油脂催化裂解與非均相催化酯化制備生物燃油基礎研究(摘要)

林小羽(1.中國林業科學研究院，北京100091;2.中國林業科學研究院林產化學工業研究所，江蘇南京210042)

探索了利用催化熱解大豆油甘油三酯制備生物燃油，具體研究了新型熱解催化劑及其催化反應動力學，熱解產物的理化性質以及生物燃油與柴油混合后的燃燒性能，為改進改良油脂催化熱解工藝奠定了基礎。

通過常規飽和浸漬法制備負載型熱解催化劑介孔Na2CO3/Al2O3。其中氧化鋁載體是在表面活性劑模板下，進行溶劑蒸發自組裝而制得。使用了兩種表面活性劑，使用非離子型表面活性劑Pluronic P123可以得到孔徑10 nm，比表面積277 m2/g的介孔氧化鋁，使用離子型表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨可以得到孔徑3～5nm，比表面積369 m2/g的介孔氧化鋁。制備過程中氧化鋁前驅體的適宜焙燒溫度為600℃。經過負載后的催化劑中，Na2CO3分散均勻。

分析了大豆油與催化劑共熱解的熱重數據，并通過等轉化率計算法對催化熱解動力學進行了初步研究。其中Vyazovkin非線性計分方法用于計算熱解過程中不同反應進度下的瞬時反應活化能，而Coats-Redfern計算方法則用于計算不同熱解主反應段的平均活化能及指前因子，從而得出動力學方程式。熱重以及差熱分析表明大豆油催化熱解反應過程復雜，但使用同類型的催化劑，反應過程大致相近。對于γ型氧化鋁催化劑，比表面積的增大能夠帶來整個反應歷程中活化能的降低。對于負載型催化劑介孔Na2CO3/Al2O3，其催化作用與Na2CO3的負載量有關。當負載量較低時，主要起催化作用的是作為載體并提供酸性活性位的介孔氧化鋁，當負載量較高時，則是 Na2CO3的堿催化作用更為明顯，氧化鋁則是提供更大的接觸面積。

在小試裝置中進行了大豆油的熱解實驗，并對熱解產物進行了后處理。測定了最終的產品理化特性及結構組成。熱解主產物為液體，其中富含類似柴油組成的脂肪烴類，也含有一定量的脂肪酸。對該液體產物進行了酯化反應及餾分分割。得到的輕、重兩種餾分都具有較低的酸值，較高的熱值以及較好的流動性，與柴油的性質較為接近。

將以上制備得到的生物燃油與傳統石化柴油混合并進行了柴油機的臺架實驗，速度特性曲線與負荷特性曲線表明生物燃油熱值仍略低于柴油，但可以加入發動機正常使用。

大豆油;催化裂解;非均相催化酯化;生物燃油