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用来生产棕榈甲基酯(生物柴油)的6阶段连续反应器的性能测试

文章来源:中国新能源网 | 发布日期:2008-08-12 | 作者:陈捷 | 点击次数:

泰国政府已经计划在2012年生产8.5ML/d的生物柴油。生物柴油商业化的成功是泰国可持续发展的一个重要因素。因此生物柴油的生产技术在泰国是迫切需要的,而且正被开发。

在过去几年,各种植物油一次投料的酯基转移反应得到广泛深入的研究。影响反应速率和转化率的重要因素是催化剂类型和浓度,反应温度,醇对油的克分子量比,混合强度,以及反应物的纯度。对含小于1%自由酯肪酸的油、碱性催化酯基转移反应是适合的,典型的反应条件如下:醇对油的克分子量比为6:1,反应温度为接近醇的沸点(对大气压的反应器为60-70℃),常用的催化剂为NaOH或KOH,浓度为油的1%以下。

对于小规模生物柴油生产,常用的方法是一次投料酯基转移工艺,但连续工艺对大规模生产,通常能提供较低的生产成本和较一致的产品质量。一些为生产生物柴油的连续反应器已经开发出来。达诺科和切杨曾用一个连续搅拌罐反应器从精棕榈油用酯基转移的方法生产生物柴油。诺到迪尼及其小组曾用包括两个静止混合器,一个高剪切混合器和一个滞留管的连续工艺,对大豆油进行酯基转移反应。哈维和马卡利曾用摆动流反应器对菜籽油进行酯基转移反应。根据欧盟关于柴油替代燃料的标准,可出售的生物柴油的最低可接受的脂肪酯纯度是96.5%(按重量计)。简单的和复杂连续的反应器都能生产出可出售的生物柴油,所需的滞留时间则取决于反应状况和反应器的滞留时间分布状况。

但是,还没有文献报导对植物油进行酯基转移的多阶段机械搅拌罐简单连续反应器的性能评测。黑维杰持在2006年设计了一个6阶段连续反应器,用它从精炼的、漂白的和脱气味的棕榈油,用甲醇进行碱性催化酯基团,生产甲基酯(生物柴油)。反应器设计成包括6个连续搅拌罐反应器在一起形成铅垂方向层叠式结构。每个单元由有小口的板隔离。每个单元中间高度处有一涡轮。全部涡轮都安装在一根轴上,在轴的上端由一搅动马达驱动。

滞留期设定为3、6、9、12分钟,相应的棕榈油和NaOH/甲醇溶液的总流量分别为757.3,378.7,252.4,189.3mL/min。整个实验棕榈油对NaOH/甲烷溶液的流量比率保持在3.81:1,以期达到计算所得的甲醇对棕榈油的克分子量比率为6:1。

整个实验在60℃下进行。实验结果显示,产出最高纯度的甲基酯(生物柴油)的搅拌转速,在滞留期为了和6分钟时分别为500和300rpm,而当滞留期为9和12分钟时为200rpm。是否采用适当的搅拌转速,对反应器的生产能力有很大影响。当滞留期为6分钟时,若反应器以合适的搅拌转速300rpm运行,可得到97.5%(以重量计)纯度的甲基酯。但若反应器以不适当的转速800rpm运行,就必须以较长的滞留期(9或12分钟)运行。这样反应器的生产能力降低到67%和50%。

实验结果显示,NzOH对棕榈油的比率只有在0.75%和1.0%(按重量计)时,才能生产出可出售的甲基酯。但是,为了生产纯度为97.5%的甲基酯,NaOH对棕榈油的比率为1.0%时,所需要的滞留期,只等于该比率为0.75%时的一半。

本实验使用的6阶段连续反应器在不同滞留期得到的产品中,甲基酯(生物柴油)的高重量百分率,以及残留的甘油三酸酯、甘油二酸酯和甘油一酸酯的低重量百分率,可以同在相同的反应条件下用棕榈油以酯基转移方法生产甲基酯的完全混合式一次投料反应器比美。经过计算,本实验使用的6阶段连续反应器在产品纯度为97.5%,98.2%,99.2%的条件下,生产能力分别为17.3L/h,11.4L/h和8.5L/h。

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