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熔融碱裂解油脂及其衍生物制备烃类液体燃料油的研究

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摘要

第一章 文献综述

1.1 课题研究背景

1.2 油脂概述

1.2.1 油脂的定义与组成

1.2.2 脂肪酸的分类

1.2.3 油脂的衍生物

1.3 利用油脂制备液体燃料油的方法

1.3.1 直接混合法

1.3.2 酯交换制备生物柴油

1.3.3 催化加氢

1.3.4 热化学法

1.3.5 其他的利用方法

1.4 熔融碱的特征

1.5 研究目标与主要研究内容

第二章 实验装置及方法

2.1 实验试剂与仪器

2.1.1 实验试剂

2.1.2 主要实验仪器

2.2 实验装置与操作步骤

2.2.1 实验装置

2.2.2 制皂步骤

2.2.3 裂解操作步骤

2.3 热重红外分析联用实验

2.3.1 实验装置

2.3.2 操作步骤

2.4 产物分析方法

2.4.1 液体产物分析方法

2.4.2 气体产物分析方法

第三章 熔融碱裂解脂肪酸钠盐制备烃类液体燃料

3.1 硬脂酸钠热重分析

3.2 熔融碱裂解硬脂酸钠条件的优化

3.2.1 温度对硬脂酸钠裂解的影响

3.2.2 载气流速对硬脂酸钠裂解的影响

3.2.3 进料速率对硬脂酸钠裂解的影响

3.3 熔融碱裂解硬脂酸钠液体产物组成分析

3.4 熔融碱裂解硬脂酸钠气体产物组成分析

3.5 熔融碱对脂肪酸盐裂解的作用

3.5.1 硬脂酸钠直接裂解

3.5.2 熔融碱的作用

3.6 本章小结

第四章 熔融碱裂解油脂皂化产物制备烃类液体燃料油

4.1 油脂中脂肪酸含量的分析

4.1.1 分析方法

4.1.2 分析结果

4.2 油脂及皂化产物裂解所得液体产物元素分析

4.2.1 油脂元素分析

4.2.2 熔融碱裂解液体元素分析

4.3 熔融碱裂解油脂皂化产物的脱氧率

4.4 熔融碱裂解油脂皂化产物液体产物分析

4.4.1 液体产物得率

4.4.2 液体产物组成及其碳链分布

4.5 熔融碱裂解乌桕梓油皂化产物的机理推断

4.6 液体产物性能分析

4.7 本章小结

第五章 熔融碱催化裂解大豆油与甘油混合物制备烃类液体燃料油

5.1 进料速率对大豆油裂解的影响

5.2 熔融碱裂解大豆油与甘油的混合物

5.3 不同催化剂对熔融碱裂解大豆油与甘油混合物的影响

5.4 热重红外联用对熔融碱裂解大豆油(或混合物)特性的研究

5.4.1 升温速率对裂解曲线的影响

5.4.2 热分解动力学参数的确定

5.4.3 红外谱图分析及熔融碱裂解大豆油机理的推断

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

参考文献

致谢

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摘要

在能源与环境危机的双重压力下,油脂因其可再生性、与石化燃料具有相似组成等特点倍受关注,油脂的高温裂解被认为是最具潜力的液体燃料油生产途径之一。油脂的衍生物,如脂肪酸盐等,在制备烃类液体燃料方面也逐渐受到研究学者的关注。 论文在氮气气氛和熔融碱体系中,以单一饱和脂肪酸盐——硬脂酸钠为原料在自制的反应器上进行裂解条件的考察,得到适宜的裂解温度为425℃,载气流速0.7L/min,进料速率为1.4g/min;结合硬脂酸钠硬裂解气体产物和液体产物组成,分析熔融碱对硬脂酸钠裂解的作用,表明熔融碱的存在不仅作为热载体为反应提供热量,同时也参与反应,促进了硬脂酸钠的脱羧/脱羰,并与裂解产生的CO和CO2发生反应,促使反应不断向正方向移动。 以大豆油、乌桕梓油、猪油以及地沟油为原料,将通过皂化反应制得的皂类产物在熔融氢氧化钠体系中进行裂解,分析了油脂的脱氧率、皂化产物裂解液的物质组成和理化性质以及原料种类对裂解的影响。结果表明:由于猪油中大量饱和脂肪酸的存在,使得液体产物中烷烃含量最高,而乌桕梓油中大量的亚麻酸使得液体产物中含有大量的芳香烃,液体产物的理化性质与石化柴油较接近。 以甘油与大豆油混合物为裂解原料,考察了甘油的添加比例和催化剂种类对液体产物组成的影响,同时借助TG-FTIR对熔融碱裂解大豆油及其与甘油混合物的过程进行考察。结果表明甘油与大豆油的混合比为1∶5时液体产物中烷烃的含量最高,由直接裂解时的21.69%增至26.11%;四种不同类型的催化剂中3%Pd/C-Al2O3烷烃得率较高;同时反应活化能在添加碱后有了较大程度的降低,降幅接近50%;从FTIR谱图可以看出碱的添加使得裂解产物中基本不存在醛、酮、醇类物质,可推测甘油三酯在转化为脂肪酸后,脂肪酸与氢氧化钠结合生成相应的脂肪酸盐,进一步进行脱羧/脱羰反应生成烃类物质,说明碱的添加促进了大豆油的裂解。

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