专利名称：生质柴油提炼技术的超音波反应制程的利记博彩app
技术领域：
本发明是一种可有效缩短生质柴油大量生产时的反应时间、提高产能并可在常温常压下进行反应的提炼技术，所提炼的生质柴油可广泛应用在各柴油主机、引擎、燃烧器、锅炉等动力设备上。
背景技术：
生质柴油提炼方法中最常使用的即为转酯化技术，转酯化技术又可依其所添加的催化剂不同，细分为强碱、强酸、酵素以及需在高压高温环境下才可反应的超临界甲醇制程；目前全球60％的产能，如欧洲、美国、日本等国大多采用强碱制程，其优点为制程简单、成本低、反应快，故广为量产使用，唯一不同的是所采用的原料油因产地不同，而有所差异，欧洲等国大多采用油菜籽油、葵花油等高油脂含量的籽油，美国则是使用大豆油来进行反应、日本因地狭人稠，油脂成本较高，故回收废油炸油来进行转酯化反应。
常见的四种转酯化制程相较如下所示首先是强碱与强酸制程的比较，使用相同比例的催化剂进行转酯化反应时发现，强碱制程花费1小时即可完成反应，但强酸制程依其所添加的醇类不同，需花费3~69小时不等的时间；若以油脂与醇类的莫耳比率来看，强碱制程需要1∶6莫耳即达到90％以上的转化率，而强酸制程却需要1∶30莫耳方可达到相同的转化率，较高的莫耳比率将提高醇类的使用量，相对的生产成本也将大幅上升。
强碱制程虽然可以将反应时间缩短至1小时，但仅局限于实验室级的微量样品制造方可达到，若以相同的添加比例扩大至工厂大量生产时，即可发现搅拌马达在量产混合搅拌时，常因转速、层流现象以及搅拌死角过多，而无法上下混合、均匀搅拌反应，为达90％以上的反应率，常需将反应时间需要拉长3至4小时，此举将严重影响工厂产能。
以酯解酵素当成生物催化剂使用是近几年来生质柴油发展的方向之一，其原因不外乎酵素的添加具有增加转酯化反应的特性，即使在15％含水量环境下，该混合反应中仍有90％的转换率，此外某些特定酵素在水份含量越高的环境中，其反应越是激烈，如此的特性很适合运用在水分含量较高的废油炸油提炼生质柴油制程中，但由于酵素的价格过于昂贵，因此目前商业上大多以碱性及酸性催化剂为主。
酵素制程虽然有着上述的特性，但因酵素培养不易且需在特定的环境与条件下方能保持其活性，故转酯化反应时，其制程步骤变的相当繁琐，例如需将反应温度固定在35℃，过高或过低的环境温度都会影响酵素活性，此外制程进行中需不断添加醋酸盐以维持反应环境的Ph值，视反应率的提升，需再行添加适当的醇类含量，并维持每分钟150次的震动频率方可进行反应，种种严苛的条件将使得量产制程相对复杂化，且较令人担忧的是，随着使用酵素与方式的不同，其反应时间约为6.3~72小时不等，相较于碱性催化剂的简单、快速、转化率高等优点，这也是目前生质柴油量产厂未广泛使用酵素制程的最主要原因。
超临界甲醇制程，可在不需添加任何催化剂的条件下，快速的进行转酯化反应，文献所示，一个批次循环可在3分钟生产约5ml的生质柴油，正因为超临界制程不需添加任何催化剂，因此其反应需添加大量的醇类，其油脂与醇类的混合比例为1∶42莫耳，这样的醇类使用量为强碱制程的6倍，为强酸制程的1.41倍；除此之外，为了快速完成转酯化反应，反应时需在45~65MPa与350℃以上的高压高温环境下才可完成，此举将增加该制程的危险性与大幅提高反应成本，除此之外目前超临界甲醇制程因受限于高压高温的反应容器，故无法配合量产制造，仅能于实验室进行微量生产与特性分析，此乃该制程未来欲大量生产时急需克服的问题。
发明内容
本案发明人在进行生质柴油提炼实验时发现，四种转酯化反应制程仍各有其改善的空间，尤其是目前业界最广泛使用的强碱制程，若可有效的缩短反应时间，减少反应时所消耗的能量，在不需变动目前制程步骤条件下，即可将改良技术应用在商业量产上。
如欲缩短转酯化反应的强碱制程，其关键点有三项，第一项为反应时的温度，虽然反应时的温度越高其反应速率越快，但却必须考虑所使用的醇类沸点，若反应温度超过沸点，将造成醇类大量蒸发，而使转酯化反应不完全，以甲醇为例，在与油脂进行转酯化反应时其反应温度不得超过65℃，乙醇与丁醇则分别为78℃与117℃；第二项为反应时的压力，一般于工业上量产大多采用提高反应槽内的压力，压力一增加，醇类的沸点也随之提高，故可在高温高压的环境下进行反应，强迫转酯化反应快速进行，但此举将大量消耗能源，增加成本；第三项即为物理反应机制，所谓物理反应机制是指如何使用物理方式，增加油脂与醇类表面积接触进而提高其反应速率，本发明即是针对此项进行提炼制程的改良。
工业量产生质柴油时，大多使用大型的搅拌马达进行油脂、醇类以及催化剂的混合搅拌，搅拌时最常碰见的现象就是搅拌叶片会因转速受限、层流现象以及搅拌死角过多，而无法将大量的反应溶液上下混合、均匀搅拌，如欲达到相同的转化率，其反应时间势必延长。
超音波是一种物理性的震荡波，可经由介质来传递能量，其强度是以每秒钟通过单位面积的能量计算，一般以watt/cm2表示，超音波制程可以称为是一种液体爆破的现象，它是由非常剧烈的声音频率提供强烈的化学和物理反应使反应溶液充分搅拌，我们称此种现象为气穴现象，超音波震荡时所产生的疏密波，会使反应溶液发生过压与负压现象，过压将造成溶液分子被压缩，负压则使溶液分子膨胀，当溶液分子被扭曲分散而形成空洞时，周围的溶液会来弥补此空洞，当它们全都到达此空洞中心，将因相互碰撞而产生震动波，源源不断的疏密波所形成的物理搅拌效应，将缩短转酯化反应的时间与消耗的能量。
如图1所示，本发明所采用的超音波反应制程相较于传统转酯化制程，于相同的能量消耗下所产生的生质柴油，分别为1.78ml/g/kj与0.53ml/g/kj，使用超音波反应制程的产能为传统转酯化制程的3.35倍；若以相同的能量消耗下所产生的生质柴油热值进行比较，超音波制程的生质柴油热质为传统转酯化制程的3.33倍，分别为17.87cal/g/kj以及5.36cal/g/kj，如图2所示，上述二组数据均可清楚的发现，超音波反应制程于单位能量消耗下，确实有着较高的产能以及单位热值，换句话说，在达到相同产能下，超音波反应制程所消耗的能量较少，约为传统制程的1/3；此外由反应时间来看，超音波反应制程与相同的转化率下95％，所耗费的时间仅为传统转酯化制程的1/2，可有效缩短反应时间，如图3所示。
图4为超音波反应制程与传统制程所生产的生质柴油油品性质分析，比较图1、图3及图4可清楚发现，超音波反应制程所耗的时间与能量虽然较少，但所生产出的生质柴油与传统制程相似，有着近似的油品性质。
图1是超音波反应制程与传统反应制程，于相同的能量消耗下所能产生的生质柴油比较图。
图2是超音波反应制程与传统反应制程，于相同的能量消耗下所能产生的生质柴油单位热值比较图。
图3是超音波反应制程与传统反应制程，于相同的转化率下95％，所需的反应时间比较图。
图4是超音波反应制程与传统反应制程，产生的生质柴油油品性质比较图。
图5为超音波反应制程的流程图。
具体实施例方式
图5为超音波反应制程的流程图，其实施的步骤如下1.量取一定莫耳比率的油脂与醇类。
2.量取试量的碱性催化剂。
3.先将碱性催化剂预溶于醇类之中。
4.将油脂倒入超音波反应容器中，开启加热器将油脂预热至适当温度，同时激活超音波震荡机制，加速油脂预热。
5.持续使用超音波震荡，待油脂加热至适当温度时，将催化剂/醇类混合溶液倒入反应槽中，将温度持续加热至适当温度进行转酯化反应。
6.于适当的超音波振荡频率以及温度反应下，生质柴油以及副产品甘油，可在30分钟内快速反应完成。
7.添加适当莫耳比例的酸性催化剂，中和生质柴油与甘油的pH值。
8.利用油水分离器，将不同比重的生质柴油、甘油以及不纯的皂化物迅速分离，此举可得到纯净的粗制生质柴油。
9.添加适当的有机溶剂，使用超音波震荡重复将非酯类的不纯物析出。
9.添加适量的蒸馏水，使用超音波震荡重复水洗至适当次数，将亲水性的不纯物析出。
10.激活反应槽的加热装置并持续使用超音波震荡，将生质柴油加热至适当温度，回收残留的醇类、有机溶剂以及水分后，即可完成精致的生质柴油。
权利要求
1.一种生质柴油提炼技术的超音波反应制程，包括使用超音波震荡，于适合的温度、压力下以剧烈的声音频率提供强烈的震荡波使反应溶液充分搅拌，进行转酯化反应；产生的脂肪酸酯类可添加至各柴油主机、引擎、燃烧器、锅炉等动力设备上。
2.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该原料油具转酯化反应，如动、植物油及回收的废油炸油等。
3.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该醇类与油脂可以适当莫耳比例进行转酯化反应。
4.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该反应或中和生质柴油的pH值可为任何酸、碱性催化剂。
5.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该反应于加热装置中进行。
6.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该反应于油水分离装置将不同比重的生质柴油、甘油以及不纯的杂质分离。
7.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该反应添加有机溶剂，重复将不纯物析出。
8.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该反应添加适当水份，重复将不纯物析出。
9.如权利要求1所述的生质柴油提炼技术的超音波反应制程，其特征在于其中，该反应配合加热装置并持续使用超音波震荡机制，将生质柴油加热至一定温度，回收残留的醇类、有机溶剂以及水分。
全文摘要
生质柴油因具不需修改柴油引擎系统即可直接添加使用、低污染、高十六烷值等多项优点，故其提炼技术一直为能源工程重要的研究发展方向。目前生质柴油的制造方法约可分为碱制程、酸制程、酵素制程以及超临界甲醇制程，各制程分别有其优缺点，如碱制程、酸制程、酵素制程其反应时间较长，最快的碱制程反应也需花费1小时，而超临界甲醇制程虽然反应时间短，但需要在46~65MPa以及350℃以上的高压高温环境下反应，且每一批次产能约为5ml，无法大量生产制造。本发明所利用的超音波反应制程，可有效缩短生质柴油提炼时的反应时间，减少反应时所消耗的能量，进而提高产能、降低成本，并可在任何温度、压力下快速反应，减少人员操作上的危险性。
文档编号C10G3/00GK1872954SQ200510026480
公开日2006年12月6日 申请日期2005年6月3日 优先权日2005年6月3日
发明者林修安, 林成原 申请人:林修安, 林成原