油脂催化裂解與非均相催化酯化制備生物燃油基礎(chǔ)研究(摘要)

林小羽(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京100091;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇南京210042)

探索了利用催化熱解大豆油甘油三酯制備生物燃油，具體研究了新型熱解催化劑及其催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，熱解產(chǎn)物的理化性質(zhì)以及生物燃油與柴油混合后的燃燒性能，為改進(jìn)改良油脂催化熱解工藝奠定了基礎(chǔ)。

通過(guò)常規(guī)飽和浸漬法制備負(fù)載型熱解催化劑介孔Na2CO3/Al2O3。其中氧化鋁載體是在表面活性劑模板下，進(jìn)行溶劑蒸發(fā)自組裝而制得。使用了兩種表面活性劑，使用非離子型表面活性劑Pluronic P123可以得到孔徑10 nm，比表面積277 m2/g的介孔氧化鋁，使用離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨可以得到孔徑3～5nm，比表面積369 m2/g的介孔氧化鋁。制備過(guò)程中氧化鋁前驅(qū)體的適宜焙燒溫度為600℃。經(jīng)過(guò)負(fù)載后的催化劑中，Na2CO3分散均勻。

分析了大豆油與催化劑共熱解的熱重?cái)?shù)據(jù)，并通過(guò)等轉(zhuǎn)化率計(jì)算法對(duì)催化熱解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了初步研究。其中Vyazovkin非線性計(jì)分方法用于計(jì)算熱解過(guò)程中不同反應(yīng)進(jìn)度下的瞬時(shí)反應(yīng)活化能，而Coats-Redfern計(jì)算方法則用于計(jì)算不同熱解主反應(yīng)段的平均活化能及指前因子，從而得出動(dòng)力學(xué)方程式。熱重以及差熱分析表明大豆油催化熱解反應(yīng)過(guò)程復(fù)雜，但使用同類型的催化劑，反應(yīng)過(guò)程大致相近。對(duì)于γ型氧化鋁催化劑，比表面積的增大能夠帶來(lái)整個(gè)反應(yīng)歷程中活化能的降低。對(duì)于負(fù)載型催化劑介孔Na2CO3/Al2O3，其催化作用與Na2CO3的負(fù)載量有關(guān)。當(dāng)負(fù)載量較低時(shí)，主要起催化作用的是作為載體并提供酸性活性位的介孔氧化鋁，當(dāng)負(fù)載量較高時(shí)，則是 Na2CO3的堿催化作用更為明顯，氧化鋁則是提供更大的接觸面積。

在小試裝置中進(jìn)行了大豆油的熱解實(shí)驗(yàn)，并對(duì)熱解產(chǎn)物進(jìn)行了后處理。測(cè)定了最終的產(chǎn)品理化特性及結(jié)構(gòu)組成。熱解主產(chǎn)物為液體，其中富含類似柴油組成的脂肪烴類，也含有一定量的脂肪酸。對(duì)該液體產(chǎn)物進(jìn)行了酯化反應(yīng)及餾分分割。得到的輕、重兩種餾分都具有較低的酸值，較高的熱值以及較好的流動(dòng)性，與柴油的性質(zhì)較為接近。

將以上制備得到的生物燃油與傳統(tǒng)石化柴油混合并進(jìn)行了柴油機(jī)的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)，速度特性曲線與負(fù)荷特性曲線表明生物燃油熱值仍略低于柴油，但可以加入發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用。

大豆油;催化裂解;非均相催化酯化;生物燃油