两步法催化餐饮废油制备生物柴油及其可行性研究

摘要

随着环境意识的增强和能源危机的影响，人们开始寻找一种能够替代石油燃料并对环境破坏小的新能源。最近石油价格的升高和石油的缺乏，使人们开始思考利用植物油去替代柴油。同时，餐饮废油不仅污染环境，而且还危害人们的健康，因此餐饮废油的有效利用成为一个值得研究的问题。 酯交换法制取生物柴油是当今最容易实现工业化的一种方式。在众多的清洁替代能源中，脂肪酸甲酯作为柴油的替代品有很多的优点。影响酯交换反应的主要因素有醇油比、催化剂、反应温度和压力、反应时间以及游离脂肪酸和油中水分含量。基于酸催化和碱催化的方法，本课题主要讨论了如何将废油转化为可以替代2＃柴油并应用于柴油发动机中的技术路线，通过气相色谱(GC)分析其中的转化率，通过正交实验得到碱催化进行酯交换实验的最优条件。通过对合成的生物柴油作了石油标准检测，对其燃烧特性作了初步的研究。实验结果证实了用生物柴油替代2撑号柴油的可行性。通过Gnmberg-Nissan公式，研究了生物柴油粘度与转化率的关系，得出了靠粘度评价转化率的方法。 餐饮废油酸败程度较高，酸价达7.25，酸度达8.8％。考虑到原料油的这种特性，在第一步反应中采用酸催化法将游离脂肪酸甲酯化，避免直接采用碱催化法使游离脂肪酸皂化产率降低的不足。酸催化法的酯化工艺最佳操作条件为：催化剂为98％浓硫酸，催化剂用量为14.6％(占反应总底物的质量比)；反应温度为60℃；醇油比为50:1(摩尔比)；反应时间6h，转化率达到为65.9％。在第二步反应中，采用碱催化法将酸价降低的原料油中的主要成分甘油三酯转化为脂肪酸甲酯。碱催化法的酯交换工艺最佳操作条件为：醇油比为9:1，催化剂质量分数为1.3％，反应温度为50℃，反应90min，转化率达到为75.3％。在本试验中确定了从生物柴油的粘度分析甲酯转化率的方法。在所转化的废油各主要成分己知的情况下，由公式可以较为准确的测定甲酯的百分比，其中重要参数GMG=-2.41026mPa·s。 本文还对餐饮废油酯交换生产生物柴油的技术可行性进行了论证，并对其经济成本分析进行了研究。本可行性研究报告根据相关行业规范，并结合当前的生产和销售市场的动态，对该项目的建设规模、采用的技术方案、设备计算选型等各项指标进行了详细的可行性分析。并对该项目的投资估算、社会效益和经济效益进行了综合评估。该项目总投资3252万元人民币，年销售收入为4505万元人民币，年均利润为605万元人民币。 本项目对餐饮废油的综合利用提供了广阔的应用前景，同时解决了餐饮废油的环境污染问题。

目录

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声明

第一章文献综述

1.1.制备生物柴油的意义

1.2.生物柴油的生产技术

1.2.1直接或混合使用

1.2.2微乳化法

1.2.3热裂解

1.2.4酯交换法

1.3.国内外研究进展

1.4.生物柴油生产过程中的问题及其可能的解决方案的研究

1.5本项目的研究意义

1.6.本研究的主要内容

第二章生物柴油的合成

2.1概述

2.2试验材料与方法

2.2.1实验材料与试剂

2.2.2实验仪器

2.2.3试验方法

2.3结果与讨论

2.3.1酸催化法的研究

2.3.2碱催化法的研究

2.3.3酸催化与碱催化的综合评价

2.3.4生物柴油副产物粗甘油的精制

2.3.5生物柴油的物理性质分析

2.4本章小结

第三章餐饮废油制备生物柴油的可行性研究

3.1技术方案的确立

3.2生产规模及产品方案

3.3生产技术方案

3.3.1预处理车间工艺操作简要说明

3.3.2酯化车间工艺操作简要说明

3.3.3生物柴油精制车间工艺操作简要说明

3.3.4粗甘油蒸馏精制车间工艺操作简要说明

3.4设备选型

3.4.1预处理车间关键设备说明

3.4.2酯化车间关键设备说明

3.4.3生物柴油精制车间关键设备说明

3.4.4甘油精制车间设备清单

3.5油罐区的工艺设计

3.6导热油炉

3.7投资估算和经济分析

3.7.1固定资产总投资估算

3.7.2流动资金估算

3.7.3总投资估算及资金来源

3.7.4成本分析

3.7.5经济效益分析

3.7.6财务分析

3.7.7风险性分析

3.7.8社会效益分析

第四章结论

4.1生物柴油的合成

4.2合成生物柴油的可行性结论

4.3研究展望

参考文献

附录

致谢

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