均相连续化制备生物柴油研究

论文摘要

生物柴油是一种环境友好的可再生能源,它可以替代石化柴油直接用在柴油发动机上而无需对发动机做太多改动。随着石油的逐渐枯竭和人们对环境问题的关注,生物柴油越来越受到人们的重视,但生物柴油与石化柴油相比成本较高,因此如何降低生物柴油的成本成为研究的热点。本论文采用加入共溶剂法来提高反应速率并利用静态管式混合反应器的强混合作用和良好的传热性能,对快速连续化制备生物柴油进行了研究。首先研究测定了醚类共溶剂异丙醚、1,4-二氧六环和四氢呋喃,酮类溶剂丙酮和丁酮以及正己烷和丙酮的共沸物的促溶性能,发现四氢呋喃的促溶性最好,酮类溶剂中丁酮与四氢呋喃的促溶性能最接近,丙酮中加入正己烷后其促溶性能有所提高。由于丁酮价格低又具有较好的促溶性能,故本文研究用丁酮作共溶剂,KOH做催化剂,以甲醇和菜籽油为原料制备生物柴油,采用三水平中心复合实验设计研究了各因素的影响效应,并得到了预测生物柴油转换率的二次关联式。得到了生物柴油的最优工艺条件:醇油摩尔比为13.1:1,温度65℃,催化剂为油脂质量的0.67%,反应时间为6min,转化率为99.2%。其次研究了用大豆油、甲醇和一种支链醇作为原料来制备含有脂肪酸支链醇酯的生物柴油,其中支链醇为异丙醇、异丁醇和仲丁醇中的一种。特别考察了反应时间、温度、催化剂和异丙醇与甲醇物质的量之比等因素对产物中脂肪酸异丙酯（IPE）含量的影响。用异丙醇和甲醇混合制备生物柴油,异丙酯的GC含量可达50 %以上,但发现异丙酯的GC含量高于20%时,甘油不易分离。测定了脂肪酸异丙酯不同含量产物的黏度、冷凝点和冷滤点,发现其黏度比与纯甲酯的生物柴油略高,其冷凝点和冷滤点与之相比降低幅度可达5～8℃。再次用菜籽油毛油和甲醇为原料,KOH为催化剂在自制的管式静态混合反应器中连续化制备生物柴油,研究了加入共溶剂四氢呋喃或者丁酮时,对生物柴油得率的影响。实验发现加入共溶剂,可以明显提高生物柴油的转化率,在以醇油摩尔比6:1,催化剂KOH占油脂质量的1%的条件下,原料通过管式静态混合反应器一次的转化率,由未加共溶剂时的56%,提高到80%以上,最高转化率则由未加共溶剂的76.5%,提高到了94.1%。在管式静态混合反应器中适当减少共溶剂的用量,生物柴油的转化率变化不大。加入共溶剂,反应可以在6min～9min中达到90%以上的转化率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 国内外研究现状与评述
• 1.2.1 生物柴油的制备方法
• 1.2.2 生物柴油生产工艺
• 1.2.3 生物柴油发展趋势
• 1.2.4 国外研究现状
• 1.2.5 国内研究现状
• 1.2.6 研究评述
• 1.3 研究目标和主要研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 第二章研究材料与方法
• 2.1 实验原料与仪器装置
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 仪器装置
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 共溶剂的促溶性能测定实验
• 2.2.2 均相催化剂KOH 催化合成生物柴油
• 2.2.3 以支链醇为共溶剂合成生物柴油
• 2.2.4 静态混合管式反应装置中制备生物柴油实验
• 2.3 分析测定
• 2.3.1 原料酸值测定
• 2.3.2 产物色谱分析
• 2.3.3 反应转化率测定
• 2.3.4 产物低温流动性能测定
• 2.3.5 产物黏度测定
• 第三章 结果与分析
• 3.1 生物柴油成分分析和油脂平均分子量计算
• 3.1.1 生物柴油成分分析
• 3.1.2 原料油脂的平均分子量计算
• 3.1.3 小结
• 3.2 共溶剂的促溶性能
• 3.2.1 醚类共溶剂的促溶性能
• 3.2.2 酮类共溶剂的促容性能
• 3.2.3 加入正己烷对丙酮促容性能的影响
• 3.2.4 小结
• 3.3 支链醇对生物柴油低温性能的影响研究
• 3.3.1 支链醇的加入对反应的影响
• 3.3.2 异丙醇和甲醇混合制备含支链脂肪酸酯的生物柴油
• 3.3.3 产物的黏度、冷凝点和冷滤点分析
• 3.3.4 小结
• 3.4 以KOH 为催化剂、丁酮为共溶剂来合成生物柴油
• 3.4.1 粗生物柴油和精制生物柴油成分分析
• 3.4.2 合成生物柴油的单因素分析
• 3.4.3 合成生物柴油的影响因素分析
• 3.4.4 小结
• 3.5 静态混合管式反应器中制备生物柴油
• 3.5.1 未加共溶剂时通过管式静态混合器制备生物柴油情况
• 3.5.2 加入共溶剂THF 对生物柴油得率的影响
• 3.5.3 加入共溶剂丁酮对生物柴油得率的影响
• 3.5.4 静态混合管式和间歇釜式反应器制备生物柴油的比较
• 3.5.5 小结
• 第四章 结论与讨论
• 4.1 结论
• 4.2 讨论
• 4.3 展望
• 参考文献
• 在读期间的学术研究
• 致谢