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《华东理工大学》 2013年
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玉米油基无甘油副产的生物柴油的制备及燃烧性能研究

孙树祯  
【摘要】:随着全世界经济的快速持续发展,化石能源需求量不断增加,而作为不可再生的化石能源将会逐渐枯竭,原有的产能过剩将消失。因此,开发新的石油替代燃料迫在眉睫。生物柴油具有原料可再生、善点高、使用安全性好等特征,成为大家公认的理想的石化柴油替代燃料,由此引起了关于生物柴油生产和研发的热潮。传统的甲醇基生物柴油,会副产低附加值粗甘油,不仅降低了原料的利用率,而且会由于副产甘油的随意丢弃和简单燃烧引起新的环境问题,因此,在生产生物柴油——脂肪酸甲酯的同时联产高附加值甘油下游产品成为生物柴油能否得到持续发展的关键所在。本论文以碳酸二甲酯(DMC)为酯交换试剂与玉米油进行酯交换反应来制备生物柴油脂肪酸甲酯,同时联产甘油下游产品甘油碳酸酯。此种工艺不仅解决了传统甲醇基生物柴油制备工艺中均相催化剂无法分离,反应结束后废酸、废碱洗液排放污染环境的问题,而且联产的甘油下游产品可以作为燃料直接使用,提高了原料的利用率,缓解了粗甘油过剩所引起的环境问题,成为非常具有前途的生物柴油发展方向。通过对制备工艺条件、反应过程以及产物燃烧性能的详细研究,本文得出以下结论: 首先,本文采用气质联用、模拟合成标准物验证、外标等多种方法对无甘油副产的生物柴油的组分进行了定性和定量分析,确定保留时间为4min和8-13min的峰分别对应副产物甘油一碳酸酯GC和主产物脂肪酸甲酯FAMEs;保留时间为14-17min的峰为反应中间体脂肪酸甘油碳酸酯FAGC的峰;保留时间为21-27min的峰分别对应原料甘油三酯和甘油二酯(甘油二酯的保留时间为21.5-22.3min,甘油三酯的保留时间为23.5-26.5min)。并且,脂肪酸甲酯在棕榈酸甲酯59-354μg/ml、油酸亚油酸甲酯50-304μg/ml和硬脂酸甲酯5.6-33.71μg/ml的浓度范围内都具有良好的线性关系,甘油二酯和甘油三酯在5-50μg/ml的浓度范围内具有良好的线性关系。 其次,在对无甘油副产的生物柴油产物进行定性和定量分析的基础上,本文对非均相固体碱氢氧化钾和固定化脂肪酶所催化的酯交换反应过程进行了研究。发现,在以氢氧化钾为催化剂时,当酯油摩尔比为9:1,KOH催化剂添加量为原料油质量16.2%,反应温度为85℃,反应时间为9h时,脂肪酸甲酯的收率可以达到90.4%;在以固定化脂肪酶为催化剂时,在反应温度为60℃,酯油摩尔比为10:1,固定化脂肪酶催化剂用量为原料油质量的20%,反应时间为24h时,脂肪酸甲酯的收率可以达到95.4%。并且,氢氧化钾催化剂催化的酯交换反应过程分反应增长阶段和平衡阶段两个过程进行。其中,甘油三酯和甘油二酯的酯交换增长阶段均为2级反应;甘油三酯的酯交换反应活化能为83.3KJ/mol,频率因子为4.48×10'L/(mol·min);甘油二酯的酯交换反应活化能为89.8KJ/mol,频率因子为7.98×1010L/(mol·min)。均高于油脂与甲醇进行酯交换反应的活化能,表明本论文所设计的酯交换反应较难进行,需要在较长的反应时间下进行,与实验条件的探索吻合。 再次,在发动机未作任何调整的情况下,将脂肪酸甲酯、副产物甘油一碳酸酯以及过量的酯交换试剂与0号柴油进行混合,进行了其对发动机的动力和经济性能以及排放性能的影响研究,探究了酯交换试剂DMC、副产物甘油一碳酸酯GC的存在对生物柴油与0号柴油混合燃料燃烧性能的影响,发现:脂肪酸甲酯、副产甘油一碳酸酯以及过量的酯交换试剂可以与0号柴油直接混合而用于发动机,此时发动机的动力性略有降低,燃料油耗略有升高;一氧化碳、碳氢化合物、醛类、二氧化硫的排放量略有增加,氮氧化物、烟度、二氧化碳排放量略有降低;小颗粒排放物数量增加,大颗粒排放物数量降低,排放物颗粒分布向小粒径方向移动;总颗粒质量和聚集态颗粒质量的排放降低,核模态颗粒的质量排放量增加。副产物甘油一碳酸酯和过量的酯交换试剂DMC的添加对混合燃料的燃烧性能的影响非常小。 最后,为了使得玉米得到更充分的利用,变废为宝,本文还对制取乙醇后的玉米胚芽废渣进行了脂肪和油脂的分离,并以提取出来的油脂为原料进行了无甘油副产的生物柴油的制备探索,发现,体系当中水分的有效移除是保证生物酶催化剂足够催化活性的关键,当硅胶作为吸水剂添加在体系当中时,在反应温度为60℃、酯油摩尔比为15:1、催化剂用量为油脂质量20%、硅胶用量为油脂质量40%,反应时间12h的情况下,脂肪酸甲酯的收率可以达到83.6%;在高吸水树脂存在的情况下,当其用量仅为硅胶用量1/4时,其就可以达到与硅胶存在条件下相同的脂肪酸甲酯收率,并且催化剂和吸水树脂均可重复使用,重复五次收率没有明显下降;此外,通过单纯将反应时间从12h延长至24h,即可使得收率达到90%以上。并且,此无甘油副产的生物柴油制备工艺的脂肪酸甲酯收率明显高于相同原料的甲醇基生物柴油制备工艺的脂肪酸甲酯收率。说明,以从玉米胚芽残渣当中提取的玉米废油为原料进行无甘油副产的生物柴油的制备是一条理想的生物柴油制备路线,其对于玉米的充分利用具有非常重要的意义。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TE667

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈顺玉;吕玮;陈登龙;侯有德;卓建乐;;生物柴油制备方法的研究进展[J];福建师大福清分校学报;2008年02期
2 王成;刘忠义;陈于陇;徐玉娟;吴继军;;生物柴油制备技术研究进展[J];广东农业科学;2012年01期
3 邬国英,林西平,巫淼鑫,王琳,周亚军;棉籽油间歇式酯交换反应动力学的研究[J];高校化学工程学报;2003年03期
4 白雯;张春波;张丽静;;生物柴油的发展现状[J];广州化工;2008年01期
5 倪红艳;鲁靖;;发展生物乙醇对我国玉米需求结构的影响分析——基于情景模拟分析[J];价格月刊;2011年08期
6 张春化;宋建桐;杨烜;;燃用生物柴油增压柴油机的性能和排放[J];交通运输工程学报;2008年02期
7 刘成江;吴宏;郭安民;吴洪斌;王俊钢;武冬梅;李开雄;;响应曲面法研究干酪乳杆菌产酸性能的试验[J];中国乳业;2010年11期
8 胡震;;玉米油制备生物柴油的研究[J];辽宁化工;2010年03期
9 颜培兵;王效华;;生物柴油催化合成技术研究进展[J];农业工程学报;2007年01期
10 王忠;许广举;黄慧龙;王林;查红;马金荣;;发动机燃用生物柴油的可靠性[J];农业工程学报;2009年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 王鑫;直喷式柴油机燃用黄连木籽生物柴油的燃烧及排放特性研究[D];河南科技大学;2010年
2 江清阳;生物柴油的试制及其在柴油机上排放特性的研究[D];江苏大学;2003年
3 严云祥;生物柴油发动机工作性能研究[D];扬州大学;2010年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何红波;姚日生;江来恩;;生物柴油制备方法研究进展[J];安徽化工;2008年06期
2 苏敏光;于少明;吴克;俞志敏;杨艳红;;酶促泔水油生产生物柴油条件的研究[J];安徽化工;2009年06期
3 方应明;杨保成;张飞;;生物柴油的发展研究现状[J];安徽农业科学;2007年26期
4 姚建;李为民;杨洪丽;;固体碱法制备生物柴油组分生成动力学[J];安徽农业科学;2008年05期
5 宋华民;徐桂转;张百良;;固体碱催化制备生物柴油的研究进展[J];安徽农业科学;2008年05期
6 侯丽媛;高静;;复合脂肪酶催化黄连木油制备生物柴油[J];安徽农业科学;2009年09期
7 沈晓真;王利华;刘鹏;时在涛;杨晋晖;杨群发;刘圣勇;;制备生物柴油固体催化剂的研究现状及前景展望[J];安徽农业科学;2010年08期
8 王运强;李莉;王建中;;生物柴油制备技术研究进展[J];安徽农业科学;2010年24期
9 王斌;宗浩;张志敏;王琰;万一;;耐甲醇脂肪酶产生菌的筛选鉴定及其酶学性质研究[J];安徽农业科学;2011年20期
10 马传煜,王介生,张勇;多变量统计过程控制在浮选生产过程中的应用[J];鞍山科技大学学报;2005年Z1期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 庞敏;姜绍通;;生物柴油制备中脂肪酶的应用研究进展[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
2 谭琳;文成林;;一种基于多模式的故障检测方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 李云清;刘宾;李天蕾;;用三维CFD研究柴油机喷雾内部温度分布[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
4 王宝林;邓帮林;李军成;许胜利;冯仁华;;轿车用直喷柴油机缸内工作过程CFD分析[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
5 翟建华;邓一蕾;曹晓妹;;生物质柴油的生产方法及筛选[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
6 童牧;周志刚;;新一代生物柴油原料——微藻[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
7 曹维良;刘瑾;柳静;张敬畅;;CO_2助溶剂用于合成生物柴油的研究[A];第十届中国科协年会论文集(三)[C];2008年
8 李建林;曹鸣;;多变量统计过程控制技术在火电厂设备故障检测中的应用[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
9 李秀梅;包鹏;杨恩芳;;生物柴油中微量水的定性定量分析[A];西北地区第五届色谱学术报告会暨甘肃省第十届色谱年会论文集[C];2008年
10 李秀梅;包鹏;杨恩芳;;生物柴油中脂肪酸甲酯的定性定量分析[A];西北地区第六届色谱学术报告会甘肃省第十一届色谱年会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 高登征;固体酸碱催化剂的制备及其在生物柴油合成中的应用[D];山东科技大学;2010年
2 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
3 杨红;污水生化处理的智能建模与优化控制策略应用研究[D];华南理工大学;2010年
4 张丽平;基于非均相催化制备生物柴油的过程研究[D];华东理工大学;2011年
5 王丽君;基于信号处理的氢燃料发动机优化控制[D];解放军信息工程大学;2010年
6 于秀娟;加工过程的质量异常预测与诊断方法研究[D];吉林大学;2011年
7 刘轩;中国木本油料能源树种资源开发潜力与产业发展研究[D];北京林业大学;2011年
8 姚春玲;汽油机进气混合O_2/CO_2的燃烧机理与性能研究[D];东北林业大学;2011年
9 向婕;铁矿石烧结过程智能集成优化控制技术及其应用研究[D];中南大学;2010年
10 郭秋松;溶液雾化法制备镍钴精细粉体材料理论与工艺研究[D];中南大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 康锡龙;沼气发电机冷却水预热沼气进料池系统的研究[D];华中农业大学;2010年
2 张苗娟;生物柴油合成新工艺研究[D];郑州大学;2010年
3 田文凯;多功能燃烧弹的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 Dayyabu Gambo Kofar-bai;基于GT-power软件的柴油机生物燃料性能比较研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 陆圣梅;黄连木籽油生物柴油制备及其实验研究[D];安徽农业大学;2010年
6 谢丹;生物柴油副产品甘油制备羟基丙酮的研究[D];长沙理工大学;2009年
7 王涛;固体酸碱催化剂催化油脂酯交换反应活性的研究[D];河南工业大学;2010年
8 薛婷婷;塔式起重机状态监测与故障诊断方法研究[D];沈阳理工大学;2010年
9 张剑;基于FA-KICA算法的平整花故障监测的研究与实现[D];华东理工大学;2011年
10 王坤;工业装置非高斯过程的性能监控与故障诊断[D];华东理工大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 司利增,边耀璋,张春化;直喷式柴油机燃用脂肪酸甲酯的排放特性[J];安全与环境学报;2005年05期
2 曹宏远;曹维良;张敬畅;;固体酸Zr(SO_4)_2·4H_2O催化制备生物柴油[J];北京化工大学学报(自然科学版);2005年06期
3 林润雄,姜斌,黄毓礼;高吸水性树脂吸水机理的探讨[J];北京化工大学学报(自然科学版);1998年03期
4 葛蕴珊,李晓,吴思进,冀星;餐饮废油制生物柴油的排放特性[J];北京理工大学学报;2004年04期
5 吴虹,宗敏华,娄文勇;无溶剂系统中固定化脂肪酶催化废油脂转酯生产生物柴油[J];催化学报;2004年11期
6 贺芹;徐岩;滕云;王栋;;华根霉全细胞脂肪酶催化合成生物柴油[J];催化学报;2008年01期
7 吴国杰;董奋强;崔英德;李妮妮;何春林;;FP-g-P(AA-co-AM)高吸水树脂的制备[J];材料导报;2009年16期
8 张楠;宋世远;杨长江;;生物技术在石油工业中的应用[J];重庆科技学院学报;2006年02期
9 章希;生物柴油的应用前景[J];城市公用事业;2000年03期
10 崔仁卫,罗南春,胡波;车用柴油机活塞漏气量试验及其限值的分析[J];车用发动机;1999年03期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 ;西欧甘油产量猛增[J];国内外香化信息;1996年07期
2 ;生物柴油[J];技术与市场;1999年12期
3 黄显慈;降低生物柴油成本途径[J];粮食与油脂;2003年07期
4 ;合成生物柴油的方法[J];石化技术;2004年01期
5 盛梅,邬国英,徐鸽,巫淼鑫;生物柴油的制备[J];高校化学工程学报;2004年02期
6 聂开立,王芳,邓利,谭天伟;间歇及连续式固定化酶反应生产生物柴油[J];生物加工过程;2005年01期
7 巫淼鑫,邬国英,韩立峰,王俊德;食用植物油所制备生物柴油的低温流动性能[J];石油炼制与化工;2005年04期
8 柯为;;生物柴油研发进展[J];生物工程学报;2006年02期
9 郭春伟;;超速发展的生物柴油应用[J];中国洗涤用品工业;2006年02期
10 ;生物柴油的化学法生产[J];太阳能;2007年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 邓欣;方真;张帆;曾虹燕;廖凯波;邹大鹏;;纳米镁铝水滑石的制备及应用与生物柴油转化[A];经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会(第二卷)[C];2010年
2 邓欣;方真;张帆;曾虹燕;廖凯波;邹大鹏;;纳米镁铝水滑石的制备及应用与生物柴油转化[A];第十二届中国科协年会——非粮生物质能源与高技术产业化研讨会论文集[C];2010年
3 景晓军;李孟良;;掺烧不同比例生物柴油的发动机性能研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
4 孙玉秋;陈波水;方建华;王九;;烯烃-醋酸乙烯酯混合共聚物对生物柴油低温流动性的影响[A];中国石化协会、润滑脂专业委员会一届二次全体成员大会暨全国第十五届润滑脂技术交流会论文集[C];2009年
5 胡志远;孙晓清;谭丕强;楼狄明;;共轨柴油机燃用麻疯树制生物柴油的性能及排放特性[A];全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集[C];2011年
6 李率;蔺建民;张永光;;石化行业标准生物柴油氧化安定性测定方法的制定[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第13届年会论文集[C];2008年
7 张雅洁;刘双喜;景晓军;高俊华;;柴油机燃用不同比例棉籽生物柴油的试验研究[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第十四届年会论文集[C];2010年
8 余磊;马淑芬;;生物柴油对润滑油使用性能的影响及其评价方法[A];中国汽车工程学会燃料与润滑油分会第十四届年会论文集[C];2010年
9 吴江;陈波水;方建华;王九;;生物柴油的润滑性及机理研究[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
10 翟建华;邓一蕾;曹晓妹;;生物质柴油的生产方法及筛选[A];2009全国可再生能源—生物质能利用技术研讨会论文集[C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 刘颖;泔脚废油能“变”能源[N];解放日报;2005年
2 记者 江山 实习生 李琳;泔脚“再生”可当汽车“饲料”[N];无锡日报;2005年
3 柳志卿;我贫困地区启动生物柴油项目[N];中国化工报;2006年
4 周洁;我省首个生物柴油厂年内有望投产[N];江苏经济报;2006年
5 支维墉;生物柴油发展难破原料“瓶颈”[N];江苏经济报;2007年
6 本报记者 董映璧;生物柴油:清洁的可再生能源[N];科技日报;2006年
7 赵侠;花椒籽油能转化为生物柴油[N];中国绿色时报;2007年
8 晓玲;华中农大已生产约3吨生物柴油[N];粮油市场报;2006年
9 ;浙江:大量民资涌入生物柴油制造行业[N];粮油市场报;2007年
10 记者 廖兴阳;生物柴油有望“解渴”云南油荒[N];昆明日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李琴;酶法制备生物柴油新工艺及其高值化技术探索[D];华中科技大学;2010年
2 朱磊;生物柴油发动机燃烧控制与排放特性试验研究[D];上海交通大学;2012年
3 崔勇;非粮原料生物柴油及复合添加剂对非道路柴油机应用性能影响[D];江苏大学;2013年
4 吴毅峰;大豆生物柴油在不同环境条件下燃烧与碳烟排放特性的研究[D];华中科技大学;2010年
5 李法社;小桐子生物柴油的超临界两步法制备及其抗氧化耐低温性的研究[D];昆明理工大学;2011年
6 许广举;生物柴油非常规污染物形成机理的理论分析与试验研究[D];江苏大学;2012年
7 王显刚;生物柴油喷雾、燃烧和碳烟生成特性及其对柴油机微粒排放影响的研究[D];西安交通大学;2011年
8 李立琳;乙醇/生物柴油燃烧过程试验研究与理论分析[D];江苏大学;2013年
9 刘军锋;第三代生物柴油的开发研究[D];北京化工大学;2013年
10 郭峰;新型固体酸碱催化剂的制备及其在生物柴油合成中的应用[D];大连理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛刚;女贞籽油制备生物柴油的研究[D];西北农林科技大学;2010年
2 李娜林高娃;生物柴油合成新工艺研究[D];内蒙古大学;2010年
3 丁荣;固定化脂肪酶催化光皮树油脂合成生物柴油[D];中南大学;2010年
4 胡智杰;固体碱催化制备生物柴油的研究[D];长安大学;2010年
5 冯兵;光皮树籽生物柴油的酶促合成技术研究[D];湖南农业大学;2010年
6 王红娜;气升式反应器两步法生产生物柴油实验研究[D];郑州大学;2010年
7 李瑞贞;竹废料微波辅助裂解制备生物柴油抗氧化剂的研究[D];南昌大学;2010年
8 王友东;固定化重组脂肪酶催化木本植物油脂制备生物柴油研究[D];南京林业大学;2010年
9 申东美;糖基固体酸催化剂制备生物柴油的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 黄继伟;生物柴油静电雾化机理及喷雾特性的研究[D];江苏大学;2010年
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