超臨界萃取-反應(yīng)耦合工藝制備微藻生物柴油.pdf

1、隨著全球能源戰(zhàn)略的調(diào)整，綠色可再生能源的關(guān)鍵性地位的確立，生物柴油作為典型的清潔再生能源，近年來成為各國新能源領(lǐng)域高新技術(shù)競爭的熱點(diǎn)，超臨界酯交換工藝具有綠色、簡單、高產(chǎn)、高效等優(yōu)勢，然而工藝成本較高。為此，本文以超臨界酯交換工藝為技術(shù)背景，從設(shè)備、原料以及工藝角度降低制備成本。從設(shè)備角度，改進(jìn)固定床反應(yīng)器填料，考察填料種類及反應(yīng)影響因素，同時，對反應(yīng)動力學(xué)及熱力學(xué)進(jìn)行研究;從原料角度，以高附加值金藻以及廉價小球微藻為原料;從工藝角度，

2、利用超臨界CO2萃取耦合超臨界酯交換技術(shù)，確定耦合工藝控制步驟和最佳工藝條件，在此基礎(chǔ)上對耦合工藝進(jìn)行強(qiáng)化;利用超臨界甲醇萃取耦合酯交換工藝原位制備生物柴油，通過響應(yīng)面法對工藝進(jìn)行優(yōu)化。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴改進(jìn)固定床反應(yīng)器，優(yōu)化超臨界連續(xù)化酯交換工藝。分別選用玻璃珠、玻璃彈簧、θ環(huán)等填料，研究不同填料種類及尺寸對工藝的強(qiáng)化效果。研究發(fā)現(xiàn)，在相同停留時間條件下，以θ環(huán)為填料時甲酯產(chǎn)率及產(chǎn)量均最高，穩(wěn)定時間最短，當(dāng)溫度為350

3、℃、壓力22 MPa、醇油摩爾比42∶1、醇油進(jìn)料流量分別為0.20 mL/min、0.109 mL/min時，反應(yīng)30min系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，產(chǎn)率可達(dá)90.27％，重復(fù)使用60 h，產(chǎn)率沒有明顯變化。⑵為深入探討超臨界酯交換過程機(jī)理，為實驗提供理論依據(jù)，對反應(yīng)動力學(xué)及熱力學(xué)行為進(jìn)行研究。以θ環(huán)固定床反應(yīng)器實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，得到不同溫度下反應(yīng)速率常數(shù)，擬合出活化能為54.13 kJ/mol。通過熱力學(xué)計算，確定了醇油混合物臨界參數(shù)及醇油純物質(zhì)

4、溶解度參數(shù)。⑶以金藻為原料，對超臨界萃取耦合超臨界酯交換工藝進(jìn)行系統(tǒng)研究，優(yōu)化匹配萃取動力學(xué)及反應(yīng)動力學(xué)，得到最佳耦合工藝為:顆粒尺寸為40目、萃取溫度60℃、系統(tǒng)壓力18-20 MPa、CO2流量為0.5 L/min、正己烷流量0.4 mL/min、反應(yīng)溫度340℃、醇油摩爾比84∶1，系統(tǒng)穩(wěn)定后產(chǎn)率為56.31％。分別以稀硫酸和少量磷酸鉀為催化劑強(qiáng)化耦合工藝，當(dāng)硫酸甲醇濃度及磷酸鉀用量分別為0.3％和2 g（占反應(yīng)器體積6.2％），