非均相催化劑制備生物柴油的研究及經(jīng)濟(jì)評價.pdf

1、由于能源短缺與環(huán)境污染問題，生物柴油作為一種環(huán)境友好的可再生能源，已經(jīng)得到了世界各國的普遍關(guān)注。生物柴油是由天然油脂與低碳醇酯交換生產(chǎn)的柴油替代燃油。采用非均相固體催化劑催化的酯交換反應(yīng)過程避免了傳統(tǒng)均相酸堿催化酯交換產(chǎn)品的分離困難和廢催化劑的環(huán)境污染問題，研究其對生物柴油的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用推廣都有重要意義。 本課題對固體催化劑酯交換法制備生物柴油進(jìn)行了研究。實驗以甲醇和菜籽蒲為原科，金屬氧化物、復(fù)合氧化物、氧化鈣負(fù)載鉀鹽的固

2、體堿為催化劑，采用間歇反應(yīng)過程，在常壓和加壓反應(yīng)器中非均相催化制備生物柴油。本文還利用化工模擬軟件對幾個不同的生產(chǎn)過程進(jìn)行了模擬，包括用我們制備出的活性最高的非均相固體催化劑催化制備生物柴油的過程，然后運(yùn)用模擬結(jié)果對各個生產(chǎn)過程進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)評估，分析比較了經(jīng)濟(jì)可行性。 實驗結(jié)果表明： 碳酸鈣950℃煅燒得到的CaO較900℃煅燒的催化活性要高得多，ZnO在本研究中沒有催化活性。 以CaO為主體催化劑的復(fù)合氧化物中，

3、用浸漬法制備的CaO/SiO<,2>的催化活性最好，其最優(yōu)工藝條件是：反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為3h，催化劑加入量為油重的2％，醇油摩爾比為10：1，此時甘油的收率可達(dá)到87.15％。不同方法制備得到的CaO復(fù)合氧化物催化劑活性順序為：CaO/SiO<,2>>CaO/Al<,2>O<,3>>CaO/MgO>CaO/La<,2>O<,3>>…，且不同方法制備出的復(fù)合氧化物催化活性是：浸漬法>機(jī)械法。 氧化鈣負(fù)載鉀鹽的固體堿催化劑

4、活性順序為： KNO<,3>/CaO(機(jī))>KNO<,3>/CaO(浸)>K<,2>CO<,3>/CaO(浸)>KF/CaO(浸)>K<,2>CO<,3>/CaO(機(jī))>KF/CaO(機(jī))。其中機(jī)械法制備的KNO<,3>/CaO催化劑活性最高，當(dāng)反應(yīng)溫度為60℃，反應(yīng)時間為1.5h，催化劑加入量為油量的3％，醇油摩爾比為12 :1時，甘油收率為76.56％。 基于對各個過程的經(jīng)濟(jì)評價得出：使用菜籽油為原料的固體堿催化過程Ⅰ有最低

5、的總資本投資。甘油的收益可使制造成本降低大約8％。原料油費用構(gòu)成了制造成本的主要部分。因此，減少原料油費用是優(yōu)化制造成本的第一步。所以，盡管過程Ⅰ有最低的建廠費用，但其高昂的制造成本抵消了在投資回報或盈虧平衡價格方面的經(jīng)濟(jì)利益。均相堿催化過程Ⅱ要求后期的液體堿處理單元來除去液體堿。處理單元的相關(guān)費用將降低過程Ⅱ的經(jīng)濟(jì)可行性。而以油腳油為原料的堿催化過程Ⅲ要求油腳的預(yù)處理單元，但其有最低的制造成本。從稅后回報率和盈虧平衡價格方面來看，過程