一种采用微反应器制备生物柴油的方法

本发明涉及一种制备生物柴油的方法，尤其涉及一种采用微反应器制备生物柴油的方法。

背景技术：

1、生物柴油来源于绿色可持续发展的生物质，可以利用植物油、动物油脂或餐厨废弃油等进行生产，且燃烧残碳低，对环境比较友好，被称为非化石“绿色能源”。

2、生物柴油主要通过酯交换反应进行生产制备。传统制备生物柴油的工艺一般为间歇式工艺，但是间歇式工艺制备生物柴油因其反应时间长，投资消耗大，近年来已被连续化工艺取代。目前连续化生产生物柴油的反应器主要有管式反应器、固定床反应器、膜反应器、微反应器。

3、微反应器一般指微米级或毫米级反应器，内部尺寸小使得其内部表面积增大，传质与传热过程得到有效提高。同时微反应器操作比较简单，调节产量可以通过增减反应通道的数量实现。

4、微反应器中的流动一般认为是层流，主要依赖于分子扩散，同时由于醇油两相互不相溶，酯交换反应只能在两者接触面进行，使得传质效果不好，大大影响了生物柴油产率。对于微反应器一般使用两种方法促进混合，一是加入助溶剂、均相催化剂，使反应体系成为均相；二是对微反应器内部的构造进行设计，促使两相的混合，增强传质，这个方法逐渐成为研究热点。

5、文振中等（文振中. 生物柴油制备的反应过程强化方法的研究[d]. 上海: 华东理工大学, 2010.）设计了“zigzag”型微反应器，改变微槽道的尺度和形状，在固定条件下产率可以达到97.3%。李冬媛等（微通道反应器中连续生产生物柴油的工艺研究[d]. 辽宁:大连理工大学, 2013.）设计了“z”字型通道，在一定条件下生物柴油产率可以达到96.9%。

6、santana等（santana h s, silva j l, tortola d s, et al. chinese journalof chemical engineering, 2018, 26(4): 852-863.）设计了带有圆形障碍物的微反应器，障碍物的排列和数量影响了生物柴油的产率，在最优条件下产率可以达到99.99%。santana设计了带有静态挡板元件的微反应器，在12s的停留时间下，葵花籽油和乙醇的酯交换反应产率可以达到99.53%。其他研究也设计了伞形、菱形等微反应器，目的均是促进流体的混合，提高传质效率。但是这些研究中所采用微反应器结构复杂，设备制造工艺要求高，成本高。同时只适用于均相催化体系，产物后处理复杂，污染大，如需要水洗以除去均相催化剂。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供一种设备结构简单，生产成本低的采用微反应器制备生物柴油的方法，解决了现有生物柴油微反应器合成工艺中所使用传统微反应器结构复杂、成本高、采用均相催化剂、腐蚀大、后处理复杂且污染大的问题。

2、技术方案：本发明所述的采用微反应器制备生物柴油的方法，步骤包括先将微反应器置于加热器中，再将醇和油脂分别注入该微反应器，进行酯交换反应，反应结束后将混合物静置或离心分层，上层液体经精馏去除过量醇后得到生物柴油；所述微反应器由多根反应管串联或并联组成，反应管中填充有固体碱催化剂颗粒。

3、优选地，所述醇为甲醇或乙醇中的至少一种。

4、优选地，所述油脂为大豆油、花生油、蓖麻油、动物油脂、棕榈油、菜籽油或餐厨废弃油中的至少一种。

5、优选地，所述醇和油脂的体积比为0.1：1 ~ 3：1。

6、优选地，所述催化剂为负载有氟化钾或氟化钠的类水滑石。

7、优选地，所述酯交换反应温度为45~180℃。

8、优选地，所述固体碱催化剂颗粒的目数为10~80目。

9、优选地，所述固体碱催化剂颗粒的装填长度为3~10cm，所述反应管的长度高于催化剂装填长度2~5cm。

10、优选地，所述反应管的材质为不锈钢，反应管的内径为0.5~5mm。

11、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：（1）生产设备结构简单，成本低，本发明提供的生产方法不需要额外的微混合器，反应器结构简单，降低了设备成本；（2）工艺简便，本发明采用装填了固体碱催化剂的直管作为微反应器的反应管，催化剂颗粒的存在起到催化反应进行和促进混合增强传质的双重作用，相较于传统微反应器工艺，无需额外加入共溶剂和均相酸碱催化剂，产物无需经分离催化剂步骤，仅需分层后蒸馏去除未反应的醇及油脂即可得到产品生物柴油。

技术特征：

1.一种采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，该方法包括先将微反应器置于加热器中，再将醇和油脂分别注入该微反应器，进行酯交换反应，反应结束后将混合物静置或离心分层，上层液体经精馏去除过量醇后得到生物柴油；所述微反应器由多根反应管串联或并联组成，反应管中填充有固体碱催化剂颗粒。

2.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述醇为甲醇或乙醇中的至少一种。

3.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述油脂为大豆油、花生油、蓖麻油、动物油脂、棕榈油、菜籽油或餐厨废弃油中的至少一种。

4.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述醇和油脂的体积比为0.1：1 ~ 3：1。

5.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述催化剂为负载有氟化钾或氟化钠的类水滑石。

6.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述酯交换反应温度为45~180℃。

7.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述固体碱催化剂颗粒的目数为10~80目。

8.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述固体碱催化剂颗粒的装填长度为3~10cm，所述反应管的长度高于催化剂装填长度2~5cm。

9.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述反应管的材质为不锈钢。

10.根据权利要求1所述采用微反应器制备生物柴油的方法，其特征在于，所述反应管的内径为0.5~5mm。

技术总结
本发明公开了一种采用微反应器制备生物柴油的方法，该方法包括先将微反应器置于加热器中，再将醇和油脂分别注入该微反应器，进行酯交换反应，反应结束后将混合物静置或离心分层，上层液体经精馏去除过量醇后得到生物柴油；所述微反应器由多根反应管串联或并联组成，反应管中填充有固体碱催化剂颗粒。与已有技术相比，本发明反应通道中催化剂颗粒的存在起到催化反应进行和促进混合增强传质的双重作用，相较于传统微反应器工艺，不需要额外加入均相催化剂，降低了设备的腐蚀及产物的分离成本，提高了传统微反应工艺的绿色度，同时，本发明提供的方法不需要额外的微混合器，降低了设备成本。

技术研发人员：高李璟,岳倩倩,肖国民,魏瑞平,苏海棠,蔡兆甜,刘盼丽,田梦媛
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12