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随着化石能源消耗的日益增加与储量的不断减少,以及其所带来环境的日益恶化和温室效应的加剧,可再生的清洁能源生物柴油正受到人们的广泛关注。它具有无毒、无硫和无芳烃、十六烷值高以及闪点高等优越特性,是一种优质的普通柴油代用品,属环境友好型绿色燃料,具有深远的经济效益与社会效益。
目前,工业上较普遍采用的是在搅拌釜式反应器中用均相碱如液态NaOH等催化油脂醇解的生产工艺。该工艺存在着明显的缺陷:反应传质不理想,能耗高,催化剂难以回收及对环境不利等。本文首次对在滴流床反应器中强碱性阴离子交换树脂催化油脂醇解的反应进行研究。与搅拌釜反应器进行比较,滴流床反应器在传质、能耗、环保、催化剂的回收和连续生产等方面优势明显,为绿色能源的绿色环保生产提出了新的工艺路线。目前制约生物柴油全面推广的主要因素是以纯净油为原料的生物柴油成本太高,而用廉价的地沟油制备生物柴油,不仅有很大的经济效益,也具有巨大的环境效益。但是地沟油含有较高的游离脂肪酸不能直接用于制备生物柴油,必须进行脱酸处理。本文用碱炼法对地沟油进行预处理,并对碱炼工艺条件进行优化,使地沟油达到制备生物柴油的要求。
本文对四种强碱性阴离子交换树脂进行了筛选,其中大孔强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂表现出较好的催化性能。在稳定的甲醇气化温度(65℃)下,通过改进催化剂的装填方式,在最佳的流量(0.4mL/min)下,醇解反应的产率达到了96.76%,催化剂30d高强度使用后仍保持很高的活性。在此基础上对醇解滴流床反应器和生产工艺加以改进,改进后的工艺使甲醇得以定量使用,生物柴油产品内基本不含甲醇,使后续处理工艺大大的简化,降低了生产成本。碱炼法处理地沟油的研究中,采用NaOH为碱炼脱酸的中和剂,在最适工艺条件(操作温度30℃,超量碱占油重0.2%,碱液浓度10%,搅拌速度30r/min)下,地沟油的酸值由12.60mg/g降至0.18mg/g,并起到脱胶、脱色、脱固杂等辅助作用。将用碱炼法预处理过的地沟油在最优化参数的滴流床反应器中以最佳工艺条件进行醇解反应,反应产物与菜籽油为原料的生物柴油中脂肪酸甲酯的组成与含量相差不大,反应产率达到了97.03%。
本文对生物柴油生产新工艺进行了研究,从原料到工艺都降低了成本,提高了效能,值得进一步研究和推广应用。