油脂催化裂解与非均相催化酯化制备生物燃油基础研究(摘要)

林小羽(1.中国林业科学研究院，北京100091;2.中国林业科学研究院林产化学工业研究所，江苏南京210042)

探索了利用催化热解大豆油甘油三酯制备生物燃油，具体研究了新型热解催化剂及其催化反应动力学，热解产物的理化性质以及生物燃油与柴油混合后的燃烧性能，为改进改良油脂催化热解工艺奠定了基础。

通过常规饱和浸渍法制备负载型热解催化剂介孔Na2CO3/Al2O3。其中氧化铝载体是在表面活性剂模板下，进行溶剂蒸发自组装而制得。使用了两种表面活性剂，使用非离子型表面活性剂Pluronic P123可以得到孔径10 nm，比表面积277 m2/g的介孔氧化铝，使用离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵可以得到孔径3～5nm，比表面积369 m2/g的介孔氧化铝。制备过程中氧化铝前驱体的适宜焙烧温度为600℃。经过负载后的催化剂中，Na2CO3分散均匀。

分析了大豆油与催化剂共热解的热重数据，并通过等转化率计算法对催化热解动力学进行了初步研究。其中Vyazovkin非线性计分方法用于计算热解过程中不同反应进度下的瞬时反应活化能，而Coats-Redfern计算方法则用于计算不同热解主反应段的平均活化能及指前因子，从而得出动力学方程式。热重以及差热分析表明大豆油催化热解反应过程复杂，但使用同类型的催化剂，反应过程大致相近。对于γ型氧化铝催化剂，比表面积的增大能够带来整个反应历程中活化能的降低。对于负载型催化剂介孔Na2CO3/Al2O3，其催化作用与Na2CO3的负载量有关。当负载量较低时，主要起催化作用的是作为载体并提供酸性活性位的介孔氧化铝，当负载量较高时，则是 Na2CO3的碱催化作用更为明显，氧化铝则是提供更大的接触面积。

在小试装置中进行了大豆油的热解实验，并对热解产物进行了后处理。测定了最终的产品理化特性及结构组成。热解主产物为液体，其中富含类似柴油组成的脂肪烃类，也含有一定量的脂肪酸。对该液体产物进行了酯化反应及馏分分割。得到的轻、重两种馏分都具有较低的酸值，较高的热值以及较好的流动性，与柴油的性质较为接近。

将以上制备得到的生物燃油与传统石化柴油混合并进行了柴油机的台架实验，速度特性曲线与负荷特性曲线表明生物燃油热值仍略低于柴油，但可以加入发动机正常使用。

大豆油;催化裂解;非均相催化酯化;生物燃油