由于石油资源的日益枯竭以及原油价格的不断上涨,世界各国都在积极研究、发展来源于动植物油脂等可再生资源的生物柴油,生物柴油分子量与柴油相近,且具有接近于柴油的性能,生物柴油不含硫和芳烃,十六烷值高,含氧量高,闪点高,并且润滑性能好,可生物降解,是一种优质清洁的柴油,因此可作为矿物柴油的替代燃料,具有矿物柴油所没有的环境友好性。目前生产生物柴油主要方法是通过均相酸、碱催化油脂酯交换反应获得生物柴油,采用均相酸、碱催化剂反应速度快,收率高,但设备易被腐蚀,同时产品需中和洗涤而带来大量的工业废水,造成环境污染,后处理复杂。采用固体碱催化剂催化油脂酯交换反应制备生物柴油不仅可避免在传统的均相酸碱催化酯交换过程中催化剂分离比较难,存在废液多、副反应多和乳化现象严重等问题,而且反应条件温和,催化剂可重复使用,有利于实现连续化、规模化的生产和生产过程自动化控制。 本文主要研究了以棉籽油为原料采用负载型固体碱非均相催化制备生物柴油。采用过量浸渍法制备并筛选出活性最高的负载型固体碱。考察了催化剂制备条件和反应条件对酯交换反应的影响,优化其反应工艺。实验结果表明,采用等过量浸渍法并在823K煅烧3h,可以制得理想的高活性KF/γ-Al2O3,通过XRD和DSC表征可以看出,KF/γ-Al2O3的高活性是由于煅烧后产生了新的晶相K3AlF6。采用该催化剂,当醇与油摩尔比为12:1,催化剂用量(催化剂与油的质量比)为4％,反应温度为60～65℃,反应时间为3h时,生物柴油的收率可以达到90％以上。在小试的基础上,使用已筛选出的KF/γ-Al2O3,在自制的固定床反应器内催化酯交换反应。反应物料棉籽油和甲醇分别用两台计量泵打入管路,经过三通接口处汇合进入固定床。这种进料方式解决了机械搅拌进料不均匀、不稳定等缺点,同时也避免使用助溶剂。研究了物料在床层内的稳定状况,反应物料空速越大、初始物料醇油比越低,越是容易达到稳定状态。一般在出料时间达到3小时后,基本都能达到稳定状态。考察了反应温度、空速以及反应物初始物料醇油比对酯交换反应的影响。结果表明,在常压下,反应温度为60℃最好。在醇油摩尔比为9.2的时候,甲酯收率能达到60％以上。在空速在0.78～18.5h-1之间,随着流量的变大,停留时间的减小,甲酯收率逐渐下降,说明延长反应物料的停留时间有利于收率的进一步提高。本文还初步考察了催化剂的稳定性,结果表明,催化剂稳定性较好。