固体酸催化地沟油制备生物柴油研究

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生物柴油因其可再生性和环境友好性日益受到关注。然而,虽然生物柴油已经在很多国家实现商业化,但是目前国内生物柴油的生产成本依然较高,影响国内生物柴油发展的因素主要集中在原料来源复杂、生产工艺主要以间歇为主、生产规模较小等方面。本课题选择山东某生物柴油厂家提供的地沟油作为原料,筛选合适的固体催化剂,并将其运用于自制的固定床连续反应器中进行研究。首先根据相关标准对地沟油原料物性进行分析,得到原料油酸值108.819mg/g,游离脂肪酸含量为54.7%,水分及挥发物的含量为1.19%,表明原料油酸败的程度很高,不适合应用碱催化法制备生物柴油;根据脂肪酸成分分析,脂肪酸主要以不饱和脂肪酸为主,表明本其适于生产优质生物柴油。在组分分析的基础上选择NKC-9阳离子交换树脂和H-beta分子筛作酸催化剂,并采用正交实验进行了酯化效果对比,结果表明NKC-9阳离子交换树脂要比H-beta催化活性高;在最佳反应条件为反应温度为80℃,反应时间为6h,醇油物质的量比为3:1,催化剂用量为15wt%时,NKC-9阳离子交换树脂催化游离脂肪酸(FFA)转化率达到67%。将NKC-9阳离子交换树脂和H-beta分子筛进行重复性实验,重复利用5次后,NKC-9阳离子交换树脂酯化率依然达到57.4%,催化活性仍然高于H-beta分子筛。进一步研究在NKC-9阳离子交换树脂催化作用下,不同含量FFA对酯化反应的影响,结果表明,随着脂肪酸含量在油脂中的增加,脂肪酸转化率的总体变化趋势是逐渐降低,在脂肪酸含量为71.3%时,脂肪酸的转化率达到最低点36.2%。基于上述研究结果,本文利用自制固定床(Ф30600mm)装填NKC-9离子交换树脂进行连续反应实验,研究不同流量、不同醇油、不同固定床的床层高度三个因素对酯化反应的影响。研究发现随着流量增大,脂肪酸的转化率呈现下降趋势,而且在低流量时,流量对脂肪酸转化率影响明显,随着流量的增大,流量对反应的影响减小。对相同流量下,不同床层高度和醇油比的影响发现,随床层高度和醇油比的增加,脂肪酸的转化率增大。在原料总流量为10.6mL/min、床层高度为600mm时,脂肪酸的转化率已达到50.1%,使混合油脂中游离脂肪酸含量降低到3.15%。为地沟油等废弃油脂制备生物柴油的固体酸催化剂的研究和工业化生产提供了理论基础和实验参考。
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