[发明专利]一种连续制备生物柴油的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种连续制备生物柴油的装置及方法，尤其是涉及一种采用泡沫金属填充反应器合成生物柴油的装置和方法，属于生物柴油制备技术领域。

背景技术

生物柴油是以动植物油脂等为原料，与常规柴油相比，它具有优良的环保特性、较好的低温发动机启动性能、润滑性能、安全性能和可再生特性等得到人们的青睐，作为可替代石化柴油的清洁液体生物燃料，具有巨大的潜力和广阔的市场前景。

酯交换法是目前生物柴油工业化生产的主要方法。其利用甲醇、乙醇等醇类物质，在催化作用下，将植物油中的甘油三酸酯中的甘油取代下来，形成长链的脂肪酸甲酯。反应通常在间歇或连续搅拌釜式反应器中，在20-80℃下，经过数小时完成。由于在常规搅拌反应器中油醇不相溶体系混合分散困难，故反应时间长、转化率低、能耗大。另外，采用间歇式反应器反应辅助时间较长，生产效率低。

在超临界条件下，通过酯交换反应合成生物柴油近期得到了广泛的关注。CN15944504披露了一种用超临界方法在2-15min内得到高转化率生物柴油的方法。其反应产率较高，无需催化剂，产物分离简单。但其醇油摩尔比为40到100，醇大量过量造成醇回收成本的上升。另外，由于超临界过程涉及高温(320℃)、高压(25MPa)，单位生物柴油产出所需能耗较高，且对反应设备和操作安全提出了很高要求。

针对以上问题，近期出现了许多高效生物柴油反应器。CN1919973A提出利用环路湍流反应器组成一套连续式制备生物柴油的装置，反应温度为150-230℃，压力为1-7MPa，停留时间为5-30min，生物柴油转化率可达99％以上，但其温度和压力均较高。CN100999679A提出加入助溶剂促进醇油两相混合，混合液连续进入管道反应器中进行酯交换反应，反应温度为60-65℃，醇油比为10-27，反应时间为30-120min，生物柴油产率为97.0-99.9％，但其醇油比高，反应时间长，引入助溶剂将给后续处理带来不便并增加原料的成本。CN1810930A在传统生物柴油生产技术基础上，加入乳化混合器(0.2-1.0MPa)，使不相溶的甲醇和油脂混合均匀分散成1-10微米的液滴，大大增加两相反应的接触表面积，经换热器加热进入鼓泡反应塔，降压，甲醇气化形成大量的细小气泡，加大接触界面，从而加快酯交换反应速率，但进入乳化混合器前需通过加压泵，生产条件较复杂。Stavarache(Ultrasonic Sonochemistry，2005，12，367)等人使用超声波强化反应器合成生物柴油，在停留时间20分钟下达到超过90％产率。Azcan(Fuel，2008，87，1781)等人使用微波反应器，在停留时间为5min下，转化率达到93％，但超声波的引入增加了反应装置的复杂性，加大了生产成本。

微反应技术是当今精细化工、制药、健康保健行业一个最具创新的技术之一，具有极其优良快速的混合、高效传热、提高产率，反应物停留时间的窄分布的特点。CN101148409A利用微通道反应器，在常压和90-170℃的反应温度下，控制反应物料在微通道反应器中停留5-60min，即可制备生物柴油，且产率较高，但微反应器的产量太小。CN1861751C披露了一种在微通道反应器中用碱催化法合成生物柴油的方法，该法可以再60℃下，5min内使生物柴油转化率达到95％。但该方法需要预先混合，反应效率低。CN101333451A披露了一种将微换热器、微混合器和微反应器集成于一体的生物柴油微反应系统，70℃，1min，大豆油甲酯收率为95.5％，但其需要预热，系统较为复杂，生物柴油产量小于10mL·min^-1。

目前，微反应器技术最大的问题是生物柴油的产量很低，单台微反应器产量小于0.6kg·h^-1，虽然以上发明均宣称可以通过简单的数量的增加来提高生物柴油的产量。但即使对于小规模生物柴油的生产规模(1万吨/年)，最少需要并联2200个微反应器，这是很困难的。

因此，需要开发一种低能耗、高效率、连续操作、便于量产的生物柴油合成方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种生物柴油的制备装置和方法，具有工艺简单、能耗低、效率高、连续操作、便于量产的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：