收藏本站
《山东大学》 2015年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

钙基非均相碱催化酯交换生产生物柴油的性能与机理研究

刘梦琪  
【摘要】:积极发展生物柴油等可再生能源可改善我国“富煤贫油少气”的能源消费与储备格局,以均相碱催化酯交换为主的生物柴油商业生产工艺耗能高且污染环境。常规钙基非均相碱催化剂能够避免上述问题,但其催化活性低。因此,本文制备了基于锶改性及电石渣(carbide slag, CS)的环保、廉价和高效的钙基非均相碱酯交换催化剂。本文以基于锶改性和CS的钙基非均相碱催化剂为研究对象,从酯交换热力学计算、催化剂表征、反应条件影响规律和产物生物柴油的理化性质等方面出发,研究这两种钙基非均相碱催化酯交换的反应特性和机理。采用基团贡献法和经验公式对原料油主要成分亚油酸和油酸的酯交换反应进行热力学计算。酯交换反应由连续三个可逆反应组成,即甘油三酸酯生成甘油二酸酯的R1、甘油二酸酯生成甘油单酸酯的R2和甘油单酸酯生成甘油的R3。在298-498 K范围内,R3的反应焓、反应熵和吉布斯自由能随温度的增加而逐渐增大,放热量逐渐减少后吸热量逐渐增大,酯交换系统向外界提供的能量减少,反应逆向进行程度增加;R1和R2的平衡常数随温度的增加而逐渐增大,反应逆向进行程度增加。在298-428 K的低温段可促使反应正向进行,以花生油和棕榈油为原料油的最佳酯交换温度在甲醇沸点附近的低温段。采用正交实验法设计均相碱NaOH和KOH分别催化花生油和棕榈油酯交换实验,并使用极差法分析反应因素对甘油收率的影响规律;采用单因素法研究非均相碱CaO和SrO/CaO催化棕榈油酯交换的作用特性,并结合表征优化SrO/CaO制备条件。由过量浸渍法制备的SrO/CaO催化剂最佳煅烧温度和Sr/Ca摩尔比分别为600℃和0.2:1,催化剂酯交换甘油收率值为不同制备因素下最大。SrO/CaO催化酯交换最优甘油收率值95.74%高于CaO,主要由于煅烧后形成Ca0.1 Sr0.9O增强其催化性能。采用响应曲面法和单因素法研究非均相碱电石渣催化花生油酯交换的性能和机理。电石渣在煅烧温度为850℃时(CS-850)完全转化为CaO, CS-850催化酯交换的甘油收率与醇油摩尔比、CS-850质量分数和酯交换温度等反应因素间关系使用二次多项式拟合可获得高度显著模型,其中醇油摩尔比为最显著的一次量。CS-850催化酯交换性能优于CaO的原因在于孔隙大、颗粒小,比表面积大、介孔比孔容积大。与CS-700和CS-800相比,电石渣在煅烧温度为650℃时(CS-650)比表面积较大、颗粒尺寸较小、介孔比孔容积分布特性较好,且催化酯交换反应最优甘油收率值可达92.98%。CS-650催化酯交换反应的活化能E值比CaO小,更有利于加速酯交换反应进行。采用单因素法分析KF改性(KF/CS)和CH3COOH调制(CSA)对CS催化花生油酯交换的影响规律和作用机制。过量浸渍法制备的KF/CS前驱体经煅烧后孔隙堵塞致使比表面积和比孔容积减小,但有KCaF3和CaF2晶相出现,使其催化酯交换最优甘油收率值高达91.89%。CSA煅烧温度为800℃时(CSA-800)的比表面积和比孔容积分别达到19.07 m2·g-1和0.0814 cm3·g-1,是保证其具有较高催化性能的重要原因,其重复使用5次时甘油收率值仍能达到92.90%。CS重复使用后主要成分为Ca[O(OH)2C3H5]2。研究酯交换产物花生油甲酯PEME和棕榈油甲酯PAME的热解和燃烧机理。两种生物柴油中含有较高C-H键峰值保证其易燃性。随着升温速率增大,生物柴油最大失重速率、最大失重温度和失重结束温度均逐渐增加。PAME热解过程单一,PEME热解过程复杂,其发生热解过程较困难。PAME和PEME的反应级数n值范围分别为1.7093-1.8039和1.4280-1.4680,前者的热解反应较为剧烈。两种生物柴油热解皆为吸热反应,反应不可自发进行,PEME所需热量较多且向外界散失能量较多。模拟空气气氛下,两种生物柴油燃烧的初始失重温度高于柴油,更易储存和运输;PAME具有最小失重半峰宽和最大失重速率,更易在柴油机中燃烧;柴油和两种生物柴油的燃烧反应级数在2-3之间且两种生物柴油燃烧过程存在动力学补偿效应。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK6

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 牛胜利;路春美;赵建立;郭鲁阳;刘志超;;O_2/CO_2气氛下煤粉的燃烧规律与动力学特性[J];动力工程;2008年05期
2 汪丛伟;阴秀丽;吴创之;马隆龙;周肇秋;谢建军;;生物油及其重质组分的热解动力学研究[J];工程热物理学报;2009年10期
3 童斌;;浅析影响柴油机油耗因素及采取的节能措施[J];甘肃科技;2012年19期
4 姜新军;郑国世;;机油灰分的形成过程分析与研究[J];柴油机;2014年01期
5 张继龙;赵志仝;乔燕;林昊;庞先勇;白启荣;李瑞丰;;酯交换制油酸甲酯的基团贡献法热力学分析[J];化工学报;2012年06期
6 王贤华;陈汉平;张谋;杨海平;;生物油燃烧特性及动力学研究[J];华中科技大学学报(自然科学版);2008年04期
7 何凤苗;雷昌菊;江香梅;;生物质能源——生物柴油研究进展[J];江西林业科技;2007年01期
8 ;Kinetic calculations for the thermal decomposition of calcium propionate under non-isothermal conditions[J];Chinese Science Bulletin;2011年12期
9 ;Experimental study on the effect of gaseous and particulate emission from an ethanol fumigated diesel engine[J];Science China(Technological Sciences);2010年12期
10 李长秀;杨海鹰;王丽琴;田松柏;;气相色谱法在生物柴油生产工艺研究中的应用[J];色谱;2006年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘洪涛;O_2/CO_2气氛下木醋调质石灰石脱硫脱硝特性及机理研究[D];山东大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 欧阳海峰;微乳生物柴油的制备及其性能研究[D];南昌大学;2007年
2 丁灵;生物柴油的制备研究[D];中国石油大学;2007年
3 张珂;生物柴油混合燃料对重型柴油机燃烧及排放的影响规律[D];吉林大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 董伟伟;周桂生;陆建飞;钦佩;万树文;;能源植物蓖麻栽培技术的现状与发展趋势[J];安徽农业科学;2008年06期
2 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
3 任绍梅;李庆杰;刘妮娜;;柴油微乳液的制备研究[J];北京石油化工学院学报;2011年01期
4 何中兵;胡志远;谭丕强;楼狄明;;轿车柴油机燃用生物柴油的循环变动特性[J];车用发动机;2011年01期
5 刘洪涛;韩奎华;刘梦琪;李辉;路春美;;木醋调质石灰石煅烧特性试验研究[J];电力科技与环保;2012年01期
6 唐强;王丽朋;李建雄;黎柴佐;张晓琴;侯世峰;;O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧热重分析及动力学特性[J];重庆大学学报;2009年12期
7 陈毅挺;聂晓莉;何雷玉;;生物柴油(来自废弃玉米油)中三种脂肪酸甲脂的气相色谱分析[J];闽江学院学报;2011年02期
8 孔翠萍;褚小立;杜泽学;陆婉珍;;近红外光谱方法预测生物柴油主要成分[J];分析化学;2010年06期
9 王鹏;孙杨;刘哲益;傅宇飞;潘再法;王丽丽;;薄层色谱-热辅助水解甲基化-气相色谱法测定生物柴油中的甘油酯[J];分析化学;2011年09期
10 杨仕品;;生物柴油产业发展的现状及前景[J];贵州农业科学;2009年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 李先春;褐煤提质及其燃烧行为特性的研究[D];大连理工大学;2011年
3 赵然;高浓度CO_2气氛下NO释放及火焰特性的动力学研究[D];华中科技大学;2011年
4 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
5 牛胜利;有机钙盐协同脱除SO_2和NO的实验研究与机理分析[D];山东大学;2011年
6 周家平;气氛对煤燃烧和SO_2/NO_x迁移的机理及动力学特性影响的研究[D];重庆大学;2010年
7 黄庠永;超细煤粉O_2/CO_2燃烧及NOx异相还原机理[D];上海交通大学;2011年
8 赵然;高浓度CO_2气氛下NO释放及火焰特性的动力学学究[D];华中科技大学;2011年
9 高文永;中国农业生物质能源评价与产业发展模式研究[D];中国农业科学院;2010年
10 成功;生物质催化气化定向制备合成气过程与机理研究[D];华中科技大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘锋;13个蓖麻品种的种子萌发与抗逆性初步研究[D];中南林业科技大学;2009年
2 谢丹;生物质油模拟物水蒸汽催化重整制氢反应机理的研究[D];华东理工大学;2011年
3 蔡樱英;生物柴油的制备及其台架验证实验研究[D];昆明理工大学;2009年
4 李仕一;废弃食用油脂制备生物柴油及其脱色的试验研究[D];昆明理工大学;2009年
5 刘建;UF膜法制备单分散乳化柴油的研究及应用[D];江南大学;2011年
6 李道强;O_2/CO_2气氛下煤粉燃烧特性及性能研究[D];北京交通大学;2011年
7 崔丽;车用生物柴油理化性能和最佳混合比的试验研究[D];吉林大学;2011年
8 杨柳;纤维反应器在酯交换反应中的应用研究[D];大连理工大学;2011年
9 奚旺;基于以太网的分油机控制系统的实现[D];大连海事大学;2011年
10 马顺;生物柴油制备及低温流动性改善研究[D];暨南大学;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 张强,汪晓东,金日光;油酸/氨水-醇-燃油-水微乳体系形成过程热力学函数的研究[J];北京化工大学学报(自然科学版);2001年03期
3 黄忠水,纪威,李淑艳,何义团,鄂卓茂;国外生物柴油的应用[J];节能与环保;2003年01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 李铁臻,侯滨;微乳化柴油配方的研制[J];表面技术;2004年02期
6 陈志锋;吴虹;宗敏华;;固定化脂肪酶催化高酸废油脂酯交换生产生物柴油[J];催化学报;2006年02期
7 吴芹;陈和;韩明汉;王金福;王德峥;金涌;;高活性离子液体催化棉籽油酯交换制备生物柴油[J];催化学报;2006年04期
8 潘永亮,杜金芳,孙鑫河;木醋液在农业生产上的应用与发展[J];中国林副特产;1999年02期
9 曾建谋,陈鹏,孔钧良,张立群,陈刚,万宪欣;乳化柴油在柴油车上的应用研究[J];车用发动机;2005年04期
10 刘凯,彭立新,邱霞;天然气发动机,新型绿色动力[J];柴油机设计与制造;2005年02期
中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 张引弟;乙烯火焰反应动力学简化模型及烟黑生成模拟研究[D];华中科技大学;2011年
2 牛胜利;有机钙盐协同脱除SO_2和NO的实验研究与机理分析[D];山东大学;2011年
3 张韦;柴油机富氧燃烧及排放的实验研究与理论计算[D];天津大学;2010年
4 张谋;富钙生物油脱硫脱硝机理研究[D];华中科技大学;2012年
5 肖海平;有机钙同时脱硫脱硝的机理研究[D];浙江大学;2006年
6 陈传敏;O_2/CO_2气氛下钙基脱硫剂脱硫机理研究[D];东南大学;2005年
7 韩奎华;先进再燃脱硝优化试验与机理研究[D];山东大学;2007年
8 赵改菊;含碱工业废弃物硫化反应特性与机理实验研究[D];山东大学;2007年
9 高攀;先进再燃及选择性非催化脱硝优化实验与机理研究[D];山东大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 梁建民;工业含碱固体废弃物固硫性能的试验研究[D];山东大学;2005年
2 周飞;丙酸钙脱硝特性与机理分析[D];山东大学;2012年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 江清阳,孙平;生物柴油对能源和环境影响的研究[J];江苏大学学报(自然科学版);2002年04期
2 ;保加利亚开始使用“生物柴油”[J];交通环保;2002年02期
3 张包钊,郭凤华;低污染可再生生物柴油的商业化进展[J];能源工程;2002年01期
4 李平;;生物柴油日益受重视[J];轻型汽车技术;2002年09期
5 孙平,江清阳,袁银南;生物柴油对能源和环境影响分析[J];农业工程学报;2003年01期
6 黄忠水,纪威,李淑艳,何义团,鄂卓茂;国外生物柴油的应用[J];节能与环保;2003年01期
7 ;生物柴油[J];东北电力技术;2003年08期
8 魏名山,马朝臣;生物柴油的研究和应用进展[J];能源研究与信息;2003年01期
9 庾晋,白杉;积极推动生物柴油的发展[J];山西能源与节能;2003年03期
10 郭洪伟;;绿色能源—生物柴油[J];中国新技术新产品精选;2003年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 ;海藻基生物柴油最新进展[A];节能减排论坛——福建省科协第八届学术年会卫星会议论文专刊[C];2008年
2 黄凤洪;危文亮;郭萍梅;;我国生物柴油原料选择与制造技术发展对策[A];2008中国生物质能源技术路线标准体系建设论坛论文集[C];2008年
3 楼狄明;;生物柴油在车用柴油机上的应用研究与示范[A];2008中国生物质能源技术路线标准体系建设论坛论文集[C];2008年
4 赵鹏;;生物柴油的生产应用及发展综述[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
5 王永红;刘泉山;周旭光;徐小红;;生物柴油基本性能研究[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
6 张治林;;生物柴油的生产及应用[A];中国石油和石化工程研究会第八届年会文集[C];2004年
7 苏有勇;戈振扬;张无敌;施卫省;;生物柴油的研究生产现状和发展前景[A];农业工程科技创新与建设现代农业——2005年中国农业工程学会学术年会论文集第四分册[C];2005年
8 曹文明;;生物柴油国内外研究应用综述[A];上海市粮油学会2005年学术年会论文汇编[C];2005年
9 ;美国公司称用“光合作用”直接造出生物柴油[A];第五届(2012)中国油脂化工行业年会论文集(补充)[C];2012年
10 兰昊;魏东盛;邢来君;李明春;;采用真菌油脂制备生物柴油的研究[A];中国菌物学会第四届会员代表大会暨全国第七届菌物学学术讨论会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张小明;生物柴油:绿色产业[N];中国工业报;2004年
2 邱美辉;福建生物柴油产业化基地建成[N];中国化工报;2002年
3 孙俊波;生物柴油:未来能源的理想选择[N];中国化工报;2003年
4 姚鹤;生物柴油需求将迅速增长[N];中国化工报;2003年
5 郝颖;生物柴油研发步入快车道[N];中国化工报;2004年
6 郭新文;巴西推广生物柴油[N];中国环境报;2004年
7 本报记者 刘晓星;专家看好生物柴油发展前景[N];中国环境报;2005年
8 薛冬;发展生物柴油具有战略意义[N];中国汽车报;2003年
9 葛蕴珊;生物柴油能否在我国推广[N];中国汽车报;2003年
10 韩德奇 徐国英 徐公林 刘惠丽;生物柴油发展空间巨大[N];中国石化报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘梦琪;钙基非均相碱催化酯交换生产生物柴油的性能与机理研究[D];山东大学;2015年
2 马桂霞;固体催化剂的制备及其催化转化普通小球藻制备生物柴油的研究[D];山东大学;2015年
3 吴学华;竹炭基固体酸—磁性固体碱两步法催化多花小桐子油制备生物柴油的研究[D];昆明理工大学;2015年
4 李一哲;两步法制备生物柴油随机动力学模型及低温流动性改进评价研究[D];昆明理工大学;2015年
5 张庭婷;中国微藻生物柴油全生命周期“2E&W”分析[D];上海交通大学;2014年
6 陈昊;生物柴油/柴油混合燃料及生物柴油掺水微乳化燃料性能研究[D];长安大学;2008年
7 梁学正;生物柴油的绿色合成[D];华东师范大学;2009年
8 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
9 陈文伟;乌桕梓油制备生物柴油的研究[D];南昌大学;2006年
10 钟耕;绿色工艺制备生物柴油探索[D];中国农业科学院;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张龙云;丁醇萃取发酵耦联生产“改良型”生物柴油过程的性能优化研究[D];江南大学;2008年
2 刘津;生物柴油在直喷式柴油机上的燃烧和排放特性研究[D];长安大学;2008年
3 张琦;生物柴油添加比例对轻型柴油机性能及排放影响的研究[D];吉林大学;2009年
4 徐元浩;生物柴油的实用性研究[D];武汉理工大学;2005年
5 李忠亮;大豆生物柴油的制取及其在柴油机上的试验研究[D];武汉理工大学;2008年
6 蔡樱英;生物柴油的制备及其台架验证实验研究[D];昆明理工大学;2009年
7 丁相城;不同大气压力下增压中冷柴油机燃用生物柴油的工作过程研究[D];昆明理工大学;2009年
8 陈贵升;高原环境下车用柴油机燃用生物柴油的试验研究[D];昆明理工大学;2009年
9 肖行川;应用生物柴油修复原油污染海滩的模拟研究[D];青岛理工大学;2010年
10 刘淑娟;乳化生物柴油的研制及其性能研究[D];昆明理工大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026