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37200字硕士毕业论文玉米油基甘油副产物生产生物柴油及其燃烧特性

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:37200字
论点:甘油,柴油,生物
论文概述:

就我国当前的能源危机以及由此产生的各种环境污染问题,发展新型的石油替代燃料也非常紧迫。生物柴油因为具有性质稳定,与0号柴油混合性能好,含氧量高等优点成为比较有前途的生物质

论文正文:

第一章文献综述

1.1石油危机
随着世界经济的快速可持续发展,对石油的需求日益增加。据估计,在2010年至2030年的20年中,石油需求将从每天8619,100桶上升至每天1.18亿桶,增长率非常惊人,也就是说,从现在到2030年,世界石油需求将增长约50% [11。从表1.1可以看出,世界主要产油国的石油生产高峰期已经基本过去。因此,为了满足世界日益增长的石油需求,除了动员世界人民采取各种有效措施保护资源之外,有必要不断进行勘探和发现新油田,以大幅增加世界石油储量。此外,有必要迅速提高各产油国的生产能力,这可以说相当于要求欧佩克将其石油生产能力从目前的每天3000万桶提高到每天至少5000万桶。然而,世界上所有国家的石油总产量仅约为每天1亿桶,在目前情况下,这远远没有达到这样的生产率。因此,如果到2012年底世界经济继续保持快速上升趋势,世界石油产能过剩的局面将完全消失。基于这种情况,到2015年,世界石油短缺将达到每年约3.65亿桶。因此,鉴于世界经济的快速发展和对石油资源日益增长的需求,开发新的石油替代燃料[2.6]迫在眉睫。
虽然我国习惯于又大又薄,但各种能源的分布非常不均衡。虽然煤炭资源相当丰富,但石油资源却非常稀缺。目前,可供开采的已探明石油储量仅占世界石油总储量的约2.4%。此外,中国是世界上人口最多的国家。如果按人口数量平均计算,石油的可采储量远远低于世界平均水平,仅达到[世界平均水平的十分之一。此外,自1993年以来,随着人民生活水平的提高,家用汽车的使用持续增长,对石油的需求不断增加,石油进口逐渐增加?从一开始,我国的石油就完全进口了。目前,中国已成为世界第二大石油进口国。石油资源严重依赖进口。据估计,自华东理工大学博士论文发表在第2页以来的20年中,中国石油进口量将从目前的每天约170万桶上升至2030年的每天约870万桶。石油进口依存度也将从目前的34%快速上升至82%。因此,针对中国当前的能源危机及由此引发的各种环境污染问题,胡锦涛主席在2009年纽约联合国总部举行的联合国气候变化峰会开幕式上明确指出,中国应大力发展可再生能源,力争到2020年非化石能源发展到一定规模,约占一次能源消费的15%。因此,着眼于我国整体经济发展,开发新型石油替代燃料也十分紧迫。

1.2生物柴油开发简介

1.2.1生物柴油的组成和特性
生物柴油是一种清洁、可再生的液体燃料,由大豆、花生、核桃、芝麻、锦葵和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油树、工程微藻等油料水生植物、动物脂肪和废弃餐饮油[8_15]制成。它的化学成分是一系列长链脂肪酸的短碳链醇。与石化柴油的特性对比见表1.2,表明生物柴油与石化柴油相比具有以下特点:(1)闪点高,储存、运输和使用安全性好;(2)燃烧废气中硫含量低,二氧化硫和硫化物排放量低;(3)原料来源于天然油脂,可再生,生物降解率高,环境友好;(4)使用方法灵活,可单独使用或与石化柴油结合使用。从表1.3中的数据可以看出,世界各国都对生物柴油的应用前景持乐观态度,因此进行了大规模的生物柴油生产。我国生物柴油的总体发展规划是“十一五”期间进行工业示范,“十二五”期间进行工业推广,“十三五”期间进行重大发展。中国可再生能源中长期发展规划的目标是到2010年完成生物柴油产业化示范,要求生物柴油年产量达到20万吨左右。不久前,中央政府再次决定“十二五”规划,明确提出“十二五”期间生物柴油年产量应达到100万吨,然后进行广泛的工业化推广应用,力争到2020年左右生物柴油年产量达到近200万吨[29]。

第2章玉米油基生物柴油组分的定性和定量分析

2.1前言
本文通过新型冷交换试剂DMC与玉米油的冷交换反应制备了无甘油副产物的生物柴油。首先,甘油三酯原料油甘油三酯与冷交换试剂DMC反应生成脂肪酸甲基乙基FAMES,脂肪酸甲基乙基FAMES是生物柴油的主要成分,伴随着脂肪酸甘油碳酸酯FAGC的形成。随后,脂肪酸甘油碳酸酯冷FAGC进一步与冷交换试剂DMC反应,形成脂肪酸乙酸甲酯FAMES和副产物甘油二碳酸酯冷GDC。如果原料中含有二甘醇,它可以根据方程2.3与碳酸二甲酯反应生成甘油单碳酸酯气相色谱。也就是说,在采用该方法制备生物柴油的过程中,反应产物中不仅可能存在未反应的脂肪酸甘油三酯和脂肪酸二甘醇甘油二酯,还可能存在中间产物如甘油单碳酸酯甘油二酯。本章主要采用高温毛细管分离技术分离原料脂肪酸甘油三酯甘油三酯甘油三酯、脂肪酸二元酸甘油二酯、脂肪酸甘油单冷镁、主要产品脂肪酸甲酯冷FAMES和副产物甘油单碳酸酯冷气相色谱,并采用外标法和内标法进行定性和定量分析,从而对本文后期涉及的反应过程进行更详细的分析。

2.2实验部

2.2.1实验原料
图2.3是用本文设计的方法制备的生物柴油的气相色谱图,从中可以看出,在4niin、8-13min和21-25min的三个保留时间内分别有三个系列的峰。外标法测定的4分钟和8-13分钟色谱峰分别对应于副产物甘油单碳酸酯气相色谱和主要产物脂肪酸乙酸甲酯FAMES0。根据表2.5中甘油三酯和二甘醇与内标物的相对保留时间比,确定原料甘油三酯和二甘醇的保留时间为21-27分钟(二甘醇的保留时间为21.5分钟-22.3分钟,三甘醇的保留时间为23.5分钟-26.5分钟)。

第3章准备……31
3.1前言……31
3.2实验部分……31
3.3结果和讨论分析……34
3.4小节……45
第4章固定化脂肪酶催化玉米油酯交换……46[/比尔/] 4.1前言……46[/比尔/] 4.2实验科……46[/比尔/] 4.3结果和讨论……47 [/BR/]第5章基于无甘油副产物玉米油的生物柴油燃烧……53[/比尔/] 5.1前言……53[/比尔/] 5.2实验科……53[/比尔/] 5.3结果和讨论……55[/比尔/] 5.4本章概述……74

结论

随着全球经济的快速发展,对石油的需求日益增加,石油危机越来越明显。生物柴油的广泛使用将在一定程度上有效缓解石化柴油大量使用带来的严重能源和环境问题,成为石化柴油的理想替代燃料。本文以非均相固体氢氧化钾和固定化脂肪酶为催化剂,通过催化新型冷交换试剂DMC与预榨玉米原油之间的冷交换反应,制备出低温流动性好的玉米油基生物柴油,且不含甘油副产物,解决了原料利用率低、副产物粗甘油过多、均相催化剂无法分离、反应后排放的废酸废碱洗涤液对环境造成污染的问题。通过详细的研究,建立了一套完整的定性和定量分析方法来分析不含甘油副产物的生物柴油的组分,并探索了两种催化体系的最佳工艺条件。通过台架试验研究了无甘油副产物生物柴油的燃烧性能,为生物柴油的应用提供了必要的实验依据。最后,为了使玉米得到更充分、更彻底的利用,本文还从制备燃料乙醇后的玉米胚芽中提取脂肪和油脂,并探索了制备生物柴油的工艺,为玉米的综合利用奠定了基础。关于主要研究内容,本文的主要研究结论如下:
(1)保留时间为4分钟和8-13分钟的峰分别对应副产物甘油单碳酸酯冷气相色谱和主要产物脂肪酸甲酯FAMES保留值为14-17分钟的峰是中间体碳酸甘油酯的峰。保留时间为21.5-22.3分钟的峰对应于原料甘油二酯,保留时间为23.5-26.5分钟的峰对应于原料甘油三酯。
(2)采用内标法建立了主要产品脂肪酸甲酯、原料油二甘醇和三醋精的定量分析方法。脂肪酸甲酯在棕榈酸甲酯59-354|ag/inl、亚油酸油酸甲酯50-304 18/1111和硬脂酸甲酯5.6-33.7tig/ml的浓度范围内具有良好的线性关系和重现性。二甘醇和三甘醇在5-50兆欧/毫升的浓度范围内线性关系良好,测试方法精密度高,重现性好。
(3)采用三因素三水平响应面法优化了氢氧化钾催化无甘油副产物玉米油基生物柴油的工艺。结果表明,制备生物柴油过程中未形成甘油副产物,无甘油副产物玉米油基生物柴油的最佳工艺条件为:反应时间9h,冷油摩尔比为9:1,氢氧化钾催化剂加入量为原料油质量的16.25%,脂肪酸甲酯的产率为90.4%。
(4)无甘油副产物玉米油制备生物柴油的动力学过程研究表明,氢氧化钾催化的酯交换过程分为反应生长阶段和平衡阶段。其中,甘油三酯和甘油二酯的冷交换生长阶段都是二级反应。甘油三酯醋交换反应的活化能为83.3千焦/摩尔,频率因子为4.48xl0i * \"L/(摩尔分钟);二甘醇冷交换反应的活化能为89.8千焦/摩尔,频率因子为7.98×10-iY/(摩尔-分钟)。所有这些都高于油和甲醇冷交换反应的活化能,表明本文设计的冷交换反应难以进行,需要在较长的反应时间内进行,这与实验条件的探索是一致的。

参考
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