生物柴油，過(guò)程強(qiáng)化

由于使用化石燃料和固體廢物處置會(huì)帶來(lái)大量化學(xué)品和燃料的生產(chǎn)，造成可持續(xù)工藝領(lǐng)域的全球環(huán)境問(wèn)題（全球變暖，氣候變化，生物多樣性的關(guān)注，和不同類(lèi)型的污染）。生物柴油是硫含量極低的液體是這些替代燃料之一，切具有可生物降解且無(wú)毒的燃料。它可以以純凈形式使用，也可以與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)混合使用，從而顯著減少了未燃燒的碳?xì)浠衔锏臄?shù)量，二氧化碳、一氧化碳的排放以及廢氣中的懸浮顆粒。當(dāng)今的工業(yè)生物柴油生產(chǎn)主要基于使用食用植物油作為原料的均相堿性或酸性催化劑進(jìn)行化學(xué)催化的酯交換反應(yīng)。

近年來(lái)，生物柴油（biodiesel）證明了其作為一種替代能源的可行性。生物柴油具有很多引人注目的特性，它不僅可以減少排放，還具備可再生性和能源可持續(xù)性。用于生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)各不相同，但這些生產(chǎn)技術(shù)都旨在應(yīng)對(duì)相似的生產(chǎn)問(wèn)題，例如反應(yīng)物的自然傳質(zhì)局限、擴(kuò)大規(guī)模的可行性以及下游加工的便利性問(wèn)題。生物柴油加工技術(shù)的幾大發(fā)展趨勢(shì)，主要包括：從間歇式轉(zhuǎn)向連續(xù)式酯交換反應(yīng)器，從可食用轉(zhuǎn)向非食用生物柴油原料，從均相轉(zhuǎn)向非均相催化酯交換反應(yīng)，以及從堿催化轉(zhuǎn)向酸催化酯交換反應(yīng)?？傮w來(lái)說(shuō)，該領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)正在向模塊化和更深度的可持續(xù)性聚攏，同時(shí)保持商業(yè)的可行性。

部分東南亞國(guó)家有著巨大的生物柴油生產(chǎn)潛力，幾乎能夠完全取代柴油的消耗。生物柴油標(biāo)準(zhǔn)也在不同區(qū)域環(huán)境中趨于本地化，以便于滿(mǎn)足生產(chǎn)、儲(chǔ)存和使用中主要原料的需求。因此，對(duì)于選擇替代柴油的生物柴油原料時(shí)，必須確保能夠減少排放，減輕潛在的健康危害。

用于生物柴油生產(chǎn)的常用商業(yè)間歇反應(yīng)器的主要缺點(diǎn)是反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，能量效率低，選擇性問(wèn)題，對(duì)工藝參數(shù)變化的響應(yīng)慢，傳熱和傳質(zhì)問(wèn)題（尤其是非均相催化劑）等。一些新型反應(yīng)器，例如作為微通道反應(yīng)器，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可實(shí)現(xiàn)高混合性能并改善傳質(zhì)，從而提高反應(yīng)產(chǎn)率的方法。微反應(yīng)器具有其中化學(xué)反應(yīng)是在受控的方式的微通道的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)執(zhí)行的微流體系統(tǒng)（寬度和深度的范圍從幾十到幾百微米的），其中所述流體流是層流和傳質(zhì)和傳熱的強(qiáng)烈增強(qiáng)。這些反應(yīng)器由于對(duì)整體反應(yīng)中的轉(zhuǎn)移現(xiàn)象有積極影響，例如葡萄糖氧化，Knoevenagel縮合，烯烴環(huán)氧化，酶促水解，酯化等，因此已被證明適用于許多非均相催化的合成程序。

微反應(yīng)器通道的小直徑可實(shí)現(xiàn)較短的徑向擴(kuò)散時(shí)間，從而導(dǎo)致狹窄的停留時(shí)間分布。由于可能實(shí)現(xiàn)對(duì)所需產(chǎn)物，即生物柴油的高選擇性，這在酯交換反應(yīng)中可能是有利的。由于高的表面體積比和短的擴(kuò)散距離，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速而高的反應(yīng)速率，從而增強(qiáng)了酯交換過(guò)程。另一個(gè)附加的重要的方面是更容易按比例放大通過(guò)的微型反應(yīng)器單元的數(shù)量相乘而不通道幾何形狀[的變化。在生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)間，溫度，所用催化劑的類(lèi)型和用量，混合強(qiáng)度，醇和油的類(lèi)型及其摩爾比是反應(yīng)效率的有效參數(shù)。使用微反應(yīng)器，由于高的表面體積比，油和醇的進(jìn)料在一個(gè)微尺寸的通道中混合，從而在兩個(gè)不混溶相之間實(shí)現(xiàn)了更好的質(zhì)量傳遞。

Buddoo等人報(bào)道了使用靜態(tài)混合器對(duì)從植物油中提取的甘油三酯進(jìn)行酯交換以生產(chǎn)脂肪酸甲酯（FAME）的技術(shù)。表1比較了連續(xù)化和傳統(tǒng)釜式生產(chǎn)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)了其在每年2萬(wàn)噸產(chǎn)量下資本（24%）和制造（11%）成本中的巨大潛在的節(jié)約空間。

表1 釜式反應(yīng)和連續(xù)流技術(shù)在生產(chǎn)FAME中的對(duì)比