[发明专利]用微波技术由微藻直接制备生物柴油的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用微波技术由微藻直接制备生物柴油的方法

背景技术

随着人类社会的不断发展和对能源的需求的增大，储量有限的化石燃料必将耗竭。开发新的可替代能源成为人类生存发展所面临的巨大挑战，而生物柴油作为一种清洁的可替代能源受到越来越多国家和学者的重视。现有的生物柴油制备方法可概括为：物理法、化学法和生物法。在化学法中，对酯交换制备生物柴油的研究已成为研究热点并已实际应用于生产。酯交换法制备生物柴油的原料为动植物油脂和醇，其中植物油脂主要从油料植物中获取，获取的方式主要有有机溶剂萃取法和压榨法。获得的油脂在一定条件下，与醇发生酯交换反应，产物主要为生物柴油和甘油。整个工艺分为两大部分：油脂获取部分和酯交换反应部分。以酸碱催化酯交换工艺为例，如若将油脂萃取与酯交换反应两部分耦合成一个单元，不仅大大降低整个工艺的复杂程度，而且会减少设备投资和运行能耗，便于操作。

微藻是理想的生物柴油油脂原料来源之一。它的培养只需提供光照、CO₂、营养液、水体等简单基本的条件，就可以达到快速扩增繁殖的效果。通过调控培养的微藻，不仅可以达到具有较高含量的油脂，而且具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长快、周期短等特点。虽然微藻个体微小，但是细胞壁大多厚实，常规的油脂萃取方法不仅费时费力，而且需要耗用大量有机萃取剂，加大了分离的难度，需要使用大型萃取设备，已不能满足发展的需要。随着科学技术的发展，先后出现了超临界流体萃取技术和微波萃取技术。超临界萃取技术，但因存在设备复杂、运行成本高和萃取效率低等问题，发展和应用受到限制。而微波萃取技术则克服了以上缺点，表现出良好的技术发展前景和应用潜力。

微波萃取技术是在常规溶剂萃取的基础上，应用微波特有的效应来提高萃取效率的。常规溶剂萃取微藻油脂时，由于大部分微藻细胞是完整的，微藻细胞内的油脂难以渗出细胞壁，进入到萃取溶剂当中，因而油脂萃取效率及萃取率都较低。但如若有微波存在于萃取体系内，则较短时间内，微波射线便会透过萃取液传递到达微藻内部微管束和细胞内，使细胞内温度迅速升高。高温使细胞内部压力超过细胞壁的承受压力，从而导致细胞破裂，细胞内的油脂分子流出与萃取液充分接触，大大提高了溶剂萃取的效果。

此外，微波还具有加快酯交换反应速率的效果。这是由于微波以每秒几十亿次的频率，使像甲醇这样的极性分子剧烈震荡、搅动，大大增强了扩散过程，使甲醇和油脂充分反应，加速了反应进程，酯交换反应在短时间内完成。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种强化油脂萃取和酯交换反应、大大缩短萃取和反应时间、生产工艺简单的用微波技术由微藻直接制备生物柴油的方法。

本发明以如下技术方案解决上述技术问题：

用微波技术由微藻直接制备生物柴油的方法，包括如下步骤：

① 原料预处理：将干燥的微藻除杂后，粉碎、研磨后过筛；

② 填装：将粉碎后的微藻干粉和萃取剂分别装入萃取-反应釜，启动循环泵使萃取液与微藻粉料充分混合；

③ 萃取油脂：填装完毕后，启动萃取-反应釜中的微波发生器，对釜内物料进行微波辐射，通过萃取得到油脂；

④ 酯交换反应：将甲醇送入混合器中与催化剂混合后再送入萃取-反应釜进行混合，同时启动微波发生器对釜内物料进行辐射进行酯交换反应；

⑤分离：在萃取-反应釜中反应完全后的物料，经板框过滤器去除微藻残渣后，再由闪蒸罐蒸去大部分未反应甲醇，未反应甲醇经冷凝器冷凝后回流到甲醇储罐；从闪蒸罐底部出来的产物即为粗生物柴油，需在后续工段继续精制。

粉碎、研磨后过筛的微藻为200~300目筛的筛下物。

萃取-反应釜的微藻填装量为釜体积的40~60%。

步骤②所述的萃取剂为环己烷或者正己烷，萃取剂与微藻原料的质量比为6~9∶1。

步骤③、④所述的微波发生器功率为10~15KW。

微波发生器对萃取-反应釜内物料萃取时辐射加热分5~6次进行，每次辐射时间60-70s；萃取总耗时15~20min。

每次辐射完成后，都要关闭微波发生器，启动循环泵进行物料混合；混合均匀后关闭循环泵，再启动微波发生器进入下个60s辐射循环，直至完成规定循环次数。

步骤④所述的酯交换反应的催化剂为KOH固体，催化剂和甲醇加入量分别为微藻质量百分数的1~2%和30~60%；酯交换反应总耗时5~10 min。