超声波制取生物柴油工艺技术探讨

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1、中外能源第5期SINO-GLOBALENERGY窑47窑超声波制取生物柴油工艺技术探讨雍开东袁苟科袁张鹏袁高明(中国石油南充炼油化工总厂袁四川南充637000)摘要介绍了新兴的超声波制取生物柴油工艺技术袁并与液体碱催化技术进行了比较遥众多试验结果表明袁超声波能加速酯交换反应袁反应时间仅需5~30min袁其催化剂消耗量仅为液体碱催化技术的30%~50%袁甲酯转化率可达99%遥但在工业化应用方面仍需要原料预处理尧甲醇回收尧甲酯洗涤以及甲酯干燥等工艺过程遥据估算袁商业规模生物柴油加工中超生波处理的成本在0.002~0.015欧元/L

2、之间遥关键词超声波酯交换反应生物柴油工艺技术员前言计和制造出了超声波反应器遥试验研究和工业应用目前生物柴油主要是采用化学法生产袁即用表明袁低频率超声波制取生物柴油技术能极大提高动尧植物油脂与低碳醇(甲醇或乙醇)在酸或碱性催酯交换反应的速度袁缩短反应时间袁降低催化剂用化剂及一定温度尧压力下进行酯交换反应袁生成相量及提高甲酯产品转化率袁辅助效果明显优于机械应的脂肪酸酯袁再经洗涤尧干燥即得生物柴油遥根据搅拌袁工艺设备投资明显优于超临界技术袁加之可催化剂或反应条件的不同袁通常划分为液体碱催化以从混合产物中分离出甘油(二级生产)以推动反

3、应法尧固体碱催化法尧液体酸催化法尧固体酸催化法尧向正方向进行袁所以在工艺实现尧产品收率尧后续工超临界反应法尧生物酶催化法以及超声波反应法艺处理等方面均优于超临界技术遥等遥目前技术上较成熟并付诸于工业规模化生产的2超声波的作用机理当属液体碱催化法袁其次是超临界法和超声波法袁超声波是指振动频率大于或等于20kHz的一生物酶和固体碱技术正处于研发阶段袁酸催化法仅种机械振动波袁因人耳不能听见而得名遥超声波通对高酸值废油有利袁且因其成本较高袁实现连续化常以纵波的方式在弹性介质内传播袁是一种能量的工艺较困难袁故仅局限于小规模生产遥传播形式

4、袁频率高袁波长短袁在一定距离内沿直线传超临界法和超声波法的反应本质与液体碱催播袁具有良好的束射性和方向性袁是由超声波发生化法一样袁均是在液体碱催化剂参与下的酯交换反器发出的高频振荡信号袁通过换能器转换成高频机应袁但为了使反应体系尽可能达到均质化袁增大反械振荡而传播到介质中遥应介质分子间的接触机会袁推动反应向正方向进超声波对酯交换反应的作用机理是基于气穴行袁各自又采用了不同的辅助手段遥超临界法利用现象遥在超声波辐射下袁液体流动而产生数以万计了在高温尧高压下甲醇处于超临界状态袁可野溶解冶的微小气泡袁微小气泡(空化核)在声场作用下振

5、动袁其他反应介质的特性曰超声波法则是利用超声波气当声压达到一定值时袁气泡迅速增长袁然后内爆破穴现象袁充分野搅动冶反应体系曰液体碱催化法则是灭袁气泡破灭时产生冲击波袁使其周围产生上千大采用多级机械式强制搅拌遥由于辅助手段的不同袁气压力遥辐射波输入的能量被转换成摩擦尧紊流尧波也导致了各种方法在催化剂用量尧醇油比尧反应时浪和气穴袁负压的气穴气泡破灭可产生激烈的局部间尧产率等方面的差异遥目前国内外对超声波制生物柴油技术进行了作者简介院雍开东袁工程师袁1998年毕业于大庆石油学院化学工充分的试验研究袁得出了最佳的反应条件袁国外也程专业袁

6、目前主要从事生物柴油和燃料乙醇项目建设及相关试已有相关的工业化应用袁并专为生物柴油的生产设验研究工作遥E-mail院wliang@petrochina.com.cn中外能源窑48窑SINO-GLOBALENERGY2009年第14卷高温(约5000K)和高压(约100MPa)袁并伴随巨大的联台数和规格(见表1)遥最大生产能力可达630t/h袁年最大生产能力可达500伊104t遥该超声波反应器由冷却速率(大于109K/s)及液体喷射流(约400km/h)袁造成的压差和搅动可克服液体的黏附力和粘合力袁流动室(即反应室)尧超声波发生

7、器尧超声波转换器尧使反应体系在很短的时间里达到较好的混合[1]遥传动杆以及功率表等部件组成袁如图1所示遥3超声波制取生物柴油工艺技术表1Hielscher公司超声波反应器并联台数及规格3.1超声波反应器物料流速对应所需的功率及反应器200~750L/h1kW袁UIP1000超声波制生物柴油技术的关键设备是超声波800~3000L/h4kW袁4伊UIP1000反应器遥德国的Hielscher公司开发出了UIP1000尧33~12m/h16kW袁4伊UIP4000UIP4000和UIP16000三种不同规格的超声波反应20~70m

8、3/h96kW袁6伊UIP16000200~700m3/h992kW袁62伊UIP16000器袁并根据不同生产规模来确定超声波反应器的并静态混背压阀超声波转换器合器传动杆超声波发生器流动室(带伴热夹套)电流表图1Hielscher公司超声波反应器示意图流动室根据反应物料的流速