超臨界酯交換制取生物柴油及其燃燒反應(yīng)機(jī)理研究.pdf

1、生物柴油是一種可再生的、對環(huán)境友好的新型生物質(zhì)燃料，是石化柴油的理想替代品，近年來成為世界各國新能源領(lǐng)域高技術(shù)競爭的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。生物柴油是指由動(dòng)植物油脂與甲醇經(jīng)過酯交換得到的脂肪酸甲酯，在含硫量、閃點(diǎn)、烴含量和生物降解能力等方面都優(yōu)于石化柴油，并且在傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)中無需改造即可直接燃用，因此具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。 為了克服傳統(tǒng)酸堿催化法生產(chǎn)生物柴油的工藝復(fù)雜、產(chǎn)物分離困難等諸多缺點(diǎn)，本文研究了超臨界甲醇酯交換反應(yīng)制取生物柴油的反應(yīng)機(jī)理

2、及影響規(guī)律，探討了不同超臨界條件下制得生物柴油的燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。主要內(nèi)容如下： 本文設(shè)計(jì)搭建了超臨界酯交換反應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺，用菜籽油、大豆油和棕櫚油三種不同原料，通過超臨界酯交換反應(yīng)制取了相應(yīng)的生物柴油，并利用氣相色譜儀對其成分組成進(jìn)行分析比較。以菜籽油為例，研究了不同反應(yīng)溫度、時(shí)間、壓力及醇油摩爾比等對脂肪酸甲酯轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律，得到菜籽油在超臨界甲醇中酯交換制取生物柴油的最佳反應(yīng)條件為：溫度300℃、壓力11MPa、醇油摩爾比42

3、：1，時(shí)間20min。發(fā)現(xiàn)溫度為300℃時(shí)的酯交換反應(yīng)速率比255℃時(shí)明顯增快，僅需20min菜籽油即可反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為生物柴油。當(dāng)反應(yīng)壓力由9MPa上升至11MPa時(shí)，甲酯的轉(zhuǎn)化率有很大提高。當(dāng)醇油摩爾比增大后，酯交換反應(yīng)的甲酯轉(zhuǎn)化率得到了明顯提高。建立了酯交換反應(yīng)速率模型，得到了不同反應(yīng)條件下的酯交換反應(yīng)速率。 利用熱天平研究了在超臨界酯交換條件下制得生物柴油的燃燒反應(yīng)機(jī)理及其影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)由菜籽油、大豆油和棕櫚油制得生物柴油

4、的著火溫度由257．6℃依次降低到240．4℃和238.0℃。在制備生物柴油時(shí)得到的甲酯轉(zhuǎn)化率越高，則著火溫度和活化能越低。發(fā)現(xiàn)當(dāng)超臨界酯交換的反應(yīng)溫度由255℃升高到300℃時(shí)，在反應(yīng)時(shí)間20min條件下制得生物柴油的甲酯轉(zhuǎn)化率由13％升高到98％以上，使得著火溫度由331.4℃降低到257.6℃，活化能由143.6 kJ/mol降低到84.2kJ/mol。超臨界酯交換反應(yīng)壓力和醇油摩爾比等對生物柴油的著火溫度和活化能等動(dòng)力學(xué)參數(shù)也具