[發明專利]利用脂肪酶連續生產生物柴油的方法及生產裝置

無效

• 申請號: 201110225794.8
• 申請日: 2011-08-09
• 公開（公告）號: CN102321504A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 黃福川;黃孝平;謝云果;莫宇飛;盧朝霞;粟滿榮;唐興中;楊茂立;李宏君
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C11C3/10
• 分類號: C11C3/10;C12P7/64;C10L1/02
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務所有限責任公司 45104
• 代理人: 翁建華

技術領域

本發明屬于生物能源技術領域，尤其涉及一種利用脂肪酶連續生產生物柴油的方法及生產裝置，具體是低碳醇在固定化脂肪酶的催化下，將動、植物油脂連續地轉化為生物柴油的工藝以及相關設備。

背景技術

生物質能源因其可再生性及環境相容性受到各國的廣泛關注，如生物柴油，它是一種在催化劑存在下由植物油或動物脂肪與低碳醇類化合物進行酯化反應生成的脂肪酸甲酯類化合物，它有著礦物柴油無法比擬的優良性能“環保性能優良、生物降解迅速、潤滑性能優異、閃點高、無硫和芳烴等有害物質”，更是一種存在形式廣泛的可再生資源，因此，生物柴油作為良好的發動機燃料正在被深度開發。我國能源資源相對貧乏，研發生物柴油對我國的能源供給和自然環境也具有重要的現實意義。

目前，生物柴油的生產方法主要有物理法、化學法、超臨界法和生物法。常用的化學法，一般是用動植物油脂和一些低碳醇，在堿或酸性催化劑作用下，進行酯交換反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯。然而，化學法缺點突出：工藝復雜，醇必須過量，后續工藝得有相應醇回收裝置，能耗高；由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質，色澤深；酯化產物難于回收，成本高；生產過程排放廢堿液，污染環境。超臨界法是在高溫、高壓下進行酯交換反應，它無需催化劑，因而減少了由催化劑造成的各種分離困難，大大簡化了生產工藝。可是，超臨界法也有諸多問題：高溫下不飽和脂肪酸鏈容易發生裂解反應，降低生物柴油產率，造成原料浪費，若降低反應溫度則反應轉化率下降；而且，高溫高壓對設備制造要求很高，運行成本增加、維護困難。利用生物酶法生產生物柴油，具有反應條件溫和、無污染物排放、油脂原料中的游離脂肪酸和少量水不影響酶促反應等優點，因而日益受到重視。盡管如此，酶法也存在一些不足：生物酶使用成本高、壽命短，酶的種類選擇復雜，不同原料對酶工藝條件要求也不同，反應時間過長，工藝參數控制困難，酶的催化效率低，生產工藝連續性水平不高等。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種工藝簡單、成本較低、生產連續性水平高的利用脂肪酶連續生產生物柴油的方法及生產裝置，實現了固定化脂肪酶與低濃度的低碳醇接觸，延長了酶的使用壽命，提高了生產效率，優化了酶催化反應溫度，達到了無污染零排放生產。

為解決上述技術問題本發明采用如下技術方案：

一種利用脂肪酶連續生產生物柴油的方法，其特征在于該方法是將經過過濾和預熱預處理的動、植物油脂與低碳醇充分混合，進入40±3℃恒溫的固定床反應器中，利用固定化脂肪酶催化酯交換反應；所用原料油與總的低碳醇的摩爾比為1∶3～5，每次固定化脂肪酶用量為原料油質量的5％～12％；所述固定床反應器采用列管式結構，脂肪酶固定在填充物上填充在列管內；所述反應至少分三次進行，每次加入等摩爾量的低碳醇，每次反應后，都將對反應有影響的甘油分離；最后，分離出未反應完的低碳醇，提純生成的生物柴油。

該方法包括以下步驟：

(1)第一次酶催化酯交換反應：將經預處理的動、植物油脂與總量三分之一的低碳醇放入第一個混合罐內進行充分混合，混合物送入40±3℃恒溫的固定床反應器進行反應，反應產物流入儲罐中，由高壓泵打入液-液旋流器將甘油從中分離出來；

(2)第二次酶催化酯交換反應：將步驟(1)去除甘油的反應產物與總量三分之一的低碳醇放入第二個混合罐內進行充分混合，混合物送入40±3℃恒溫的固定床反應器進行反應，反應產物流入儲罐中，由高壓泵打入液-液旋流器將甘油從中分離出來；

(3)第三次酶催化酯交換反應：將步驟(2)去除甘油的反應產物與總量三分之一的低碳醇放入第三個混合罐內進行充分混合，混合物送入40±3℃恒溫的固定床反應器進行反應，反應產物流入儲罐中，由高壓泵打入液-液旋流器將甘油從中分離出來；

(4)分離提純生物柴油將步驟(3)去除甘油的反應產物送入加熱器中加熱，加熱后送入閃蒸罐中蒸餾，分離出未反應完的低碳醇，最后得到生物柴油。

原料油為含甘油三脂的動、植物油脂。

低碳醇為甲醇、乙醇。

脂肪酶為酵母脂肪酶、根霉脂肪酶、假單胞菌脂肪酶或豬胰脂肪酶。

利用脂肪酶連續生產生物柴油的生產裝置，該裝置主要由反應循環機構、加熱器和閃蒸器組成；反應循環機構至少有三組且各組首尾連接，每組反應循環機構由混合罐、固定床反應器、儲罐、液-液旋流器順次連接形成；最后一組反應循環機構經加熱器與閃蒸器連接。

固定床反應器采用列管式結構，固定化脂肪酶填充在列管內。

固定床反應器采用恒溫水浴槽保持水溫。

固定床反應器采用恒溫水浴槽保持水溫。