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催化酯化改质生物油的试验研究

作　者: 王锦江
导　师: 常杰
学　校: 华南理工大学
专　业: 能源环境材料及技术
关键词: 生物油催化酯化改质提升离子交换树脂酸值
分类号: TE667
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

生物质快速热裂解液体产物——生物油作为一种潜在的替代燃料,受到了国内外研究者的广泛关注。然而生物油粘稠、稳定性差、热值低、腐蚀性强,必须进行改质才能实现高品位的利用。本文试图通过催化酯化的方法将生物油中的有机酸类转化成相应中性的酯类,降低生物油中有机酸含量,提高生物油的稳定性,改善生物油的性能。将酸值的概念引入到生物油系统,提出采用电位滴定法对生物油中的有机酸总量进行定量分析,研究了滴定溶剂、滴定液浓度和生物油样品量对于酸值测量精度的影响。通过向生物油中添加标准样品进行酸值测量,验证了该方法的准确性。结果表明,电位滴定法测定酸值能够快捷而准确地实现对生物油中的有机酸总量的分析,这也为评价生物油的酯化改质提供了新的物性指标和分析方法。利用乙酸和甲醇的模型反应,探索了732、D072和NKC-9型阳离子交换树脂的酯化活性与稳定性,研究了影响反应速率和乙酸转化率的催化剂用量、醇酸摩尔比、反应温度等因素。结果表明,三种离子交换树脂都能够有效的将乙酸酯化,转化率接近或超过80%,活性顺序依次为:732>D072>NKC-9。催化剂经过简单回收后可以重复多次使用。通过向生物油添加甲醇,对生物油进行了酯化研究。首先配制了生物油模型混合物,考察了树脂在类似生物油的复杂体系中对于乙酸的酯化活性。然后利用活性最好的732树脂和活性最差的NKC-9树脂在间歇釜内对生物油和甲醇进行了酯化研究。结果表明,732和NKC-9改质后的生物油与粗生物油相比,热值分别提高了32.26%和31.64%,水分分别降低了27.74%和30.87%,密度均降低了21.77%,粘度均降低了97%左右,酸值分别降低了88.54%和85.95%,生物油中的有机酸极大地转化为酯类物质。732连续固定床催化酯化生物油以后,酸值变化明显,降低了92.61%。改质生物油的稳定性在加速陈化实验中被证实得到改善。腐蚀性实验结果也表明改质生物油对铝片等的腐蚀性较粗生物油有所降低。可见,催化酯化是一种有效的生物油精制方法。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 生物质能的利用  11-18
    1.2.1 生物质能的概念和特点  11-12
    1.2.2 生物质利用技术  12-15
    1.2.3 生物质快速热裂解液化技术现状  15-18
  1.3 生物油品味提升技术  18-26
    1.3.1 生物油组成和性质  18-21
    1.3.2 生物油的改质与品味提升  21-26
  1.4 本课题的主要研究内容  26-27
第二章电位滴定法测定生物油酸值的研究  27-37
  2.1 引言  27-28
  2.2 材料与方法  28-30
    2.2.1 原料与仪器  28
    2.2.2 方法及原理  28-30
  2.3 结果与讨论  30-36
    2.3.1 自动和手动标定滴定液的偏差  30-31
    2.3.2 滴定过程与终点的判断  31-32
    2.3.3 滴定溶剂的选择对测定结果的影响  32
    2.3.4 滴定液浓度对测定结果精密性的影响  32-34
    2.3.5 样品量对测定结果精密性的影响  34
    2.3.6 加标验证准确性  34-35
    2.3.7 KOH乙醇溶液用于酸值测量  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章离子交换树脂催化性能的研究  37-50
  3.1 引言  37-38
  3.2 材料与方法  38-40
    3.2.1 原料  38-39
    3.2.2 方法  39-40
  3.3 结果与讨论  40-48
    3.3.1 732 树脂对模型反应的催化性能  40-45
    3.3.2 D072 树脂对模型反应的催化性能  45-48
    3.3.3 NKC-9 树脂对模型反应的催化性能  48
  3.4 本章小结  48-50
第四章树脂催化酯化生物油的研究  50-71
  4.1 引言  50-51
  4.2 材料与方法  51-55
    4.2.1 材料与仪器  51-52
    4.2.2 方法  52-55
  4.3 结果与讨论  55-69
    4.3.1 催化剂对生物油模型混合物的催化活性  55-58
    4.3.2 间歇釜内生物油的酯化  58-62
    4.3.3 回收催化剂的催化性能  62-63
    4.3.4 稳定性及水分对生物油相平衡的影响  63-66
    4.3.5 腐蚀性  66-67
    4.3.6 生物油的红外分析  67-68
    4.3.7 连续固定床改质生物油效果  68-69
  4.4 本章小结  69-71
第五章结论与展望  71-74
  5.1 本文主要结论  71-72
  5.2 本文的主要创新点  72
  5.3 建议与展望  72-74
参考文献  74-81
攻读硕士学位期间取得的研究成果  81-82
致谢  82

催化酯化改质生物油的试验研究

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