酯交换法制备生物柴油的工艺条件与基础物性的研究

论文摘要

生物柴油是以可再生动植物油脂为原料与低相对分子质量醇类进行酯交换反应生成的长链脂肪酯。生物柴油是指含油植物或动物油脂类生物柴油作为一种无毒、环保、可再生的发动机替代燃料,不仅可以单独使用,还可以与矿物柴油混合使用,因而具有广阔的应用前景。本论文运用实验研究和理论分析相结合的方法,阐述了大豆油和甲醇在NaOH催化剂作用下进行酯交换反应制取生物柴油的基本原理和操作方法。在自制实验装置上考察了影响酯交换反应转化率和反应产率的各种因素,利用正交实验提出了大豆油制取生物柴油的适宜反应条件,即催化剂用量为1.0m%,反应时间为60min,醇油摩尔比为6:1,在此条件下反应产率最高,可达95.48%。通过对粗甘油精制中溶剂选择、溶液pH值和蒸馏温度等因素的考察,提出了粗甘油精制的适宜条件:即以甲醇作溶剂,溶液的pH值为5,减压蒸馏温度控制在164～204℃,在此条件下甘油回收率为87.54%,甘油纯度可达97.05 %。通过对生物柴油及生物柴油与矿物柴油调合油基础物性的分析研究,结果表明,生物柴油较矿物柴油更环保、更安全,但其低温性、蒸发性和雾化性不太理想,将其与矿物柴油调合使用,可以取长补短,发挥各自的优势。生物柴油与矿物柴油调合后调合油的密度和酸值具有加和性,闪点、凝点和粘度等物性具有非线性调合的特点。气相色谱分析结果表明,生物柴油较矿物柴油的碳数分布更为集中、馏分更窄。将20%的生物柴油兑入矿物柴油所得调合油的碳数分布趋于均匀,接近成品柴油的碳数分布特点。因此生物柴油与矿物柴油按1:4的体积比例调合,不仅能改善生物柴油馏分窄的缺陷,也能改善柴油质量。运用实验与线性回归相结合的方法,对密度法、粘度法和甘油法计算植物油酯交换反应转化率进行了分析对比,建立了更为简便的酯交换反应转化率的计算方法,考察了方法的准确性。结果表明,粘度法计算酯交换反应转化率的误差在2%以内,只要油脂的组成确定,就可利用该方法快速、较准确地确定酯交换反应的转化率。密度法计算酯交换反应转化率的误差小于8%,仅适于对计算精确要求不高的场合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 生物柴油的优良特性
• 1.3 生物柴油生产概述
• 1.4 酯交换法
• 1.4.1 酯交换法反应机理
• 1.4.2 酯交换法分类
• 1.4.3 不同酯交换工艺的比较
• 1.5 国内外研究现状
• 1.5.1 国外生物柴油生产情况
• 1.5.2 国内生物柴油研发情况
• 1.6 生物柴油的经济性分析
• 1.6.1 生物柴油生产成本的主要影响因素
• 1.6.2 经济成本核算
• 1.6.3 宏观经济效益和社会效益
• 1.7 目前存在的问题及今后主要的研究方向
• 1.8 本论文的主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.1.3 实验试剂
• 2.2 酯交换反应机理
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 大豆油制备生物柴油的研究
• 2.3.2 转化率测定方法对比
• 2.3.3 甘油精制方法研究
• 2.3.4 物化性质的测定
• 2.3.5 改善生物柴油低温性研究
• 2.3.6 红外光谱分析
• 2.4 分析计算方法
• 2.4.1 原料油平均相对分子质量的计算
• 2.4.2 游离甘油的测定
• 2.4.3 总甘油的测定
• 2.4.4 植物油酯交换反应的转化率
• 2.4.5 生物柴油的产率
• 2.4.6 甘油产率
• 2.4.7 甘油的回收率
• 2.5 生物柴油评价方法
• 第三章 大豆油酯交换法制备生物柴油的研究
• 3.1 生物柴油的制备
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 实验流程
• 3.1.3 实验步骤
• 3.2 大豆油酯交换反应产率影响因素的考察
• 3.2.1 醇油摩尔比对生物柴油产率的影响
• 3.2.2 催化剂用量对生物柴油产率的影响
• 3.2.3 温度对生物柴油产率的影响
• 3.2.4 反应时间对生物柴油产率的影响
• 3.3 正交实验
• 3.3.1 正交实验分析
• 3.3.2 正交实验方案
• 3.3.3 正交实验结果分析
• 3.4 不同原料的对比
• 3.5 洗涤方法的选择
• 3.6 生物柴油红外分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 甘油的回收精制
• 4.1 概述
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 粗甘油的制备
• 4.2.2 粗甘油的精制
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 稀释剂的选择
• 4.3.2 pH值对甘油产率的影响
• 4.3.3 减压蒸馏温度的选择
• 4.3.4 甘油的分离精制
• 4.4 甘油含量的测定
• 4.5 精制甘油红外分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 生物柴油基础物性的研究
• 5.1 原料的基础物性
• 5.2 生物柴油的基础物性
• 5.2.1 密度
• 5.2.2 蒸发性
• 5.2.3 燃烧性
• 5.2.4 流动性
• 5.2.5 腐蚀性
• 5.2.6 洁净度
• 5.3 生物柴油与矿物柴油理化性质的对比
• 5.4 调合油性质的对比
• 5.4.1 大豆基生物柴油与齐鲁催化柴油调合
• 5.4.2 大豆基生物柴油与克拉玛依催化柴油调合
• 5.4.3 大豆基生物柴油与胜华直馏柴油调合
• 5.5 调合油性质的计算
• 5.5.1 密度
• 5.5.2 酸值
• 5.5.3 凝点
• 5.5.4 闪点
• 5.5.5 粘度
• 5.6 生物柴油成分的分析
• 5.6.1 生物柴油与矿物柴油主要成分的对比
• 5.6.2 生物柴油与生物柴油和矿物柴油调合油主要碳链分布的对比
• 5.7 生物柴油的低温性能
• 5.7.1 生物柴油的组成对低温性的影响
• 5.7.2 生物柴油中的杂质对低温性的影响
• 5.7.3 改善生物柴油低温流动性的方法
• 5.8 本章小结
• 第六章 酯交换法制备生物柴油转化率确定方法的考察
• 6.1 酯交换法制备生物柴油转化率确定方法概述
• 6.2 粘度法
• 6.2.1 粘度法的基本原理
• 6.2.2 粘度法和甘油法计算酯交换反应转化率的比较
• 6.2.3 验证实验
• 6.3 密度法
• 6.3.1 实验方法
• 6.3.2 实验数据
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果
• 致谢