[发明专利]工业化微波合成生物柴油的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成生物柴油的方法，特别是一种工业化微波合成生物柴油的装置及其方法。 

背景技术

目前制备生物柴油的方法有五种：稀释或混合配制、微乳化、热解、酯交换及生物技术方法。稀释是利用石化柴油来稀释植物油，从而降低植物油的黏度和密度，该方法工艺简单，但制备出来的生物柴油质量不高，易出现喷嘴堵塞和结焦现象；微乳化法是利用乳化剂将植物油分散到黏度较低的溶剂中，以降低植物油的黏度，此方法因环境变化易出现破乳的现象；热解法是通过高温将高分子有机化合物变成简单碳氢化合物，此法复杂成本高；生物技术方法是利用脂肪酶将长链高分子降解成短链碳氢化合物，但技术尚待发展；酯交换是利用甲醇、乙醇等醇类，将甘油三酸酯中甘油取代下来，形成长链脂肪酸甲酯，从而降低碳链长度，增加流动性和降低黏度，此方法是制备生物柴油的常用方法。 

各种动植物油及废油都可以作为制备生物柴油的原料。可用于酯交换的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇，最为常用是甲醇。用于酯交换生产生物柴油的催化剂主要是酸和碱。 

酯交换生产生物柴油有多种工艺，但大都可以归纳为两个基本步骤，即反应和提纯。两步法投资不大，能达到一定产量，但工艺连续性和安全性存在问题。本发明在统览国内外生物柴油专利技术的基础上，对目前国内外酯交换合成生物柴油的工艺划分为以下类型：类一、从含油原料榨油开始的生物柴油生产常规方法之集成(包括榨油、精炼、酯交换)；类二、以废油脂为原料的酯交换生产工艺；类三、常压多级酯交换反应和多级分 离提纯工艺；类四、表面活性剂使油脂和醇类均相工艺；类五、超声波和水力空化使油脂和醇类混相工艺；类六、固体酸碱催化酯交换工艺；类七、棕榈油原料通过结晶或分馏等生产适合低温地区柴油工艺；类八、梯度升温和甲醇气相及高温循环带出酯等工艺；类九、钢管反应器压力下酯交换合成生物柴油；类十、临界条件及压力均相酯交换合成生物柴油工艺；类十一、直接混合法和反应混合法生柴工艺等。以上工艺类型尽管可以变换压力(常压或加压反应)和采用各种工艺设备或采取各种技术措施等，但它们概属于常规加热加工范畴，存在反应深度受局限，工艺复杂与条件苛刻(如高温高压或超临界条件)，以及反应周期长，生产效率低等缺点。 

为了说明已有工艺存在的问题，再进一步举例加以说明。 

中国专利01107895.2一种生物柴油的生产方法，以酸化植物油、下水道油及回收煎炸油为原料，在65-75℃回流4-8小时完成酯化。反应结束后静置1.5小时进行分离，蒸馏得生物柴油，反应时间长。 

中国专利02115477.5利用废动植物油生产生物柴油的工艺，在温度70-73℃下回流反应5小时；在73-85℃回流3小时15分钟；在85-90℃回流3小时，回流时间累计10-12小时得粗酯。静止12小时放出下层稀硫酸及甘油水。蒸馏收集220℃温度以下馏份；220～320℃馏份以及330℃以上馏份。320℃以上馏分加入下一批蒸馏。反应和处理时间太长。 

澳洲专利02830146.3烷基酯的制备方法，用废弃油脂做原料，三步反应：先酸催化酯化、再醇钠催化酯交换、再酸化皂化物酸催化酯化，从甘油酯和游离脂肪酸混合物制烷基酯。转化率91％，转化率不高，时间长。 

中国专利200510013266.0利用废油脂生产生物柴油的方法，以甲醇钠为催化剂，反应时间60-90min，油脂转化率92.4％、91.6％、95.7％。 

中国专利200510086379.3一种连续制备生物柴油的方法，这是一种高温高压方法。以短链醇为酰基受体，在短链醇近临界、临界及超临界状态下，将植物油脂转化连续制备生物柴油。将管式反应器由加热炉加热至280℃-350℃，反应压力16MPa～50MPa。管式反应器为盘管式反应器。脂肪 酸甲酯含量94-95％。 

中国专利200310117290一种生产生物柴油新方法，这是由CO₂和C3以下烃使植物油与醇共溶一相的超临界高压高温法。以植物油与小分子醇为反应物、加入共溶剂，在超临界高压下进行酯交换。将反应原料和共溶剂置于高压釜加热至200-350℃，反应压力10-30Mpa，反应30分钟结束。 

奥地利专利98811443.7生产脂肪酸甲酯方法及设备。将高级脂肪物与强碱溶液在酯基转移段(8)相连。反应或酯基转移段(8)包括静态反应器(12)，由于强力紊流在溶液中产生旋涡，通过动力紊流增大混合物界面。这是常规加热下的静态反应器例子，获得了较好反应效果。