餐饮废油制备生物柴油的新型方法及其稳定性研究

摘要

餐饮废油质量极差、极不卫生，过氧化值、酸价、水分严重超标，含有大量的腐败因子、黄曲霉菌和不洁物质，食用后对人体危害极大，餐饮废油重返餐桌，让人们谈之色变。生物柴油是以生物质油脂为原料 (植物油和动物脂肪及其废弃物) 与低碳醇酯交换反应制备而成的一种可再生绿色燃油，它的主要成分是长链脂肪酸单酯(甲酯、或者乙酯) (一般含碳77％，氢12％，氧11％)，其性能完全可与石化柴油相媲美，是生物质能源的主要组成部分。目前生物柴油商业化生产最大的障碍是成本问题(包括原料和工艺路线)，其中原料价格高是主要因素，它占整个制造成本的 70％左右。而非食用油特别是餐饮废油则比较低廉，是制备生物柴油的首选原料，同时它在食品安全以及环境保护方面，都具有积极的意义。 本文分析了餐饮废油的理化特征，其酸值为 79.02 mgKOH/g，含水量为2.63％，根据“酸价小于 10mgKOH/g，选用醇解工艺；酸价 10-120mgKOH/g，选用两步法工艺；酸价高于 120mgKOH/g，选用分离化合工艺”，本实验采用先酸后碱的两步法工艺方法，并考虑使用碘来代替浓硫酸，作为第一步酯化反应的催化剂。 本文利用乙醚、叔丁醇、四氢呋喃为共溶剂，绘制了餐饮废油/甲醇/共溶剂的三元相图，并利用碘来催化它们形成的均相体系，实验结果表明，均相体系并不能提高碘催化餐饮废油酯化的效率。 采用碘和NaOH作为催化剂，经优化设计实验确定，第一步酯化的条件是：反应温度80℃，醇油质量比为1.75：1，催化剂用量1.3％，时间3h；第二步酯交换反应的条件：温度 85℃，30％甲醇，0.7％催化剂，27min。 本文研究了水分对碘催化餐饮废油酯化反应的影响及碘重复使用，发现含水量低于6％时，对碘的催化效果影响不大；当加入适量的3A分子筛，可使碘重复使用9次。 对餐饮废油制备的生物柴油的理化指标进行测定，产品主要性能指标均符合国家标准以及美国ASTM-2004标准；并对生物柴油在柴油机上使用的排放特性进行了试验研究和分析探讨，为其替代矿物柴油可能性提供理论依据。 对生物柴油的稳定性进行了研究，发现生物柴油在一定范围内含水量越少，贮藏温度越低，生物柴油稳定性越高，另外，采用不锈钢容器及添加抗氧化剂也能一定程度上提高生物柴油的货架期。本论文还以年产5万吨的生产规模进行经济分析，以餐桌废油制备不仅有良好的社会效益和环境效益，同时还有可观的经济效益：年缴税金额为3922.10万元，年净利润为4441.78万元。

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声明

第一章 绪论

1.1餐饮废油及其危害

1.1.1餐饮废油的定义

1.1.2餐饮废油的危害

1.1.3餐饮废油的再利用

1.2发展生物柴油的意义

1.2.1能源及环境安全

1.2.2生物柴油的优点

1.3国内外生物柴油的研究现状

1.3.1政策计划

1.3.2工艺

1.3.3原料

1.4催化剂的研究进展

1.4.1常用化学催化剂

1.4.2固体催化剂

1.4.3生物催化剂

1.4.4其他特殊催化剂

1.5生物柴油稳定性的研究

1.5.1生物柴油酸败的主要类型

1.5.2生物柴油氧化的机理

1.6课题来源与主要研究内容

1.6.1课题来源

1.6.2研究的主要内容

参考文献

第二章 餐饮废油制备生物柴油的工艺选择

引言

2.1材料和方法

2.1.1材料

2.1.2仪器

2.1.3测定方法

2.2结果与讨论

2.2.1工艺选择

2.2.2催化剂的选择

2.3本章小结

参考文献

第三章 甲醇、餐饮废油均相体系的建立及其对碘催化效率的影响

引言

3.1材料与方法

3.1.1原料

3.1.2仪器与试剂

3.1.3分析方法

3.1.4实验方法

3.2结果与讨论

3.2.1共溶剂三相图的绘制

3.2.2不同均相体系下碘催化酯化反应的效果

3.3本章小结

参考文献

第四章 新型两步法餐饮废油制备生物柴油工艺的研究

引言

4.1材料与方法

4.1.1原料

4.1.2仪器与试剂

4.1.3分析方法

4.1.4实验方法及路线

4.2结果与讨论

4.2.1酯化反应

4.2.2酯交换

4.3本章小节

参考文献

第五章 水分对碘催化酯化反应的影响及催化剂的重复使用

引言

5.1材料和方法

5.1.1材料

5.1.2仪器

5.1.3实验方法

5.2结果和分析

5.2.1不同含水量对碘催化酯化反应的影响结果

5.2.2碘的重复利用实验结果

5.2.3除水实验结果

5.3本章小结

参考文献

第六章 餐饮废油制备的生物柴油理化性质及排放性能分析

引言

6.1材料和方法

6.1.1材料

6.1.2主要仪器和设备

6.1.3实验方法

6.2结果和分析

6.2.1生物柴油的理化指标检测结果与分析

6.2.2生物柴油产品化学成分检测结果与分析

6.2.3生物柴油的排放性能研究

6.3本章小结

参考文献

第七章 生物柴油稳定性的研究

引言

7.1材料与方法

7.1.1材料及试剂

7.1.2仪器

7.1.3分析方法

7.1.4实验方法

7.2结果与讨论

7.2.1不同含水量对生物柴油稳定性的影响

7.2.2不同贮藏温度对生物柴油稳定性的影响

7.2.3不同抗氧化剂对生物柴油稳定性的影响

7.2.4容器对生物柴油稳定性的影响

7.3本章小结

参考文献

第八章 经济效益分析

引言

8.1投资估算

8.1.1土建投资估算

8.1.2设备投资估算

8.2经济效益估算

8.3年销售收入及有关计算分析

第九章 结论

致谢

攻读学位期间的研究成果