生物柴油冷滤点与其化学组成的定量关系

生物柴油的低温流动性主要取决于化学组成。为了量化表征生物柴油组成与其冷滤点的关系,采用气相色谱-质谱与冷滤点分析技术和多元线性回归分析方法,分析了生物柴油的脂肪酸甲酯组成和冷滤点,研究了脂肪酸甲酯组成对冷滤点的影响规律。研究表明：生物柴油主要由14～24个偶数碳原子组成的长链脂肪酸甲酯组成,其中饱和脂肪酸甲酯主要为C14:0～C24:0,不饱和脂肪酸甲酯主要为C16:1～C22:1、C18:2～C20:2和C18:3。120种生物柴油油样中,乌桕梓油生物柴油的冷滤点最低,为-14℃,花生油生物柴油的冷滤点最高,为13℃。生物柴油的脂肪酸甲酯的含量与分布不同,冷滤点差异较大。冷滤点随饱和脂肪酸甲酯含量的增加呈线性升高,且碳链长的较短的增加显著;随不饱和脂肪酸甲酯含量的增加而呈线性降低,且不饱和度高的较低的降低略明显。建立了线性相关性非常显著（R=0.971）的基于组成的冷滤点预测模型。研究结果为不同环境下生物柴油的推广应用提供参考。     

蓖麻油生物柴油组成及其燃烧性能

本文通过气相色谱-质谱联用技术分析了蓖麻油生物柴油的组成及其理化性能,并通过对比试验分析了蓖麻油生物柴油/柴油混合燃料在单缸柴油机上使用的燃烧排放性能.结果表明:蓖麻油生物柴油的主要成分是蓖麻油酸甲酯,酯交换率高达96%以上,其理化性能与矿物柴油基本相当:按一定比例配制的混合燃料较矿物柴油的动力性能略有降低,不影响其燃烧;排放尾气中HC、CO含量有所降低,NOx含量有所升高,烟度降低明显,可完全替代矿物柴油.     

菜籽油碱催化法制备生物柴油的工艺参数

以碱催化剂为媒介的转酯化反应制备生物柴油方法因其转化率高而倍受重视。该文以菜籽油为原料,在小型试验装置上,采用均相碱催化法,研究了菜籽油在碱性催化剂NaOH的作用下与甲醇经酯交换反应制备生物柴油的工艺条件。考察了醇油摩尔比（4︰1～8︰1）、催化剂用量（0.5%～2%）、反应温度（30～60℃）和反应时间（30～150 min）等工艺参数对酯交换反应的影响,对生物柴油的组成成分进行了气相色谱/质谱联用(GC-MS)分析。结果表明,在醇油摩尔比6︰1,催化剂用量为油质量的1%,反应温度为50～60℃,反应时间为60 min时,酯交换反应转化率最高可达到96.7%。该生物柴油主要由油酸甲酯、芥子酸甲酯、9,12-十八碳二烯酸甲酯、11-二十碳烯酸甲酯、亚麻酸甲酯等脂肪酸甲酯组成,其中油酸甲酯含量最高,相对质量分数高达50.30%。     

脂肪酸甲酯生物柴油改善低硫柴油的润滑性能

生物柴油可作为改善低硫柴油润滑性能的天然添加剂。该文将豆蔻酸甲酯(C14:0)、棕榈酸甲酯(C16:0)、硬脂酸甲酯(C18:0)、油酸甲酯(C18:1)、亚油酸甲酯(C18:2)、亚麻酸甲酯(C18:3)、蓖麻醇酸甲酯(C18:1 OH)及蓖麻油甲酯和餐饮废油甲酯按照0.5%、1.0%、1.5%和3.0%的体积分数添加到低硫柴油中,在高频往复试验机(high-frequency reciprocating rig,HFRR)上进行润滑性能测试,探究脂肪酸甲酯的碳链长度、不饱和度及含羟基等结构特征对润滑性能的影响。结果表明,长碳链脂肪酸甲酯一般比短链润滑效果好;碳链长度为十八的脂肪酸酯中,不饱和程度即碳碳双键数目越高则润滑性能越好;而在相同碳链长度和不饱和度条件下,含羟基的蓖麻醇酸甲酯的润滑改善效果优于油酸甲酯。由多种脂肪酸酯构成的混合物生物柴油的润滑性能要优于某单一的纯脂肪酸甲酯。在低硫柴油中,当某饱和脂肪酸甲酯的体积分数比例达3.0%时,或不饱和酯的体积分数达到1.5%时,或生物柴油的体积分数达1.0%时,可使低硫柴油的润滑性能指标满足相关标准。研究脂肪酸甲酯的各种结构特征对其润滑性能的影响及作用机制,有助于筛选合适的生物柴油组分及其添加浓度作为低硫柴油的润滑添加剂。     

生物柴油的排放特性试验研究

通过对燃烧生物柴油发动机排放污染物的测量和分析,探讨了燃烧生物柴油排气污染物的形成机理,分析了不同配比的生物柴油燃烧污染物随发动机转速、发动机负荷的变化规律。研究结果表明：生物柴油可以有效的降低柴油机的排气污染物,尤其是颗粒污染物。随着生物燃料中油酸甲脂含量的增加,柴油机的各种排气污染物均有不同幅度的降低。此外,通过推迟喷油时间,可以进一步降低柴油机的NOx污染物。     

棉籽油生物柴油和柴油混合燃料的润滑特性

为研究生物柴油的润滑特性,该研究用棉籽油与甲醇和乙醇分别进行酯交换反应,制备出甲酯生物柴油和乙酯生物柴油。然后将它们分别以不同体积比率与市售0#柴油混合,制备出不同比率的生物柴油/柴油混合物。通过四球摩擦磨损试验机考察了这些混合物的润滑特性。结果表明：不同碳醇与棉籽油制备的生物柴油对柴油的润滑性能均具有增效作用,且随着生物柴油添加量的增加,柴油的润滑性能得到提高;但市售0#柴油对不同碳醇制备的生物柴油感受性不同,分别添加20%的甲酯生物柴油和乙酯生物柴油到0#柴油时,发现混合柴油的最大无卡咬负荷（PB值）分别提升了94.1%和29.4%;同时,甲酯生物柴油对柴油的最大无卡咬负荷影响大,而乙酯生物柴油/柴油的减摩性和抗磨性都好于甲酯生物柴油/柴油;游离脂肪酸对生物柴油润滑性也有较大影响。该研究为生物柴油的应用打下基础。     

皂脚制备生物柴油的试验研究

在食用油生产过程中均会不同程度地产生皂脚(又称油泥)，为解决皂脚排放造成的环境污染及资源浪费问题，该文以皂脚为原料进行制备生物柴油的试验分析。提出了皂脚经循环气相酯化—水蒸气蒸馏制备生物柴油的方法和工艺流程，探讨解决制备过程中酯化反应的连续带水和反应快速进行的问题，得到优化工艺参数。试验装置主要由气相酯化反应器、甲醇气化器、粗生物柴油精馏器和油水分离器等组成。研究结果表明，酯化反应温度为(100±5)℃，皂脚质量0.5%～0.8%的硫酸或3%～4%的对甲苯磺酸为催化剂，甲醇蒸气通入速度6 L/min，反应时间90～120 min，生物柴油精馏器的液相温度为160～220℃，气相温度为120～190℃，水蒸气温度为(100±5)℃，水蒸气通入量为5 L/min，能使皂脚制备生物柴油的转化率达99%以上，产品品质指标基本达到美国的ASTM生物柴油标准，并与中国的0^#柴油接近。     

菜籽油脱臭馏出物中生物柴油的分子蒸馏分离工艺研究

为了实现脱臭馏出物的清洁加工,运用分子蒸馏技术分离菜籽油脱臭馏出物中合成的生物柴油,考察了分子蒸馏的操作参数对生物柴油回收率的影响,研究结果表明：当系统压力为5.3 Pa,蒸发面温度120℃,进料温度70℃,刮膜转速150 r/min,进料速率120 mL/h时,生物柴油回收率达到41 g/100 mL。馏出物经高分辨气相色谱-质谱进行分离鉴定,共检出6种脂肪酸甲酯成分：其中棕榈酸甲酯33.61%,油酸甲酯16.14%,亚油酸甲酯18.25%,硬脂酸甲酯8.81%,芥酸甲酯7.39%,贡多酸甲酯3.78%,脂肪酸甲酯总含量占89%以上。     

棉籽油基生物柴油铜片腐蚀特性

参照国家标准《发动机燃料铜片腐蚀试验方法》（GB/T378-1990）,在温度为25℃和50℃条件下,研究棉籽油基生物柴油铜片腐蚀特性,同时考察了棉籽油甲酯和乙酯理化性质的变化,并与0#柴油作了对比。结果表明：在25和50℃条件下,腐蚀试验历时2个月,棉籽油甲酯、乙酯对铜片具有不同的腐蚀现象,且棉籽油甲酯比乙酯的腐蚀性更大。在温度25℃条件下,棉籽油甲酯的铜片腐蚀率达到0.0926?cm/d,腐蚀后棉籽油甲酯的酸值、过氧化值、运动黏度分别提高10.4、1.44、1.13倍;温度升高到50℃时,棉籽油甲酯的铜片腐蚀率达到0.4115?cm/d,腐蚀后棉籽油甲酯的酸值、过氧化值、运动黏度分别增加12.8、2.16、1.13倍。温度升高,铜片腐蚀加剧,油品性质变化增大,乙酯生物柴油也具有类似的变化趋势,而0#柴油对铜片几乎无腐蚀。铜片的腐蚀是由生物柴油变质导致的。该研究可为棉籽生物柴油的工业化应用提供腐蚀数据。     

生物柴油催化转移加氢改善其燃烧特性

采用催化转移加氢法对大豆油生物柴油(SME,soybean methyl ester)进行适度加氢制备部分加氢大豆油生物柴油(PHSME,partially hydrogenated soybean methyl ester),分析比较生物柴油加氢前后的组分、过氧化值、碘值、十六烷值与运动黏度等燃料特性参数,并基于热重-差示扫描量热法(TG-DSC,thermogravimetry-differential scanning calorimeter)研究加氢提质生物柴油的着火燃烧性能。结果表明:以异丙醇为供氢体、水为反应介质和Raney-Ni为催化剂,在温度85℃和常压下对SME进行催化转移加氢反应,经GC-MS(gas chromatography-mass spectrometry)检测发现高不饱和组分选择性转化为低不饱和或饱和组分,不饱和程度降低了46.2%。尽管PHSME的运动黏度略有增加,但其氧化安定性得到明显改善,且十六烷值也升高至合理的范围。在空气氛围下,由于PHSME相比于SME的分子结构变化及运动黏度增加,其在初始阶段不易挥发,但在高温阶段平均氧化速率更高,其终了失质量温度比SME提前7.2℃。由于PHSME的适度的高十六烷值属性,在DSC曲线可见其放热始点温度比SME提前10.7℃,说明提质生物柴油具有优越的着火性能。     

文冠果生物柴油的生产工艺及其理化性能

该文以生产达标的文冠果生物柴油为目的。通过设计其生产工艺流程,分别在转化温度为60和70℃的条件下生产了2种生物柴油,并测定了0#柴油分别与2种生物柴油以一系列不同掺混比(0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%)混合的燃料的理化性质(密度、运动黏度、闪点、凝点和馏程)。结果表明:转化温度为70℃的生物柴油各理化性能要优于转化温度为60℃的生物柴油;生产的2种生物柴油与0#柴油在掺混比不超过20%时,各项理化性能指标均符合国家车用柴油标准,达到应用要求。     

生物柴油性能标准分析及建立健全标准体系的建议

针对中国生物柴油标准体系尚不健全的状况,该文分析了生物柴油的性能指标和国际上常见的生物柴油标准;对比和分析了中国的GB/T 20828－2007和欧盟的EN 14214－2005、德国的DIN V 51606和美国的ASTM D 6751-03;提出了制订中国生物柴油标准体系的建议,建议包括：完善燃料生物柴油的标准、建立生物柴油/柴油混合燃料的标准、建立燃料生物柴油生产和性能改进剂相关标准、建立生物柴油应用相关标准。     

生物柴油常温常压下燃烧碳烟微粒的理化及团聚特性

在常温常压下分别燃烧生物柴油和0#柴油获得生物柴油碳烟微粒(biodiesel soot,BDS)和0#柴油碳烟微粒(diesel soot,DS)。采用旋转黏度计考察了BDS和DS在液体石蜡(liquid paraffin,LP)中的团聚特性,借助场发射透射电子显微镜、X射线衍射仪、拉曼光谱、傅立叶红外光谱仪、X-射线光电子能谱、元素分析仪、Zeta电位仪和光学法接触角/界面张力仪等分析了BDS和DS的形貌、成分、结构及团聚机理。结果表明,BDS和DS均是由大量的近球形一次颗粒组成的链状团聚体,BDS一次颗粒的直径小于DS,BDS的石墨化程度高于DS;和DS相比,BDS的C元素含量高,O、H、N、S元素含量低,2种碳烟均含C-C、C-O-C和C-OH等官能团。此外,DS还含有C=O官能团。BDS和DS在LP中均会发生团聚,但BDS对LP黏度的影响大于DS。其团聚机理为,与DS相比,BDS表面能高、亲油性弱,致使BDS在LP中容易团聚。研究结果为生物柴油在内燃机中广泛使用提供试验依据,为解决BDS在润滑油中的分散问题打下基础。     

基于差示扫描量热法和热力学模型的生物柴油结晶行为分析

棕榈酸甲酯(C16:0)、硬脂酸甲酯(C18:0)和油酸甲酯(C18:1)是生物柴油的主要组成部分。为了深入探究生物柴油的结晶行为,该文基于差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)分析了这3种脂肪酸酯的物性参数,研究发现饱和脂肪酸甲酯C16:0和C18:0的熔点和熔化焓远远高出不饱和脂肪酸甲酯C18:1的值,C16:0和C18:0的熔点分别为301.57、310.92 K,C18:1的熔点为255.01 K。对脂肪酸酯组成的二元溶液进行DSC扫描,DSC曲线出现了2个放热峰,并且溶液的结晶点要低于首先析出的饱和脂肪酸酯纯物质时的熔点;随着饱和脂肪酸酯质量分数的增加溶液的结晶点温度也相应提高。将生物柴油当作由多元脂肪酸甲酯的混合溶液时,C16:0和C18:0等饱和脂肪酸甲酯作为溶质,C18:1等不饱和脂肪酸甲酯作为溶剂,建立了热力学模型计算溶液的结晶点温度。将脂肪酸甲酯的混合溶液近似为理想溶液时对此模型进一步简化,并利用简化模型计算得到4种生物柴油的结晶温度,与实测值进行比较得到了很好的验证效果。该研究可为优化生物柴油低温流动性的技术措施提供参考。     

碱性脂肪酶固定化条件及其催化生物柴油的研究

该文以改性的硅胶为载体,通过戊二醛交联固定化碱性脂肪酶,得到较佳固定化条件：当戊二醛浓度为0.8 g/L,给酶量为30 U/g时,酶活回收率效率达到90%以上。通过改变溶剂的种类、给酶量、含水率、底物摩尔比、甲醇的流加方式等参数,考察了脂肪酸和甲醇在固定化碱性脂肪酶催化下合成生物柴油的工艺条件,试验结果表明在20 mL正己烷,给酶量7.5 g（12 U/g）,脂肪酸10 g,酸醇摩尔比为1︰1.2,含水率4%条件下,分3次加入甲醇,40℃反应8 h,反应体系酯化率达到了82%。     

生物柴油对能源和环境影响分析

生物柴油是从植物或动物脂肪酸通过酯化反应而得到,由于生物柴油无毒,可生物降解和可以再生,因此受到越来越多人的关注。生物柴油的性质和普通柴油非常相似,它能直接被用到发动机上而不需要改动发动机的结构。该文基于美国能源部对生物柴油的统计数据,利用生命循环分析法,对生物柴油从生产到消耗的生命循环中的能量消耗和产出、循环中的排放以及生物柴油汽车尾气排放等方面进行了分析。生命循环开始于普通柴油或生物柴油生产的原料提取,结束于成品油在发动机上的使用。只有分析生命循环中的所有过程,才能确定它对自然环境总量的影响。例如研究温室效应就要对整个生命循环中CO₂的排放进行分析。该文利用生命循环分析法分析了在生产生物柴油或柴油生命循环过程中的能量平衡、温室气体排放及对气体和固体污染物排放,提供了生物柴油生产过程和在发动机上使用的详细数据。分析结果表明∶生物柴油循环的石化能效比大大提高,大约是柴油的4倍;生物柴油循环中CO₂排放大大降低,大约降低了78.4%;发动机排气管有害物质的排放中,除NO_x排放增加8.89%外,CO、HC、PM等有害物质的排放大大降低（分别降低了46%、37%和68%）。     

低压宽温状态下气体流量的动态测量方法

针对气体绝对压力小于40kPa的低压、宽温(-70～+80℃)状态下流量的测量,目前仍无简便有效的质量流量测量手段的问题,该文基于动态平衡原理提出了一种流量测量方法,设计了一套流量标定装置,其原理为低压、宽温状态下,流经调节阀的流量取决于阀前、后压力、阀门开度、气流温度4个变量。通过对由流量标定装置采集的原始数据样本的分析,利用BP神经网络方法建立了流量与阀前、后压力、阀门开度、气流温度的关系表达式。试验结果表明模型计算值与实测流量偏差小于1.8%,验证了该文所提出的流量测量方法有效性。     

灌区梯形量水堰测流改进研究

该文针对标准梯形量水堰在灌区量水中存在的问题,提出改进标准梯形量水堰及其测流公式,并对其进行了试验研究。通过室内试验和对标准梯形堰测流公式的研究分析,得出了改进后梯形量水堰的测流公式;同时,还进行了该量水堰的测流精度分析和原型观测试验,结果表明：改进的梯形量水堰的测流方法及其计算精度完全满足国家农业量水的要求,可以用于田间渠道流量的量测。