Abstract
利用超臨界流體技術製備生質柴油具有製程簡單、高效能、高產率、低汙染、反應時間短且系統中含有水份和游離脂肪酸對三酸甘油脂的轉酯化反應(Transesterification Reaction)幾乎沒有影響等優點，因此本研究選擇以超臨界甲醇和植物油(椰子油)於批式反應器中進行轉酯化反應以製備生質柴油。 一般使用超臨界流體法製備生質柴油時，需350∼400 ℃的溫度和45∼65 MPa的壓力，如此高的操作溫度和壓力要工業化有其困難。由於甲醇與植物油是不互溶的兩個相，但若在系統中加入適當的共溶劑(Cosolvent)以增進甲醇與植物油的互溶性，可使轉酯化反應於較溫和的條件下進行。基於此原理本研究在批式反應器進行超臨界甲醇與椰子油轉酯化反應時，分別於系統中加入了CO2、Propane、n-Hexane、Heptane、Cyclohexane、Dimethyl Ether (DME)、Ether和Toluene等8種共溶劑，經由固定溫度及MeOH/Oil/Cosolvent莫耳比之操作條件獲得的實驗結果篩選出最適當的共溶劑為Ether。隨後即針對反應溫度(220∼305 ℃)、壓力(10∼17 MPa)、MeOH/Oil莫耳比(24∼30)、攪拌速率(0∼1600 rpm) 和Ether所添加比例等操作變數進行探討。 當反應溫度低於甲醇的臨界溫度時，不論反應系統中是否存在共溶劑，反應的產率皆非常的低，當溫度超過甲醇的臨界點後，系統中存在適量共溶劑時，反應速率會明顯高於沒添加共溶劑的系統，所以於MeOH/Oil系統中引進共溶劑，可使反應物間的互溶度增加。 反應溫度分別為285和305 ℃時，MeOH/Oil/Ether莫耳比固定為30/1/3時，探討壓力效應對反應產率的影響，而壓力變化的範圍由10.1 MPa增加至17 MPa，研究顯示當系統壓力介於10.1∼14 MPa之間，反應產率會隨壓力的上升而顯著的增加，但壓力增加到14 MPa以上時，產率隨系統壓力的改變會逐漸減小，且高溫時的壓力效應對反應產率有較顯著的影響。 在溫度及壓力固定為285 ℃及13.1 MPa時，MeOH/Oil/Ether莫耳比為30/1/3，以不同的攪拌速率(0∼1600 rpm)進行超臨界轉酯化反應，由於甲醇處於超臨界狀態，因此擴散性質佳，質量傳遞阻力小，所以實驗結果發現攪拌速率對反應幾乎沒有影響。 當溫度固定為285 ℃、攪拌速率1200 rpm、MeOH/Oil莫耳比為24/1和30/1時，改變Ether/MeOH莫耳比，結果顯示最佳的Ether/MeOH莫耳比皆為0.1。當Ether/MeOH莫耳比大於0.1時，反應的產率反而降低了，可能的原因為添加過量的Cosolvent會將混合物系統的濃度加以稀釋。另以CO2為Cosolvent的系統時，亦發現與使用Ether時有類似的規則，即溫度為285 ℃和MeOH/Oil莫耳比為30/1時，最佳的CO2/MeOH莫耳比為0.1。