超臨界流體轉酯化反應製備生質柴油

Preparation of Biodiesel by Transesterification Using Supercritical Fluid

洪英哲(Ing-Zhe Hung)

指導教授 ： 談駿嵩

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2010年)

摘要

摘要
由於商業鹼製程在轉酯化反應的過程中，會受限於原料中的水分及游離脂肪酸，而產生皂化作用，使產率下降；且於製程中需加入液體觸媒，而使得轉酯化反應後的產物須經過水洗中和鹼液，所產生的廢液會增加分離純化的困難度並造成環境的污染。另一方面，轉酯化的原料大多是由動植物油脂而來，因此若要大量發展生質柴油，勢必會產生原料缺乏的情況，所以須選擇無競爭性的油脂，以減低原物料缺乏的風險並維持穩定的供應鏈。

為改善鹼製程的缺失，本研究以不可食用的麻瘋油與甲醇為原料，在超臨界甲醇的條件下，於連續式管狀反應器中進行轉酯化反應，且亦於反應器中填入固體觸媒及添加共溶劑，促進醇油間的接觸及混合，以減少製程的能耗並加速轉酯化反應的進行。藉由獲得轉酯化反應的產率，可得到最適操作條件；此外，亦可求出動力式參數，以作為日後放大設計之依據。

實驗結果顯示，在操作溫度為280℃、壓力為2000 psi、醇油莫耳比為24及滯留時間為20分鐘時，以填充氧化錳觸媒進行轉酯化反應；與未填充觸媒時相比，甲基酯產率由20%左右，大幅提升至99%以上，且在觸媒作用下，可縮短滯留時間於11分鐘，即可達到穩定的高產率；另一方面，添加乙醚共溶劑於轉酯化系統，在操作壓力為2000 psi、醇油莫耳比為12、滯留時間為5.5分鐘，乙醚與甲醇的莫耳比為0.1下，發現在溫度260℃以上，甲基酯產率有些微的成長，與觸媒催化的效果相比，共溶劑促進反應速率的影響是非常微弱的。

在動力學方面，藉由一階線性方程式進行轉酯化反應之擬合結果，於填充觸媒下，反應的活化能由5686 (J/mol K)降至3063(J/molK)，有明顯的下降；而由求得之指前因子及活化能代回反應之動力式，可得知於填充觸媒下之轉酯化反應動力式為-r(TG)=185 exp((-3063)/RT)C_A^ 。

關鍵字

超臨界流體 ； 轉酯化反應 ； 生質柴油

參考文獻

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