菜籽油制取生物柴油.doc

一、实验目的：
（1）了解制备生物柴油的原理和如何选用合适的制备方法。
（2）掌握以氧化钙、氧化镁作为催化剂参与菜子油和甲醇进行酯交换反应的原理。
（3）分析醇油比，催化剂用量，实验温度，反应时间对反应转化率影响大小。
二、实验综述：
1.前言
世界矿物能源的消费量越来越大,而全球矿物能源储量却十分有限。20世纪70年代，石油危机以后,人们开始研究煤的气化和液化。然而复杂的技术和巨大的投资,制约了气化煤和液化煤的广泛使用。而核能由于种种原因,没有实现大规模应用。生物质能、太阳能和其他可再生能源将替代石油和煤炭,逐渐成为世界能源的主角。生物柴油是生物质能的一种形式。生物柴油的主要成分是脂肪酸甲酯,是一种以植物油和动物脂肪为主要原料生产的、性质与普通柴油非常相似的燃油。同时生物柴油还具有以下优点:
(1)它是一种可再生能源,可缓解目前对石油的依赖;
(2)与环境友好,使用生物柴油所产生的尾气中有毒有机物、CO2及CO的排放量仅为普通柴油的1/10,同时它不含硫,能大大减少SOx的污染问题;
(3)生物柴油的燃点约为150e,高于普通柴油的燃点(50e),因此使用、运输、处理和储藏都更加安全。
基于以上优点,生物柴油这一概念自1981年在南非出现后,已受到世界各国的普遍关注。现在很多国家已经进行了生物柴油的研制和生产。美国是最早研究生物柴油的国家,目前已有4家生产厂,总生产能力为300kt/a。1992年美国能源署(EPACT)及环保署都提出用生物柴油作为燃料;美国前总统克林顿于1999年签署了开发生物质能的法令,其中生物柴油B20(在普通柴油中加入20%的生物柴油)被列为重点发展的清洁能源之一,采取免税政策。在欧洲,生物柴油的生产也备受关注,许多国家对生物柴油都实行了免税的政策。德国2000年生物柴油产量已达250kt,拥有300多个生物柴油加油站,并且制定了生物柴油的标准DINV52606。1996年,大众汽车和奥迪汽车宣布,其生产的所有型号的家用汽车引擎都可以使用生物柴油作为燃料。法国目前已拥有7个生产生物柴油的企业,法国CIRAD集团在雷诺汽车上进行了生物柴油十万公里的燃烧试验,证明了生物柴油可用于普通柴油发动机。意大利是目前欧洲生物柴油使用最广的国家,已拥有9家生物柴油的生产厂。欧洲的其他一些国家,如比利时、丹麦等也相继拥有了自己的工业化生物柴油生产厂,欧共体计划在2020年使生物柴油的市场占有率达到12%。日本于1995年开始研究生物柴油,并且试验使用煎炸油作为生产原料生产成本较低的生物柴油,目前年产量已达400kt/a。
2、生物柴油的合成方法比较
目前生物柴油的合成方法主要有直接混合法(稀释法)，微乳化法，高温热裂解法以及酯交换法等几种，其中研究最多的是酯交换法。
2.1直接混合法
在生物柴油研究初期,研究人员设想将天然油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其黏度,提高挥发度。1983年Amans等将脱胶的大豆油与2号柴油分别以1：1和1:2的比例混合,在直接喷射涡轮发动机上进行600h的试验。当两种油品以1:1混合时,会出现润滑油变浑以及凝胶化现象,而1B2的比例不会出现该现象,可以作为农用机械的替代燃料。Ziejewski等人将葵花籽油与柴油以1B3的体积比混合,测得该混合物在40e下的黏度为4.88×10-6m2/s,而ASTM(美国材料实验标准)规定的最高黏度应低于4.0×10-6m2/s,因此该混合燃料不适合在直喷柴油发动机中长时间使用。而对红花油与柴油的混合物进行的试验则得到了令人满意的结果。但是在长期的使用过程中该混合物仍会导致润滑油变浑。
2.2微乳化法
将动植物油与溶剂混合制成微乳状液也是解决动植物油高黏度的办法之一。微乳状液是一种透明的、热力学稳定的胶体分散系,是由两种不互溶的液体与离子或非离子的两性分子混合而形成的直径在1~150nm的胶质平衡体系。1982年Georing等用乙醇水溶液与大豆油制成微乳状液,这种微乳状液除了十六烷值较低之外,其他性质均与2号柴油相似。Ziejewski等以53.3%的冬化葵花籽油、13.3%的甲醇以及33.4%的1-丁醇制成乳状液,在200h的实验室耐久性测试中没有严重的恶化现象,但仍出现了积炭和使润滑油黏度增加等问题。
Neuma等使用表面活性剂(主要成分为豆油皂质、十二烷基磺酸钠及脂肪酸乙醇胺)、助表面活性剂(成分为乙基、丙基和异戊基醇)、水、炼制柴油和大豆油为原料,开发了可替代柴油的新的微乳状液体系,其中组成为柴油3.160g、大豆油0.790g、水0.050g、异戊醇0.338g、十二烷基碳酸钠0.676g的微乳状液体系的性质与柴油最为接近。
微乳化法是将植物油与甲醇，乙醇和1-丁醇等低碳醇溶剂形成微乳化液，以降低植物油的黏度。微乳化法虽然也是解决动植物油高