生物柴油原料评价及其混合性能改善研究

发布时间：2016-11-28 13:49

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《中国地质大学》 2012年

生物柴油原料评价及其混合性能改善研究

郑金明  

【摘要】：由于石油资源日益枯竭和燃烧化石燃料所产生的温室效应等次生环境问题,石化柴油的替代品—生物柴油作为一种可再生的绿色能源日益受到社会的关注。生物柴油是由动植物油脂和短链醇(甲醇、乙醇等)在各种均相或非均相酸碱催化剂的作用下通过酯化或转酯化反应制备的一种液态燃料,其主要成分是脂肪酸烷基酯,含有少量的未反应完全的甘油酯和游离脂肪酸。与传统石化柴油相比,生物柴油具有含氧量高、低温流动性能好、十六烷值高、闪点高及可生物降解等优点,其在燃烧过程中产生的污染物(包括一氧化碳、硫化物、颗粒物质和多环芳烃等)明显减少。 原料是制约生物柴油产业发展的关键因素,原料油成本较高导致了生物柴油的价格出现倒挂,严重限值了生物柴油的推广应用。目前,各国都筛选出了适合自国国情的发展生物柴油原料。如美国主要以大豆油为原料生产生物柴油,欧洲各国主要利用菜籽油为原料发展生物柴油产业,东南亚主要大规模种植棕榈油来为生物柴油产业提供丰富的可持续原料。我国是一个人口大国,人均耕地较少,现阶段不可能完全利用农产品为原料生产生物柴油,然而我国拥有广泛的山地丘陵地段,适宜术本油料植物的生长,且木本油料植物具有抗逆性强、栽种一次可以多年收获,对于我国食用油产业和生物柴油产业的发展均具有不可替代的作用。湖北地区拥有丰富的木本油料植物资源,包括油茶、油桐、鸟桕等,现已形成很多变种,从中筛选出适宜直接发展生物柴油的原料,对不适宜直接生产生物柴油的原料桐油制备的生物柴油进行性能改善,使其满足国家标准要求,并分析影响桐油生物柴油性能的主要决定因素对于发展桐油生物柴油产业至关重要。 本文主要通过采集湖北地区广泛种植的三种木本油料植物油桐、油茶、乌桕,根据中国、美国和欧盟等生物柴油标准建立生物柴油原料初筛标准,筛选出了湖北地区适合直接发展生物柴油原料的木本油料植物。对不适合直接作为生物柴油原料的桐油,将桐油生物柴油和地沟油生物柴油按不同体积比混合,考察随地沟油的加入桐油生物柴油各项理化性质的变化,并选取合适的比例加入抗氧化剂使生物柴油性能满足国家标准,考察了混合生物柴油加速氧化后过氧化值和粘度的变化。并研究了在生物柴油原料油中含有桐酸时,其脂肪酸组成与生物柴油各项理化性能之间的关系,建立了相应的预测模型。主要研究结果如下： (1)通过对三种不同木本油料植物理化性质的分析,结果表明：油茶品种中鸡心茶、藻皮桐子茶、杂交油茶各项指标均能满足生物柴油初筛标准,其是理想的生物柴油原料,其它种类油茶由于酸值较高或含油率较低不适宜作为直接发展生物柴油的原料。油桐和乌桕由于不饱和脂肪酸含量极高,其生物柴油的碘值、十六烷值较低,且油桐中大量共轭三烯酸的存在影响了其生产的生物柴油粘度,均不能满足生物柴油初筛标准,不宜直接作为生物柴油的原料。 (2)通过对桐油生物柴油和地沟油生物柴油理化性质的分析,结果表明：桐油生物柴油和地沟油生物柴油的闪点分别为184℃和160℃,均能满足国家标准要求；桐油冷滤点较低(-14℃),可作为低温流动性能改良剂,地沟油生物柴油氧化安定性较好(5.7h)。桐油生物柴油的密度和粘度较大,氧化安定性极差,仅为0.3h,远远小于国家标准中规定的6小时,严重影响其储存稳定性。地沟油生物柴油冷滤点较高(0℃),将影响低温下发动机的启动性能,不利于低温下使用。 (3)桐油生物柴油和地沟油生物柴油混合可以调和两者之间的性能,降低桐油生物柴油的粘度,并且提高地沟油生物柴油的低温流动性能,但对于氧化诱导时间的改善无明显作用。 (4) TBHQ抗氧化效果明显优于BHT和BHA, TBHQ能够延长混合生物柴油的氧化诱导时间且对生物柴油其他性能影响较小,当桐油生物柴油与地沟油生物柴油以1：1混合,TBHQ添加量为1%时,混合生物柴油的闪点为-164℃,冷滤点为-7℃,粘度为5.99mm2/s,密度为0.889g/L,氧化安定性为6.2h,其各项指标基本符合生物柴油国家标准；生物柴油加速氧化后粘度和过氧化值增加,TBHQ的加入减轻了氧化前后粘度的变化。 (5)当原料中含有桐酸时,其脂肪酸组成与其生物柴油的冷滤点(CFPP)、粘度(V)、碘值(IV)和氧化安定性(IP)存在显著相关性。其中：CFPP=-8.016+0.668C16:0(棕榈酸%)+7.020C20：0(花生酸%)+16.863C24：0(二十四烷酸%)-0.265C18：1(油酸%)-0.077(桐酸%)；粘度=4.149+0.013C16：0-0.015C18：1+0.021C18：2(亚油酸%)+0.038(桐酸%)；lnIP=2.94-0.9821n(桐酸%)-0.1551nC18：3(亚麻酸%)；IV=126.022-1.647C16：0(棕榈酸%)+0.489EA(桐酸%)。 本文的创新点在于：1)筛选出了湖北地区适合直接发展生物柴油的木本油料植物；2)对不能直接作为生物柴油原料的桐油制备的桐油生物柴油进行了性能的改善,使其满足国家标准；3)研究了当原料中含有桐酸时,其脂肪酸组成与生物柴油品质的关系并建立了相应的预测模型。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE667
【目录】：

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