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本發明提供了一種微藻水熱液化制取生物油的連續式反應系統及方法，通過設置兩級預熱器可以充分利用液化反應后的余熱，進而降低反應系統的整體能耗。此外該系統通過固液分離器、氣液分離器和離心機的聯合作用可以連續、高效地實現液化產物的分離，無需額外的有機溶劑對生物油進行分離。相比其他水熱液化系統，本發明系統運行費用低、產物分離徹底、系統連續性好，可以廣泛應用于微藻水熱液化生產生物油。

一、我們開發了有知識產權的新的生物柴油生產工藝，所得的的脂肪酸甲酯純度比較高，雜質少，適合用于下游延伸產品的開發。配合我們的生物柴油生產工藝，我們進行了棉酚、低聚糖和天然維

新型生物柴油管式反應系統，以新型ZrO2多晶泡沫陶瓷作為催化劑，具有反應時間短、轉化效率高、原料來源廣泛，催化劑可重復利用，反應過程中不需要水洗、中和操作，減少原料預處理且沒有工業三廢產生等特點。十分適合催化加氫、酯交換、脫羧、裂化以及異構化等反應。 該系統以廢棄油脂為原料對其工藝特性等指標進行了驗證，成功實現了廢棄油脂向生物柴油的轉化。目前，已經連續運行1年，各項指標均達到了設計要求。高技術申請專利14項。

成果描述：生物柴油以其可再生性及環境友好等優點倍受人們矚目。目前生物柴油工業生產主要采用均相堿催化酯交換反應。該法雖催化效率高，但生產過程中為降低生物柴油產品含堿量，通常采用稀酸及水洗滌，造成大量含堿含鹽廢水排放，帶來環境問題，且洗滌后產品需脫水干燥，后續工藝復雜，能耗高。本成果提出了一條在甲醇亞臨界條件下，采用微量堿催化制備生物柴油的新工藝。選擇以精制菜籽油為原料，選擇以酯交換反應轉化率為指標，在優化條件下，菜籽油一段轉化率可達85.5%，兩段轉化率可達98%；生物柴油成本單價為6372.5元/噸，相較于傳統工藝減少了486.1元/噸。市場前景分析：化工市場與同類成果相比的優勢分析：1： 產品堿殘留量小于10 mg/kg； 2：原料油轉化率不低于95%； 3：生物柴油產品符合國標BD-100； 4：原料油價低于5000時，生產成本不高于6400 元/噸

油脂是天然可再生的資源，用其作原料所開發與生產的化工產品具有低毒性、易生物降解、人體親和性和環境適應性好等特點。生物柴油（脂肪酸甲酯）研究始于20世紀50年代末60年代初，20世紀80年代飛速發展。早期研究目的替代化石柴油作燃料，目前已形成廣泛的應用。脂肪酸甲酯既是生物柴油的基礎組分，又在化工領域有廣泛的用途。本技術采用動植物油脂、廢棄餐飲油、酸化油脂或棕櫚油等為原料，通過與甲醇酯交換工藝生產脂肪酸甲酯產品，可進一步通過環氧化生產環氧化脂肪酸甲酯。產品閃點180℃以上，酸值0.6～0.8，轉化率95%以上。

石油資源的日益枯竭和日益嚴格的環保要求，使得清潔替代燃料的開發和應用步伐大大加快。其中可再生能源，生物柴油更是得到了各國的廣泛重視。目前工業化生產的生物柴油當中，對于富含水或FFA的價廉的低品質原料油，則需要復雜的前處理工藝。因此開發一種方便、高效的可采用低品質油合成生物柴油的技術意義重大。 蓖麻為世界十大油料作物之一，在我國具有豐富資源,其產量位居世界第三，是優良的替代石油的可再生性“綠色能源”資源。油桐是我國特有的木本油料樹種,因其種子含油量高,被列為我國四大木本油料之一。以上述兩種非食用油制備生物柴油不僅可以緩解對食用油的需求壓力，還可以大力推動此類油品植物的種植業的發展。

1 成果簡介原料油脂費用占生物柴油生產成本的 80％以上，目前原料油脂價格高居不下并不斷上漲，制約了生物柴油產業化和商業化。國內外生產生物柴油的主要原料是大豆油、菜籽油、花生油、棕櫚油、地溝油等。它們與農業爭地，與食品及飼料爭原料，單位生物量的產油率低，生產周期長，消耗大量的水資源、化肥和能源。 清華大學發明了微藻異養發酵生產生物柴油的新技術，其技術特征在于：通過對一種特別藻株特殊品系的篩選和代謝途徑的改變， Chlorella protothecoides 0710 strain 由光合自養轉變為化能異養，細胞由綠變黃，生長繁殖更快，油脂含量提高 3~4 倍，達細胞干重的 61％以上。又將工業界成熟的發酵技術應用于高油脂異養微藻的生產，進一步提高發酵規模和細胞密度，現細胞發酵密度超過了 100 g/L，獲取了大量異養干藻粉后提取油脂，經轉酯化反應生成了高質量的生物柴油。 該技術的創新點： （ 1）發明了微藻異養發酵生產生物柴油新技術，打通了以糖、淀粉、有機廢水、二氧化碳等為原料、工業自動化條件下高效生產生物柴油的新途徑； （ 2）異養藻細胞發酵產量和油脂含量不斷創造新高（ 細胞干重 100 g/L，含油量 60％），提高了該技術工業化生產的經濟性； （ 3）在發酵前引入利用 CO2和光合作用來減少糖或淀粉的消耗，降低成本同時減少溫室氣體的排放。 該技術獲 3 項國家發明專利和 2007 年全國發明大會獎。2 應用說明與有實力的企業界合作，在工業化規模上進一步降低微藻發酵過程的成本，實現該技術的商業化運作。 主要生產原料為二氧化碳及以下 3 類之一：（ 1） 甜高粱、甘蔗等糖質原料；（ 2） 木薯、玉米等淀粉質原料；（ 3） 含糖有機廢水。 生產設備：微藻培養池、光生物反應器、工業發酵設備及廠房為主。 生產消耗：電能、蒸汽等（無污染等環境問題）。 產品應用：微藻生物柴油質量好，應用范圍與目前市場上銷售的柴油完全相同。 投資風險：本技術創新性強，沒有前人的實踐、范例和經驗；通過工業化和規模化來實現進一步降低成本的目標；高技術、高投入、預期高回報的同時也存在投資風險。3 應用范圍中國境內的生物柴油能源市場等。4 效益分析全世界油脂價格和液體燃料價格瘋狂上漲，對世界經濟、政治和國家安全等產生重大影響。5 合作方式（ 1） 合作研究開發：清華大學方投入前期的專利技術、成果、儀器、實驗室和研究人員，政府或企業方投入研發資金（至少若干百萬元起步）、設備和工程技術人員，雙方共同合作，在工業化規模上進一步降低微藻發酵過程的成本，實現該技術的商業化運作。雙方風險共擔，成果共享。 （ 2） 技術轉讓：清華大學方將前期的專利、技術、成果獨家轉讓給企業方，同時協助企業方完成進一步的研發、生產和商業化運作。企業方首先投入技術轉讓費用，享有對該技術的壟斷權。

我國的能源和優質蛋白質都越來越依賴于進口，另一方面，大量的轉基因棉籽沒有得到充分利用。我校擁有自主知識產權的新技術可以聯產生物柴油和無毒棉籽蛋白等產品。棉花是我國最重要的經

采用本技術，以煅蛋殼/貝殼基專用催化劑脂肪酸甲酯(或乙酯)，即生物柴 油的生成，同時將反應生成的甘油部分或全部的與催化劑進行二次反應，得到塑217 料熱穩定劑甘油鈣，從而可避免堿性甘油的產生，實現生物柴油的綠色、無污染 化生產。投資 800 萬元建設一套年產 30000 噸生物柴油，聯產 1800 噸甘油鈣的 裝置，可將副產甘油的產量減少為 1000 噸左右，同時獲得 1800 噸甘油鈣，按 1.6 萬元/噸計，年增產值 2500 萬元以上，利潤 1500 萬元以上。 

成果描述：生物柴油是一種極具應用前景的生物質潔凈能源，世界各國都極其重視其發展，并在政策和稅收等方面給予了極大的扶持。由于需以精制后的動植物油為原料，其生產成本過高而導致生物柴油的推廣應用受阻。若以煎炸費油、地溝油等為原料制備生物柴油，則可以大大降低生產成本。但由于煎炸廢油、地溝油等原料的酸值很高，必須經過硫酸催化預酯化降低酸值后，才能采用傳統的堿催化酯交換方法制備生物柴油。這個工藝同時存在著硫酸對反應器的腐蝕、大量含酸廢水排放污染水環境、催化劑與產物分離困難、催化劑不可重復使用等弊端。采用非均相固體酸催化劑則可以克服這些問題，并且是一種綠色環保的工藝。 采用酸改性的固體酸催化劑，對高酸值棕櫚油酯化反應制備生物柴油表現出很好的催化活性。固體酸在醇油比9:1、催化劑用量7 wt%、65 oC條件下，催化棕櫚油的甲酯化反應時間2 h，產物的甲酯含量和甲酯收率分別可達96.3%和93.2%。制備了有添加劑的SZMN型固體酸，對脂肪酸的酯化反應表現出高活性和高穩定性。在65 °C、醇酸比9/1、催化劑用量10 wt.%、反應時間4h，油酸轉化率可達98.5%。最優反應條件下，SZMN固體酸在重復使用6次后認可保持約96%的油酸轉化率。市場前景分析：該項技術可應用于生物柴油生產企業，尤其適用于從低成本高酸值油脂原料（如煎炸廢油、地溝油、棕櫚油等）生產生物柴油。使用該項技術，可以降低用于處理含酸、堿廢水的成本，使生產過程更容易達到環評要求。與同類成果相比的優勢分析：催化劑活性評價： 65 °C、醇酸比9:1、催化劑用量7~10 wt.%、反應時間2~4h，脂肪酸轉化率 > 90 %。 催化劑穩定性評價： 65 °C、醇酸比9:1、催化劑用量7~10 wt.%、反應時間2~4h，重復使用6次，仍可保持 > 90 %的脂肪酸轉化率。 生物柴油產品評價： 產品酸值 < 1 mgKOH/g。