[发明专利]一种静态反应制备生物柴油的生产工艺

说明书

本发明公开了一种静态反应制备生物柴油的生产工艺，其具体步骤如下：按一定配比向搅拌釜a中投入甲醇和磁性界面催化剂，并将油脂投入原料槽b中，待用；将油脂、磁性界面催化剂和甲醇加入至混合器c中乳化；乳化完全后，将乳液通入反应器d中进行静态反应。反应产物先经过磁回收设备e，再经过醇洗、精馏等后处理制得生物柴油和甘油。本发明通过调控磁性界面催化剂的密度和两亲性，使其具备较好的醇油乳液稳定能力；通过搅拌或者超声，使反应液形成稳定的醇包油乳液，进而实现反应过程静态化，降低过程能耗；且本发明的工艺中，催化剂可磁回收，不会产生废液，该工艺可以解决现有生物柴油生产过程中所存在的高能耗和废水的问题。

技术领域

本发明涉及可再生能源领域，具体为一种静态反应制备生物柴油的生产工艺。

背景技术

自21世纪以来，能源危机和环境污染已经成为人类可持续发展所面临的重大难题。开发新型可再生能源和减少二氧化碳排放已是当务之急。其中生物柴油作为可再生能源之一因其优越的环保性能而受到了广泛的关注。

脂肪酸单烷基酯是动植物油脂、废弃油脂或微生物油脂与低碳醇经过酯交换反应得到的反应产物之一，因其各项性能指标（十六烷值、粘度等）与普通柴油接近，所以被称为生物柴油。它具有可再生性、环保性、燃料性好、安全性高、使用方便、良好的润滑性能、可生物降解等诸多优点。

生物柴油的生产技术主要包括均相酸（碱）催化法、非均相酸（碱）催化法、生物酶催法以及超临界法（张雁玲等. 当代石油化工, 2019, 27(12): 39-45）。均相酸（碱）催化法是以动植物油脂和甲醇为原料，加入均相酸（碱）催化剂（氢氧化钠、甲醇钾、硫酸、磷酸、烷基苯磺酸等）进行酯交换反应。以Lurgi二级连续醇解工艺为例，其工艺流程如下：先将甲醇与氢氧化钠配成溶液，再与油脂混合进行一级酯化反应；产物分离出甘油后，补充部分甲醇与氢氧化钠溶液，进行二级酯化反应。此工艺在60℃，常压，双反应器的条件下油脂转化率可以达到96%。为了减少水和游离脂肪酸对生物柴油产率的影响，文献（Alexandra, etall. Applied Catalysis B: Environmental, 2014, 106: 743—756）采用4-十二烷基苯磺酸催化甘油三酯和甲醇的酯交换反应，在温度低于80℃，催化剂用量0.068%wt，醇油摩尔比为4：1的条件下，反应3小时甘油三酯达到99%的转化率。该类工艺具有反应温度低、反应时间短、原料转化率高等优点，但是存在催化剂不可回收，会产生大量废水，能耗高，设备腐蚀，成本投资大等问题。

非均相催化法旨在解决均相催化法存在的催化剂不可回收和废水问题，使用固体酸（碱）催化剂代替均相催化剂，凭借载体比表面积大的特性提高反应速率。如法国石油研究院开发的Esterfip-H固体碱两段反应工艺，该工艺采用两级固定床反应器，先令甲醇与植物油进行一次酯交换反应，分离后的产物与新鲜甲醇混合后进行二次酯交换反应，产物经分离可得高纯度生物柴油，产率可达99%。文献（Wang, et all. Fuel ProcessingTechnology, 2014, 128: 10-16）将硫酸铁注入有序介孔碳中制成固体酸催化剂，在温度80℃，甲醇、油酸和催化剂质量比为30:1:0.03条件下反应6小时，游离脂肪酸的转化率可达98%。该类工艺具有低腐蚀性、易回收、环境友好等优点，但存在催化效率低，催化剂稳定性差，重复利用性差和原料适应性差等缺陷。