食用油)为原料生产的生物柴油是他们低游离脂肪酸含量(5]。同样,生物柴油合成nonedible石油来源的主要优势是由于他们游离脂肪酸含量高(6]。
而不是使用处女植物油,地沟油可以用作生物柴油生产原料8]。在大多数的酒店、餐馆和其他食品行业,地沟油是直接排入河流或倾倒。尽管如此,地沟油可以有效地用于生物柴油合成。从地沟油生物柴油生产发现经济上可行的方法(9]。不同来源的原料用于生产生物柴油在图所示3。生物柴油的性质取决于使用新鲜的食用油的类型(10]。也可以与矿物油混合生物柴油(11]。甚至产生的废弃物(副产品)从生物柴油生产可用于电力生产(12]。
2。基本反应机理参与生物柴油的生产
2.1。酯交换
植物油的主要成分是甘油三酸酯。当甘油三酸酯与醇反应在碱性催化剂的存在,这就是所谓的“酯交换。“在这个反应,甘油三酸酯转化为甘油二酯,单甘油酯的混合物,最后转化为甘油。所示的反应机理是计划1。
2.2。副反应1(皂化反应)
如果植物油含有游离脂肪酸,它将与同质基催化剂反应形成肥皂和水。所示的皂化反应表示计划2。
这个反应的主要缺点是在分离过程催化剂的消耗,增加了困难,导致生产成本高。除此之外,形成水的产品也将抑制反应。
2.3。副反应2(水解反应)
水从植物油或生成期间形成的皂化反应将水解甘油三酸酯形成更多的游离脂肪酸。所示的水解反应给出方案3。
各种方法通过酯交换制备生物柴油的废食用油如表所示1。
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2.4。酯化
为了消除皂化反应(生成soap FFA与同质基础反应时催化剂)植物油可以使用酸催化剂,酯化自由脂肪酸形成的游离脂肪酸酯(生物柴油)。这个反应时非常有用原料含有很高比例的游离脂肪酸(游离脂肪酸的酯化形式自由酸酯)。但这个反应是比碱催化酯交换反应慢。酯化反应所示给出方案4。
3所示。影响因素从地沟油生产生物柴油
3.1。水含量
含水量在废物食用油将加速酯的水解反应,同时减少形成(20.]。含水量不应总是获得90%的收益率超过0.5%的生物柴油和催化反应的关键是超过base-catalyzed反应(49]。当酸催化剂用于游离脂肪酸的酯化反应形成酯,得到水作为副产品。水自然会抑制催化反应(8)和其在该产品将减少发动机的效率。在大多数情况下是地沟油预热至摄氏120°C蒸发水分子(50),这些水分子存在于产品可以被使用无水硫酸钠()[51硫酸镁]或无水(15]。一些酶需要一定数量的水活跃,比单层较小数量的水分子在酶分子(52];如果水在原材料超过这个极限,它将减少转换的绝大脂肪酶(33]。
3.2。游离脂肪酸
地沟油含有高游离脂肪酸含量比新鲜的食用油(44]。因此,知道高游离脂肪酸含量会导致形成的肥皂和水。同样,如果游离脂肪酸含量超过3%,酯交换反应将不会继续即使同质基催化剂(51]。因此这个问题可以得到解决,通过使用非均相催化剂(12,27,53与酸同质催化剂[]和预处理18,54- - - - - -56)或非均相催化剂11,17,57- - - - - -59]对游离脂肪酸酯化形成游离脂肪酸酯。通常,催化反应速率低和高反应条件要求(10]。肥皂形成中和游离脂肪酸时使用同质基催化剂可以转换回游离脂肪酸提供添加磷酸甘油和肥皂混合获得最终产品(6]。
3.3。类型的酒精
在大多数情况下,甲醇用于生物柴油的生产,因为复苏的甲醇从最终产品要容易得多58]。生物柴油产量从废物食用油使用甲醇是高于其他醇(乙醇、丁醇)45,46)和生物柴油的粘度得到使用甲醇较小比生物燃料来自其他醇类46]。甲醇的成本比其他醇较小,但乙醇毒性低于甲醇(21]。乙醇可以获得来自可再生来源(39]。当使用乙醇或异丙醇与水形成共沸混合物,这内弯让难以分离的水从酒精蒸馏过程中55]。在某些情况下,i-butanol或t-butanol添加溶剂反应混合物,以避免对脂肪酶的抑制甲醇或甘油。但在大多数的酶反应,乙醇被用来代替甲醇(33,60]。
3.4。醇油比
生产三摩尔的烷基酯、三摩尔的酒精和需要一摩尔的甘油三酸酯(19]。醇油比总是积极的,对生物燃料转换的影响(61年]。根据勒移动原理,形成产品增加反应物浓度增加。因此,如果自动酒精的浓度增加,产物的生成速率会加快。进一步提高醇的摩尔比率石油将会增加产品的形成。甘油和未反应的甲醇的复苏变得单调乏味的(21,56),也会增加产品生物柴油的成本增加后处理成本。侯赛因et al。46)使用甲醇酯交换浪费葵花油和研究使用不同的摩尔比率的酒精与氢氧化钠催化剂,发现油6:1摩尔比率的酒精给石油产量最高的99.5%甲基酯15]。但当他们研究了酯基转移废物菜籽油使用1:1克分子比甲醇石油,据报道,收益率是49.5% (46]。
3.5。催化剂的类型
近年来,各种催化剂(同构、异构和酶催化剂)测试了烷基酯的生产。韦森特et al。14]研究了使用各种基本生产烷基酯的催化剂和得出结论,氢氧化钠是最快的催化剂的催化剂(氢氧化钠、KOH甲醇钠,甲醇钾)。Refaat et al。43)报道,KOH给他使用原料的最高收益率。一些研究人员使用浓硫酸酸催化剂(62年,63年),但它需要高反应时间和反应条件。甚至1%(摩尔)可以放弃99%的转换(21]。在原材料的情况下高游离脂肪酸含量,酸催化剂(同质/异构)用于酯化反应(19]。酸催化剂对酯化和酯交换反应可以同时使用(49]。使用同类催化剂的主要缺点之一是经济复苏的催化剂从最终产品和形成肥皂14]。克服这个问题的大多数研究人员使用非均相催化剂,因为非均相催化剂不受游离脂肪酸和水分的影响出现在原料(64年]。酶催化反应是在所有其他催化反应最慢的反应。他们可以用于酯化和酯交换过程。虽然产品的分离更容易在使用酶催化剂,制备酶催化剂是最关键的21,52]。
3.6。催化剂浓度
在没有催化剂的情况下,地沟油转化为生物燃料需要高温条件(65年]。当催化剂浓度的增加,产品的产量也会增加。这是由于在反应速率提高。然而,转换随催化剂浓度过剩,这可能是由于反应混合物的粘度的增加(66年]。许多研究人员也研究了不同催化剂浓度和优化催化剂的浓度根据产品产量和复苏的催化剂。陈等人。59)使用CuVOP和报道,1.5%的催化剂浓度是最有效的从大豆油生产生物柴油。增加酶的浓度会增加百分比转换。但除了某些限制,集聚的酶。它会降低活性部位可在衬底(33,34]。Dehkordi和Ghasem67年曹]研究了多相固体催化剂组成和ZrO2混合氧化物,不同的Ca、锆的摩尔比率。据报道,通过增加Ca / Zr比率,生物柴油产量增加。但催化剂的稳定性降低67年]。因此,最佳催化剂浓度会有所不同取决于原料和催化剂的类型19]。
3.7。搅拌器速度
反应物的混合达到完成酯交换反应非常重要,也可以提高产品的产量(68年]。搅拌增加粒子间的碰撞和反应物的扩散到另一个,彻底混合催化剂与反应物和反应速率。增加搅拌器速度将缩短反应时间53)和增加转换(69年]。除了某些搅拌器的速度,还有不会显著增加产量。因此,优化所需的搅拌器速度不同原材料根据不同的物理属性。使用酶催化剂或非均质多孔催化剂,反应物必须从散装液体扩散到催化剂表面,进一步为催化剂的内表面。Kumari et al。33)发现有增加转换通过增加搅拌器速度从100年到200 rpm。但在250 rpm,没有显著增加转换由于酶分子的剪切。因此,建议200 rpm的最佳速度生产生物柴油使用酶反应。
3.8。温度
温度对酯交换反应具有显著的影响(72年]。如果反应温度增加,反应速率和产量的产品也往往会增加(19,53]。温度不应超过酒精的沸点。这将避免蒸发的酒精(64年]。但如果反应温度保持低于50°C,那么生物柴油的粘度会增加(73年]。在某些情况下,是地沟油预热至摄氏120°C去除水粒子存在于原料,然后冷却至60°C (74年]。酶促反应,转化率增加的温度范围30-55°C。脂肪酶为催化剂,麻疯树油最大转换报道55°C (33)和棉花籽油最大转换得到50°C (46,60]。弗里德曼et al。62年]发现没有差别在转换温度45°C和60°C。但在32°C,转换是远低于转换获得45°C和60°C。4小时后,转换在32°C略高于转换获得在其他温度(63年]。Refaat et al。43]研究了新鲜和废物食用油从国内外商业来源和报道最高产量在65°C的所有提要股票使用KOH催化剂。陈等人。75年]发现反应时间显著减少获得最高产量的生物柴油利用微波加热。
3.9。反应时间
当反应进行了很长时间,甚至可以获得99%的收益率,但这取决于反应物在反应混合物的可用性。如果反应参数调整不当,有可能落后的反应,这将减少产品的收益率(45,76年]。lipase-catalyzed反应,所需时间随一系列7-48小时(60]。Kapilakarn和Peugtong73年)发现,反应时间也影响到产品成本。Al-Widyan和Al-Shyoukh39)报道,当反应时间的增加,产品的比重减少以指数的方式,结束于一个渐近值对时间。Refaat et al。43)获得的收益率为96.10%的1 h持续时间和反应时间> 1 h < 3 h,据报道,生物柴油产量没有显著增加(96.350%)。因此,应优化反应时间,降低生产成本。
3.10。pH值
pH值不是一个主要因素,当碱/酸催化剂在反应中使用。脂肪酶作为催化剂时,pH值需要考虑,因为在低或高pH值,酶可以分解。Devanesan et al。38)研究生物柴油生产从麻疯树油使用固定化假单胞菌荧光研究了pH值的影响,得出的结论是,pH值的7是最佳生产生物柴油。
4所示。过程描述
如果地沟油的酸值超过1 - 2毫克KOH /毫克的原料(8,17,18,54),然后需要预处理废烹调油之前与碱性基催化剂的反应。
4.1。过程中,我
地沟油可能含有颗粒物和其他杂质。这些杂质被允许地沟油通过过滤器。原料油通常由热交换器预热到60°C。
酒精和酸催化剂是正确在混合器混合他们被允许进入酯化反应器。混合温度通常维持在60°C (68年]。催化剂混合物和预热原料被允许进入酯化反应器。酯化反应进行了80年和90年之间在1°C和大气压力。产品酯化反应器冷却到45°C,和催化作用是删除或中和之前允许进入沉淀池去除甲醇和水的混合物。从沉降槽的顶部,甲醇和水的混合物被移除和采取蒸馏柱分离甲醇和甲醇水和甲醇混合重用。产品分离容器的底部是采取二酯交换反应过程。过程的示意图表示我如图4。
4.2。流程二世
催化剂和酒精混合搅拌机和产品获得的过程拍摄到酯交换反应柱以及催化剂和酒精的混合物。反应堆温度一般保持在65°C, 1个大气压,和1:6石油对酒精的摩尔比率。酯交换反应器的产品流入分离器2。隔油池、生物柴油和酒精的混合物蒸馏分离甲醇和生物柴油。从蒸馏塔甲醇回收和重用。生物柴油是用热水洗净并送往分离器除去水和生物柴油。从第三分离器,生物柴油储罐。第二个分离器的底部部分移动到酒精和甘油蒸馏塔。从蒸馏塔甲醇回收。底部产品的蒸馏塔是作为副产品。 Schematic representation of the process II is shown in Figure5。
最近的研究工作对各种废物食用油在不同操作参数如表所示2。
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5。结论
生物柴油的成本可以减少使用地沟油作为原料。废食用油中脂肪酸含量高可以减少粗加工废物食用油的酸催化剂。水在酯化过程中产生可以抑制酸催化剂,这可以通过逐步消除反应机理。甲醇是最合适的酒,因为它的低成本和容易分离的生物燃料。油比的甲醇催化反应取决于大量的游离脂肪酸。base-catalyzed反应,6:1是酯交换反应的最佳比例。催化剂的浓度取决于催化剂的性质:异构或同质。搅拌器速度有助于提高反应速率。在大多数情况下,最优的搅拌器速度保持在200 - 250 rpm的范围。
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