一步法固体酸催化过程可从高游离脂肪酸含量原料生产生物柴油

        加拿大Waterloo大学的研究人员于2010年2月21日宣布，业已验证了一步法固体酸催化过程，对从高游离脂肪酸(FFA)含量原料工业化规模生产生物柴油拥有潜力。该成果已发表在美国化学学会杂志《能源与燃料（Energy  &  Fuels）》上。



        使用废弃油脂作为原料生产生物柴油的成本低于精制的植物油，但它受到高游离脂肪酸含量的负面影响。植物油和脂肪大多为甘油三酸酯。从甘油分子中已分离出来的游离脂肪酸和脂肪酸，通常在多次循环使用后成为油破解的产物。高游离脂肪酸(FFA)给生产生物柴油的常规反酯化过程带来许多问题：



        1.  需使用较多的催化剂，造致生产成本提高；



        2.  生成皂（脂肪酸盐），使洗涤成品较困难，且增加成本；



        3.  生成水，水会阻碍主反应；



        4.  高游离脂肪酸(FFA)不能转化成燃料，使产率减小。



        废弃油脂中的高游离脂肪酸(FFA)含量在3%~40%。



        然而，当原料中FFA数量超过0.5%，则不推荐采用传统的均相碱催化反酯化过程，均相碱催化反酯化过程为采用NaOH为催化剂，因为催化剂和原材料将被FFA和碱之间的皂化反应消耗掉，皂会发生乳化而引起下游加工问题。此外，也需要复杂的下游中和、分离和洗涤步骤，使生物柴油提纯困难。



        对加工含FFA  >1%的植物油，使用对FFA不敏感的酸催化剂优于碱催化剂，即使反应速率很慢也是如此。



        酸和碱催化剂在高含FFA的原料反酯化时各有其优缺点。因此，在从废弃油脂合成生物柴油的二步法工艺中酸和碱催化剂均被采用。然而，二步法工艺（或相似的多步法工艺）也面临在二个步骤中的催化剂脱除问题。



        Aijaz  Baig和  Flora  Ng等人开发了单一步骤固体酸催化过程，应用于从高含FFA的原料生产生物柴油。这种基于负载的杂多酸催化剂(PSA)的固体酸催化剂被评价用于从含有高达25  wt%棕榈酸(PA)的大豆油(SBO)来生产生物柴油，这种固体酸催化剂同时催化酯化反应（在酸催化剂存在下脂肪酸与甲醇的反应生成生物柴油），并催化反酯化反应（在催化剂存在下甘油三酸酯与甲醇的反应生成生物柴油）。



        采用杂多酸  (PSA)的固体酸催化剂，棕榈酸(PA)可转化为生物柴油的转化率为95%，同时，大豆油也成功地被反酯化，CBG  (化学相关的甘油)  转化率为99%。



        这种固体酸催化剂被用于使含10%  PA的大豆油可同时进行酯化和反酯化，达到棕榈酸(PA)  转化率大于95%，大豆油转化率99%。基于ASTM  D  974,  ASTM  D  6584和EN  14103标准进行的分析，证实可从高含FFA的原料生产高纯度生物柴油。



        无需任何后处理的最终产品为CBG  (化学相关的甘油)、游离甘油、总量甘油，各自酸值为0.616  mass%,  0.767  mass%,  1.383  mass%，同时有1.505  mg  of  KOH/g。釆用水洗，这些数值可进一步减小。



        这种单一步骤固体酸催化过程对从高含FFA的原料生产高纯度生物柴油拥有潜力。