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1、油田化学创新模块 题 目：生物柴油的制备学生姓名：孙培樑学 号：11021617专业班级：石油工程11-13班指导教师：陈五花2014年 6月2日中国石油大学（华东）油田化学创新模块(论文)生物柴油的制备摘 要生物柴油是一种清洁的可再生能源。在生物柴油的制备过程中，醇油摩尔比、反应温度、反应时间和催化剂用量都是影响产率的主要因素。本文中，通过均相碱催化制备生物柴油的方法，根据单一变量的原则，考查了各个因素对实验转酯率的影响，得出了制备生物柴油的最佳工艺条件。结果表明：在反应温度60、反应时间60min、催化剂用量1%和醇油摩尔比为6:1时,实验可得到最高转酯率。 在最佳工艺条件下，不同原料制备
2、得到的生物柴油产率也不同，生物柴油生产原料本身的水分含量、酸价等决定了其生产生物柴油的能力。通过实验，在各植物原料油脂中，大豆油、菜籽油和棕榈油为原料油制备生物得到的转酯率远高于其他植物原料油。 关键词：生物柴油；最佳工艺条件；酯交换反应；可再生目 录第1章 引言11.1 生物柴油概述11.2 课题研究内容11.3 课题研究的意义2第2章 文献综述31.1 生物柴油国内外的发展31.1.1 生物柴油产业的萌芽与现状31.1.2 国外生物柴油的发展41.1.3生物柴油在国内的发展51.2生物柴油的特性与制备方法61.2.1生物柴油的特性61.2.2生物柴油的制备方法7第3章 生物柴油的制备研究1
3、23.2 原料植物油脂相关参数的测定123.1.1 实验药品和仪器123.1.2 测定原料油的酸价123.1.3 测定原料油的皂化值133.1.4 原料油分子量的计算133.2 生物柴油的制备流程143.2.1 实验药品与仪器143.2.2 实验操作流程143.2.3 转酯率的计算163.2.4 考察实验的影响因素16第4章 结论与展望214.1 结论234.2 展望23致 谢22参考文献23第1章 引言第1章 引言1.1 生物柴油概述由于人类长期不合理使用地球资源，进入新世纪以来，我们面临着严重的全球性环境恶化和可用能源日益枯竭问题。为保护人类赖以生存的环境，保障人类社会的可持续进步，世界各
4、国的能源研究人员积极探索发展替代燃料和可再生能源。太阳能、风能、地热能、煤层甲烷、生物质能及其它可再生能源等，在今后世界经济发展中，将是重要的补充能源。生物可再生能源由于来源的环境的友好性和稳定性，一直是最重要的能源研究对象1。生物柴油（Biodiesel），是一种含氧清洁燃料，化学主要成分是脂肪酸甲酯，替代柴油使用可以大大减少对环境的污染，是属于环境友好型绿色燃料。如今越来越备受关注，成为各国能源开发的热点。生物柴油是指油脂与醇类（甲醇、乙醇）经过酯化反应而得到的脂肪酸甲酯2。其生产原料来源广泛，可由动植物油脂及地沟油等油脂加工制取。其中植物油脂常用的有棕榈油、大豆油、椰子油、菜籽油、玉米油
5、、葵花籽油、芝麻油等。在农业大国的环境背景下，生物柴油产业在我国有着巨大的发展潜力，对生态环境的保护，促进农业的发展，农民收入的提高，都有着相当积极的作用。1.2 课题研究内容生物柴油是一种可再生的清洁能源，大力发展生物柴油，对环境保护，减轻能源压力，具有重大意义。生物柴油正向世人面露它的头角，同时也被越来越多的人认可与接受。然而必须要认清的事实是，除了欧美一些发达国家之外，大部分国家和地区生物柴油的产量仍然很低。高成本限制了很多地区生物柴油的发展，在低成本的情况下如何制备出高质量的生物柴油，对解决发展过程中的能源危机和降低环境影响具有重要意义。目前，生物柴油的生产制备主要采用强碱作为催化剂的
6、低温常压酯交换生产。该方法生产效率高，工艺条件温和，但对原料要求高，且反应的过程中容易产生皂化物，从而导致产品的分离困难、分离液中含有碱废液等缺点。在用碱催化的酯交换制备生物柴油的过程中，通常得到的甲酯纯度不够好。为解决以上问题，在本次课题中，将对碱催化生产的过程进行优化设计，通过改变不同参数来确定生产生物柴油的最佳条件，同时，对在分液后的粗甲酯加工过程进行改进，保证产出生物柴油的质量。在量的方面，本次课题也将在最佳的反应条件下，采用不同植物油脂制备生物柴油，对比其投入产出率。1.3 课题研究的意义 石油作为一种不可再生的能源，在社会高速发展的今天消耗日益严重，已到了频临枯竭的边缘。人类急需寻
7、找更多能源来替代石油，以满足消耗日益增加的能源需求。同时，大量使用石油产品对人类生存环境也造成了巨大的影响。如此一来，研究开发清洁新能源、加强对大自然能量的利用便显得尤为重要。近些年来，人们在利用大自然能量方面已取得一定进步，风能、太阳能、潮汐能等自然能量都能被有效利用。而生物柴油的出现，给世界能源研究学者带来了福音。作为一种环境友好的清洁能源，生物柴油不仅可以解决能源紧缺问题，还可以很有效的减少二氧化碳的排放，降低温室效应，减轻社会发展给自然环境带来的压力。然而目前的生物柴油的生产仍存在一些问题，技术的瓶颈、原料油的来源等都限制着生物柴油产业的发展。本课题中，我们将通过实验来确定生物柴油生产
8、时，包括醇油摩尔比、时间、温度、加入催化剂量等各个因素对生产的影响，确定反应的最佳条件，以及在此条件下，比较不同油脂制备出的生物柴油的品质与产出率。通过对生物柴油制备的研究，对现有制备生物柴油的工艺进行改进，可以有效地促进农业能源植物生产的发展，从战略上调整农业结构，实现农产品向工业产品的转化，走出一条富农强农之路。由以上分析可以看出，本课题的研究在对环境保护、缓解能源危机、农业结构调整、促进社会经济发展等方面都有着重大的意义。11第3章 生物柴油的制备研究第2章 文献综述1.1 生物柴油国内外的发展1.1.1 生物柴油产业的萌芽与现状生物柴油最早在19世纪末由德国工程师Rudolf Dies
9、el提出，他成功地试制出-了压力点火内燃机柴油机。而他当时正是使用了花生油作为内燃机的燃料。压力点火内燃机问世后便得到大力推广，几乎所有农用设备及载重工具都使用内燃机提供动力，在柴油代替植物油作为内燃机用油之后，带来的环境问题越来越明显。随着保护环境和自然资源枯竭的难题越来越备受关注，20世纪中叶，许多生物科学家提出回归Rudolf Diesl以植物油为发动机燃料的设想。1983年，美国科学家 Graham Quick 首次将亚麻籽油甲酯用于内燃机，成功燃烧1000了小时，并将可再生的脂肪酸单酯定义为生物柴油3。此后，作为清洁且可再生的能源生物柴油，便成了世界各国新能源研制和开发的热点，时至2
10、010年，世界生物柴油产量达190亿公升。据分析机构F.O.Licht发布的报告显示，2012公历年全球生物柴油产量将达到1890万吨，从2000年至2010年，世界生物柴油发展如图2-1所示：图2-1 2000年至2010年世界生物柴油产量1.1.2 国外生物柴油的发展美国是最早研究应用生物柴油的国家，在20世纪80年代末，美国提出了以生物柴油代替石化柴油的的战略，并列入国家能源政策项目。美国生物柴油产业发展迅速，在近两年已然发展成为美国发展最快的代替燃油。在研制过程中，美国在原料的理化特性改进以及生产成本合理化都取得相当大的进展4。另一方面，在美国政府政策的鼓励和扶持下，美国生物柴油的发展
11、也为美国农业的发展和缓解就业压力做出了一定贡献，是世界生物柴油产业的先驱。美国政府是美国生物柴油的最大用户，在1990年，美国修正空气洁净法，明确指出在空气污染严重的城市，禁止使用石化柴油燃料。这一项政策给生物柴油进入市场提供了法律保障，生物柴油也成为了唯一一种能通过空气洁净法规定的对人体健康标准的石油代替品5。另一方面，美国为保证生物柴油的质量，制定了生物柴油的标准，如表2-1所示。表2-1 美国的生物柴油标准名称标准值检验方法闪点/最小100.0ASTM 93水、残渣（体积分数）/%最大0.05ASTM 2709残碳（100%样品，质量分数）/%最大0.050ASTM 4530硫酸盐灰分（
12、质量分数）/%最大0.020ASTM 874动力粘度（40）/mm2s-11.96.0ASTM 445硫含量（质量分数）/%最大0.05ASTM 5453十六烷值最小40ASTM 613雾点/By CustomerASTM 2500续表2-1名称标准值检验方法铜腐蚀最大No.3ASTM 130酸值（以KOH计）/mgg-1最大0.80ASTM 664游离甘油（质量分数）/%最大0.020ASTM 6584总甘油（质量分数）/%最大0.240ASTM 6584发达国家的聚集地欧盟，是使用生物柴油最多的地区，在1996年，欧洲还成立了生物柴油委员会，主要以生产生物柴油为主。生物柴油委员会的成立表明
13、了生物柴油作为一个新兴的产业形成6。德国是目前生物柴油的最大生产国家，法国位居第二。欧盟各国都有好几家大型生物柴油工厂。在2011年，油世界预计整个欧盟的生物柴油生产量为907万吨。在一般燃油税要占普通柴油燃料价格的一半甚至更多的情况下，欧洲议会决定只收生物柴油10%的税收，保证了生物柴油相对其他燃油在市场上保持着竞争性，生物柴油在欧盟占成品油市场超过5%的份额。亚洲各国近年也在积极推广生物柴油，日本目前生产生物柴油的能力已达40万吨每年。韩国、泰国、保加利亚等国家也在面向全国推广生物柴油。世界各国的生物柴油标准略有差异，但基本一致。1.1.3生物柴油在国内的发展作为发展中的农业大国，我国的生
14、物柴油生产技术不比欧美其他国家的技术差。为更好走可持续发展的道路，我国政府近年把生物柴油列入了国家科技攻关计划，确定生物柴油为国家产业的发展方向。在我国大力发展生物柴油产业，不仅可以增强我国石油安全，减少对石油供给的需求，对实现可持续发展也有着积极的作用；另一方面，发展生物柴油还有利于调整农业结构，促进农村和国民经济的发展，走出一条农林产品向工业品转化的富农之路7，增加农民收入。再者，发展生物柴油也有利于保护我国本土生态环境。目前已在以大豆油、菜籽油、泔水油、地沟油等为原料制取生产生物柴油取得了初步的成果。在北京、福建、海南、香港等省市均已建成了一定规模的生产线，可惜的是，在税收方面，目前我国
15、还没有对发展生物柴油的优惠政策出台，使得生物柴油的产品在成品油市场并无价格优势。总体来说，我国生物柴油产业还在萌芽阶段，并不成熟。要积极推广，应更多地借鉴国外经验，国家政府能给予正确引导和有力支持，开启科研与油企联合的项目，高校中加强对生物柴油的教学与研究等。1.2生物柴油的特性与制备方法1.2.1生物柴油的特性生物柴油作为环境友好型绿色燃料，除具有与石化柴油相近的性能外，同时也具有自己独特的优越性，如下表2-2所示。由以上柴油品质的比较可以看出，生物柴油具有如下特性：1) 具有环保特性。生物柴油基本不含芳烃和硫，因此可以减少二氧化硫的排放。检测表明，与石化柴油相比，使用生物柴油可降低空气毒性，减少致癌率8。同时，生物柴油也可被生物降解，对环境无害。生物柴油污染物排放比较如表1所示。2) 具有良好的的安全性能，生物柴油闪点较高比石化柴油，不属于危险品9。故在存储、运输过程里相对安全。3) 具有良好的发动机低温启动性能。在没有添加剂的情况下，其冷凝点达-2010
