[发明专利]使用纤维导管反应器制备生物燃料的方法和系统

说明书

政府基金

本发明是在美国国家科学基金小企业创新研究项目(合同编号DMI-0232067)和美国农业部小企业创新研究项目(合同编号2005-33610-15504)的支持下作出的。

技术领域

本发明总体上涉及纤维反应器/接触器，具体涉及采用这种装置通过相转移催化剂和助溶剂来实现两种不互溶反应组分之间分离和反应的方法。

发明背景

本发明能使两种不互溶的流体组分之间发生反应，从而制备所需的终端产物。这目前通过以下方式实现：制备一相在另一相中的分散体，从而产生具有能在其上发生质量转移和反应的大表面积的小液滴，如《化学工程手册》(Chemical Engineer′s Handbook)，21-1-21-29，第5版中“液-液和固-固体系”(Liquid-Liquid and Solid-Solid Systems)(Robert H.Perry&Cecil H.Chilton eds.，McGraw-Hill 1973)中所述。使用分散体将水溶性杂质洗出有机工艺物流，通过从有机工艺物流中提取酸碱化合物来中和有机工艺物流，并实现两种物流组分之间的化学反应。如《相转移催化：基础、应用和工业前景》(Transfer Catalysis：Fundamentals，Applications and Industrial Perspectives)(Charles M.Starks，Charles L.Liotta，&Marc Halpern eds.，Chapman&Hall 1994)中所述，对于化学反应而言，经常使用相转移催化剂来提高液滴界面上的质量转移。助溶剂也可以用于该目的。

在超过100亿美元/年的化学物质(包括单体、添加剂、表面活性剂、聚合物、调味剂和香料石油化学物质、农业化学物质、染料、橡胶、药物和炸药)的商业制造中使用相转移催化(PTC)技术。也在污染预防、污染处理和去除或破坏废料和产物物流中的杂质中使用PTC技术。在这些应用中使用PTC技术是由于其具有很多令人瞩目的优点，这种优点主要与降低制造有机化学物质和预防污染的成本有关。使用PTC通常能实现很多重要且有利的加工性能，包括生产率增加(产率增加、循环时间减少、单元操作减少或合并和反应器体积效率增加)，环境性能改进(消除、减少或替换溶剂和减少非产物输出)，质量提高(选择性提高和不稳定性降低)，安全性提高(放热受控并且使用较少的有毒原料)，生产成本降低[消除处理单元操作(workup unit operations)并使用替代原料]。由于在商业应用中能实现这样一长列非常希望的优点(通常在每种应用中实现多种优点)，PTC技术能得到广泛的应用是毫不奇怪的。降低成本和预防污染是目前化学工业中两个最强的驱动力，它们正好与PTC所具有的强项和优点相匹配。

虽然具有这些明显的优点和广泛的应用，很多化学公司仍不使用PTC技术。PTC工程发展阶段中面临的最困难的挑战可能是分离。具体地，由于PTC催化剂类似于皂性物质(soap)并且具有界面活性，并且对产物纯度和质量而言，需要在发生反应之后分离催化剂，因此相分离可能是困难并耗时的。

加工植物油通常包括以下步骤：1)通过酸脱胶来去除磷脂如卵磷脂；2)通过中和来去除能导致经过加工的油发生酸败的游离脂肪酸(在一些方法中脱胶和中和结合使用)；3)通过洗涤以去除经过中和的植物油中的残余苛性物质和皂性物质(通常推荐二次洗涤)；4)通过漂白以去除有色体；和5)除臭。此外，如上述PTC技术所述，由于游离脂肪酸和苛性物质反应形成皂性物质，很多现代工厂工艺是连续的并采用离心来加速苛性中和及后续洗涤中的油和水层沉降。

美国专利第3,754,377、3,758,404、3,839,487、3,977,829和3,992,156号涉及在不形成分散体的情况下实现两种不互溶的流体之间质量转移的方法。