油脂废弃物微波热解耦合催化加氢制备生物柴油的研究

作     者：王媛媛 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王允圃;刘玉环;刘晓成

授予年度：2024年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：餐饮废油 皂脚 微波热解 催化加氢 生物柴油 

摘      要：油脂是人类生命活动中必不可少的物质,是我国粮油食品工业的重要组成部分。在油脂加工和利用过程中会产生大量的废弃皂脚和餐饮废油,属于油脂废弃物。油脂废弃物是工业生产的良好能量来源,合理的开发和利用既能缓解我国能源短缺现状,又能解决其随意丢弃或掩埋带来的环境污染问题,这对“美丽中国建设具有重要意义。在众多油脂废弃物处理技术中,热解技术具有良好的发展前景,但目前生产所得的生物油仍有一些缺陷,只能用作低品位生物燃料,需要催化加氢升级,将低品位生物燃料转化成高附加值液体燃料。针对上述问题,本论文首先系统的研究了不同种类餐饮废油的脂肪酸组成及有效氢碳比(H/Ceff)对微波热解产物组分的影响,明晰其热解制备芳烃的规律;而后针对其中一种餐饮废油进行不同碱/碱土金属皂化处理,制备了五种金属皂,并进行了微波加热和电加热热解的对比研究,探究了不同碱/碱土金属皂的热解特性及其热解产物组成的分布规律,明晰了碱/碱土金属离子与微波场之间的交互作用。最后,构筑了金属负载型催化剂,对上述碱/碱土金属皂的生物油进行催化加氢升级制备生物柴油并优化了工艺条件。 在不同种类餐饮废油微波热解制备芳烃的特性研究中,以不同种类餐饮废油（玉米油、稻米油、菜籽油、葵花籽油、大豆油、调和油、花生油和棕榈油）为研究对象,在HZSM-5存在和不存在的情况下进行连续微波热解实验,比较了原料特性对热解产物的影响。研究发现餐饮废油的H/Ceff越高,热解所得生物油中含氧化合物相对含量就越低。餐饮废油的脂肪酸组成也影响热解产物组成,亚油酸能够促进环烷烃、抑制烯烃的生成;油酸中烯丙基C-C的键能较低,容易生成C9-C10烃类化合物。HZSM-5催化剂的使用能够显著提高生物油中甲苯和二甲苯的含量,尤其是二甲苯的含量。 在不同种类碱/碱土金属皂微波加热和电加热热解的规律研究中,以不同种类碱/碱土金属为研究对象,探讨了其在微波加热和电加热热解中的热解特性。在微波热解过程中,锂皂、钠皂和钾皂均可以通过吸收微波升温至目标温度450℃,二价钙皂和镁皂无法升温至目标温度。电加热热解的用电量很高是微波热解的3-7倍,选用微波热解极性较强的原料能显著降低能量的投入。 在生物油催化加氢制备生物柴油的过程研究中,以废弃皂脚微波热解所得的生物油（生物油的成分主要是烯烃、烷烃、芳烃和少量含氧化合物）作为原料,并制备了一系列金属负载型催化剂对生物油进行加氢脱氧提质,探讨了温度、催化载体、金属Ni负载量、氢气压力、反应时间等工况条件与加氢产物分布特征的关系。结果表明催化加氢实验在10%Ni-SAPO-34催化剂、加氢温度300℃、氢气压力2 MPa、反应时间2 h的条件下得到的生物柴油中链烷烃含量能够达到53.76%比生物油增加了46.39%,环烷烃含量为12.57%比生物油增加5.17%。显著提高了生物油中的饱和烷烃含量。