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原料油对油脂加氢催化剂加氢性能的影响

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原料油对油脂加氢催化剂加氢性能的影响

发布日期:2015-08-28 09:52 来源:http://www.bsco.cc 点击:

  油脂氢化是将不饱和的动植物油, 通过催化剂将其双键部分或完全加氢的过程,其主要目的是:降低油脂不饱和度,提高熔点,增加固体脂肪含量;提高油脂对氧和热的稳定性。对于食用油,加氢还可以改善油脂的色泽、香气和风味。 油脂氢化反应的关键是选用合适的催化剂。在我国硬化油生产已有几十年的历史,目前我国油脂加氢催化剂完全依赖进口,年用量约6000吨,价格由2003年的8万元/吨飞涨到目前的15万元/吨,严重制约了国内油脂企业的发展,研制高活性高选择性的油脂加氢催化剂是当前我国油脂氢化领域中急待解决的问题,也是目前研究的热点[1]。由于油脂在生产、储存和运输过程中各个因素的影响造成同一种油脂的成分也不尽完全相同,在加氢过程中会对催化剂造成影响。


  本文以工业植物油作为原料油对催化剂进行加氢评价,通过设计正交实验选取不同的原料油进行九次加氢评价实验,考察了原料油中水分及挥发物含量、过氧化值高低、不溶性杂质含量和硫含量对催化剂加氢性能的影响。针对不同影响因素可以指导油脂生产厂家对原料油进行相应预处理,降低氢化油反式脂肪酸含量,保证氢化油质量,同时对催化剂改进也起到指导作用。


  1 实验部分


  1.1 原料与仪器


  工业级植物油,江苏双马化工集团;氢气钢瓶气(纯度99.5%),天津立祥气体有限公司;催化剂,自制Ni基催化剂。植物油中水分计挥发物含量按照GB/T 5528-2008/ISO 662:1998进行测定,过氧化值测定按照GB/T 5538-2005/ISO 3960:2001方法进行测定,不溶性杂质按照GB/T 15688-2008进行测定,硫含量使用WK-2C型综合微库仑仪进行测定。晶体形貌(扫描电镜SEM)的观察使用日立S-4800型扫描电子显微镜(SEM)观测催化剂样品形貌。


  1.2 实验方法


  催化剂加氢评价采用工业植物油作为原料,在配有磁力搅拌器的高压反应釜中进行。植物油加氢工艺条件:反应温度180℃、反应压力2.3MPa、反应时间100min,催化剂用量0.1%。通过分析植物油经加氢处理后所得氢化油的碘值判断催化剂的加氢性能,氢化油碘值越低,说明加氢越充分,催化剂加氢性能越好。


  2 结果与讨论


  2.1 正交实验的设计与优化


  主要考察水分及挥发物含量、过氧化值高低、不溶性杂质含量和硫含量对催化剂加氢性能的影响。设计了四因素三水平正交表L9(34)进行正交实验。


  原料油中的过氧化值和硫含量对催化剂加氢性能的影响最明显,其次是水分及挥发物和不溶性杂质含量。过氧化值是油脂和脂肪酸等被氧化程度的一种指标。是1千克样品中的活性氧含量,以过氧化物的毫摩尔数表示,用于说明样品是否因已被氧化而变质。过氧化值越高说明油脂中与氧原子结合的不饱和双键就越多,由于氧原子占据了过多的双键影响了其加氢反应的进行,从而其氢化程度明显降低。镍基催化剂硫中毒的原因一般认为是由于镍原子活性中心被硫原子所占据,阻碍了氢气和反应物在催化剂表面的吸附和活化,使得催化剂活性下降甚至失活[2]。油脂加氢处理过程中水分及挥发物含量对催化剂的影响往往被忽视,通过正交实验结果表明,水分含量超过一定的值也会对催化剂产生及其不利的影响,因此在油脂的生产或预处理过程中应严格控制其水分和挥发物的含量。


  2.2 催化剂制备的优化和评价  针对原料油中硫含量和过氧化值对催化剂产生的不利影响,为了提高催化剂的活性和抗硫性在油脂加氢催化剂的制备过程中引入了稀土元素作为助剂。以铝酸钠和硫酸铝为原料制备铝胶,然后将可溶性镍盐、稀土硝酸盐与碱性沉淀剂中和后,加入到上述铝胶中,经水洗、干燥、还原即制得油脂加氢催化剂[3]。通过对催化剂进行加氢评价实验考察了助剂加入量对催化剂活性的影响。催化剂评价条件采用与上述正交实验相同的条件,原料油的硫含量为0.1%,过氧化值为0.67 m mol/kg。


  稀土元素助剂的引入大大提高了催化剂的加氢性能,并且提高了催化剂的抗毒性。实验所选取的范围内,稀土元素的加入量占催化剂质量0.18%左右时催化剂的活性最高。可见助剂的加入量并不是越多越好,过多的助剂元素反而会阻碍活性位与反应物和氢原子的接触,因此不利于加氢反应的进行。


  2.3 电镜分析


  采用日立S-4800型扫描电子显微镜(SEM)观测催化剂样品形貌。图2和图3分别是催化剂制备过程中不加入助剂和加入占催化剂质量0.18%助剂所得催化剂粉末的SEM图。从图中可以看出,加入助剂后催化剂颗粒分散性更好,粒度更均匀,因此催化剂活性更高。


  结论


  (1) 原料油对自制Ni基催化剂加氢活性影响的顺序为:过氧化值>硫含量>水分和挥发物含量>不溶性杂质含量。


  (2) 实验采用的反应条件下,助剂加入量在0.18%左右时催化剂加氢活性最高。


  (3) 在镍基催化剂的制备过程中加入稀土元素作为助剂可以提高催化剂的加氢活性和抗毒性,从SEM图可以看出助剂的引入改善了催化剂的分散性,催化剂粒径变小。


相关标签:加氢催化剂

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