生物柴油和1，3-丙二醇偶聯(lián)生產(chǎn)工藝的研究.pdf

1、隨著石油資源的短缺和環(huán)境污染的日益加劇，清潔的可再生能源受到全世界各國的廣泛關(guān)注，生物柴油就是清潔的可再生能源，它是一種可以替代普通柴油使用的環(huán)保燃油。本文主要研究了生物柴油的生產(chǎn)工藝、副產(chǎn)物甘油的生物利用、生物柴油和1，3-丙二醇的聯(lián)產(chǎn)以及生物法偶聯(lián)生產(chǎn)生物柴油和1，3-丙二醇的工藝。 首先，本文分別采用酶法和化學(xué)法對不同來源的油脂和甲醇轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)進(jìn)行了考察和優(yōu)化，對不同催化劑催化生產(chǎn)生物柴油進(jìn)行了對比。首次提出采用FeCl<

2、,3>催化游離脂肪酸和KOH催化相結(jié)合的兩步催化法，有效地催化游離脂肪酸含量高的油脂生成生物柴油，對設(shè)備無腐蝕，產(chǎn)物分離方便。兩步法催化未純化地溝油得到的轉(zhuǎn)化率為85％，而對模擬精制地溝油的催化得到了94％的轉(zhuǎn)化率；對酶法生產(chǎn)生物柴油條件進(jìn)行了優(yōu)化，得到的最佳條件是：溶劑為石油醚；酶量為15wt％；醇為甲醇；溫度為55℃；醇加入次數(shù)為6次。對酶法催化豆油和地溝油的對比沒有顯著差異，說明脂肪酶是催化游離脂肪酸含量高的油脂生產(chǎn)生物柴油的有效

3、催化劑。 其次，對副產(chǎn)物甘油的生物利用進(jìn)行了研究，分別考察了在厭氧和微氧條件下，間歇發(fā)酵和批式流加發(fā)酵中工業(yè)級和試劑級原料對菌體生長及產(chǎn)物合成的影響。結(jié)果表明，利用工業(yè)原料生產(chǎn)1，3-丙二醇得到了與試劑級原料相似的結(jié)果，對于間歇發(fā)酵，試劑級原料和工業(yè)級原料在微氧條件下得到的轉(zhuǎn)化率分別為0.73mol/mol和0.75mol/mol，高于厭氧條件下的結(jié)果(分別為0.67mol/mol和0.68mol/mol)；而對于批式流加發(fā)酵，

4、厭氧條件下得到的轉(zhuǎn)化率高于微氧條件下所得，但是差別不大。試劑級原料和工業(yè)級原料在微氧條件下得到的轉(zhuǎn)化率分別為0.55mol/mol和0.53mol/mol，在厭氧條件下分別為0.57mol/mol和0.54mol/mol。利用離子對色譜和液相色譜對1，3-丙二醇發(fā)酵液中有機(jī)酸進(jìn)行了分析，比較了厭氧和微氧條件下的發(fā)酵產(chǎn)物。離子對色譜分析了發(fā)酵液中檸檬酸、琥珀酸和延胡索酸，而采用液相色譜分析了甲酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、琥珀酸和延胡索酸。對于

5、不同條件下得到的發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，除2，3-丁二醇和延胡索酸外，其它產(chǎn)物濃度都是厭氧條件下高于微氧條件，乙醇、1，3-丙二醇、乳酸、乙酸、檸檬酸和琥珀酸分別比微氧條件下增加32.8％、19.3％、32.3％、243.4％、163.5％和54.4％。 然后，對生物柴油和1，3-丙二醇的聯(lián)產(chǎn)進(jìn)行了研究。生物柴油的副產(chǎn)物甘油不經(jīng)純化可以直接用來發(fā)酵生產(chǎn)1，3-丙二醇，在搖瓶培養(yǎng)中，由酶法和堿法得到的甘油獲得的1，3-丙二醇的轉(zhuǎn)化率

6、分別為0.62mol/mol和0.44mol/mol，而純甘油得到的轉(zhuǎn)化率為0.68mol/mol：在批式流加發(fā)酵中，由酶法與堿法得到的甘油和純甘油得到的1，3.丙二醇的轉(zhuǎn)化率相差不大，分別為 0.47mol/mol、0.46mol/mol和0.49mol/mol，純甘油得到的生產(chǎn)強(qiáng)度最高，為2.0g/(L.h)，兩種粗甘油得到的生產(chǎn)強(qiáng)度都為 1.7g/(L.h)。最后，對生物法偶聯(lián)生產(chǎn)生物柴油和1，3-丙二醇工藝進(jìn)行了考察。首先采用模

7、擬反應(yīng)液對中空纖維膜分離生物柴油中甘油進(jìn)行了研究，甘油含量在1wWt％-6Wt％的范圍內(nèi)時，膜分離達(dá)到了很好的效果，1h 分離率就可以達(dá)到80％左右；對酶催化反應(yīng)的甘油形成速率和1，3-丙二醇發(fā)酵的甘油消耗速率進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)兩者趨勢一致；分別對兩種方式的偶聯(lián)進(jìn)行了考察，一次酶催化反應(yīng)與發(fā)酵偶聯(lián)時生物柴油轉(zhuǎn)化率最終達(dá)到了86％，菌體最高干重達(dá)到5.2g/L，1，3-丙二醇最終達(dá)到了61.1g/L；兩次酶催化反應(yīng)與發(fā)酵偶聯(lián)時，生物柴油轉(zhuǎn)化

8、率達(dá)到了83.9％，菌體最高干重達(dá)到4.9g/L，1，3-丙二醇最終達(dá)到了50.7g/L，發(fā)酵液中甲醇濃度為19.0g/L，滲透到發(fā)酵液中的甲醇占甲醇總量的11％，從最終發(fā)酵結(jié)果來看，甲醇的影響并不大。 總之，本研究的結(jié)果表明，F(xiàn)eCl<,3>和KOH催化相結(jié)合的兩步催化法可以有效地催化游離脂肪酸含量高的油脂轉(zhuǎn)化為生物柴油；生物柴油副產(chǎn)物甘油可以直接用來生產(chǎn)1，3-丙二醇；生物法偶聯(lián)生產(chǎn)生物柴油和1，3-丙二醇是可行的，這些都為