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非均相催化剂制备生物柴油的研究及经济评价

作　者: 薄向利
导　师: 夏代宽
学　校: 四川大学
专　业: 工业催化
关键词: 生物柴油 非均相催化 固体催化剂 复合氧化物 经济评价
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 426次
引　用: 5次
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内容摘要


由于能源短缺与环境污染问题，生物柴油作为一种环境友好的可再生能源，已经得到了世界各国的普遍关注。生物柴油是由天然油脂与低碳醇酯交换生产的柴油替代燃油。采用非均相固体催化剂催化的酯交换反应过程避免了传统均相酸碱催化酯交换产品的分离困难和废催化剂的环境污染问题，研究其对生物柴油的生产技术进步和应用推广都有重要意义。本课题对固体催化剂酯交换法制备生物柴油进行了研究。实验以甲醇和菜籽油为原料，金属氧化物、复合氧化物、氧化钙负载钾盐的固体碱为催化剂，采用间歇反应过程，在常压和加压反应器中非均相催化制备生物柴油。本文还利用化工模拟软件对几个不同的生产过程进行了模拟，包括用我们制备出的活性最高的非均相固体催化剂催化制备生物柴油的过程，然后运用模拟结果对各个生产过程进行了经济评估，分析比较了经济可行性。实验结果表明：碳酸钙950℃煅烧得到的CaO较900℃煅烧的催化活性要高得多，ZnO在本研究中没有催化活性。以CaO为主体催化剂的复合氧化物中，用浸渍法制备的CaO／SiO2的催化活性最好，其最优工艺条件是：反应温度为60℃，反应时间为3h，催化剂加入量为油重的2％，醇油摩尔比为10：1，此时甘油的收率可达到87.15％。不同方法制备得到的CaO复合氧化物催化剂活性顺序为：CaO／SiO2＞CaO／Al2O3＞CaO／MgO＞CaO／La2O3＞…，且不同方法制备出的复合氧化物催化活性是：浸渍法＞机械法。氧化钙负载钾盐的固体碱催化剂活性顺序为：KNO3／CaO（机）＞KNO3／CaO（浸）＞K2CO3／CaO（浸）＞KF／CaO（浸）＞K2CO3／CaO（机）＞KF／CaO（机）。其中机械法制备的KNO3／CaO催化剂活性最高，当反应温度为60℃，反应时间为1.5h，催化剂加入量为油量的3％，醇油摩尔比为12：1时，甘油收率为76.56％。基于对各个过程的经济评价得出：使用菜籽油为原料的固体碱催化过程Ⅰ有最低的总资本投资。甘油的收益可使制造成本降低大约8％。原料油费用构成了制造成本的主要部分。因此，减少原料油费用是优化制造成本的第一步。所以，尽管过程Ⅰ有最低的建厂费用，但其高昂的制造成本抵消了在投资回报或盈亏平衡价格方面的经济利益。均相碱催化过程Ⅱ要求后期的液体碱处理单元来除去液体碱。处理单元的相关费用将降低过程Ⅱ的经济可行性。而以油脚油为原料的碱催化过程Ⅲ要求油脚的预处理单元，但其有最低的制造成本。从税后回报率和盈亏平衡价格方面来看，过程Ⅲ在经济上更有竞争力。不同过程的敏感性分析表明工厂年产量、油料价格和生物柴油价格是影响经济可行性的主要因素。

全文目录


摘要  2-4
Abstract  4-10
1. 绪论  10-26
  1.1 发展生物柴油的意义  10
  1.2 生物柴油的性质  10-12
  1.3 国内外的发展现状  12-15
    1.3.1 国外发展现状  12-14
    1.3.2 国内发展现状  14-15
  1.4 生物柴油的制备方法  15-23
    1.4.1 物理法  15-17
    1.4.2 化学酯交换法  17-23
  1.5 制备生物柴油的经济评价的研究现状  23-24
  1.6 本文研究内容  24-26
2. 实验部分  26-37
  2.1 实验原料及实验仪器  26-27
    2.1.1 实验原料  26
    2.1.2 实验仪器  26-27
  2.2 实验流程及装置图  27-29
    2.2.1 加压反应装置  27-28
    2.2.2 常压反应装置  28-29
  2.3 菜籽油的精制  29
  2.4 催化剂的制备  29-33
    2.4.1 金属氧化物催化剂的制备  30
    2.4.2 复合氧化物催化剂的制备  30-33
    2.4.3 CaO负载钾盐固体碱的制备  33
  2.5 分析方法及收率计算  33-34
  2.6 经济评价  34-37
    2.6.1 过程模拟  34-35
    2.6.2 设备费用计算  35
    2.6.3 经济评价  35-37
3. 结果与讨论  37-45
  3.1 金属氧化物催化剂活性比较  37
  3.2 复合氧化物催化剂活性比较  37-41
    3.2.1 复合氧化物催化剂活性比较  37-39
    3.2.2 以CaO/SiO_2(浸)为催化剂的反应条件选择  39-41
  3.3 CaO负载钾盐固体碱的活性比较  41-45
    3.3.1 CaO负载钾盐固体碱的活性比较  41-42
    3.3.2 以KNO_3/CaO为催化剂的反应条件选择  42-45
4. 经济分析  45-72
  4.1 以菜籽油为原料CaO/SiO_2催化制备生物柴油过程I的经济评价  45-57
    4.1.1 流程描述  46-47
    4.1.2 过程模拟所得化工参数  47-48
    4.1.3 设备尺寸计算及设备费用  48-53
    4.1.4 经济评价  53-57
  4.2 以菜籽油为原料均相碱催化制备生物柴油过程II的经济评价  57-63
  4.3 以油脚为原料均相碱催化制备生物柴油过程III的经济评价  63-68
  4.4 小结  68-72
    4.4.1 固定资产成本  68-69
    4.4.2 总成本费用  69-70
    4.4.3 税后回报率  70-71
    4.4.4 敏感性分析  71
    4.4.5 讨论  71-72
5. 结论  72-73
参考文献  73-79
附录  79-82
硕士期间发表论文情况  82-84
致谢  84

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 石油、天然气加工工业 > 人造石油 > 从其他原料提取石油
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