專利名稱：用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法
技術領域：
本發明涉及用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法
背景技術：
隨著人類社會的不斷發展 和對能源的需求的増大，儲量有限的化石燃料必將耗竭。開發新的可替代能源成為人類生存發展所面臨的巨大挑戰，而生物柴油作為ー種清潔的可替代能源受到越來越多國家和學者的重視。現有的生物柴油制備方法可概括為物理法、化學法和生物法。在化學法中，對酯交換制備生物柴油的研究已成為研究熱點并已實際應用于生產。酯交換法制備生物柴油的原料為動植物油脂和醇，其中植物油脂主要從油料植物中獲取，獲取的方式主要有有機溶劑萃取法和壓榨法。獲得的油脂在一定條件下，與醇發生酯交換反應，產物主要為生物柴油和甘油。整個エ藝分為兩大部分油脂獲取部分和酷交換反應部分。以酸堿催化酯交換エ藝為例，如若將油脂萃取與酯交換反應兩部分耦合成ー個單元，不僅大大降低整個エ藝的復雜程度，而且會減少設備投資和運行能耗，便于操作。微藻是理想的生物柴油油脂原料來源之一。它的培養只需提供光照、CO2、營養液、水體等簡單基本的條件，就可以達到快速擴增繁殖的效果。通過調控培養的微藻，不僅可以達到具有較高含量的油脂，而且具有光合作用效率高、環境適應能力強、生長快、周期短等特點。雖然微藻個體微小，但是細胞壁大多厚實，常規的油脂萃取方法不僅費時費力，而且需要耗用大量有機萃取劑，加大了分離的難度，需要使用大型萃取設備，已不能滿足發展的需要。隨著科學技術的發展，先后出現了超臨界流體萃取技術和微波萃取技木。超臨界萃取技術，但因存在設備復雜、運行成本高和萃取效率低等問題，發展和應用受到限制。而微波萃取技術則克服了以上缺點，表現出良好的技術發展前景和應用潛力。微波萃取技術是在常規溶劑萃取的基礎上，應用微波特有的效應來提高萃取效率的。常規溶劑萃取微藻油脂吋，由于大部分微藻細胞是完整的，微藻細胞內的油脂難以滲出細胞壁，進入到萃取溶劑當中，因而油脂萃取效率及萃取率都較低。但如若有微波存在于萃取體系內，則較短時間內，微波射線便會透過萃取液傳遞到達微藻內部微管束和細胞內，使細胞內溫度迅速升高。高溫使細胞內部壓カ超過細胞壁的承受壓力，從而導致細胞破裂，細胞內的油脂分子流出與萃取液充分接觸，大大提高了溶劑萃取的效果。此外，微波還具有加快酯交換反應速率的效果。這是由于微波以每秒幾十億次的頻率，使像甲醇這樣的極性分子劇烈震蕩、攪動，大大增強了擴散過程，使甲醇和油脂充分反應，加速了反應進程，酯交換反應在短時間內完成。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種強化油脂萃取和酯交換反應、大大縮短萃取和反應時間、生產エ藝簡單的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法。本發明以如下技術方案解決上述技術問題
用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，包括如下步驟①原料預處理將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨后過篩；②填裝將粉碎后的微藻干粉和萃取劑分別裝入萃取-反應釜，啟動循環泵使萃取液與微藻粉料充分混合；③萃取油脂填裝完畢后，啟動萃取-反應釜中的微波發生器，對釜內物料進行微波輻射，通過萃取得到油脂；④酷交換反應將甲醇送入混合器中與催化劑混合后再送入萃取-反應釜進行混合，同時啟動微波發生器對釜內物料進行輻射進行酯交換反應；⑤分離在萃取-反應釜中反應完全后的物料，經板框過濾器去除微藻殘渣后，再由閃蒸罐蒸去大部分未反應甲醇，未反應甲醇經冷凝器冷凝后回流到甲醇儲罐；從閃蒸罐 底部出來的產物即為粗生物柴油，需在后續エ段繼續精制。粉碎、研磨后過篩的微藻為200 300目篩的篩下物。萃取-反應釜的微藻填裝量為釜體積的40飛0%。步驟②所述的萃取劑為環己烷或者正己烷，萃取劑與微藻原料的質量比為6 9 : I。步驟③、④所述的微波發生器功率為1(T15KW。微波發生器對萃取-反應釜內物料萃取時輻射加熱分5飛次進行，每次輻射時間60-70s ;萃取總耗時15 20min。每次輻射完成后，都要關閉微波發生器，啟動循環泵進行物料混合；混合均勻后關閉循環泵，再啟動微波發生器進入下個60s輻射循環，直至完成規定循環次數。步驟④所述的酯交換反應的催化劑為KOH固體，催化劑和甲醇加入量分別為微藻質量百分數的I 2%和30 60% ;酯交換反應總耗時5 10 min。用本發明的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，大大強化了油脂萃取和酷交換反應，明顯縮短了微藻萃取油脂和酯交換反應操作所需時間，兩者所需時間僅分別為常規萃取時間的1/120,普通酯交換反應時間1/4 1/6。


圖I是本發明的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法的エ藝流程中1、甲醇儲罐，2、甲醇計量泵，3、混合器，4、萃取劑儲罐，5、萃取劑計量泵，6、萃取-反應器，7、微波發生器，8、循環/輸送泵，9、板框過濾器，10、閃蒸罐，11、冷凝器，(a) (f)閥門。
具體實施例方式用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，包括如下步驟①原料預處理將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨后過20(Γ300目篩；②填裝將步驟①所得的微藻干粉裝入萃取-反應釜6中，填裝量為釜體積的40飛0%，蓋好釜蓋；來自萃取劑儲罐4的萃取劑，經過計量泵5計量后送入萃取-反應釜6中，打開閥門(c)，然后啟動循環泵8，關閉閥門(d)同時打開閥門(e)，使萃取液與微藻粉料充分混合；萃取劑是環己烷或者正己烷，萃取劑與微藻原料的質量比為6、 I。
③萃取微藻干粉裝入萃取-反應釜6中填裝完畢后，啟動萃取-反應釜6中微波發生器7，對釜內物料進行微波輻射；輻射加熱分5飛次進行，毎次輻射時間約為60s ;每次完成輻射后，都要關閉微波發生器7，啟動循環泵8進行物料混合；混合均勻后再關閉循環泵8，啟動微波發生器7，進入下個輻射循環，直至完成規定循環次數。所用微波發生器功率為10 15KW，萃取總耗時15 20min。④反應經過計量泵2，從甲醇儲罐I中取出質量為微藻原料量3(Γ60%的甲醇，送入混合器3中與質量為微藻原料量f 2%的催化劑KOH混合。混勻后再把混合物送入萃取-反應釜6。至此，萃取-反應釜6內含有多種物料，啟動 環泵8進行混合操作，同時啟動微波發生器7對釜內物料輻射進行酯交換反應，輻射持續時間為5 10min。輻射完畢后，打開閥門(e)，使反應后的物料進入過濾器9 ;⑤分離在萃取-反應釜6中反應完全后的物料，經過板框過濾器9去除微藻殘渣后，再由閃蒸罐10蒸去大部分未反應甲醇，未反應甲醇經冷凝器11冷凝后，回流到甲醇儲罐I ;從閃蒸罐10底部出來的即為粗生物柴油，需再送去后續エ段再精制。為了驗證本發明的實施效果，發明人進行了多個實施方案的試驗，并取得了良好效果。以下將結合附圖，詳細說明三個實施例方案。實施例I首先，將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨后過300目篩，篩下物為微藻干粉原料。將微藻干粉裝入萃取-反應釜6中，填裝量為釜體積的60%，蓋好釜蓋。從萃取劑儲罐4中把萃取劑環己烷注入萃取-反應釜6中，萃取劑加入量與微藻原料的質量比為6:1。啟動循環泵8，使萃取液與微藻粉料充分混合；接著，啟動萃取-反應釜6中的微波發生器7，對釜內物料進行微波輻射進行萃取。輻射加熱分6次進行，毎次輻射時間約為60s。毎次完成輻射60s以后，都要關閉微波發生器7，啟動循環泵8進行物料混合，直至完成規定循環次數。萃取操作完畢后，把混合器3中混合好后的甲醇、催化劑KOH溶液注入萃取-反應釜6中，甲醇和KOH的加入量分別為微藻質量的60%和2%。啟動循環泵8進行混合操作，同時啟動微波發生器7對釜內物料輻射進行酯交換反應，輻射持續時間lOmin。最后，萃取-反應釜6中反應完全后的物料，經過過板框過濾器9去除微藻殘渣后，再由閃蒸罐10蒸去大部分未反應甲醇，未反應甲醇經冷凝器11冷凝后，回流到甲醇儲罐I。從閃蒸罐10底部出來的即粗生物柴油，需再送去后續エ段再精制。在本實施例中，微藻萃取油脂和酯交換反應操作所消耗的時間，分別約為ISmin和IOmin,僅為常規萃取時間的1/120,普通酯交換反應時間1/4 1/6。實施例2將干燥的微藻除雜、粉碎、研磨后過250目篩，篩下物微藻干粉裝入萃取-反應釜6中，填裝量為釜體積的50%。從萃取劑儲罐4中把萃取劑(環己烷)注入萃取-反應釜6中，萃取劑加入量與微藻原料的質量比為7 :1。啟動循環泵8，使萃取液與微藻粉料充分混合；接著，啟動萃取-反應釜6中微波發生器7，對釜內物料進行微波輻射。輻射加熱分6次進行，每次輻射方法同實施例I ;然后，把混合器3中混合好后的甲醇、催化劑(KOH)溶液注入萃取-反應釜6中，甲醇和KOH的加入量分別為微藻原料的50%和I. 5%。啟動循環泵8進行混合操作，啟動微波發生器7對釜內物料進行輻射，輻射持續時間8min。萃取-反應釜6中反應完全后的物料過濾、蒸去甲醇及甲醇回流、所得粗生物柴油需再精制均同實施例I。
在該實施例中，微藻萃取油脂和酯交換反應操作所消耗的時間，分別約為18min和8min,僅為常規萃取時間的1/120,普通酯交換反應時間1/4 1/6。實施例3干燥的微藻除雜、粉碎、研磨后過200目篩；裝入萃取-反應釜6中的微藻干粉填裝量為釜體積的40%。將萃取劑(正己烷)注入萃取-反應釜6中，萃取劑加入量與微藻原料的質量比為9 lo啟動循環泵8,使萃取液與微藻粉料充分混合；接著,啟動萃取-反應爸6中微波發生器7，對釜內物料進行微波輻射。輻射加熱分5次進行，每次輻射方法同實施例I ;然后，把混合器7中混合好后的甲醇、催化劑(KOH)溶液注入萃取-反應釜6中，甲醇和KOH的加入量分別為微藻原料的40%和1%。啟動循環泵8進行混合操作，同時啟動微波發生器7對釜內物料進行輻射，輻射持續時間5min。萃取-反應釜6中反應完全后的物料過濾、蒸去甲醇及甲醇回流、所得粗生物柴油需再精制均同實施例I。在本實施例中，微藻萃取油脂和酯交換反應操作所消耗的時間，分別約為15min 和5min,僅為常規萃取時間的1/120,普通酯交換反應時間1/4 1/6。
權利要求
1.一種用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是エ藝步驟如下 ①原料預處理將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨后過篩； ②填裝將粉碎后的微藻干粉和萃取劑分別裝入萃取-反應釜，啟動循環泵使萃取液與微藻粉料充分混合； ③萃取油脂填裝完畢后，啟動萃取-反應釜中的微波發生器，對釜內物料微波輻射進行萃取油脂； ④酷交換反應將甲醇送入混合器中與催化劑混合后再送入萃取-反應釜進行混合，同時啟動微波發生器對釜內物料進行輻射進行酯交換反應； ⑤分離在萃取-反應釜中反應完全后的物料，經板框過濾器去除微藻殘渣后，再由閃蒸罐蒸去大部分未反應甲醇，未反應甲醇經冷凝器冷凝后回流到甲醇儲罐；從閃蒸罐底部出來的產物即為粗生物柴油，需在后續エ段繼續精制。
2.如權利要求I所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟①的粉碎、研磨后過篩的微藻為20(Γ300目篩的篩下物。
3.如權利要求I所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟②的萃取-反應釜的微藻填裝量為釜體積的40飛0%。
4.如權利要求I所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟③所述的萃取劑為環己烷或者正己烷，萃取劑與微藻原料的質量比為6、 I。
5.如權利要求I所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟③、④所述的微波發生器功率為1(T15KW。
6.如權利要求I所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟③所述的微波發生器對萃取-反應釜內物料萃取時輻射加熱分5飛次進行，每次輻射時間60-70s ;萃取總耗時15 20min。
7.如權利要求6所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟③每次輻射完成后，都要關閉微波發生器，啟動循環泵進行物料混合；混合均勻后關閉循環泵，再啟動微波發生器進入下個60s輻射循環，直至完成規定循環次數。
8.如權利要求I所述的用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，其特征是步驟④所述的酯交換反應的催化劑為KOH固體，催化劑和甲醇加入量分別為微藻質量百分數的I 2%和30 60% ;酯交換反應總耗時5 10 min。
全文摘要
一種用微波技術由微藻直接制備生物柴油的方法，首先將干燥的微藻除雜、粉碎、過篩，將微藻和萃取劑裝入萃取-反應釜混勻，用微波發生器進行萃取油脂和酯交換反應，反應完全后的物料經過濾后、再由閃蒸罐蒸去未反應甲醇，甲醇回流，閃蒸罐底部出來的產物即為粗生物柴油；用本發明的方法，大大強化了油脂萃取和酯交換反應，明顯縮短了微藻萃取油脂和酯交換反應操作所需時間，兩者所需時間僅分別為常規萃取時間的1/120和普通酯交換反應時間的1/4~1/6。
文檔編號C10L1/02GK102690720SQ20121018453
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月6日 優先權日2012年6月6日
發明者盧朝霞, 唐興中, 李宏君, 李勝, 梁景, 田宗義, 粟滿榮, 肖友程, 莫宇飛, 藍明新, 趙中興, 黃福川 申請人:廣西大學