ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
метанолом. При этом образуется вторая жидкая фаза, которая не смешивается с растительным маслом, но эта вторая
полярная органическая фаза извлекает метанол из липидной фазы, уменьшая концентрацию его в среде реакции, и это
уменьшает степень превращения триацилглицеринов, снижая выход целевого продукта – биотоплива. Следовательно,
степень превращения (и выход) можно увеличить, при условии удаления глицерина из реакционной смеси [22]. Для
достижения этого предложены мембранные реакторы с иммобилизованной липазой, которые могут использовать плоские
[22] или половолоконные [22] мембраны. В реакторах этого типа реакция и разделение могут происходить одновременно.
Более сложный и инновационный подход был предложен [22] с применением мембранного реактора, в котором ионный
обмен осуществляется непосредственно мембраной. Это устройство позволяет провести почти полную этерификацию
олеиновой кислоты с метанолом при комнатной температуре, перемещая равновесие реакции к формированию эфиров.
Однако описанный процесс довольно сложен, и в соответствующей статье не даётся никакой информации о возможности
использования для переработки сырья с высоким содержанием свободных жирных кислот.
Мембранная реакторная технология применяется в производстве биодизеля [22]: в микропористом неорганическом
мембранном реакторе происходило селективное проникновение эфиров высших алифатических кислот, метанола,
катализатора и глицерина в течение процесса метанолиза. Мембранный модуль состоит из пористой мембранной трубы,
помещённой в кожух, образуя конфигурацию «труба в трубе». Метанолиз, как полагают, происходит на поверхности
масляных капелек, суспендированных в метаноле [22]. По мере того, как в ходе реакции образуются метиловые эфиры
высших карбоновых кислот, они диффундируют в фазу метанола. Несмешиваемость растительного масла с метанолом и
смешиваемость компонентов биотоплива с метанолом позволяют осуществить лёгкое отделение продуктов от реагентов. Из-
за положительного различия давления поперёк мембраны, фаза эфиры /метанол/глицерин/ катализатор проходит через
мембрану в проникающийся поток. Масло и метанол не смешиваются и совокупность молекул масла, сформированных в
капельки, диспергирована в спирте и представляет собой эмульсию. Масляные капельки не могут пройти через поры
мембраны из-за их большого размера относительно размера пор мембраны.
Применяется новый полунепрерывный мембранный реактор для производства высококачественного биодизеля [22]. В
установке насос циркуляции, мембранный модуль и теплообменная система составляют циркуляционный контур, в пределах
которого реакция меианолиза происходит при управляемых температуре и давлении. Выбор мембран с соответствующим
размером пор зависит от размера диспергированных масляных капелек в непрерывной фазе алкоголя. Средний размер капли
для эмульсии – 44 мкм, с нижним и верхним пределами размера 12 и 400 мкм соответственно [22]. Выбрана мембрана с
наибольшим размером пор 1,4 мкм, что почти на порядок меньше, чем самый низкий предел размера капли 12 мкм.
Важным является поддержание гетерогенного состояния в пределах реактора. Смешиваемость реагентов и разделения
продуктов, полученных из мембранного реактора, оценивалась [22] с использованием октанол-водных коэффициентов
разделения. В соответствии с этими данными можно ожидать, что диацилглицерины и триацилглицерины останутся в
дисперсной фазе, тогда как моноацилглицерины и глицерин перейдут в подвижную метанольную фазу и могут проникнуть
через мембрану. Но моноацилглицерины быстро превращаются в метиловые эфиры, поэтому, не смотря на то, что
моноацилглицерины могут проникать через мембрану, в продукте они не обнаруживаются.
В опытах [22] масло канолы было успешно переэтерифицировано с использованием метанола и NaOH в мембранном
реакторе. Все проверенные углеродистые мембраны с различными размерами пор (а именно: 0,05; 0,2; 0,5 и 1,4 мкм)
сохраняли масло канолы в реакторе. Установлено, что самая низкая допустимая объёмная доля метанола 0,29 соответствует
теоретическим расчётам. Разделение фаз проникающего потока произошло при комнатной температуре: богатая эфирами
фаза практически не содержит глицерин, что упрощает очистку биодизеля, а полярная, богатая метанолом фаза, может
рециркулировать в реакторе и позволить в перспективе осуществить непрерывное производство биодизеля.
Процессы, использующие гетерогенные (например, цеолитные) катализаторы, пока находятся в стадии проработки на
лабораторном уровне (такие исследования проводили совместно ГНУ ВИИТиН и ГНУ ВИЭСХ), они требуют очень высоких
температур (200 – 220 °C) и давлений (20 – 22 атм.), чтобы обеспечить эффективность метанолиза. Объёмная скорость
течения масла через 1 литр гетерогенного катализатора в биореакторе не должна превышать 1 литра в час. Регенерация
катализатора предполагает его прокаливание в муфеле на воздухе при 550 °С в течение 3 часов. Нагрев со скоростью не
более 10 °С/мин. Охлаждать также желательно медленно, без доступа воздуха, чтобы не образовывались на поверхности
катализатора карбонаты. После охлаждения катализатор помещается в биореактор или ёмкость для хранения и
герметизируется. Это одно из перспективных направлений, а основной проблемой является поиск наиболее оптимального
катализатора [22].
Японские учёные работают над созданием метода получения биодизельного топлива без катализатора [22]. Метанол по
новому методу (при температуре около 400 °С и давлении до 200 МПа) переходит в так называемое «сверхкритическое
состояние». Предполагается, что в этом случае скорость реакции этерификации должна увеличиться в несколько десятков
раз при высоком выходе продукта. Объём лабораторного сосуда в исследованиях не превышал 5 мл. После загрузки
рапсового масла и метанола сосуд погружали в оловянную баню, предварительно нагретую до 350 – 400 °С и выдерживали в
течение 4 минут до наступления сверхкритических параметров метанола, после чего сосуд помещали в холодную баню для
прекращения реакции. Полученные продукты реакции анализировали жидкостной хроматографией высокой разрешающей
способности и подтвердили протекание реакции алкоголиза.
Сверхкритические жидкости имеют плотность, сопоставимую с плотностью жидкостей и коэффициентами диффузии,
сопоставимые с таковыми для газов. Среди сверхкритических жидкостей – двуокись углерода, будучи дешёвой,
невоспламеняющейся и нетоксичной – является очевидным выбором из органических растворителей [22]. Растворимость
высших карбоновых кислот, обладающих длинной неполярной углеводородной цепью, при комнатной температуре в
газообразном оксиде углерода (IV) незначительна, что позволяет отделить продукт от растворителя.
Синтез биодизеля в сверхкритических спиртах без катализатора – многообещающий метод, в перспективе способный
заменить каталитический процесс алкоголиза [22]. Некаталитический способ производства биодизеля со сверхкритическим
метанолом позволяет реализовать формально простой процесс и достичь высоких выходов продукта из-за одновременной
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 32
- 33
- 34
- 35
- 36
- …
- следующая ›
- последняя »
