树脂催化废食用油两步法制备生物柴油试验研究

摘要

随着社会经济的快速发展,能源短缺与环境污染问题日益严重,生物柴油作为一种可再生替代能源引起了世界范围内的广泛关注。利用高酸价的废食用油作为生物柴油的原料,能够降低其成本,提高生物柴油的市场竞争力。目前,废食用油制取生物柴油的生产均采用均相法,催化剂用量大,反应时间长,酯交换率低。本文以高酸价废食用油为原料,利用两步法制取生物柴油:首先选取SXC-9、D002、D061、D072四种离子交换树脂作为固体催化剂,间歇和连续催化废食用油和甲醇酯化反应,催化其中的游离脂肪酸制取生物柴油；然后对剩余的甘油三酸酯利用碱进行催化,以彻底催化废食用油制备生物柴油,实验得到的主要研究结论如下:
　　 (1)通过单因素试验,比较SXC-9、D002、D061、D072阳离子交换树脂对废食用油和甲醇酯化反应的催化效果,发现SXC-9具有最佳催化效果,工艺条件为:反应温度65℃,醇油摩尔比12:1,催化剂用量为30％,反应时间为9h,在此条件下进行酯化试验,酯化率达到90.24％。
　　 (2)在单根反应器中利用SXC-9进行连续酯化反应,连续酯化反应的最佳工艺条件为:反应液体积流量0.2ml/min,催化剂填充密度0.5g/ml,醇油比18:1,在此条件下,高酸价废食用油酯化率达到80.26％；利用两根串联的反应器进行连续酯化反应,酯化率提高到93.89％。
　　 (3)对催化剂重复使用寿命及再生使用性能进行试验,发现树脂连续使用100小时后,酯化率下降至50％；但再生后,树脂的催化效果达到初始催化效果的95％,树脂再生后仍能保持一定催化活性。
　　 (4)直接利用高酸价废食用油与甲醇酯交换反应,以硫酸做催化剂,催化剂用量为4％,醇油比30:1,反应温度70℃,反应时间6h,酯交换率为87.24％,废食用油制取生物柴油的转化率为78.52％;经酯化后的废食用油以KOH为催化剂,催化剂用量为1％,醇油比6:1,反应温度65℃,反应时间1h,酯交换率为95.48％,两步法催化废食用油制取生物柴油的总酯交换率89.65％,总转化率为80.68％。
　　 (5)通过技术经济分析,发现以高酸价废食用油为原料时,采用预酯化后碱催化两步法生产生物柴油的工艺优于酸催化工艺,具有产物易分离、废液排放量小、反应时间短、部分催化剂能够重复利用等优点。