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树脂催化废食用油两步法制备生物柴油试验研究

作　者: 崔晓燕
导　师: 徐桂转
学　校: 河南农业大学
专　业: 农业生物环境与能源工程
关键词: 生物柴油树脂高酸价废食用油两步法酯化
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着社会经济的快速发展,能源短缺与环境污染问题日益严重,生物柴油作为一种可再生替代能源引起了世界范围内的广泛关注。利用高酸价的废食用油作为生物柴油的原料,能够降低其成本,提高生物柴油的市场竞争力。目前,废食用油制取生物柴油的生产均采用均相法,催化剂用量大,反应时间长,酯交换率低。本文以高酸价废食用油为原料,利用两步法制取生物柴油:首先选取SXC-9、D002、D061、D072四种离子交换树脂作为固体催化剂,间歇和连续催化废食用油和甲醇酯化反应,催化其中的游离脂肪酸制取生物柴油;然后对剩余的甘油三酸酯利用碱进行催化,以彻底催化废食用油制备生物柴油,实验得到的主要研究结论如下:(1)通过单因素试验,比较SXC-9、D002、D061、D072阳离子交换树脂对废食用油和甲醇酯化反应的催化效果,发现SXC-9具有最佳催化效果,工艺条件为:反应温度65℃,醇油摩尔比12:1,催化剂用量为30%,反应时间为9h,在此条件下进行酯化试验,酯化率达到90.24%。(2)在单根反应器中利用SXC-9进行连续酯化反应,连续酯化反应的最佳工艺条件为:反应液体积流量0.2ml/min,催化剂填充密度0.5g/ml,醇油比18:1,在此条件下,高酸价废食用油酯化率达到80.26%;利用两根串联的反应器进行连续酯化反应,酯化率提高到93.89%。(3)对催化剂重复使用寿命及再生使用性能进行试验,发现树脂连续使用100小时后,酯化率下降至50%;但再生后,树脂的催化效果达到初始催化效果的95%,树脂再生后仍能保持一定催化活性。(4)直接利用高酸价废食用油与甲醇酯交换反应,以硫酸做催化剂,催化剂用量为4%,醇油比30:1,反应温度70℃,反应时间6h,酯交换率为87.24%,废食用油制取生物柴油的转化率为78.52%;经酯化后的废食用油以KOH为催化剂,催化剂用量为1%,醇油比6:1,反应温度65℃,反应时间1h,酯交换率为95.48%,两步法催化废食用油制取生物柴油的总酯交换率89.65%,总转化率为80.68%。(5)通过技术经济分析,发现以高酸价废食用油为原料时,采用预酯化后碱催化两步法生产生物柴油的工艺优于酸催化工艺,具有产物易分离、废液排放量小、反应时间短、部分催化剂能够重复利用等优点。

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摘要 7-81 绪论 8-17 1.1 研究背景 8 1.2 研究现状 8-14 1.2.1 国内外生物柴油产业化进展 8-10 1.2.2 生物柴油的生产技术发展现状 10-12 1.2.3 固体催化剂制备生物柴油的国内外研究现状 12-14 1.2.3.1 固体催化剂类型 12 1.2.3.2 固体催化剂研究现状 12-14 1.2.3.3 固体催化剂研究过程中存在的问题 14 1.3 生物柴油原料油的利用现状 14-15 1.4 研究内容的提出及研究思路 15-172. 试验材料与试验方法 17-25 2.1 试验材料 17 2.2 试验仪器与设备 17 2.3 分析方法 17-21 2.3.1 原料油理化性质的分析 17-19 2.3.2 生物柴油中脂肪酸甲酯的定性、定量分析 19-21 2.3.2.1 脂肪酸甲酯的定性分析 19-20 2.3.2.2 脂肪酸甲酯的定量分析 20-21 2.4 试验方法 21-24 2.4.1 原料油的预处理 21 2.4.2 树脂的预处理 21 2.4.3 间歇法预酯化试验方法 21-22 2.4.4 连续法预酯化试验方法 22-24 2.4.4.1 单根反应器连续预酯化试验方案 22-23 2.4.4.2 反应器串联连续预酯化试验方案 23-24 2.4.4.3 树脂重复使用寿命及再生试验方法 24 2.4.5 酯交换试验方法 24 2.5 酸催化和两步法制备生物柴油经济性分析方法 24-253. 树脂间歇催化废食用油酯化反应试验研究 25-31 3.1 树脂对酯化酯交换反应的催化作用 25 3.2 树脂间歇催化酯化反应试验结果与讨论 25-28 3.2.1 反应温度对酯化反应的影响 25-26 3.2.2 催化剂用量对酯化反应结果的影响 26-27 3.2.3 醇油比对酯化反应结果的影响 27-28 3.2.4 反应时间对酯化反应结果的影响 28 3.3 树脂间歇法催化酯化反应试验结果分析 28-30 3.4 小结 30-314. 树脂连续催化酯化反应试验研究 31-39 4.1 树脂连续催化废食用油酯化反应工艺条件的研究 31-35 4.1.1 树脂在单根反应器中连续催化酯化反应试验研究 31-33 4.1.1.1 反应液体积流量对连续催化酯化转化率的影响 31-32 4.1.1.2 催化剂填充密度对反应器酯化率的影响 32 4.1.1.3 醇油摩尔比对酯化率的影响 32-33 4.1.2 串联膨胀床反应器连续生产生物柴油的研究 33-35 4.2 树脂重复使用寿命及再生试验结果分析 35-37 4.2.1 单根反应器重复使用寿命实验结果分析 35-37 4.2.2 反应器串联重复使用寿命实验结果分析 37 4.2.3 树脂再生试验结果分析 37 4.3 小结 37-395. 两步法制取生物柴油与酸催化酯交换反应试验研究 39-43 5.1 废食用油两步法制备生物柴油试验研究 39-40 5.2 酸催化废食用油酯交换反应试验研究 40-41 5.3 两步法制取生物柴油与酸催化酯交换反应的比较分析 41 5.4 小结 41-436. 年产1 万吨生物柴油工厂生产工艺技术经济分析 43-46 6.1 两种不同生产工艺技术经济分析与比较 43-44 6.2 敏感性分析 44-45 6.3 小结 45-467. 结论和建议 46-48 7.1 结论 46 7.2 创新性 46 7.3 建议 46-48参考文献 48-52ABSTRACT 52-54硕士期间发表论文 54

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