專利名稱：一種生物柴油的制備方法
技術領域：
本發明屬于生物燃料合成技術領域，特別涉及一種液體脂肪酶和固定化脂肪酶相結合的生物柴油制備方法。
背景技術：
生物柴油是由生物油脂原料通過轉酯反應生成的長鏈脂肪酸酯類物質，是一種新型的無污染可再生能源，在油脂工業中具有廣闊的應用前景。生物柴油的燃燒性能可以與傳統的石油系柴油相媲美，且燃燒后釋放的有害物質比傳統石化柴油降低了 50%。目前生物柴油的研究和應用已經受到了廣泛的關注。目前生物柴油主要通過化學法進行生產，即用動植物油脂和一些低碳醇(甲醇或乙醇)在堿或者酸性催化劑作用下進行酯交換反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯。化學法制備生物柴油存在以下缺點①油脂原料中的游離脂肪酸和水嚴重影響反應的進行甲醇在油脂中溶解性差，易形成乳化液，增加了后續處理的難度；③整套工藝要求甲醇用量大大超過反應摩爾比，過量甲醇的回收增加了能耗。利用生物酶法合成生物柴油具有反應條件溫和，無污染物排放以及具有廣泛的油脂原料適用性等優點，符合綠色化學的發展方向，因而日益受到人們的重視。但是利用常規脂肪酶催化工藝轉化油脂原料進行生物柴油的制備存在以下問題，當油脂原料中的含水量大于0. 5%時(基于油重)，反應結束后得到的生物柴油產品酸價往往高于0. 5mgK0H/g油，不能滿足生物柴油品質中對酸價的要求，因而需要繁瑣的堿中和后續處理過程。然而，后續利用堿中和降低酸價的工藝既影響了產品收率，又會帶來環境污染等問題。因此，開發一種高效環保生產生物柴油的方法成為亟待解決的問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種新型的生物柴油制備方法，特別提供一種液體脂肪酶和固定化脂肪酶相結合的新型的生物柴油制備方法。為了實現本發明目的，本發明的一種生物柴油的制備方法，包括以下步驟1)將油脂、短鏈醇、水和液體脂肪酶在一級或多級酶反應器中進行反應，然后將反應液分離成重相和輕相，回收再利用重相中的酶，輕相用于后續的固定化酶轉化；2)將步驟I)中得到的輕相流入裝有固定化脂肪酶的一級或多級酶反應器中，并加入短鏈醇進行反應，在反應全過程或部分反應過程中進行在線脫水。本發明的目的還可以采用以下的技術措施來進一步實現。前述的液體脂肪酶和固定化脂肪酶相結合的生物柴油制備方法，包括以下步驟I)向一級或多級酶反應器中加入油脂、油脂摩爾數4-8倍的短鏈醇、油脂質量2% -20%的水以及基于每克油脂質量200-2000個標準酶活單位的液體脂肪酶，溫度控制在30°C 55°C，反應3-8小時；2)將反應液經離心或靜止分層后，分離出含酶的重相和輕相(粗生物柴油相)；用膜分離回收重相中的酶蛋白，例如，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘留量小于5%，回收的酶可以重復使用；含有粗生物柴油的輕相用于后續的固定化酶轉化；3)將步驟2)中得到的輕相和油脂摩爾數1-3倍的短鏈醇再流入裝有基于每克油脂質量200-1000個酶活單位的固定化脂肪酶的一級或多級酶反應器中，溫度控制在20°C 55°C，反應3-10小時，在反應全過程或部分反應過程中采用膜或分子篩進行在線脫水。有效油脂原料轉化生成生物柴油的得率超過98%，生物柴油終產品的酸價低于0. 5mgKOH/g油。反應過程示意圖如圖I和圖2所示。前述的方法，步驟2)中分離回收酶蛋白的膜為金屬膜、有機膜、無機膜或陶瓷膜等。前述的方法，步驟3)中在線脫水所用的膜為有機膜、無機膜或陶瓷膜等；在線脫水所用的分子篩為3A或4A分子篩等。前述的方法,所述的脂肪酶來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)、嗜熱絲抱菌(Thermomyces Ianuginosus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillusoryzae)、米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)和米根霉(Rhizopus oryzae)等中的一種或多種。前述的方法，所述的短鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇等。前述的方法，從反應開始時勻速或變速流加短鏈醇，3 8小時流加完畢。前述的方法，所述的油脂為生物油脂，包括植物油脂、動物油脂或微生物油脂。其中，所述的植物油脂為蓖麻油、棕櫚油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油、米糠油、麻風樹油、文冠果油或小桐子油等；所述的動物油脂為魚油、牛油、豬油或羊油等；所述的微生物油脂為酵母油脂或微藻類油脂等。所述的油脂還包括廢食用油或油脂精煉下腳料。其中，所述的廢食用油為潲水油或地溝油等；所述的油脂精煉下腳料為酸化油等。借由上述技術方案，本發明至少具有下列優點及有益效果本發明的液體脂肪酶和固定化脂肪酶相結合的生物柴油制備方法，在液體酶催化的前段反應過程中，不必對油脂原料進行任何的預處理，即可使油脂到生物柴油的轉化率達到90%以上；在后段的固定化脂肪酶催化過程中，通過在全過程或部分反應過程中引入在線脫水，可以使生物柴油得率超過98%，產品酸價低于0. 5mg KOH/g油，因此，本發明的生物柴油制備方法具有良好的經濟效益和環境效益。
圖I和圖2為本發明較佳實施例液體脂肪酶和固定化脂肪酶相結合的生物柴油制備方法的流程示意圖。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。以下實施例中所用的試劑和材料均為市售商品，實施例I將IOg大豆油、基于油脂質量10%的水以及基于單位油脂質量200個標準酶活(200U/g大豆油)的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫35°C，然后將基于油脂摩爾比為4. 5 I的乙醇在3個小時內勻速加入。反應6小時后，有效油脂到生物柴油的轉化率為90%，然后對反應液進行靜置分相，分離出含酶的重相和輕相(粗生物柴油相)。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。粗生物柴油相再流入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillusoryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的甲醇，進行反應，控溫20°C，甲醇在I小時內勻速加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括有機膜、無機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括3A或4A分子篩在內的吸水裝置)。 反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%，酸價為0. 3mg KOH/g油。實施例2將IOg豬油,基于油脂質量5 %的水以及入基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫40°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的甲醇在4個小時內勻速加入。反應8小時后，有效油脂到生物柴油的轉化率為91 %。然后對反應液進行離心分離,分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。粗生物柴油相再流入裝有固定化酶的酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為2 I的甲醇，進行反應。控溫20°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括有機膜的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%，酸價為0. 2mg KOH/g油。實施例3將IOg棕櫚油,基于油脂質量2%的水以及基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于嗜熱絲孢菌(Thermomyces Ianuginosus)的液體脂肪酶以及基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫45°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇在2個小時內勻速加入。反應5小時,有效油脂到生物柴油的轉化率為92%,然后對反應液進行離心分離,分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的無機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的乙醇，進行反應。控溫20°C，乙醇在I小時內勻速加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括無機膜的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%，酸價為0.4mg KOH/g油。實施例4將IOg酵母油脂、基于油脂質量3%的水以及基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶以及基于單位油脂質量300個標準酶活的來源于嗜熱絲孢菌(Thermomyces Ianuginosus)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫50°C，然后將基于油脂摩爾比為4 I的甲醇在2個小時內勻速加入。反應5小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為92%。然后對反應液進行靜置分相，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的陶瓷膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillusoryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為2 I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在I小時內勻速加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括陶瓷膜的吸水裝置)。反應5小時,體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%,酸價為0.2mg KOH/g 油。實施例5
將IOg小桐籽油、基于油脂質量8%的水以及基于單位油脂質量800個標準酶活的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫40°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇在2個小時內勻速加入。反應5小時,有效油脂到生物柴油的轉化率為91%。然后對反應液進行離心分離,分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出來的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于嗜熱絲孢菌ThermomycesIanuginosus的固定化脂肪酶以及基于單位油脂質量50個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的甲醇，進行反應。控溫30°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(3A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99 %，酸價為 0. 3mg KOH/g 油。實施例6將IOg魚油、基于油脂質量20%的水以及基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫55°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇在3個小時內勻速加入。反應8小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為91%，然后對反應液進行離心分離。，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的無機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出來的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量400個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為1.5 I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在I小時內勻速加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時,體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%,酸價為0. 4mgK0H/g 油。
實施例7將IOg潲水油、基于油脂質量6%的水以及基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫35°C，然后將基于油脂摩爾比為5 I的乙醇在4個小時內勻速加入。反應8小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為92%。然后對反應液進行離心分離，，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的陶瓷膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出來的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶以及基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的乙醇，進行反應。控溫25°C，乙醇在2小時內勻速加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括有機膜、無機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括3A或4A分子篩在內的吸水裝置)。反應7小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%，酸價為0. 4mg KOH/g油。
實施例8將IOg酸化油、基于油脂質量3 %的水以及基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫40°C，然后將基于油脂摩爾比為5 I的丙醇在3個小時內勻速加入。反應8小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為93%，然后對反應液進行離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95 %，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為2 I的甲醇，進行反應。控溫35°C，甲醇在I小時內勻速加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括有機膜的膜脫水裝置以及包括3A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99 %，酸價為0. 3mg K0H/g油。實施例9將IOg蓖麻油、基于油脂質量8 %的水以及基于單位油脂質量800個標準酶活的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫45°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇在3個小時內勻速加入。反應6小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為91%，然后對反應液進行離心分離，，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的甲醇，進行反應。控溫20°C，乙醇在2小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括無機膜的膜脫水裝置以及包括3A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99 %，酸價為0. Img KOH/g油。實施例10將IOg地溝油、基于油脂質量12%的水以及基于單位油脂質量2000個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的 液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫35°C，然后將基于油脂摩爾比為5 I的甲醇在2個小時內勻速加入。反應5小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為93%，然后對反應液 進行離心分離，，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的無機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油2 I的乙醇，進行反應。控溫30°C，乙醇在2小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括陶瓷膜的膜脫水裝置以及包括3A分子篩在內的吸水裝置)。反應10小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99. 5%,酸價為 0. Img KOH/g 油。實施例11將IOg羊油、基于油脂質量6%的水以及基于單位油脂質量1000個標準酶活的來源于黑曲霉(Aspergillus niger)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫40°C，然后將基于油脂摩爾比為5 I的乙醇在3個小時內勻速加入。反應8小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為93%，然后對反應液進行靜置或離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的陶瓷膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶酶反應器(裝有基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶以及基于單位油脂200個標準酶活的來源于米曲霉Aspergillus oryzae的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油2 I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括有機膜的膜脫水裝置以及包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應8小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99. 5%,酸價為 0. 2mg KOH/g 油。實施例12將IOg潲水油、基于油脂質量12%的水以及基于單位油脂質量600個標準酶活的來源于黑曲霉(Aspergillus niger)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫35°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的甲醇在3個小時內勻速加入。反應6小時，有效油脂到生物柴油的轉化率為92%，然后將反應液進行靜置或離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米黑根毛霉Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為2 I的甲醇，進行反應。控溫20°C，甲醇在2小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括無機膜的膜脫水裝置以及包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應6小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99 %，酸價為0. 2mg KOH/g油。實施例13將IOg小桐籽油、基于油脂質量8%的水以及基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于嗜熱絲孢菌(Thermomyces Ianuginosus)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫45°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇在4個小時內勻速加入。反應6個小時,有效油脂到生物柴油的轉化率為92%,然后將反應液進行離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5 %，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candidaantarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的乙醇進行反應。控溫25°C，乙醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括陶瓷 膜的膜脫水裝置以及包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%，酸價為0. 3mg KOH/g油。實施例14將IOg菜籽油、基于油脂質量5%的水以及基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于米黑根毛霉(Rhizomucor miehei)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫35°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇在4個小時內勻速加入。反應8小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為92%。反應結束后，進行靜置或離心分離。分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的無機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有單位油脂質量100個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candidaantarctica的固定化脂肪酶以及基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于米黑根毛霉Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括有機膜或無機膜陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括3A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%，酸價為0. 2mg K0H/g油。實施例15將IOg菜籽油、基于油脂質量5%的水以及基于單位油脂質量500個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫40°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇變速加入。30%的乙醇在反應前2小時勻速加完，剩下的70%的乙醇在接下來的2個小時內勻速加完。反應8小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為92%。然后將反應液進行靜置，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括有機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括3A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%，酸價為0. 3mg KOH/g油。實施例16將IOg藻類油脂、基于油脂質量5%的水以及基于單位油脂質量800個標準酶活的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫45°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的乙醇變速加入。40%的乙醇在反應前2小時勻速加完，剩下的60%的乙醇在接下來的2個小時內勻速加完。反應8小 時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為90%。然后對反應液進行離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的陶瓷膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95 %，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶以及基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于米黑根毛霉Rhizomucormiehei的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為I : I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括無機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括3A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%，酸價為0. 4mg KOH/g油。實施例17將IOg文冠果油、基于油脂質量5 %的水以及基于單位油脂質量800個標準酶活的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫50°C，然后將基于油脂摩爾比為6 I的丙醇變速加入。40%的丙醇在反應前2小時勻速加完，剩下的60%的丙醇在接下來的2個小時內勻速加完。反應8小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為88%。然后對反應液進行離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的陶瓷膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為3 I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在2小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括有機膜或無機膜在內的膜脫水裝置以及包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%，酸價為0. 5mg KOH/g油。實施例18將IOg葵花油、基于油脂質量10%的水以及基于單位油脂質量800個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應 器中。控溫40°C，然后加入基于油脂摩爾比為6 I的丁醇變速加入，30%的丁醇在反應前 2小時勻速加完，剩下的70%的丁醇在接下來的2個小時內勻速加完。反應8小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為89%。然后將反應液進行離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的出粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量200個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為3 I的甲醇，進行反應。控溫25°C，甲醇在2小時內加完。在該反應過程中，進行如圖I所示的在線脫水(包括有機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為98%，酸價為0. 5mg KOH/g油。實施例19將IOg棕櫚油、基于油脂質量5 %的水以及基于單位油脂質量800個標準酶活的來 源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶,置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫45°C，然后加入基于油脂摩爾比為3 I的乙醇。乙醇變速加入，40%的乙醇在反應前2小時勻速加完，剩下的60%的乙醇在接下來的2個小時內勻速加完。反應8小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為92%。然后將反應液進行離心分離,分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的無機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的重相經膜回收脂肪酶，以供重復使用。粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量400個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candida antarctica的固定化脂肪酶),同時加入基于粗生物柴油摩爾比為2 I的甲醇，進行反應。控溫55°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括有機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括4A分子篩在內的吸水裝置)。反應5小時,體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%,酸價為0. 3mgKOH/g 油。實施例20將IOg棕櫚油、基于油脂質量20%的水以及基于單位油脂質量300個標準酶活的來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)的液體脂肪酶和基于單位油脂質量600個標準酶活的來源于米曲霉(Aspergillus oryzae)的液體脂肪酶,，置于適于酶催化的一級或多級酶反應器中。控溫50°C，然后加入基于油脂摩爾比為5 I的乙醇，乙醇變速加入。40 %的乙醇在反應前2小時勻速加完，剩下的60 %的乙醇在接下來的2個小時內勻速加完。反應8小時,體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為91%。然后將反應液進行離心分離，分離出含酶的重相和含粗生物柴油的輕相。重相進一步利用膜分離回收酶蛋白，選取截留分子量為15000的有機膜進行上述脂肪酶的回收，酶蛋白的回收率高達95%，回收的酶液中副產物甘油的殘存量小于5%，回收的酶可以重復使用。分離出的粗生物柴油相再進入固定化酶反應器(裝有基于單位油脂質量100個標準酶活的來源于南極假絲酵母Candidaantarctica的固定化脂肪酶和裝有基于單位油脂質量900個標準酶活的來源于米黑根毛霉(Rhizomucor miehei的固定化脂肪酶)，同時加入基于粗生物柴油摩爾比為2 I的甲醇，進行反應。控溫40°C，甲醇在I小時內加完。在該反應過程中，進行如圖2所示的在線脫水(包括有機膜、無機膜或陶瓷膜在內的膜脫水裝置以及包括3A或4A分子篩在內的吸水裝置)。反應2小時，體系中有效油脂到生物柴油的轉化率為99%，酸價為0. 2mg KOH/g油。雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施方案對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因 此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。
權利要求
1.ー種生物柴油的制備方法，其特征在于，其包括步驟 1)將油脂、短鏈醇、水和液體脂肪酶在ー級或多級酶反應器中進行反應，然后將反應液分離成重相和輕相，回收再利用重相中的酶，輕相用于后續的固定化酶轉化； 2)將步驟I)中得到的輕相流入裝有固定化脂肪酶的ー級或多級酶反應器中，并加入短鏈醇進行反應，在反應全過程或部分反應過程中進行在線脫水。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于，其包括步驟 1)向一級或多級酶反應器中加入油脂、油脂摩爾數4-8倍的短鏈醇、油脂質量2%-20%的水以及基于每克油脂質量200-2000個標準酶活單位的液體脂肪酶，溫度控制在30°C 55°C，反應3-8小時； 2)將反應液經離心或靜止分層后，用膜分離回收重相中的酶蛋白，輕相用于后續的固定化酶轉化； 3)將步驟2)中得到的輕相和油脂摩爾數1-3倍的短鏈醇再流入裝有基于每克油脂質量200-1000個酶活単位的固定化脂肪酶的ー級或多級酶反應器中，溫度控制在20°C 55°C，反應3-10小時，在反應全過程或部分反應過程中采用膜或分子篩進行在線脫水。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟2)中分離回收酶蛋白的膜為金屬膜、有機膜、無機膜或陶瓷膜。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，步驟3)中在線脫水所用的膜為有機膜、無機膜或陶瓷膜；在線脫水所用的分子篩為3A或4A分子篩。
5.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在干，所述的脂肪酶來源于南極假絲酵母(Candida antarctica)、嗜熱絲抱菌(Thermomyces Ianuginosus)、黑曲霉(Aspergillus niger)、米曲霉(Aspergillus oryzae)、米黑豐R毛霉(Rhizomucor miehei)和米根霉(Rhizopus oryzae)中的一種或多種。
6.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述的短鏈醇為甲醇、こ醇、丙醇或丁醇。
7.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，從反應開始時勻速或變速流加短鏈醇，3 8小時流加完畢。
8.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述的油脂為生物油脂，包括植物油脂、動物油脂或微生物油脂。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的植物油脂為蓖麻油、棕櫚油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉子油、米糠油、麻風樹油、文冠果油或小桐子油；所述的動物油脂為魚油、牛油、豬油或羊油；所述的微生物油脂為酵母油脂或微藻類油脂。
10.根據權利要求1-4任一項所述的方法，其特征在于，所述的油脂還包括廢食用油或油脂精煉下腳料。
全文摘要
本發明提供了一種生物柴油的制備方法，包括將油脂、短鏈醇、水和液體脂肪酶在一級或多級酶反應器中進行反應，然后將反應液分離成含酶的重相和輕相，回收再利用重相中的酶，輕相用于后續的固定化酶轉化；將輕相和短鏈醇流入裝有固定化脂肪酶的一級或多級酶反應器中，在反應全過程或部分反應過程中進行在線脫水。本發明生物柴油的制備方法，在液體酶催化的前段反應過程中，無需對油脂原料進行任何的預處理，即可使油脂到生物柴油的轉化率達到90％以上；在后段的固定化脂肪酶催化過程中，通過在全過程或部分反應過程中引入在線脫水，可以使生物柴油得率超過98％，產品酸價低于0.5mg KOH/g油，具有良好的經濟效益和環境效益。
文檔編號C11C3/04GK102676304SQ20111006269
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者劉德華, 朱羅樂, 杜偉 申請人:清華大學