餐饮废油制备生物柴油及降低其冷凝点的研究

论文摘要

生物柴油是一种对环境友好、可再生的清洁能源。在石油逐渐枯竭、环境污染等问题日益突出的今日,大力发展生物柴油的研究,已经得到世界各国的重视。制约生物柴油发展的因素之一是原料价格问题,寻找一种廉价的原料也是研究的重要方向。本论文以价廉易得的餐饮废油制备生物柴油。餐饮废油污染环境,而且还危害人体健康,利用餐饮废油作为原料可以获取一举多得的效果。本论文利用餐饮废油作为原料,初步研究采用预酯化和酯交换两步反应制备生物柴油,降低生物柴油冷凝点的制备工艺,分别得出了最优化的工艺。具体研究成果如下：（1）分别利用磷钨酸、柠檬酸、草酸、98%的浓硫酸四种酸性催化剂,在相同的反应条件下：醇油摩尔比为6：1,反应时间1h,反应温度为60℃,催化剂用量为油料质量的2%进行反应,通过考察产物酸值筛选出合适的预酯化催化剂,并应用单因素实验方法分别优化了筛选后酸性催化剂催化预酯化反应的工艺。A.磷钨酸：最优化的工艺：醇油摩尔比为6：1,反应时间为2h,催化剂用量为餐饮废油质量的2%,反应温度为62℃；B.98%浓硫酸：最优化预酯化处理工艺条件为：醇油摩尔比为7：1,反应时间1h,反应温度为62℃,催化剂用量为2wt%。通过测定产物酸值,确定了最合适的预酯化酸性催化剂：98%浓硫酸,最低酸值可达到1.8mgKOH/g。（2）在酯交换反应研究中,确定了蒸馏水洗涤生物柴油的最佳工艺：蒸馏水和油体积比为2：1,确定水洗温度为80℃,水洗时间为15s,经过三次水洗之后,皂化物可以控制在生物柴油质量的1%以下。采用单因素实验和正交实验方法,利用极差分析探讨了酯交换反应各因素对生物柴油产率影响的强弱顺序,即醇油摩尔比>反应温度>反应时间>催化剂用量。并确定了最佳的工艺条件：醇油比6：1,反应温度62℃,反应时间30min,催化剂用量1wt%,在此反应条件下,生物柴油产率可以达到94.97%。同时还得出生物柴油产率、酸值和热值之间的关系,即产率越高,产物酸值越低,产物热值越高。最后采用气相色谱法检测了生物柴油的主要成份。（3）本论文通过应用在甲醇中分别掺混一定量的乙醇、丙醇、异丙醇的制备工艺方法进行了降低生物柴油冷凝点的研究,结果表明,添加乙醇效果显著；仅在预酯化反应的甲醇中添加乙醇并不能够降低生物柴油冷凝点,反而会提高其冷凝点；在酯交换阶段掺混乙醇对生物柴油冷凝点的影响较好,乙醇添加量为醇溶液体积的20%时,冷凝点降低至-8℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研发生物柴油的意义
• 1.1.1 环保方面的意义
• 1.1.2 能源储备方面的意义
• 1.1.3 餐饮废油制备生物柴油的意义
• 1.2 生物柴油的化学组成及理化性质
• 1.3 生物柴油的研究现状
• 1.3.1 国外应用情况
• 1.3.2 我国开发生物柴油的现状
• 1.4 生物柴油的制备方法
• 1.4.1 酸催化法
• 1.4.2 碱催化法
• 1.4.3 酶催化法
• 1.4.4 超临界酯交换法
• 1.4.5 其它酯交换法
• 1.5 餐饮废油制备生物柴油的方法
• 1.6 酯交换反应机理
• 1.7 改善生物柴油低温流动性能及降凝点的研究现状
• 1.7.1 加入降凝剂法
• 1.7.2 加入柴油法
• 1.7.3 改变生物柴油结构
• 1.8 本论文研究的意义及主要内容
• 1.8.1 本论文研究的意义及必要性
• 1.8.2 研究的主要内容
• 1.8.3 本研究工艺流程
• 第二章 预酯化研究
• 2.1 实验仪器及试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验工艺及具体操作步骤
• 2.2.2 实验装置图
• 2.2.3 餐饮废油分析的方法
• 2.3 研究结果与讨论
• 2.3.1 预酯化反应催化剂的筛选
• 2.3.2 磷钨酸催化预酯化反应的研究
• 2.3.3 浓硫酸催化预酯化反应的研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 酯交换反应的研究
• 3.1 实验仪器及试剂
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验试剂
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 实验操作步骤
• 3.2.2 实验装置图
• 3.2.3 水洗效果的测定方法
• 3.2.4 生物柴油产率的计算方法
• 3.2.5 生物柴油燃烧值的测定
• 3.2.6 气相色谱法测定生物柴油中甲酯成分
• 3.3 水洗研究实验结果与讨论
• 3.3.1 水洗时间对洗涤效果的影响
• 3.3.2 水洗温度对洗涤效果的影响
• 3.3.3 蒸馏水用量对洗涤效果的影响
• 3.3.4 最佳水洗次数的确定
• 3.4 酯交换反应实验结果与讨论
• 3.4.1 酯交换单因素实验结果与讨论
• 3.4.1.1 醇油摩尔比对生物柴油产率的影响
• 3.4.1.2 催化剂用量对生物柴油产率的影响
• 3.4.1.3 反应时间对生物柴油产率的影响
• 3.4.1.4 反应温度对生物柴油产率的影响
• 3.4.2 酯交换正交实验结果与讨论
• 3.5 生物柴油成份检测结果
• 3.6 小结
• 第四章 降低生物柴油冷凝点的研究
• 4.1 实验仪器及试剂
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 分析方法
• 4.2.2 实验工艺及操作步骤
• 4.3 实验结果及讨论
• 4.3.1 混合醇应用方式对降凝效果的研究
• 4.3.2 乙醇添加量对生物柴油冷凝点的影响
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文目录