[发明专利]一种超声波和微波协同制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备生物柴油的方法，特别是一种超声波和微波协同制备生物柴油的方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭和生态环境的日益恶化，环境友好的石油燃料替代品越来越引起人们的关注。生物柴油是一种新型的无污染、可再生能源，其燃烧性能可与石化柴油媲美，燃烧过程中排放的尾气中有害物质含量比石化柴油降低了50％左右，并以可再生的动植物油脂作为原料，符合可持续发展的要求，所以世界各国把发展生物柴油提高到战略高度对待，对于维护国家能源安全、经济持续发展、环境保护具有重要意义。目前，造成生物柴油产业发展面临困境的原因在于其成本较高，摆脱此困境的对策有：力求取得低成本的原料油；开发高效绿色的生物柴油生产工艺；利用副产品甘油来生产高附加值的化工产品，以大幅度提高利润，降低生物柴油的成本。

生物柴油是由动植物油脂与甲醇通过酯交换反应生成的长链脂肪酸甲酯类物质。通常采用酸、碱作为催化剂，存在成本高、非均相反应、反应时间较长、能耗高等缺点，所以人们开发出多种催化剂如脂肪酶、非均相固体催化剂、离子液体催化剂等，其中脂肪酶易失活，成本高，难以工业化；非均相固体催化剂存在催化活性低，易失活，反应速率慢等问题；而离子液体催化剂成本高，反应温度较高。此外开发了超临界工艺、膜反应器等，而超临界工艺对设备要求高，需在高温高压下进行反应；膜反应器则需要消耗昂贵的膜材料，生产成本高。因此开发环境友好的生物柴油绿色生产工艺，提高反应速率和能量利用率，从而降低生产成本，成为当务之急。

微波是频率为300MHz～300GHz的电磁波。作为一种高效的加热方式，直接作用于物质分子并使之振动而发热，具有加热速度快、物料受热均匀、热效率高等优点。微波不但可以加快化学反应速率而且还具有微波特有的非热效应，如降低反应活化能、减弱分子化学键强度和改变反应途径等。

超声波在液体中产生的空化效应可导致空化气泡在极短的时间内崩溃，从而在空化气泡周围极小的范围内产生局部高温(约5000K)和高压(5×10⁷Pa)，且具有极快的冷却速度(＞10¹⁰K/s)，并伴随强烈的冲击波和微射流。空化效应所产生的强烈冲击波和微射流，可促进反应体系中各反应物间充分接触，提高传质速率，从而改变化学反应条件，避免采用高温高压，缩短反应时间，并提高反应产率。

目前，超声技术、微波技术等化学反应强化手段已经应用于生物柴油的制备过程中，可改善酯交换的传质过程，有利于不完全互溶的醇油两相进行反应，从而提高反应速率和产率，降低催化剂的用量，减少酸性(或碱性)废水的排放量，降低生产成本。

李云政在专利CN1916115微波促进酯交换制备生物柴油的方法中，将微波技术应用于生物柴油的制备过程中，缩短反应时间；纪威等在专利CN1896183一种利用超声波进行甲醇酯化制备生物柴油的方法中，将超声技术应用于生物柴油的制备中，充分利用超声波的乳化作用，提高传质速率；曾虹燕等在专利CN101029243生物柴油的生产方法中，将超声技术和微波技术分别应用于生物柴油的生产过程中，超声波或者微波的协同催化酯交换反应，制备生物柴油；高锦明等在专利CN1935947一种超声波与微波联用制备生物柴油的方法中，反应物先进入超声波乳化反应器进行乳化分散，再将其送入微波反应器进行酯交换反应，生产生物柴油。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：将超声技术和微波技术同时用于生物柴油的制备过程中，提供一种超声波和微波协同制备生物柴油的方法，使其能够提高生物柴油的产率。

为了解决上述技术问题，本发明包括如下步骤：(1)先将原料油脱除游离脂肪酸和脱水处理；(2)再将原料油与低碳醇和催化剂的混合液同时进入反应器，在超声波和微波的同时作用下，进行酯交换反应；原料油和低碳醇的摩尔比为1∶1～1∶80，催化剂和原料油的重量比为0.1∶100～10∶100，反应温度控制在25～80℃之间；(3)反应结束后，将剩余甲醇蒸出，反应产物静置分层，提取上层的粗品生物柴油；(4)净化粗品生物柴油得到高品质的生物柴油。