兩步法催化桐油制備生物柴油工藝及動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、當(dāng)今世界面臨能源與環(huán)境的雙重壓力，積極尋找環(huán)境友好、可再生的替代能源己成為國際矚目的焦點(diǎn)。在眾多的替代燃料中，生物柴油以其優(yōu)越的性能備受關(guān)注。采用食用油料作為生產(chǎn)生物柴油原料，不符合我國的基本國情，政府鼓勵(lì)開發(fā)山地丘陵資源，開發(fā)油料樹種，發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)。
　　 本文以非食用桐油為原料，通過預(yù)酯化和酯化兩步法制備生物柴油。預(yù)酯化采用活性炭負(fù)載硫酸(H2SO4/AC)及二氧化硅負(fù)載硫酸(H2SO4/SiO2)為負(fù)載型催化劑，催化甲

2、醇與原料油中的游離脂肪酸(FFA)的酯化反應(yīng)，從而降低原料油酸值；第二步，以KOH為催化劑，催化經(jīng)酯化反應(yīng)降酸值處理的桐油和甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)制備生物柴油。
　　 本文系統(tǒng)考察了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量和醇/FFA摩爾比對預(yù)酯化反應(yīng)的影響。以H2SO4/AC為催化劑最佳工藝條件為：反應(yīng)時(shí)間1.5h，醇/FFA摩爾為15∶1，反應(yīng)溫度90℃，催化劑用量3％；以H2SO4/SiO2為催化劑最佳工藝條件為：反應(yīng)時(shí)間40min，醇

3、/FFA摩爾比15∶1，反應(yīng)溫度65℃，催化劑用量0.8％，攪拌速率1000rmp。在最佳工藝條件下，兩種催化劑催化酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率均在92％以上。以KOH為催化劑催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油的最佳工藝條件為：反應(yīng)時(shí)間50min，醇油摩爾比6∶1，反應(yīng)溫度70min，催化劑用量1％。以最佳反應(yīng)條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果脂肪酸甲酯的產(chǎn)率達(dá)97.8％。
　　 本文初步探討了酯化及酯交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)行為。以H2SO4/AC為催化劑，通過測定不同

4、反應(yīng)溫度、不同醇/FFA摩爾比條件下游離脂肪酸的轉(zhuǎn)化率，以此確定酯化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)控制步驟及動(dòng)力學(xué)方程中的待定參數(shù)。結(jié)果表明，所建立的動(dòng)力學(xué)方程在實(shí)驗(yàn)條件范圍內(nèi)能較好的描述酯化反應(yīng)過程；以堿催化反應(yīng)機(jī)理，在簡化的動(dòng)力學(xué)模型上建立了酯交換反應(yīng)的宏觀動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果表明，在60℃，醇油摩爾比6∶1時(shí)，酯化反應(yīng)表觀級數(shù)為3.1級，速率常數(shù)為2.133×10-3(mol/L)-2.1·min-1，反應(yīng)的活化能Ea=31.09 kJ·mol-1，指