生產(chǎn)生物柴油最常用的是反酯化法,。新開(kāi)發(fā)的反酯化方法可克服堿催化反酯化的缺點(diǎn),如甘油回收和催化劑脫除困難,、反應(yīng)不完全,,以及當(dāng)油中含有游離脂肪酸和/或水時(shí)會(huì)生成皂化產(chǎn)物。該方法采用無(wú)催化劑的超臨界甲醇在350℃,、30.6MPa下,,反應(yīng)時(shí)間為240秒,醇/植物油克分子比為42/1,。
另一種開(kāi)發(fā)中的工藝可降低常規(guī)工藝的化學(xué)和能耗費(fèi)用,。采用堿催化反酯化(特定的反甲基化),緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)形成兩相反應(yīng)混合物,,使反應(yīng)受到傳質(zhì)限制,。而新開(kāi)發(fā)的方法使用共溶劑,可形成富油單相系統(tǒng),,因此反應(yīng)可在室溫下快速進(jìn)行,,10分鐘內(nèi)反應(yīng)可完成95%,而現(xiàn)用工藝要幾個(gè)小時(shí),。該工藝已在德國(guó)萊爾(Leer)8萬(wàn)噸/年驗(yàn)證裝置上應(yīng)用,,第二套10萬(wàn)噸/年裝置也在德國(guó)漢堡投運(yùn)。
生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)作為石油基柴油的替代路線往往還不甚經(jīng)濟(jì),,因?yàn)槠渖a(chǎn)費(fèi)用約為石油基柴油的3倍?,F(xiàn)在的生物柴油生產(chǎn)商仍采用高壓、高溫方法,,速度慢且能耗高,;采用化學(xué)方法也不能低成本地生產(chǎn)達(dá)到ASTM標(biāo)準(zhǔn)的生物柴油。加拿大BIOX公司正在將David Boocock公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)(美國(guó)專利6642399和6712867)推向工業(yè)化,。該工藝不僅可提高轉(zhuǎn)化速度和效率,,而且可采用酸催化步驟使含游離脂肪酸高達(dá)30%的任意原料(包括大豆油、廢棄的動(dòng)物脂肪和回收的植物油)轉(zhuǎn)化為生物柴油,。該工藝可降低生產(chǎn)費(fèi)用高達(dá)50%,。如果商業(yè)化成功,有望使生物柴油生產(chǎn)費(fèi)用與石油基柴油相競(jìng)爭(zhēng),。BIOX公司自2001年4月起在加拿大奧克韋爾(Oakville)100萬(wàn)升/年中型裝置上驗(yàn)證了稱為BIOX的工藝,,現(xiàn)正在Hamilton Harbour生產(chǎn)地投資2400萬(wàn)美元建設(shè)6000萬(wàn)升/年生物柴油裝置放大BIOX工藝。該裝置定于2005年6月投運(yùn),這將是BIOX公司第一套工業(yè)化裝置,。在BIOX工藝中,,脂肪酸首先在酸催化反應(yīng)中轉(zhuǎn)化成甲酯,反應(yīng)在接近甲醇(溶劑)60℃的沸騰溫度下,,在柱塞流反應(yīng)器(PFR)中進(jìn)行,。40分鐘反應(yīng)后,在相似條件下,,在第二臺(tái)PFR中采用專用的共溶劑進(jìn)行堿催化反應(yīng),,三甘油酯在幾秒內(nèi)就轉(zhuǎn)化成生物柴油和丙三醇副產(chǎn)物,99.5%以上未使用的甲醇和共溶劑循環(huán)利用,,回收冷凝潛熱用以加熱進(jìn)料,。傳統(tǒng)的堿催化方法從三甘油酯和甲醇生產(chǎn)脂肪酸甲酯存在幾個(gè)問(wèn)題,包括在室溫下反應(yīng)速率太慢,。植物油的催化反酯化(特別是反甲基化)生產(chǎn)生物柴油甲酯過(guò)程很慢,。這是因?yàn)槌跗诜磻?yīng)混合物由兩相組成,反應(yīng)受到傳質(zhì)限制,。在新工藝中,,惰性的共溶劑使之形成富油、單相系統(tǒng),,整個(gè)反應(yīng)在該系統(tǒng)中進(jìn)行,,因此可提高傳質(zhì)和反應(yīng)速率。堿催化步驟在接近室溫和常壓下于幾分鐘內(nèi)完成,,它與酸催化步驟結(jié)合在一起,,使BIOX工藝可連續(xù)進(jìn)行。BIOX工藝還克服了生物柴油現(xiàn)有生產(chǎn)路線的另外一些缺點(diǎn),,包括必須使系統(tǒng)達(dá)到所需純度,,以免反應(yīng)中斷,以及它們不能處理含脂肪酸大于1%的物料,。使用常規(guī)技術(shù)生產(chǎn)生物柴油的成本因原料而變化,,原料占生物柴油生產(chǎn)費(fèi)用約75%~85%,因此采用低費(fèi)用的原料達(dá)到高的轉(zhuǎn)化率至關(guān)重要,。
Diester工業(yè)公司在法國(guó)塞特建設(shè)生產(chǎn)脂肪酸甲酯(FAME)的新裝置,,16萬(wàn)噸/年生物柴油裝置于2005年底投產(chǎn)。這是采用Axens公司Esterfip-H工藝的第一套工業(yè)化裝置,。Esterfip-H工藝由法國(guó)石油研究院(IFP)研發(fā),,由Axens公司推向商業(yè)化。第一套工業(yè)化Esterfip工藝裝置于1992年建于法國(guó)Diester工業(yè)公司維尼特地區(qū),,基于均相催化劑。而新裝置則采用多相催化劑——兩種非貴金屬的尖晶石混合氧化物,,屬首次應(yīng)用,。它可避免采用均相催化劑,,如氫氧化鈉或甲醇鈉的工藝所需的幾個(gè)中和、洗滌步驟,,以及不會(huì)產(chǎn)生廢物流,。此外,來(lái)自Esterfip-H工藝的丙三醇副產(chǎn)物的純度大于98%,,而采用均相催化劑路線時(shí),,其純度約為80%。這種副產(chǎn)物的利用可提高整個(gè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性,。在連續(xù)法Esterfip-H工藝中,,反酯化反應(yīng)采用過(guò)量甲醇在比均相催化劑工藝溫度較高的條件下進(jìn)行,過(guò)量甲醇用蒸發(fā)方法除去,,并循環(huán)至工藝過(guò)程,,與新鮮甲醇相混合。該化學(xué)轉(zhuǎn)化采用兩個(gè)串聯(lián)的固定床反應(yīng)段來(lái)達(dá)到,,分離丙三醇以改變平衡,。每一反應(yīng)器后的過(guò)量甲醇通過(guò)部分閃蒸除去,酯類和丙三醇再在沉降器中分離,。生物柴油在甲醇最后回收后通過(guò)減壓蒸發(fā)予以回收,,然后提純?nèi)コ⒘勘肌<柞ゼ兌瘸^(guò)99%,,產(chǎn)率接近100%,。
再一先進(jìn)的工藝是在連續(xù)流動(dòng)反應(yīng)器中采用油與甲醇強(qiáng)化混合。2002年采用這一技術(shù)的10萬(wàn)噸/年生物柴油裝置建于德國(guó)瑪爾(Marl),,從該過(guò)程可回收1.2萬(wàn)噸/年高級(jí)丙三醇,。該技術(shù)也在美國(guó)加州里弗代爾(Riverdale)南方動(dòng)力公司的10萬(wàn)噸/年裝置上應(yīng)用。