超臨界下萃取酯交換耦合反應(yīng)制備生物柴油.pdf

1、隨著全球能源發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整，綠色可再生能源在能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占有越來越重要的地位，并將逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)石化能源。作為典型的綠色能源，生物柴油近年來備受各個國家和地區(qū)的重視。超臨界低碳醇酯交換反應(yīng)是制備生物柴油的新型工藝，具有綠色、快速、高產(chǎn)、高效等優(yōu)勢。相較間歇型制備工藝，連續(xù)型制備工藝能夠降低生產(chǎn)成本與能源消耗，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。為此，本文以超臨界甲醇酯交換反應(yīng)制備生物柴油為研究背景，探討不同反應(yīng)器對連續(xù)過程的影響，優(yōu)化反應(yīng)工藝，并把超

2、臨界萃取技術(shù)與超臨界甲醇酯交換反應(yīng)耦合起來，直接以大豆片為原料，一步法制備生物柴油，確定耦合工藝控制步驟和最佳耦合條件。同時，從理論上計算連續(xù)反應(yīng)動力學(xué)和熱力學(xué)行為，為工藝生產(chǎn)推廣提供理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.為了縮短系統(tǒng)穩(wěn)定時間，提高酯交換反應(yīng)產(chǎn)率，首先以大豆油為原料分別在盤管式反應(yīng)器、直管式填料床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行超臨界連續(xù)酯交換反應(yīng)的實驗研究?？疾炝朔€(wěn)定時間、溫度、壓力、醇油摩爾比、進(jìn)料流量等影響參數(shù)。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，直

3、管式填料床反應(yīng)器的反應(yīng)效果優(yōu)于盤管式反應(yīng)器，穩(wěn)定時間短，產(chǎn)物產(chǎn)率高。在直管式填料床反應(yīng)器內(nèi)，當(dāng)條件滿足300℃、22MPa、醇油摩爾比42∶1時，系統(tǒng)穩(wěn)定時間為30min，甲酯產(chǎn)率為80.26％，鐵絲網(wǎng)填料可連續(xù)重復(fù)使用11次。
　　2.對超臨界萃取耦合酯交換過程進(jìn)行系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定之前，反應(yīng)過程是耦合工藝的控制步驟，反應(yīng)穩(wěn)定之后，則萃取過程是控制步驟。因此，在研究反應(yīng)器和反應(yīng)過程的基礎(chǔ)上，對萃取過程進(jìn)行優(yōu)化。發(fā)現(xiàn)在超臨

4、界CO2中添加適量夾帶劑正己烷可以顯著提高大豆片出油率，具體條件為20g分層填料0.4mm厚大豆片、40℃、20MPa、CO2與正己烷質(zhì)量比21∶1，120min后萃取率可達(dá)到99.99％。
　　3.發(fā)現(xiàn)超臨界萃取夾帶劑正己烷對超臨界酯交換反應(yīng)起到強化作用。綜合考慮操作參數(shù)對甲酯產(chǎn)量和產(chǎn)率的影響情況，優(yōu)化匹配萃取動力學(xué)和反應(yīng)動力學(xué)，得到最佳耦合反應(yīng)條件為:萃取溫度40℃、反應(yīng)溫度300℃、壓力18MPa～20MPa、CO2與正己烷