[发明专利]膜集成反应器制备生物柴油的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种生物柴油制备方法，尤其涉及一种以油脂和低碳醇为原料， 通过多孔陶瓷膜分散强化酯交换反应制备生物柴油的方法。

背景技术：

近年来，能源危机越来越成为全球性问题，特别是化石能源——石油的短缺， 引发了一场“能源战”。  其中柴油广泛用作大型车辆、船舰、发电机等柴油机的 液体燃料，且由于高速柴油机(汽车用)比汽油机省油，因此柴油需求量增长速 度大于汽油，一些小型汽车也改用柴油。但是不论汽油还是柴油，其大量使用必 然导致石油资源的进一步短缺。生物柴油作为一种可再生的生物质能源，以及其 环境友好等优点，尤其是其燃烧性能与传统的石化柴油接近，越来越受到世界各 国的广泛重视，并进行了大量研究与应用，成为新能源研制与开发的热点。

生物柴油是通过采用甲醇或乙醇等低碳醇与动、植物油脂进行酯交换反应而 得到的长链脂肪酸酯类物质。目前，工业上采用无机碱(酸)催化剂催化油脂与低 碳醇的酯交换反应，反应在间歇或连续的釜式搅拌器中进行，最后得到的产物通 过精馏的方法进行分离。由于油脂与低碳醇形成不互溶体系，仅仅靠搅拌的作用 很难混合均匀，油脂与低碳醇之间的传质效率低，因此这种工业生产方法存在反 应时间长、能耗大等缺点，且转化率及收率不高。为了强化其传质，专利“均相 连续反应制备生物柴油的方法”(CN 1916114)、“生物柴油的制备方法”(CN 1928016)等提出加入共溶剂来使醇油形成均匀体系，从而缩短了反应时间且提高 了反应速率，但是共溶剂的使用使得成本升高且产物分离变得复杂。专利“一种 生产脂肪酸酯的方法”(JP 2002233396)、“超临界连续制备生物柴油工艺及其装 备”(CN 101104812)等采用超临界法连续制备生物柴油，具有工艺简单、制备速 度快、环保及产率高等特点，但专利中提到低碳醇、油脂需要在较高的温度及压 力才能达到超临界状态，此过程能耗较大且对装置要求较高。因此需要开发一种 反应时间短、产率高、能耗低且工艺流程简单的生物柴油生产新工艺。

发明内容：

本发明的目的是针对常规生物柴油生产技术中反应时间长、产率低、能耗高 且工艺流程长等缺点提出了一种采用膜分散强化醇油酯交换反应传质的一种膜 集成反应器制备生物柴油的方法。采用该方法生产生物柴油具有设备能耗低、反 应时间短、产率高及工艺简单等优点。

本发明的技术方案是：本方法中的膜反应器是基于多孔膜的微孔特性，在压 力作用下将一种液体物质以纳米级至微米级的微粒形式分散到另一种与之不互 溶液体体系中，进入到连续相的被分散物质与连续相的瞬时接触面积极大，从而 使得反应传质得到强化。采用膜分散强化酯交换反应传质的过程能够解决现有工 艺中反应时间长、转化率低、能耗大及工艺流程长等诸多问题。

本发明具体的技术方案是：一种膜集成反应器制备生物柴油的方法，其特征 在于首先将低碳醇与催化剂加入到反应器7中，然后通过压力驱动装置1对油脂 加压，油脂在压力作用下从贮罐3中通过多孔膜分散装置6分散到反应器7中与 低碳醇混合反，反应完成后将生物柴油与甘油静置分层分离得到生物柴油产品。

其中所述的油脂为植物油脂或动物油脂。优选植物油脂为菜籽油、棉籽油、 大豆油、花生油、玉米油、椰子油、蓖麻油或芝麻油；动物油脂为猪油、牛油或 羊油。

其中所述的低碳醇为甲醇、乙醇或丙醇。优选低碳醇和油脂用量摩尔比为 3～50∶1。

其中所述的催化剂为无机碱催化剂、无机酸催化剂、生物酶催化剂或树脂催 化剂。优选的无机碱催化剂为氢氧化钾或氢氧化钠，优选的无机酸催化剂为硫酸 或盐酸，优选的生物酶催化剂为Ryzopus royzae脂肪酶，优选的树脂催化剂为 717型强碱性阴离子交换树脂；催化剂用量为油脂质量的0.25％～3.0％。

所述的多孔膜分散装置为片状膜、管式膜或多通道膜及相应的膜组件组成， 其结构分别如图3～5所示。图3为片状膜组件，膜片9四周采用垫片10填充， 再采用外壳12通过螺栓11固定，待分散液体从未密封处透过膜片，液体走向如 图中箭头所示。图4为管式膜组件，膜管13采用密封垫圈14和螺丝螺母15密 封固定，待分散液体从未密封处透过膜管，液体走向如图中箭头所示。图5为多 通道膜组件，多通道膜16采用密封垫圈14和螺丝螺母15密封及固定，待分散 液体从未密封处透过膜管，液体走向如图中箭头所示。