CN109689198B - 液体等离子体放电装置及使用其的生物柴油合成方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法，包括将反应物化合物流进料至反应器；以及在反应器中的反应物流中产生液体等离子体，其中等离子体引发或促进反应物化合物的反应以形成产物组合物。反应器可以包括：一个或更多个室；设置在一个或更多个室的第一部分的高压电极；设置在一个或更多个室的第二部分的接地电极；以及在接地电极与高压电极之间的介电板，所述介电板包括开口，反应物流穿过所述开口可以从第一部分流至第二部分或者从第二部分流至第一部分。产生等离子体可以包括向高压电极供应电力，使得在反应物流流动通过开口的位置产生等离子体。

Description

液体等离子体放电装置及使用其的生物柴油合成方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年1月25日提交的Wu等人的题为“A LIQUED PLASMA DISCHARGEDEVICE AND METHOD FOR BIODIESEL SYNTHESIS USING SAME”的美国临时专利申请系列号62/286,715的优先权的权益，其通过引用整体并入本文。
背景技术
作为可再生燃料，生物柴油已成为基于石油的柴油燃料的有吸引力的替代品。生物柴油通常比基于石油的柴油燃烧更清洁，并且通过自20世纪90年代以来广泛使用的成熟酯交换技术形成。因此，美利坚合众国大力推广大规模工业生物柴油生产，以应对能源独立、经济繁荣和环境可持续性方面的挑战。
传统上，植物油和/或动物脂肪已成为全球生物柴油生产的主要原料。由植物油/动物脂肪合成生物柴油是油或脂肪(脂质)中的甘油三酯与醇之间的简单的催化剂辅助化学反应，醇使脂质分子分解，使得醇可以与所产生的被分离的酯组合以降低成品油的粘度。一般反应通常被称为“酯交换”。
生物柴油相对于基于石油的柴油的竞争力主要取决于生物质原料(例如植物油或动物脂肪或两者)的成本。例如，最近在典型的生物柴油生产设施中，至少约70％至80％的成本取决于生物质原料的价格，剩余的20％至30％取决于转化技术的操作成本。虽然使用回收的废弃烹饪油和动物脂肪可以降低原料成本，但改进合成过程对于实现生物柴油的成本效益大规模生产可以是重要的。生产生物柴油的常规方法可以包括所谓的“均相”催化酯交换，其涉及上游加热(例如，至高于60℃)、机械搅拌、长反应时间(例如，长至2至4小时)、高水平试剂(例如，醇)、耗能高的下游分离和纯化过程、以及批量操作的劳动力。均相酯交换过程往往具有效率，使得所产生的生物柴油难以相对于基于石油的柴油燃料具有价格竞争力。此外，均相酯交换以环境友好的方式操作也可能具有挑战。
已进行了大量的研究以开发用于转化生物质原料(例如植物油或动物脂肪)的更具成本效益和环境友好的技术，例如非均相催化酯交换、酶促催化酯交换和超临界甲醇酯交换。由相之间的扩散问题引起的传质限制阻碍了这些技术的有效性和建立。
附图说明
不一定按比例绘制的附图通过实例的方式而非通过限制的方式概括地示出了本公开内容中讨论的多个实施方案。
图1是用于由一种或更多种基于脂质的反应物(例如植物油或动物脂肪中的一者或两者)原料生产生物柴油的示例性方法的示意性工艺流程图。
图2是用于由一种或更多种基于脂质的反应物原料生产生物柴油的第二示例性方法的示意性工艺流程图。
图3是用于由一种或更多种基于脂质的反应物原料生产生物柴油的第三示例性方法的示意性工艺流程图。
图4是能够在反应物流中产生液体等离子体的示例性反应器(例如用于图1至3的方法中的一者或更多者)的概念截面图。
图5是能够在反应物流中产生液体等离子体的第二示例性反应器(例如用于图1至3的方法中的一者或更多者)的概念截面图。
图6是能够在反应物流中产生液体等离子体的第三示例性反应器(例如用于图1至3的方法中的一者或更多者)的概念截面图。
图7是能够在反应物流中产生液体等离子体的替代反应器(例如用于图1至3的方法中的一者或更多者)的概念截面图，其中图7的替代反应器与图6的第三示例性反应器相似，但是在反应器中具有不同配置的一个或更多个电极，另一示例性液体等离子体产生反应器包括棒电极。
图8是能够在反应物流中产生液体等离子体的第四示例性反应器(例如用于图1至3的方法中的一者或更多者)的概念截面图。
图9是能够在反应物流中产生液体等离子体的第五示例性反应器(例如用于图1至3的方法中的一者或更多者)的概念截面图。
发明内容
本公开内容描述了用于使用能够在反应物流中产生液体等离子体放电的反应器由一种或更多种基于脂质的反应物(例如一种或更多种油或者一种或更多种脂肪中的一者或两者)生产生物柴油的方法。
本公开内容描述了用于产生稳定的等离子体放电的等离子体反应器。在一个实例中，等离子体反应器包括：限定一个或更多个内室的壳体；至少部分地设置在一个或更多个室的第一部分中或邻近一个或更多个室的第一部分设置的高压电极；至少部分地设置在一个或更多个室的第二部分中或邻近一个或更多个室的第二部分的第一接地电极，其中第二部分位于高压电极的第一侧；在第一接地电极与高压电极之间的第一介电板，第一介电板包括一个或更多个第一开口，反应流经穿过所述一个或更多个第一开口可以从第一部分流至第二部分或者从第二部分流至第一部分；用于将反应流进料至一个或更多个室中的进料入口；以及用于使反应流从一个或更多个室离开的产物出口。
本公开内容还描述了用于生产产物组合物的方法。在一个实例中，所述方法包括：将包含一种或更多种反应物化合物的反应物流进料至等离子体反应器中；以及在等离子体反应器中的反应物流中产生液体等离子体，其中液体等离子体引发或促进一种或更多种反应物化合物中的至少一者的反应以形成产物组合物。在一个实例中，所述方法中使用的等离子体反应器包括：限定一个或更多个内室的壳体；至少部分地设置在一个或更多室的第一部分中或邻近一个或更多个室的第一部分设置的高压电极；至少部分地设置在一个或更多个室的第二部分中或邻近一个或更多个室的第二部分的第一接地电极，其中第二部分位于高压电极的第一侧；以及在第一接地电极与高压电极之间的第一介电板，所述第一介电板包括一个或更多个第一开口，反应物流穿过所述一个或更多个第一开口可以从第一部分流至第二部分或者从第二部分流至第一部分。在这样的实例中，在反应物流中液体等离子体的产生包括向至少高压电极提供电力，使得在反应物流流动通过一个或更多个第一开口的位置处或附近产生液体等离子体。
具体实施方式
现在将详细介绍本公开主题的某些实施方案，这些实施方案的实例在附图中部分示出。虽然将结合所列举的权利要求描述本公开主题，但是应理解，所例示的主题不旨在将权利要求限制于本公开主题。
以下的详细描述包括对附图的介绍，其形成详细描述的一部分。附图通过例示的方式示出了可以实施本发明的具体实施方案。这些实施方案(在本文中也被称为“实例”)足够详细地被描述，以使本领域技术人员能够实施本发明。在不脱离本发明的范围的情况下，可以将示例性实施方案组合，可以利用其他实施方案，或者可以进行结构和逻辑改变。虽然将结合所列举的权利要求描述本公开主题，但是应理解，所例示的主题不旨在将权利要求限制于本公开主题。因此，以下的详细描述不应被视为限制意义的，并且本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
说明书中对“一个实施方案”，“实施方案”，“示例性实施方案”等的引用指示所描述的实施方案可以包括特定特征、结构或特性，但是可能并非每个实施方案都一定包括所述特定特征、结构或特性。此外，这些短语不一定是指同一实施方案。此外，当结合实施方案描述特定特征、结构或特性时，认为结合无论是否明确描述的其他实施方案来影响这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。
以范围形式表示的值应以灵活的方式解释为不但包括作为范围的界限明确列出的数值，而且还包括包含在该范围内的所有单个数值或子范围，就像每个数值和子范围被明确列出一样。例如，“约0.1％至约5％”或“约0.1％至5％”的范围应解释为不仅包括约0.1％至约5％，而且还包括在该指定范围内的单个值(例如，至少约1％、至少约2％、至少约3％、和4％)和子范围(例如，0.1％至0.5％、至少约1.1％至2.2％、至少约3.3％至4.4％)。除非另外说明，否则陈述“约X至Y”具有与“约X至约Y”相同的含义。同样地，除非另外说明，否则陈述“约X、Y或约Z”具有与“约X、约Y或者约Z”相同的含义。
在本文件中，除非上下文另外明确规定，没有数量词修饰的名词用于包括一个/种/者或多于一个/种/者。除非另外说明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”。陈述“A和B中的至少一者”具有与“A、B、或A和B”相同的含义。此外，应理解，本文中采用的未另外限定的措辞或术语仅用于描述的目的而非限制目的。任何章节标题的使用都旨在帮助阅读文件，并且不应被解释为限制性的，与章节标题相关的信息可以出现在该特定章节的内部或外部。逗号可以用作小数点左侧或右侧的分界符或数字组分隔符，例如，“0.000,1”相当于“0.0001”。在本文件中提到的所有出版物、专利和专利文件都通过引用整体并入本文，如同通过引用单独并入一样。如果本文件与通过引用并入的那些文件之间的用法不一致，则所并入的参考文献中的用法应被视为对本文件的用法的补充，对于不可调和的不一致性，以本文件中的用法为准。
在本文描述的方法中，除了当明确叙述时间或操作顺序时之外，可以在不脱离本发明的原理的情况下以任何顺序进行步骤。在权利要求中对首先进行步骤，然后随后进行其他几个步骤的效果的叙述应视为意指第一步骤在任何其他步骤之前进行，但是除非在其他步骤内进一步叙述顺序，否则其他步骤可以以任何合适的顺序进行。例如，叙述“步骤A、步骤B、步骤C、步骤D和步骤E”的权利要求要素应被解释为意指首先进行步骤A，最后进行步骤E，步骤B、C和D可以在步骤A与E之间以任何顺序进行，并且该顺序仍落在所要求保护的方法的字面范围内。也可以重复给定步骤或步骤的子集。
此外，除非明确的权利要求语言叙述单独进行特定步骤，否则可以同时进行特定步骤。例如，要求保护的进行X的步骤和要求保护的进行Y的步骤可以在单个操作中同时进行，并且所得过程将落入要求保护的方法的字面范围内。
如本文所用的术语“约”可以允许值或范围的一定程度的可变性，例如，在规定值或规定的范围界限的10％以内、5％以内或1％以内。
如本文所用的术语“基本上”是指大多数或大部分，如至少约50％、至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、至少约95％、至少约96％、至少约97％、至少约98％、至少约99％、至少约99.5％、至少约99.9％、至少约99.99％、或至少约99.999％、或更大。
定义
应理解，本文中采用的未另外限定的措辞或术语仅用于描述的目的而非限制目的。任何章节标题的使用都是旨在帮助阅读文件，并且不应被解释为限制性的，与章节标题相关的信息可以出现在该特定章节的内部或外部。在本文件中提到的所有出版物、专利和专利文件都通过引用整体并入本文，如同通过引用单独并入一样。如果本文件与通过引用并入的那些文件之间的用法不一致，则所并入的参考文献中的用法应被视为对本文件的用法的补充，对于不可调和的不一致性，以本文件中的用法为准。
如本文所用的术语“有机基团”是指但不限于任何含碳的官能团。例如，含氧基团，如烷氧基、芳氧基、芳烷氧基、氧基(羰基)、羧基(包括羧酸、羧酸盐和羧酸酯)；含硫基团，如烷基和芳基硫化物基团；以及其他含杂原子的基团。有机基团的非限制性实例包括OR、OOR、OC(O)N(R)2、CN、CF3、OCF3、R、C(O)、亚甲二氧基、亚乙二氧基、N(R)2、SR、SOR、SO2R、SO2N(R)2、SO3R、C(O)R、C(O)C(O)R、C(O)CH2C(O)R、C(S)R、C(O)OR、OC(O)R、C(O)N(R)2、OC(O)N(R)2、C(S)N(R)2、(CH2)0-2N(R)C(O)R、(CH2)0-2N(R)N(R)2、N(R)N(R)C(O)R、N(R)N(R)C(O)OR、N(R)N(R)CON(R)2、N(R)SO2R、N(R)SO2N(R)2、N(R)C(O)OR、N(R)C(O)R、N(R)C(S)R、N(R)C(O)N(R)2、N(R)C(S)N(R)2、N(COR)COR、N(OR)R、C(＝NH)N(R)2、C(O)N(OR)R或C(＝NOR)R，其中R可以为氢(在包括其他碳原子的实例中)或基于碳的部分，并且其中基于碳的部分自身可以进一步被取代。
如本文所用的术语“组合物”是指化学物质、化合物或物质、或者两种或更多种这样的化学物质、化合物或物质的混合物或组合。
如本文所用的术语“溶剂”是指可以溶解固体、另一液体或气体的液体。溶剂的非限制性实例为有机硅、有机化合物、水、醇、离子液体和超临界流体。
如本文所用的术语“室温”是指约15℃至约28℃的温度。
如本文所用的术语“标准温度和压力”是指20℃和101kPa。
用于生物柴油合成的系统
本公开内容描述了产生液体等离子体以用于生产生物柴油的装置的多个实施方案。本文所述的液体等离子体放电装置和方法提供了生物柴油的可持续生产。例如，液体等离子体放电装置可以提供以交流(“AC”)为动力的液体等离子体过程。在足够高的电压例如约3千伏(kV)至约30kV下，反应流中与放电相关的能量足以破坏油、脂肪或醇中的一者或更多者的化学键。在一些实例中，产生的液体等离子体诱导酯交换反应并提供完成生物柴油合成反应所需的能量。本发明人发现，包括如本文所述的液体等离子体放电装置的反应系统能够使用廉价且小的AC电源而非高成本的大尺寸脉冲电源来产生用于成功的生物柴油合成的液体等离子体。本发明人还发现，当使用包括如本文所述的液体等离子体放电装置的系统时，可以由含有可再生油的基质连续生产高品质的生物柴油。本发明人还发现，本文所述的液体等离子体放电技术提供优于用于生物柴油合成的常规和其他可用技术的优点，包括以下中的至少一者，并且在一些实例中包括以下中的全部：原料选择性提高、反应快速(例如，至少约1秒或更短)、几乎不需要或不需要预热、对分离或纯化所得产物流的需要显著降低。本文还描述了使用在反应物混合物中产生的液体等离子体作为酯交换反应的能量源来生产生物柴油的方法。
如上所述，在一些实例中，生物柴油通过基于脂质的生物质例如植物油或动物脂肪或两者的酯交换形成。在一个实例中，基于脂质的生物质在催化剂的存在下通过一般反应[1]与醇(通常为甲醇(CH3OH))反应。
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图1是用于使用如上所述的液体等离子体技术生产生物柴油的示例性方法10的示意性流程图。在一个实例中，生物柴油生产方法10包括被进料至反应器20的生物质原料12，反应器20可以在被进料至反应器20的反应物混合物中产生稳定等离子体。因此，反应器20在下文中被称为“液体等离子体反应器20”或者为简洁起见简称为“等离子体反应器20”。下面更详细地描述等离子体反应器20的实例。
在一个实例中，生物质原料12在被递送至等离子体反应器20之前被保存在储存容器(例如原料罐14)中。生物质原料12可以包含例如基于脂质的反应物如植物油和/或动物脂肪。为简洁起见，基于脂质的反应物在本文中可以描述为“植物油”或简称为“油”。然而，本领域技术人员将理解，生物质原料12可以包含一种或更多种动物脂肪、或者植物油和一种或更多种动物脂肪的组合。
将通过等离子体反应器20进行转化的一种或更多种基于脂质的反应物与一种或更多种反应物醇例如甲醇(为了简洁起见，在下文中简称为“醇”)混合以形成最终的生物质原料12。例如，可以将基于脂质的反应物例如植物油、一种或更多种动物脂肪、或者植物油和一种或更多种动物脂肪的组合与一种或更多种反应物醇混合以产生生物质原料12的反应物混合物。在图1所示的实例中，将一种或更多种基于脂质的反应物与一种或更多种反应物醇在原料罐14中组合以形成被进料至等离子体反应器20的生物质原料12的反应物混合物。在一些实例中，反应物混合物可以包含催化剂，例如与基于脂质的反应物和反应物醇混合的催化剂颗粒。然而，如下面更详细描述的，在一些实例中，在反应物混合物中不需要包含催化剂。
反应物不需要在同一储存容器如图1中所示的原料罐14中混合在一起。图2示出了替代方法50的示意性流程图，其中一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇从单独的来源被进料至等离子体反应器20。例如，一种或更多种基于脂质的反应物例如原料油可以储存在油储存罐52中并作为基于脂质的反应物流54离开，一种或更多种反应物醇可以保存在醇储存罐56中并作为醇流58离开。可以用混合装置60(简称为“混合器60”)将基于脂质的反应物流54和醇反应物流58在紧接在或基本上紧接在被进料至等离子体反应器20之前混合在一起以形成反应物混合物。混合器60可以为可用于将两种或更多种液体流混合在一起以形成均匀或基本均匀的混合物的任何类型的混合装置，特别是能够将两种或更多种液体流混合作为流动加工线的一部分的那些(通常被称为“在线混合器”)。混合器60可以为静态混合器或动态混合器。混合器60还可以能够将催化剂颗粒与反应物混合物的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇混合。可以预先将催化剂颗粒与一种或更多种基于脂质的反应物或一种或更多种反应物醇中的一者或两者混合，或者可以将其与反应物流单独进料至混合器60中。
在一些实例中，即使反应物混合物在混合器60的上游形成，也可以使用混合器如混合器60来混合反应物混合物，例如当基于脂质的反应物和反应物醇在原料罐14中初始混合时。换句话说，混合器60可以用于“再混合”预先形成的反应物混合物。即使反应混合物被预混合例如在原料罐14中被预混合，使用混合装置如混合器60也可以提供被进料至等离子体反应器20中的反应物混合物被均匀或基本均匀混合以在等离子体反应器20中更有效地反应的更强保证。图2中所示的方法50的其余部分可以与下面更详细地描述的图1的方法10基本相同。
返回图1，在一个实例中，反应物混合物通过进料泵18经由进料线16被递送至等离子体反应器20。如下面更详细描述的，在液体等离子体反应器20中，使等离子体产生并释放到反应物混合物的液体中。通过液体等离子体反应器20产生的液体等离子体提供足够的能量以辅助反应物混合物中的一种或更多种化合物的一种或更多种化学或生物反应，以形成生物柴油产物化合物。在一个实例中，通过液体等离子体反应器20产生的液体等离子体诱导酯交换反应并且在一些实例中提供酯交换反应的完成以将油和醇转化为生物柴油，例如上述反应[1]。电源22向等离子体反应器20提供电能以驱动该等离子体形成。在一个实例中，电源22对流动通过等离子体反应器20的反应物混合物施加相对高的选择(electoral)电压。因此，为简洁起见，将电源22称为“高压电源22”。在一个实例中，高压电源22包括交流(“AC”)电源，并且因此在一些实例中可以被称为“高压AC电源22”。在一个实例中，向反应物混合物施加相对高的电压例如至少2千伏(kV)如约2kV至约15kV或更大的电压允许等离子体反应器20连续或基本上连续地且稳定地或基本上稳定地产生液体等离子体。
通过等离子体反应器20产生的液体等离子体在反应物混合物中产生以形成包含油原料或一些其他基于脂质的反应物、反应物醇、水、产生的等离子体和(在一些实例中)催化剂的反应流。在一些实例中，包含基于脂质的反应物、反应物醇和液体等离子体的反应流被快速转化成包含未转化的反应物(例如，未转化的油或醇)、水、一种或更多种生物柴油化合物(例如，脂肪酸甲酯(也被称为“FAME”)或其他生物柴油酯化合物)和甘油的混合物的产物流，其中生物柴油化合物和甘油例如通过反应[1]形成。如果在反应物混合物中包含催化剂，则产物流还将包含催化剂。产物流经由反应器产物线24流出等离子体反应器20。在一些实例中，该快速转化主要在等离子体反应器20内即在等离子体反应器20的壳体内并且紧邻电极或产生液体等离子体的其他结构发生。然而，在一些实例中，由液体等离子体驱动的反应的至少一部分可以在反应器产物线24中的等离子体反应器20的下游发生。
方法10可以包括对产物流的进一步处理以提供具有期望特性的最终生物柴油产物34。在一个实例中，方法10包括生物柴油分离系统26以将一种或更多种生物柴油化合物28与反应器产物线24中的其他组分例如甘油和未转化的反应物30(为简洁起见，简称为“甘油流30”)分离。在一个实例中，将一种或更多种被分离的生物柴油化合物28在生物柴油纯化系统32中进一步处理以提供具有特定纯度的最终生物柴油产物34。生物柴油分离系统26可以包括用于将生物柴油化合物与其他化合物分离的任何已知或尚未知的操作设备或过程，例如用于将生物柴油化合物与甘油流分离的那些。类似地，生物柴油纯化系统32可以包括用于将生物柴油化合物例如生物柴油化合物28纯化的任何已知或尚未知的操作设备或过程。
可以对被进料至等离子体反应器20中的反应物中的一者或更多者进行预处理以在反应物化合物中的一者或更多者被进料至反应器之前对其进行改性。图3是示例性方法70的示意性流程图，其包括可以包括在该方法中以对反应物进料流74进行预处理的预处理阶段72的实例。如本领域技术人员将理解的，FFA难以处理并且通常不能直接转化成生物柴油化合物例如FAME。通过进料流74中的FFA在FFA预处理72期间的转化而形成的基于脂质的反应物与已经在进料流74中的其他基于脂质的反应物组合以提供脂质反应物流76。
方法70的在用于提供脂质反应物流76的FFA预处理72之后的其余部分可以与以上关于图1描述的方法10或以上关于图2描述的方法50的一个或更多个方面基本相似。例如，方法70可以包括醇反应物流78，醇反应物流78包含待与脂质反应物流76中的一种或更多种基于脂质的反应物反应的一种或更多种反应物醇。脂质反应物流76和醇反应物流78可以在混合器80中组合以均匀或基本均匀混合来自脂质反应物流76的一种或更多种基于脂质的反应物和来自醇反应物流78的一种或更多种反应物醇，从而提供在反应物混合物流82中的反应物混合物。在一些实例中，反应物混合物流82可以在被进料至等离子体反应器20之前被进料至任选的储存罐(未示出)中以储存。在另一些实例中，反应物混合物流82可以直接被进料至等离子体反应器20中。如在上述方法10中，等离子体反应器20被配置成在通过电源22向等离子体反应器20供电时在来自反应物混合物流82的反应物混合物中产生等离子体。产生的等离子体可以引发、诱导或以其他方式辅助一个或更多个反应，以将反应物混合物流82中的基于脂质的反应物转化成反应产物流24中的一种或更多种生物柴油化合物。可以使反应产物流24经受进一步的后端生物柴油处理例如生物柴油分离系统26和生物柴油纯化系统32中的一者或两者(以上关于图1描述的)，以提供最终的生物柴油产物34。
在一个实例中，预处理阶段72包括一个或更多个系统或设备部件，所述一个或更多个系统或设备部件被配置成将游离脂肪酸(在下文中也被称为“FFA”)转化成可以更容易地转化成期望的生物柴油化合物例如FAME的一种或更多种基于脂质的反应物化合物。在一个实例中，预处理阶段72将进料流74中的基于脂质的原料中的FFA转化成构成脂质反应物流76的一种或更多种甘油酯化合物，例如示出为反应[1]中的第一反应物的甘油三酯化合物(在反应[1]中被标记为“脂肪或油”)。甘油三酯化合物对于转化成生物柴油可以是优选的，因为如反应[1]中所示，每种甘油三酯化合物可以产生三种不同的生物柴油化合物。
已知具有相对高比例的通常难以转化成生物柴油产物的FFA的一种潜在脂质原料是用于食品制备的植物油，例如用过的油炸油，也被称为“用过的烹饪油”。上述FFA预处理72可以通过将FFA的至少一部分转化成可以转化成一种或更多种生物柴油化合物的一种或更多种基于脂质的反应物(例如可以通过与一种或更多种反应物醇的酯交换反应转化成一种或更多种生物柴油化合物的一种或更多种甘油酯化合物)来允许FFA高的原料(例如用过的烹饪油)可用于方法70。
FFA预处理72可以是可以将存在于进料流74中的FFA的至少一部分转化成可以更容易地转化成一种或更多种生物柴油化合物的一种或更多种基于脂质的反应物的任何化学处理。如上所述，在一些实例中，优选的由FFA预处理72中的FFA形成的基于脂质的反应物是甘油酯化合物，特别是甘油三酯。可以在FFA预处理72中进行的方法或处理的实例包括但不限于酸催化酯化或甘油酯化(在下文中也称为“甘油醇解)”。
酸催化酯化可以包括在酸的存在下使进料流74中的FFA与甲醇反应以产生水和甘油酯化合物(例如，甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯的混合物)。酸催化酯化可以提供制备用于通过酯交换转化成生物柴油化合物的基于脂质的反应物的进料流74的酸值(AV)的降低。在酸催化酯化反应完成之后，FFA预处理72可以包括分离成有机部分(例如脂质反应物流76)和水性部分(例如水和未反应的甲醇)。来自水性部分的未反应甲醇可以再循环回用作用于酸催化酯化的甲醇的一部分或者用作醇反应物流78的至少一部分。
甘油醇解可以包括使进料流74中的FFA与甘油反应以形成水和甘油酯(例如，甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯的混合物)。随着甘油醇解反应随时间进行，所得反应混合物可以包含未反应的FFA、水、游离甘油、以及甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯的混合物。可以将水和游离甘油与甘油单酯、甘油二酯和甘油三酯(在本文中统称为“甘油酯”)分离以提供被分离的甘油流和脂质反应物流76。被分离的甘油流中的甘油可以再循环回用作用于甘油醇解的甘油的至少一部分。在一些实例中，甘油醇解可以是酸催化的或碱催化的。
传统上，液体等离子体通过气体体积中的放电产生。最近，对包含水和有机化合物的溶液中的脉冲等离子体放电的研究越来越受到关注，这实现了在工业和学术研究中的各种应用。液体中的脉冲等离子体放电已被表明能够诱导多种反应，包括有机化合物的降解、细菌和病毒的破坏、无机离子的氧化、纳米材料和聚合物的合成、以及生物医学工程应用。发现所述反应通常是通过经由脉冲放电产生以下中的一者或更多者而诱导的：各种反应性物质、UV辐射、冲击波、高电场、或热。此外，还报道了产生高温高压局部区域以及形成声波。这些所产生的作用独立地或协同地快速有效地完成多种反应。然而，脉冲电源昂贵，操作麻烦并且具有高功率要求。
已经在超临界流体条件下的生物柴油生产区域中进行了其他研究。例如，已证明通过超临界醇酯交换来非催化生产生物柴油能够在几乎不需要催化剂分离的情况下在相对短的时间内产生高转化率。然而，该超临界方法的操作温度非常高(例如，约350℃)并且需要非常高的压力例如高至10兆帕(MPa)。用于生物柴油生产的实验室规模微波和/或超声应用也已被进行研究，并且与常规的均相酯交换技术相比，表现出实现良好结果的潜力。然而，研究人员由于微波或超声能量的低穿透性而怀疑微波或超声技术可以扩大至大规模生物柴油生产，限制了批量处理的能力。
可以将图1至3的液体等离子体方法10、50和70与提供生物柴油的直接化学生产的其他高能量等离子体条件相比较。液体等离子体方法10、50、708可以产生对最终生物柴油产物34的高转化率，并提供优于常规生物柴油生产方法例如上述均相酯交换技术的优点。在一些实例中，优于常规生物柴油生产的优点包括但不限于以下中的一者或更多者：
a)提高的原料选择性—发现液体等离子体方法10不仅可以处理初榨的植物油，而且还可以处理游离脂肪酸和水含量高的烹饪油脂和动物脂肪；
b)连续处理和小反应器尺寸—液体等离子体方法10可以作为连续过程进行操作，这允许等离子体反应器20具有比批量处理(这在常规生物柴油生产中是常见的)所需的尺寸小得多的尺寸；
c)快速反应和高转化速率—在等离子体反应器20中产生的液体等离子体可以释放足够的能量以使生物化合物电离，产生显著更高的反应和转化速率。例如，发现在图1的方法10中的等离子体反应器20可以在短至1秒或更短时间内实现产生生物柴油化合物的反应，而对于常规的均相酯交换，长至2至4小时。甚至发现反应速率比仅实现热传递的微波和超声方法提供更快的反应和转化速率。
d)降低的加热要求—作为能量来源，通过等离子体反应器20产生的液体等离子体通过其与分子水平的材料的相互作用产生热，提供能量传递而非热传递，实现更有效且更快地将催化剂加热，使得反应器床的预热显著降低，并且在一些实例中，完全消除，与需要大量预热的常规方法相反；
e)降低的下游处理要求—由于通过等离子体反应器20产生的等离子体而携带的电荷可以大大促进生物柴油与甘油分离。此外，通过使用液体等离子体，对用于等离子体反应器20中(或紧接在其下游)的酯交换反应的额外醇的需要大大降低或者甚至消除，这与常规生物柴油生产方法相比可以大大降低或消除对醇回收的要求；以及
f)改善的可扩展性—等离子体反应器20的稳定液体等离子体产生可用相对简单的反应器设计实现，如通过图2至6中所示并在下面描述的示例性反应器设计所证明的。认为方法10向大规模生物柴油生产的扩展可容易地实现。
本文所述的液体等离子体方法10、50、70还具有优于先前的生物柴油生产方法的优点，例如上述那些，包括以下中的一者或更多者：较低的温度要求、较低的压力要求、较小且较简单的设计(例如，减小的装置体积)、或较低的对污染物的敏感性。最后，发现本文所述的液体等离子体方法10、50、708能够产生能量足以驱动酯交换反应的等离子体，与其他高能量等离子体生产(例如上述脉冲等离子体放电法)相比以及与其他高能生物柴油生产方法(例如上述实验室规模微波或超声法)相比，具有显著较低的能量要求和显著较少的资本投入。
方法10、50、70中的等离子体反应器20使得能够使用AC电源来实现脉冲电源的功能。因此，可以显著减小装置体积和操作成本。然而，本领域技术人员将理解，如果需要，可以将直流(“DC”)电源或基于脉冲的电源与本文所述的等离子体反应器20和方法10一起使用。
在足够的供应电压下，具有用于生物柴油生产的反应物例如一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇以及(在一些实施例中)催化剂的适当组合的反应流可以通过等离子体反应器20进行处理。在一个实例中，对于等离子体反应器20的目的，如果所产生的液体等离子体具有足够的能量来破坏一种或更多种反应物的一个或更多个化学键和/或形成一种或更多种产物化合物的一个或更多个化学键，则电压供应可以认为是“足够的”。例如，对于生物柴油化合物，在一些实例中，如果液体等离子体能量可以破坏反应物混合物中的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的一个或更多个化学键以诱导酯交换或者提供足够的能量以完成产生一种或更多种生物柴油化合物的酯交换或两者，则电压可以认为是“足够的”。
在一个实例中，供应至等离子体反应器20的足以用于液体等离子体方法10、50、70的目的，例如足以破坏一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的化学键以诱导酯交换反应并提供足够的能量以完成产生一种或更多种生物柴油化合物的反应的电压为至少为2千伏(kV)，例如约2kV至约15kV。
在一个实例中，供应至等离子体反应器20以产生具有足以用于方法10的能量的液体等离子体的电压为至少约2kV、至少约2.5kV、至少约2.6kV、至少约2.7kV、至少约2.8kV、至少约2.9kV、至少约3kV、至少约3.1kV、至少约3.2kV、至少约3.3kV、至少约3.4kV、至少约3.5kV、至少约3.6kV、至少约3.7kV、至少约3.8kV、至少约3.9kV、至少约4kV、至少约4.1kV、至少约4.2kV、至少约4.3kV、至少约4.4kV、至少约4.5kV、至少约4.6kV、至少约4.7kV、至少约4.8kV、至少约4.9kV、至少约5kV、至少约5.1kV、至少约5.2kV、至少约5.3kV、至少约5.4kV、至少约5.5kV、至少约5.6kV、至少约5.7kV、至少约5.8kV、至少约5.9kV、至少约6kV、至少约6.1kV、至少约6.2kV、至少约6.3kV、至少约6.4kV、至少约6.5kV、至少约6.6kV、至少约6.7kV、至少约6.8kV、至少约6.9kV、至少约7kV、至少约7.1kV、至少约7.2kV、至少约7.3kV、至少约7.4kV、至少约7.5kV、至少约7.6kV、至少约7.7kV、至少约7.8kV、至少约7.9kV、至少约8kV、至少约8.1kV、至少约8.2kV、至少约8.3kV、至少约8.4kV、至少约8.5kV、至少约8.6kV、至少约8.7kV、至少约8.8kV、至少约8.9kV、至少约9kV、至少约9.1kV、至少约9.2kV、至少约9.3kV、至少约9.4kV、至少约9.5kV、至少约9.6kV、至少约9.7kV、至少约9.8kV、至少约9.9kV、至少约10、至少约10.1kV、至少约10.2kV、至少约10.3kV、至少约10.4kV、至少约10.5kV、至少约10.6kV、至少约10.7kV、至少约10.8kV、至少约10.9kV、至少约11kV、至少约11.1kV、至少约11.2kV、至少约11.3kV、至少约11.4kV、至少约11.5kV、至少约11.6kV、至少约11.7kV、至少约11.8kV、至少约11.9kV、至少约12kV、至少约12.1kV、至少约12.2kV、至少约12.3kV、至少约12.4kV、至少约12.5kV、至少约12.6kV、至少约12.7kV、至少约12.8kV、至少约12.9kV、至少约13kV、至少约13.1kV、至少约13.2kV、至少约13.3kV、至少约13.4kV、至少约13.5kV、至少约13.6kV、至少约13.7kV、至少约13.8kV、至少约13.9kV、至少约14kV、至少约14.1kV、至少约14.2kV、至少约14.3kV、至少约14.4kV、至少约14.5kV、至少约14.6kV、至少约14.7kV、至少约14.8kV、至少约14.9kV、或至少15kV。
足以用于特定方法10、50、70，例如足以用于等离子体反应器20内的反应物混合物中的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换的实际电压可以取决于多个因素，例如所使用的特定反应物基于脂质的反应物或组合物和一种或更多种反应物醇、期望的一种或更多种特定生物柴油产物化合物、等离子体反应器20中反应物的浓度、所使用的特定催化剂、反应物混合物中或等离子体反应器20中催化剂的负载或浓度、反应期间等离子体反应器20的操作温度、反应期间等离子体反应器20内的操作压力、以及方法10、50、70的期望生产率。
液体等离子体放电反应器
图4至9示出了可以用于辅助反应物混合物中的一种或更多种化合物的一种或更多种化学或生物反应的液体等离子体反应器结构的多个实例。例如，图4至9中的每种示例性液体等离子体反应器结构可以用作图1至3中所示的示例性生物柴油生产方法10、50、70中的液体等离子体反应器20。如上所述，液体等离子体反应器产生电致液体等离子体，其提供能量以驱动一种或更多种化学或生物反应以将反应物混合物中的一种或更多种反应物化合物(例如一种或更多种油或者其他基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇)快速转化成一种或更多种生物柴油化合物。
图4是示出被配置成在液体反应流中产生液体等离子体放电的液体等离子体反应器100的第一实例的示意图。如上所述，液体等离子体具有足够的能量以辅助反应流中一种或更多种化合物的化学或生物反应。例如，图4的等离子体反应器100可以用于一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换，使得图4中所示的示例性液体等离子体反应器100可以用作图1至3的生物柴油生产方法10、50、70中的等离子体反应器20。在一个实例中，等离子体反应器100包括与流动通过等离子体反应器100的反应物混合物的流动路径接触的电极102、104、106。当向电极102、104、106中的一者或更多者供应电能例如来自电源例如图1的方法10中的高压电源22的电能时，液体等离子体在流动路径中产生使得液体等离子体与反应物混合物混合。在一个实例中，反应物混合物(例如，如图1至3的方法10、50、70中的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的原料混合物)经由进料线110进入等离子体反应器100，反应流(例如，产生的液体等离子体和/或酯交换反应产物、未反应的基于脂质的反应物和未反应的反应物醇)经由出口线112离开等离子体反应器100。等离子体反应器100在等离子体反应器100中未负载有任何催化剂的情况下进行描绘。因此，图4中所示的示例性等离子体反应器100可以用于反应物混合物中包含催化剂(例如催化剂材料的颗粒被混合在和夹带在反应物混合物中)的方法。
等离子体反应器100包括高压电极102和一个或更多个接地电极104、106。在图4中描绘的实例中，高压电极102纵向设置在一对接地电极104、106之间。在一个实例中，第一接地电极104设置在进料线110处或附近，第二接地电极106设置在出口线112处或附近。在图4的实例中，高压电极102和一个或更多个接地电极104、106的形状为管状或大致管状，使得每个电极102、104、106围绕或基本上围绕反应物混合物的流动路径的一部分。
在一个实例中，介电结构114、116设置在高压电极102与一个或更多个接地电极104、106中的每一者之间。例如，第一介电板114可以设置在高压电极102与第一接地电极104之间，使得第一介电板114在高压电极102的上游，因此将其称为“上游介电板114”。第二介电板116可以设置在高压电极102与第二接地电极106之间的高压电极102的与上游介电板114相对的一侧上，使得第二介电板116在高压电极102的下游，因此也将其称为“下游介电板116”。
在一个实例中，反应物混合物从进料线110流入被管状第一接地电极104A围绕或基本围绕的腔118(其在下文中被称为“第一接地腔118”)。在一个实例中，第一接地腔118在其侧面或外围上由第一接地电极104界定，并且在其纵向端部处由等离子体反应器100的(例如，邻近进料线110的)端部和由上游介电板114界定。
反应物混合物从第一接地腔118流入被管状高压电极102围绕或基本上围绕的另一腔120(其在下文中被称为“高压腔120”)。在一个实例中，高压腔126在其侧面或外围上由高压电极102界定，并且在其纵向端部由上游介电板114和下游介电板116界定。在一个实例中，反应物混合物通过穿过上游介电板114中的一个或更多个开口122从第一接地腔118流至高压腔120。一个或更多个开口122的配置的实例包括但不限于以下的一者或任何组合：上游介电板114中的一个或更多个穿孔、上游介电板114中的一个或更多个狭缝、上游介电板114中的一个或更多个孔、或者上游介电板114中的一个或更多个其他类型的开口。
上游介电板114中的一个或更多个开口122使得流动的反应物混合物紧接在上游介电板114的下游形成一个或更多个放电区域124。本发明人发现，液体等离子体的产生在一个或更多个放电区域124中可以是特别普遍的。产生的等离子体往往引发反应物混合物中的反应物(例如，一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇)之间的酯交换反应以产生一种或更多种酯交换反应产物(例如，一种或更多种生物柴油化合物)，其在高压腔120中与来自反应物混合物的未反应的反应物混合以形成反应流。
现在包含由于产生的液体等离子体供应的引发能量而产生的一种或更多种酯交换反应产物的反应流从高压腔120流至被管状第二接地电极106围绕或基本上围绕的另一腔126(其在下文中被称为“第二接地腔126”)。在一个实例中，第二接地腔126在其侧面或外围上由第二接地电极106界定，并且在其纵向端部处由下游介电板116和等离子体反应器100的(例如，邻近出口线112的)端部界定。在一个实例中，反应流通过穿过下游介电板116中的一个或更多个开口128从高压腔120流至第二接地腔126。一个或更多个开口128的配置的实例包括但不限于以下的一者或任何组合：下游介电板116中的一个或更多个穿孔、下游介电板116中的一个或更多个狭缝、下游介电板116中的一个或更多个孔、或者下游介电板116中的一个或更多个其他类型的开口。
在图4中描绘的示例性配置中，每个介电板114、116不仅充当高压电极102与相应接地电极104、106之间的介电屏障，而且还充当流动屏障以暂时阻碍相应相邻腔之间(例如第一接地腔118与高压腔120之间或高压腔120与第二接地腔126之间)的反应物混合物或反应流的流量。反应流从第二接地腔126经由出口线112流出，并因此离开等离子体反应器100。
图5示出了第二示例性液体等离子体反应器200，其能够在液体反应物混合物中产生液体等离子体放电以辅助反应物混合物中一种或更多种化合物的化学或生物反应。这样，等离子体反应器200与图4中所示的等离子体反应器100一样可以用于一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换，使得图5中所示的示例性液体等离子体反应器200可以用作图1至3的生物柴油生产方法10、50、70中的等离子体反应器20。图5的离子体反应器200与图4中描绘的示例性等离子体反应器100相似。例如，等离子体反应器200包括与通过等离子体反应器200的反应物混合物的流动路径接触的电极202、204、206。
供应至电极202、204、206的电能使液体等离子体在流动路径中产生，使得液体路径可以接触反应物并引发酯交换反应或促进酯交换反应的引发。在一个实例中，等离子体反应器200包括高压电极202和一个或更多个接地电极204、206。在一个实例中，高压电极202纵向设置在一对接地电极204、206之间，例如设置在第一接地电极204与第二接地电极206之间，第一接地电极204设置在向等离子体反应器200中进料的进料线210处或附近，第二接地电极206设置在等离子体反应器200的出口线212处或附近。与图4的等离子体反应器100一样，在一个实例中，高压电极202和一个或更多个接地电极204、206的形状为管状或大致管状，使得每个电极202、204、206围绕或基本上围绕反应物混合物的流动路径的一部分。
介电结构214、216可以设置在高压电极202与一个或更多个接地电极204、206中的每一者之间，例如第一介电板214设置在高压电极202上游的第一接地电极204与高压电极202之间(被称为“上游介电板214”)，以及第二介电板216设置在高压电极202下游的第二接地电极206与高压电极202之间(被称为“下游介电板216”)。介电板214、216和等离子体反应器200的壳体可以充当其中反应物混合物或反应流在等离子体反应器200中流动的一个或更多个腔的边界。例如，等离子体反应器200的邻近进料线210的端部和上游介电板114是被第一接地电极204围绕或基本上围绕的腔218(被称为“第一接地腔218”)的边界，介电板214、216是被高压电极202围绕或基本上围绕的腔220(被称为“高压腔220”)的边界，以及下游介电板216和等离子体反应器200的邻近出口线212的端部是被第二接地电极206围绕或基本上围绕的腔226(被称为“第二接地腔226”)的边界。
在一个实例中，在上游介电板214中设置有一个或更多个开口222，以及在下游介电板216中设置有一个或更多个开口228。与上述介电板114、116中的开口122、128一样，上游介电板214中的一个或更多个开口222和下游介电板216中的一个或更多个开口228的配置的实例包括但不限于以下的一者或任何组合：在相应介电板214、216中的一个或更多个穿孔、一个或更多个狭缝、一个或更多个孔、或者一个或更多个其他类型的开口。
在一个实例中，反应物混合物以与其在图4的示例性等离子体反应器100中流动通过大致相同的方式流动通过等离子体反应器200。例如，反应物混合物可以从进料线210流入第一接地腔218，然后穿过上游介电板214中的一个或更多个开口222以在高压腔220内形成一个或更多个放电区域224，然后穿过下游介电板216中的一个或更多个开口228进入第二接地腔226，最后经由出口线212离开第二接地腔226(并因此离开等离子体反应器200)。
图5的示例性等离子体反应器200与图4的等离子体反应器100之间的主要区别在于：等离子体反应器200包括负载在等离子体反应器200中的一个或更多个腔218、220、226中的催化剂230。在一个实例中，催化剂230包含负载在一个或更多个腔218、220、226中的复数个催化剂颗粒，其中催化剂颗粒可以包括催化剂材料的颗粒或结合有催化剂材料的载体材料的颗粒。
在一个实例中，催化剂230至少负载在高压腔220中。在一个实例中，催化剂230负载在高压腔220中和接地腔218、226中的至少一者中。在一个实例中，催化剂230负载在高压腔220和两个接地腔218、226中(图5中未示出)。在图5中所示的实例中，催化剂230负载在高压腔220和第二接地腔226(例如，下游接地腔226，其被描绘为图5中的最顶端接地腔)中。负载在等离子体反应器200中的催化剂230的量足以用于期望的反应例如酯交换反应或产生一种或更多种生物柴油产物化合物的反应，并且足以在存在于等离子体反应器200中的条件下在等离子体反应器200内实现特定产率。可以使用如图5中所描绘的负载在等离子反应器200中的催化剂230代替混合在反应物混合物中并且经由进料线210被进料至等离子体反应器200中的催化剂颗粒，或者除混合在反应物混合物中并且经由进料线210被进料至等离子体反应器200中的催化剂颗粒之外还可以使用如图5中所描绘的负载在等离子反应器200中的催化剂230。
图6示出了液体等离子体反应器300的第三实例，其能够在液体反应物混合物中产生液体等离子体放电以辅助反应物混合物中的一种或更多种化合物的化学或生物反应，例如以辅助或促进一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换反应。因此，与图2和3的等离子体反应器100和200一样，等离子体反应器300可以用于一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换，使得图6中所示的示例性液体等离子体反应器300可以用作图1至3的生物柴油生产方法10、50、70中的等离子体反应器20。
与示例性等离子体反应器100和200不同，图6的示例性等离子体反应器300使用大致平的板状电极302、304、206(在下文中被称为“板电极302、304、306”或者为简洁起见简称为“电极302、304、306”)而非以上分别关于图4和5的等离子体反应器100和200描述的管状或基本管状电极102、104和106以及电极202、204和206。然而，在许多其他方面，图6的等离子体反应器300与等离子体反应器100和200相似。例如，供应至板电极302、304、306的电能可以使液体等离子体在等离子体反应器300中的反应物混合物中产生，这可以引发酯交换反应或促进酯交换反应的引发。在一个实例中，等离子体反应器300包括高压板电极302和一个或更多个接地板电极304、306。在一个实例中，高压板电极302纵向设置在一对接地板电极304、306之间，例如设置在第一接地板电极304与第二接地板电极306之间，第一接地板电极304设置在进入等离子体反应器300的进料线310处或附近，第二接地板电极306设置在等离子体反应器300的出口线312处或附近。
在图6中描绘的实例中，每个板电极302、304、306包括一个或更多个开口，反应物混合物在其流动通过等离子体反应器300时可以穿过所述一个或更多个开口。例如，一个或更多个开口314可以穿过第一接地板电极304，一个或更多个开口316可以穿过高压板电极302，以及一个或更多个开口318可以穿过第二接地板电极306。可以形成任何开口314、316、318的结构的实例包括但不限于以下的一者或任何组合：相应板电极302、304、306中的一个或更多个穿孔、一个或更多个狭缝、一个或更多个孔、或者一个或更多个其他类型的开口。
在一个实例中，等离子体反应器300包括设置在高压板电极302与一个或更多个接地板电极304、306中的每一者之间的介电结构320、322。在一个实例中，各介电结构320、322包括介电板320、322，与上述等离子体反应器100、200中的介电板114、116、214、215相似。在一个实例中，第一介电板320设置在高压板电极302上游的第一接地板电极304与高压板电极302之间(被称为“上游介电板320”)，第二介电板322设置在高压板电极302下游的第二接地板电极306与高压板电极302之间(被称为“下游介电板322”)。
在一个实例中，在上游介电板320中设置有一个或更多个开口324，以及在下游介电板322中设置有一个或更多个开口326，与图4和5的示例性等离子体反应器100、200中的各介电板114、116、214、216中的开口122、128、222、228相似。与那些开口一样，介电板320、322中的一个或更多个开口324、326可以紧接在介电板320、322的下游产生放电区域328，本发明人发现这可以特别有益于等离子体产生。在一些实例中，板电极302、304、306中的一个或更多个开口314、316、318可以产生与由介电板320、322中的开口324、326形成的放电区域328相似的放电区域。
在一个实例中，反应物混合物经由进料线310被进料至邻近第一接地板电极304的第一室332(在此被称为“第一入口接地室332”)中。接着，反应物混合物穿过第一接地板电极304中的一个或更多个开口314进入邻近第一接地板电极304但在第一接地板电极304的与第一入口接地室332相对的一侧上的第二室334(在下文中被称为“第二入口接地室334”)中。然后，反应物混合物穿过上游介电板320中的一个或更多个开口324进入邻近高压板电极302的第一室336(在下文中被称为“第一高压室336”)中。
等离子体在等离子体反应器300中的室的一者或更多者中产生，例如至少在第一高压室336或第二高压室338或两者中产生，可以诱导、引发或以其他方式辅助反应物混合物中的一种或更多种反应物的反应以提供至少一种反应产物，所述至少一种反应产物与来自反应物混合物的未反应的反应物混合以提供反应流。
反应流从第一高压室336穿过高压板电极302中的一个或更多个开口316并进入邻近高压板电极302但在高压板电极302的与第一高压室336相对的一侧上的第二室338(在下文中被称为“第二高压室338”)中。然后，反应流穿过下游介电板322中的一个或更多个开口326进入邻近下游介电板322和第二接地板电极306的第一室340(在下文中被称为“第一出口接地室340”)中。然后，反应流可以穿过第二接地板电极306中的一个或更多个开口318进入邻近第二接地板电极306但在第二接地板电极306的与第一出口接地室340相对的一侧上的第二室342(在下文中被称为“第二出口接地室342”)中。反应流从第二出口接地室342经由出口线312离开等离子体反应器300。
图6的等离子体反应器300可以被配置成其中未负载有催化剂(如图6的实例中所示)，或者与在图5的示例性等离子体反应器200的一个或更多个腔218、220、226中负载有催化剂相似，被配置成在等离子体反应器300中的一个或更多个室332、334、336、338、340或342中负载有催化剂。在一个实例中，催化剂(例如催化剂颗粒或负载在催化剂载体上的催化剂)可以负载在第一高压室和第二高压室336、338的一者或两者中。在一个实例中，催化剂可以负载在高压室336、338的一者或两者中、入口接地室332、334的一者或两者中和出口接地室340、342的一者或更多者中。在一个实例中，催化剂可以负载在高压室336、338的一者或两者中和入口接地室332、334的一者或两者或者出口接地室340、342的一者或两者(而非入口接地室和出口接地室两者)中。
在图7中描绘的替代实例中，示出了等离子体反应器350的实例，其基本上与以上关于图6描述的等离子体反应器300相似。等离子体反应器350包括基本上与板电极302、304、306相同的板电极352、354、356(即，高压板电极352和一个或更多个接地板电极354、356)，但并不与板电极302、304、306一样具有一个或更多个开口314、316、318，板电极352、354、356中的一者或更多者的尺寸被设定成横截面积小于等离子体反应器350的紧邻该特定板电极352、354、356的横截面，使得在板电极352、354、356与等离子体反应器350的壁360之间形成至少一个间隙358，从而为在板电极352、354、356中的一者或更多者周围的反应物混合物和反应流提供通过等离子体反应器350的流动路径。
图8示出了等离子体反应器400的第四实例，其能够在液体反应物混合物中产生液体等离子体放电以引发、诱导或以其他方式辅助反应物混合物中的一种或更多种化合物的化学或生物反应，例如用于图1至3的生物柴油生产方法10、50、70中的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换。图8的示例性等离子体反应器400使用大致棒状(rod-shaped)的电极402、404、406(为简洁起见，在下文中被称为“棒电极”)而不是图4和5的等离子体反应器100和200中的大致管状的电极102、104、106、202、204、206或图6和7的等离子体反应器300和350中的大致平的板电极302、304、306、352、354、356。然而，在许多其他方面，图8的等离子体反应器400与等离子体反应器100、200和300相似。例如，供应至棒电极402、404、406的电能可以使液体等离子体在等离子体反应器400中的反应物混合物中产生，这可以引发酯交换反应或促进酯交换反应的引发。在一个实例中，棒电极402、404、406包括高压棒电极402和一个或更多个接地棒电极404、406，例如在高压棒电极402的第一侧上的邻近进料线410的第一接地棒电极404和在高压棒电极402的第二侧上的邻近出口线412的第二接地棒电极404、406。
等离子体反应器400可以包括设置在至少高压棒电极402与一个或更多个接地棒电极404、406中的每一者之间的介电结构。在一个实例中，各介电结构包括介电板414、416316，与上述等离子体反应器100、200中的介电板114、116、214、215相似。在一个实例中，第一介电板414设置在高压棒电极402上游的第一接地棒电极404与高压棒电极402之间(被称为“上游介电板414”)，第二介电板416设置在高压棒电极402下游的第二接地棒电极406与高压棒电极402之间(被称为“下游介电板416”)。
在图8中描绘的实例中，各介电板414、416包括一个或更多个开口，反应物混合物在其流动通过等离子体反应器300时可以穿过所述一个或更多个开口。例如，与在图4、5和67的示例性等离子体反应器100、200和300中的各介电板114、116、214、216、320、326中的开口122、128、222、228、324、326相似，可以在上游介电板414中设置一个或多个开口418，以及可以在下游介电板416中设置一个或更多个开口420。与那些开口一样，介电板414、416中的一个或更多个开口418、420可以紧接在介电板414、416的下游产生放电区域422，本发明人发现这可以特别有益于等离子体产生。
在一个实例中，反应物混合物经由进料线410被进料至第一室424中，第一接地棒电极404至少部分地延伸至第一室424(在本文中被称为“入口接地室424”)中。接着，反应物混合物穿过上游介电板414中的一个或更多个开口418并进入第二室426中，高压棒电极402至少部分地延伸至第二室426(在下文中被称为“高压室426”)中。反应物混合物穿过一个或更多个开口418的流动在高压室426中产生一个或更多个放电区域422。如上所述，本发明人发现，在上游介电板414中的一个或更多个开口418处形成一个或更多个放电区域例如放电区域422特别地有益于等离子体反应器400中的等离子体形成和放电。等离子体在至少高压室426中产生，可以诱导、引发或以其他方式辅助反应物混合物中的一种或更多种反应物的反应以提供至少一种反应产物，所述至少一种反应产物与来自反应物混合物的未反应的反应物混合以提供反应流。反应流从高压室426穿过下游介电板416中的一个或更多个开口420进入第三室428中，第二接地棒电极406至少部分地延伸至第三室428(在下文中被称为“出口接地室428”)中。然后，反应流可以从出口接地室428通过等离子体反应器400离开等离子体反应器400。
图8的等离子体反应器400可以被配置成其中未负载有催化剂，或者与在图5的示例性等离子体反应器200的一个或更多个腔218、220、226中负载有催化剂相似，被配置成在等离子体反应器400中的室424、426、428的一者或更多个者负载有催化剂。在一个实例中，催化剂(例如催化剂颗粒或负载在催化剂载体上的催化剂)可以负载在高压室426中。在一个实例中，催化剂可以负载至高压室426中、入口接地室424中和出口接地室428中。在一个实例中，催化剂可以负载至入口接地室424或出口接地室428的一者(而非入口接地室424和出口接地室428两者)中和高压室426中。
图9示出了等离子体反应器500的第五实例，其能够在液体反应物混合物中产生液体等离子体放电以引发、诱导或以其他方式辅助反应流中的一种或更多种化合物的化学或生物反应，例如用于图1至3的生物柴油生产方法10、50、70中的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的酯交换。图9的示例性等离子体反应器500与图4至8的等离子体反应器100、200、300、350和400相似，不同之处在于除了高压电极502之外，等离子体反应器500仅包括单个接地电极504而不是如等离子体反应器100、200、300、350和400中的一对接地电极。由于等离子体反应器500仅使用单个接地电极504，图9的示例性等离子体反应器500还包括在高压电极502与单个接地电极504之间的仅一个介电结构，例如介电板506。图9中示出的示例性等离子体反应器500示出高压电极502和单个接地电极504为大致棒状的电极502、504。然而，本领域技术人员将认识到，其他形式的电极可以用于各电极502、504，例如图4和5中所示的大致管状的电极或图6和7中所示的大致板状的电极。
等离子体反应器500中的介电板506设置在高压电极502与接地电极504之间。在一个实例中，介电板506包括一个或更多个开口508以允许流体穿过介电板506。在一个实例中，反应物混合物经由进料线510被进料至第一室512中(其也可以被称为“入口室512”)。在图9中所示的实例中，入口室512邻近接地电极504，例如图9中描绘的大致棒状的接地电极504至少部分地插入至入口室512中(或者可以在其中设置大致板状的接地电极，或者可以在其周围围绕大致管状的接地电极)。因此，在一些实例中，第一室被称为“接地室512”。
接着，反应物混合物穿过介电板506中的一个或更多个开口508并进入第二室514。在一些实例中，反应物混合物在其流动通过一个或更多个开口508时在邻近介电板506的第二室514中产生一个或更多个放电区域516。如上所述，本发明人发现，在介电板506中的一个或更多个开口508处形成一个或更多个放电区域例如放电区域516在对电极(例如对高压电极502和接地电极504)施加足够高的电压时特别有益于等离子体形成。等离子体在第二室514中产生可以诱导、引发或以其他方式辅助反应物混合物中的一种或更多种反应物的反应以提供至少一种反应产物，所述至少一种反应产物与来自反应物混合物的未反应的反应物混合以提供反应流。然后，反应流可以经由出口线518离开等离子体反应器500。因此，第二室514也可以被称为出口室514。
在图9中描绘的实例中，出口室514邻近高压电极502，使得出口室514也可以被称为“高压室514”。图9中描绘的实例示出入口室512邻近接地电极504，出口室514邻近高压电极502，即，使得入口室512为接地室512，出口室514为高压室514。然而，在另一些实例中，入口室512可以邻近高压电极502，出口室514可以邻近接地电极504，使得入口室512可以被视为高压室512，出口室514可以被视为接地室514。
图9的等离子体反应器500可以被配置成其中未负载有催化剂(如图9的实例中所示)，或者与在图5的示例性等离子体反应器200的一个或更多个腔218、220、226中负载有催化剂相似，被配置成在等离子体反应器500中的室512、514的一者或更多者中负载有催化剂。在一个实例中，催化剂(例如催化剂颗粒或负载在催化剂载体上的催化剂)可以负载在高压室(无论其是入口室512还是出口室514)中。在一个实例中，催化剂可以负载至接地室(无论其是入口室512还是出口室514)中。在一个实例中，催化剂可以负载至高压室和接地室中，即负载至入口室512和出口室514两者中。
图4至9的各示例性反应器被示出为对于特定等离子体反应器，包括相同类型的电极用于高压电极和一个或更多个接地电极。然而，本领域普通技术人员将理解，可以使用两种或更多种电极类型的组合，例如用于高压电极、第一接地电极和第二接地电极中的第一者的大致管状的电极以及用于高压电极、第一接地电极和第二接地电极中的第二者的板电极或棒电极。在一个实例中，高压电极、第一接地电极和第二接地电极中的第三者可以是与高压电极、第一接地电极和第二接地电极中的第一者或第二者相同的类型。在一个实例中，相同类型的电极可以为第一接地电极和第二接地电极，而高压电极是不同类型的。在一个实例中，接地电极中的一者和高压电极可以是相同类型的，另一接地电极是不同类型的。在另一实例中，高压电极、第一接地电极和第二接地电极中的第三者可以是与另两个电极中的每一者不同的类型。本领域技术人员还将理解，大致管状的电极、大致平的或大致板状的电极和大致棒状的电极例如以上描述的那些仅仅是可以用于本发明的等离子体反应器和系统的电极结构的三个潜在实例。本领域技术人员可以容易地想到电极的其他类型和结构。
等离子体反应器的反应类型
图4至9中示出并关于图4至9描述的示例性等离子体反应器100、200、300、350、400和500中的每一者主要参照其以下用途进行描述：其用于产生液体等离子体中以诱导或辅助产生一种或更多种生物柴油化合物的反应以产生生物柴油产物，例如如图1至3的方法10、50和70中，诱导或辅助酯交换反应以将一种或更多种的基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇转化成一种或更多种生物柴油化合物。然而，本发明的等离子体反应器和整个方法不限于此。相反，根据本发明的等离子体反应器，包括示例性等离子体反应器100、200、300、350、400和500，可以用于可以通过存在通过根据本发明的等离子体反应器产生的液体等离子体而引发、诱导或以其他方式辅助的任何反应。
例如，等离子体反应器可以用于其他基于有机物的反应，包括但不限于聚合反应或者用于转化成有机化合物或由有机化合物进行转化的反应，所述有机化合物包括但不限于：烷烃、烯烃、炔烃、醇、多元醇(例如二醇或三醇和更高级多元醇)、羧酸、酸酐、酰卤、偶姻、烷基卤、亚硝酸烷基酯、酰胺、胺、亚胺、芳烃、叠氮化物、氮丙啶、环丙烷、偶氮化合物、重氮化合物、醚、酯、酮(例如卤代酮)、氰酸酯、异氰酸酯、内酯、内酰胺、糖类(包括单糖、低聚糖、多糖和淀粉)、腈、硝基化合物、酚、多酚(包括双酚和更高级多酚)、或硫醇。本发明的等离子体反应器还可以用于可以通过等离子体反应器放电的等离子体输入的能量引发、诱导或以其他方式辅助的非有机反应。
此外，虽然根据本发明的等离子体反应器由于如上所述本发明的等离子体反应器被特别配置成使等离子体在基于液体的反应物混合物中产生而可以特别有益于在液体或溶液相中发生的反应，然而，本文所述的等离子体反应器也可以用于其他相中的反应。
例如，本发明的液体等离子体反应器可以被配置成用于这样的反应：其中一种或更多种反应物是固体，但是其中一种或更多种固体反应物可以夹带(作为小颗粒)、溶解或离解、部分地溶解或离解、或分散(胶态或非胶态)在液体载体流中。类似地，本发明的液体等离子体反应器可以被配置成用于通常为气相的一种或更多种反应物的反应，其中一种或更多种气体反应物可以夹带(例如，作为小气泡)、溶解、或部分地溶解、或分散(胶态或非胶态)在液体载体流中。此外，携带一种或更多种固体反应物或者一种或更多种气体反应物的一者或两者的载体的液体载体流自身可以包含一种或更多种液体反应物或者一种或更多种基于溶液的反应物。通过本发明的等离子体反应器使等离子体在液体载体流中产生可以引发、诱导或以其他方式辅助由液体载体流携带的一种或更多种固体反应物、由液体载体流携带的一种或更多种气体反应物、或两者的反应和转化。
在一些实例中，本发明的等离子体反应器中的一者或更多者还能够提供处于气相的一种或更多种反应物的反应，例如其中反应物混合物为气体流或主要为气体流而非以上主要描述的液体或基于溶液的反应物混合物。
等离子体反应器的操作条件
可以基于反应物混合物例如被用于原料的特定化合物的组成(例如，被转化成生物柴油的一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇的组成构成)和期望的产物性能来控制对图4至9的示例性等离子体反应器100、200、300、350、400和500各自的操作。在一个实例中，等离子体反应器20例如图4至9中的任何示例性等离子体反应器100、200、300、350、400或500的可以修改和控制的参数包括但不限于：
a)通过等离子体反应器的反应物混合物/反应流的流量—在一些实例中，反应物混合物/反应流的流量可以是基于期望的处理容量可调节的；
b)施加至等离子体反应器的AC电源电压—在一些实例中，AC电源电压可以在约110V至约30,000V的范围内选择；
c)供应至等离子体反应器的电的功率频率—在一些实例中，功率频率可以在约10Hz至约15,000Hz的范围内选择；
d)处理时间，其可以限定为反应物混合物或反应流从等离子体反应器中的介电结构(例如，介电板)或电极(例如，板电极)穿过放电区域(例如，一个或更多个放电区域124、224、328、422)的停留时间。或者处理时间可以限定为反应物混合物/反应流在等离子体反应器中经历的时间(例如，在等离子体反应器内的停留时间)，其可以由在整个等离子体反应器内(意指在等离子体反应器的所有室或腔中)的停留时间限定，或者其可以限定为在等离子体反应器的体积的特定部分(例如与高压电极相关的体积(例如，一个或更多个高压腔或室)或与接地电极的一者或更多者和高压室相关的体积)内的停留时间。在一个实例中，处理时间可以在约10微秒(μS)至约10分钟的范围内选择；
e)等离子体反应器内的各介电结构的厚度，即介电板的厚度，其中“厚度”限定为如通过在高压电极与接地电极之间画穿过介电结构的线而测量的距离。在一些实例中，介电结构厚度可以选择为约1毫米(mm)至约100mm；
f)各介电结构中的开口的数量—在一些实例中，各介电结构(即，各介电板)可以具有1个开口至50个开口，例如1至25个开口，例如1至10个开口；
g)介电结构中的各开口的横截面尺寸—在一个实例中，介电板中的各开口的直径(如果开口具有大致圆形的横截面)可以为约0.1mm至约100mm。在非圆形开口的情况下，横截面积基本上对应于直径为约0.1mm至约100mm的大致圆形的开口的横截面积。
实施例
通过参照通过举例说明的方式提供的以下实施例，可以更好地理解本发明的各个实施方案。本发明不限于本文给出的实施例。
将植物油原料与甲醇混合并进料至关于图8描述的示例性棒电极等离子体反应器中。根据图1的工艺流程图，用泵和管线将植物油原料连续进料至等离子体反应中。
在等离子体反应器中，将高压棒电极与AC电源连接，并通过控制模块设定电压和频率。将碱性或酸性催化剂(浓度：0摩尔/摩尔至1摩尔/摩尔)溶解在醇(例如，甲醇、乙醇等中的一种或更多种)中，并将醇-催化剂溶液添加至油基质中，其中醇与油的摩尔比为3:1至12:1。将混合物搅拌至完全共混并泵送通过等离子体反应器。当醇-油混合物穿过放电区域(其为等离子体反应器中两个介电板上的孔)时，发生等离子体放电。必要时，将空气或不同的气体经由气体入口引入等离子体反应器中，以在反应流中形成气泡。空气或其他气体帮助等离子体更容易地产生，并且通过降低所需的放电电压来节省电能。
当在醇-油液体混合物中产生等离子体放电时，诱导酯交换反应。该反应在10μs至10分钟内发生。穿过等离子体放电区域，醇-油混合物继续进行用于分离和纯化的下游处理。
由独立的第三方测试实验室对所产生的生物柴油进行测试。表1示出了等离子体合成的生物柴油的一些品质数据。
表1：合成的生物柴油的品质数据
Figure GDA0003389071580000291
使用的术语和表达用作描述的术语而非限制，并且无意使用这些术语和表达来排除所示出和描述的特征的任何等同物或其部分，但是应认识到，可以进行各种修改。因此，应理解，虽然本文参照任选的特征描述了特定实施方案，但是本领域普通技术人员可以采用本文描述的概念的修改和变型，并且认为这些修改和变型在本发明的实施方案的范围内。
以上详细描述包括对附图的参照，附图形成详细描述的一部分。附图通过举例说明的方式示出了可以实施本发明的具体实施方案。这些实施方案在本文中也被称为“实例”。这些实例可以包括除了所示出或描述的要素之外的要素。然而，本发明人还考虑了仅提供所示出或描述的那些要素的实例。此外，本发明人还考虑了使用本文所示出或描述的关于特定实例(或者其一个或更多个方面)或关于其他实例(或者其一个或更多个方面)所示出或描述的那些要素(或者其一个或更多个方面)的任何组合或排列的实例。
如果本文件与通过引用并入的任何文件之间的用法不一致，则以本文件中的用法为准。
在本文件中，如在专利文件中常见的，没有数量词修饰的名词用于包括一个/种/者或多于一个/种/者，独立于“至少一个/种/者”或者“一个/种/者或更多个/种/者”的任何其他实例或用法。在本文件中，除非另外说明，否则术语“或”用于指非排他性的“或”，使得“A或B”包括“A但不是B”、“B但不是A”和“A和B”。在本文件中，术语“包括”和“在其中”用作相应术语“包含”和“其中”的简明英语等同义。此外，在以上权利要求中，术语“包括”和“包含”是开放式的，即，包括除在权利要求中的这样的术语之后列出的要素之外的要素的系统、装置、制品、组合物、制剂或方法仍被认为落入该权利要求的范围内。此外，在以上权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并不旨在对其对象施加数字要求。
本文描述的方法实例可以至少部分是机器或计算机实施的。一些实例可以包括编码有指令的计算机可读介质或机器可读介质，所述指令可运行成将电子设备配置成执行如以上实例中描述的方法。这样的方法的实施可以包括代码，例如微代码、汇编语言代码、高级语言代码等。这样的代码可以包括用于执行各种方法的计算机可读指令。代码可以形成计算机程序产品的一部分。此外，在一个实例中，代码例如在执行期间或在其他时间可以有形地存储在一个或更多个易失性、非暂时性或非易失性的有形计算机可读介质上。这些有形计算机可读介质的实例可以包括但不限于硬盘、可移动磁盘、可移动光盘(例如，压缩盘和数字视频盘)、磁带、存储卡或棒、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述实例(或者其一个或更多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施方案。摘要提供用于使读者快速确定技术公开内容的本质。应理解，提交的摘要并不用于解释或限制权利要求的范围或含义。此外，在以上的具体实施方式中，可以将多个特征组合在一起以简化本公开内容。这不应解释为意图使未要求保护的公开的特征对于任何权利要求是必不可少的。相反，发明主题可以在于少于特定公开的实施方案的所有特征。因此，以上权利要求由此被并入至具体实施方案中作为实例或实施方案，其中每项权利要求自身作为单独的实施方案，并且可以预期这样的实施方案可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种用于产生稳定的等离子体放电的等离子体反应器，所述等离子体反应器包括：
限定一个或更多个内室的壳体；
至少部分地设置在所述一个或更多个室的第一部分中或者邻近所述一个或更多个室的所述第一部分的高压电极；
至少部分地设置在所述一个或更多个室的第二部分中或者邻近所述一个或更多个室的所述第二部分且邻近进料入口的第一接地电极，其中所述第二部分位于所述高压电极的第一侧上；
至少部分地设置在所述一个或更多个室中的第三部分中或者邻近所述一个或更多个室中的所述第三部分且邻近产物出口的第二接地电极，其中所述第三部分位于所述高压电极的与所述高压电极的所述第一侧相反的第二侧上；
在所述第一接地电极与所述高压电极之间的第一介电板，所述第一介电板包括直径为0.1mm至100mm的一个或更多个第一开口，液体反应流穿过所述一个或更多个第一开口能够从所述第一部分流至所述第二部分或者从所述第二部分流至所述第一部分；
设置在所述第二接地电极与所述高压电极之间的第二介电板，所述第二介电板包括直径为0.1mm至100mm的一个或更多个第二开口，所述液体反应流穿过所述一个或更多个第二开口能够从所述第一部分流至所述第三部分；
所述进料入口被配置成用于将所述液体反应流进料至所述一个或更多个室中；以及
所述产物出口被配置成用于使所述液体反应流从所述一个或更多个室离开。
2.根据权利要求1所述的等离子体反应器，其中所述第一部分在所述一个或更多个室中的中部位置，以及所述第二部分在所述一个或更多个室中相对于所述中部位置的第一外部位置。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的等离子体反应器，还包括被负载至所述一个或更多个室的所述第一部分或所述第二部分的至少一者中的催化剂。
4.根据权利要求3所述的等离子体反应器，其中所述催化剂被负载至所述一个或更多个室的邻近所述高压电极的所述第一部分中。
5.根据权利要求3所述的等离子体反应器，其中所述催化剂被负载至所述一个或更多个室的邻近所述第一接地电极的所述第二部分中。
6.根据权利要求1或2所述的等离子体反应器，还包括向至少所述高压电极提供电力的电源。
7.根据权利要求6所述的等离子体反应器，其中所述电源包括交流电源、直流电源或脉冲电源中的一者。
8.根据权利要求1或2所述的等离子体反应器，其中所述进料入口将所述液体反应流进料至所述一个或更多个室的所述第一部分或所述第二部分中。
9.根据权利要求1或2所述的等离子体反应器，其中所述产物出口使所述液体反应流从所述一个或更多个室的所述第一部分或所述第二部分离开。
10.根据权利要求1或2所述的等离子体反应器，其中所述第一部分在所述一个或更多个室中的中部位置，所述第二部分在所述一个或更多个室中相对于所述中部位置的第一外部位置，以及所述第三部分在相对于所述中部位置与所述第一外部位置相反的第二外部位置。
11.根据权利要求1或2所述的等离子体反应器，其中所述进料入口将所述液体反应流进料至所述一个或更多个室的所述第二部分，以及所述产物出口使所述液体反应流从所述一个或更多个室的所述第三部分离开。
12.根据权利要求1或2所述的等离子体反应器，其中所述等离子体反应器将一种或更多种基于脂质的反应物和一种或更多种反应物醇转化成一种或更多种生物柴油化合物。
13.根据权利要求12所述的等离子体反应器，其中所述一种或更多种基于脂质的反应物被包含在一种或更多种油、一种或更多种脂肪、或者一种或更多种油和一种或更多种脂肪两者中。
14.根据权利要求12所述的等离子体反应器，其中所述一种或更多种生物柴油化合物包含脂肪酸甲酯。
15.一种方法，包括：
将包含一种或更多种反应物化合物的反应物流进料至根据权利要求1所述的等离子体反应器中；以及
在所述等离子体反应器中的所述反应物流中产生液体等离子体，其中所述液体等离子体引发或促进所述一种或更多种反应物化合物中的至少一者的反应以形成产物组合物。
16.根据权利要求15所述的方法，
其中在所述反应物流中所述液体等离子体的产生包括向至少所述高压电极供应电力，使得在所述反应物流流动通过所述一个或更多个第一开口的位置处或附近所述液体等离子体放电。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的方法，其中所述一种或更多种反应物化合物包含一种或更多种醇和一种或更多种基于脂质的化合物，
其中被促进或引发的所述反应是所述一种或更多种基于脂质的化合物与所述一种或更多种醇之间的酯交换反应；以及
其中所述产物组合物包含一种或更多种生物柴油化合物。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种基于脂质的化合物包含一种或更多种油、一种或更多种脂肪、或者一种或更多种油和一种或更多种脂肪两者。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或更多种生物柴油化合物包含脂肪酸甲酯。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述等离子体反应器还包括被负载至一个或更多个所述内室中的用于所述反应的催化剂。
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