生物柴油的低温流动特性及其改善

使用气-质联用仪和低温性能测试仪,运用溶液结晶原理和电子效应理论研究生物柴油的低温流动性。依据生物柴油的结晶机理,提出并验证了与石油柴油调合、添加低温流动性改进剂和结晶分馏3种措施改善生物柴油的低温流动性。研究表明：棕榈油生物柴油和-10号柴油的冷滤点分别为8和-7℃。与-10号柴油调合,调合油的冷滤点最低降到-12℃;棕榈油生物柴油调合体积分数为5%～20%时能形成最低共熔物,冷滤点为-12℃。添加低温流动性改进剂,棕榈油生物柴油的冷滤点最低降到2℃。结晶分馏,棕榈油生物柴油的冷滤点降到0℃,得率为68.2%。该研究为寒冷地区使用生物柴油提供技术支持。     

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。     

二叔丁基过氧化物对生物柴油燃烧过程及排放的影响

采用十六烷值改进剂二叔丁基过氧化物(Di-tert-butyl peroxide,DTBP)对生物柴油的着火性能进行改进。通过柴油机台架试验,测量了标定转速2900r/min、不同负荷时柴油机的气缸压力和排放污染物,考察了DTBP不同添加比对生物柴油燃烧过程及排放的影响。研究结果表明,随着DTBP添加比例的增加,着火延迟期及缸内最高爆发压力均有所降低,DTBP添加比例为0.75%时,滞燃期缩短1.2°CA左右,燃烧持续期缩短3°CA左右,缸内最高爆发压力降低2.5%;添加DTBP后,HC、CO、NOx排放均有所改善,DTBP添加比例为0.25%时,排放降低最多:HC排放降低42.7%,CO排放降低13.9%,NOx排放降低15.7%,随着DTBP添加比的增加,排放略有升高,但对碳烟排放影响不大。     

生物油/柴油乳化燃料的燃烧特性

为了研究生物油/柴油乳化燃料的燃烧特性,利用非离子表面活性剂复配,对热解生物油/柴油混合液进行了乳化,测量了乳化燃料的密度、热值、动力黏度及pH值。在SD1110型柴油机台架上进行4种不同配比的生物油/柴油乳化燃料的发动机台架试验,得出了柴油机燃用生物油/柴油乳化燃料和纯柴油的负荷特性和排放特性曲线,并且对乳化燃料和纯柴油的排放特性进行了对比。研究结果表明：生物油体积分数为20%的乳化燃料当量油耗率最低,乳化燃料CO的排放高于柴油的排放,且生物油含量越高CO排放越大,而乳化燃料的NO及碳烟的排放则优于纯柴油的排放。由于生物油/柴油乳化燃料的理化特性与柴油接近,可以作为普通柴油机的燃油使用。     

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%。     

发动机燃用生物柴油的可靠性

进行了柴油机燃用B5生物柴油的1 000 h可靠性台架试验,测量了可靠性试验前后发动机的燃油消耗、机油消耗、功率、扭矩、活塞漏气量、排气温度等参数,进行了发动机润滑油的色谱分析以及发动机的主要零部件的拆检和分析。试验结果表明：可靠性试验后发动机的燃油消耗和机油消耗均有所增加,活塞漏气量有所升高,功率、扭矩和排气温度略有下降;B5生物柴油与柴油的CO等气体排放相差不大;发动机喷油器、气门、活塞顶面等主要零件部存在积碳,活塞环与气缸套等零件磨损正常。     

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%）。     

甲醇-调合生物柴油燃烧及排放微粒粒径分布特性试验

为了探究调合生物柴油掺烧甲醇对柴油机燃烧特性及微粒粒径分布的影响,该文利用燃烧分析仪及EEPS 3090型微粒粒径测试系统研究了柴油机燃用甲醇-调合生物柴油微乳化燃料的燃烧过程及微粒数量浓度分布特性。试验结果表明,与燃用调合生物柴油相比,柴油机掺烧甲醇后缸内燃烧压力、压力升高率以及放热率曲线均后移,压力升高率峰值及放热率峰值均增加;当柴油机处于低负荷时,排气中的微粒粒径均处于6~22 nm之间,呈现核态;在高负荷时,微粒粒径处于6~275 nm之间,主要呈现积聚态,且数量浓度呈单峰正态分布。随着甲醇添加比例的增加,核态微粒比例上升,积聚态微粒比例下降,且排气中微粒的总数下降。研究结果为甲醇-生物柴油混合燃料的燃烧及微粒排放控制提供了参考。     

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。     

大豆油和地沟油制备生物柴油生命周期评价

该研究应用生命周期评价方法,以大豆油和地沟油分别制备1 t生物柴油为研究对象,计算生物柴油全生命周期过程中的能源消耗和周期排放,结果表明：以大豆油为原料制备生物柴油全生命周期总能耗约为地沟油的2.65倍,且以地沟油为原料制备生物柴油过程中CO2、SO2、NOx、CO和粉尘各项排放与大豆油为原料时相比分别降低了82.92%、45.68%、94.91%、53.40%和90.61%。通过对制备生物柴油生命周期排放的废气和废物对环境造成的影响进行量化分析,结果表明以大豆油为原料时生命周期环境影响潜值约为地沟油的11.70倍,其数值分别为8.42和0.72,大豆油制备生物柴油过程中对环境的影响主要是全球性的变暖,地沟油制备生物柴油过程中对环境的影响主要是地区性的酸化。     

抗氧化剂对生物柴油排放的影响

通过添抗氧化剂改变生物柴油的酸值与过氧化值,提高生物柴油的氧化安定性。该研究选择迷迭香（K1）和茶多酚（K2）2种抗氧化剂添加到生物柴油与柴油形成的调合油（B20）中,在186F柴油机上进行排放特性试验。考察了标定转速3000 r/min,10%、25%、50%、75%和100%负荷工况时,抗氧化剂对HC、CO、碳烟和NOx排放的影响。研究表明：与柴油相比,燃用B20调合油HC、CO排放和烟度值大幅降低,NOx排放增加;与B20调合油相比,燃用添加抗氧化剂（迷迭香和茶多酚）的K1B20和K2B20在各工况下生成的 HC、CO排放和烟度值的平均值分别升高了1.2%、10.2%、8.5%和6.4%、3.8%、4.3%,NOx排放分别比B20降低了9.5%和4.2%。添加抗氧化剂可以有效降低生物柴油的NOx排放。     

超声波辅助制备米糠生物柴油及其燃料排放特性

对超声波辅助碱催化米糠油与醇酯交换反应进行了一些列试验研究,并与传统机械搅拌法比较,论证其用于制备生物柴油的可行性.结果显示超声波辅助方法可以缩短酯交换反应的时间15～20 min.超声频率40 kHz条件下反应速度较28 kHz快,但是由于产物水洗分离困难而使得产物得率反而有所下降.超声辅助酯交换法还可以减少催化剂的用量,当催化剂用量为质量分数0.5%时可得到最高的转化率和得率.轻型车排放试验结果显示燃用米糠生物柴油可以显著降低CO和HC排放,而Nox排放有少量增加.     

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。     

柴油机应用不同配比生物柴油的经济性和排放特性

生物柴油经济性能和排放特性的试验对研究生物柴油的适用性具有重要意义。该文采用柴油机台架试验,测量了4种不同配比的生物柴油混合燃料的经济性和排放特性。试验结果表明：在不作任何调整的情况下,生物柴油及与石化柴油的混合燃料可以直接应用于柴油机,随着生物柴油掺混比例的增加,柴油机的烟度、碳氢化合物HC和一氧化碳CO有较大幅度的下降,改善了柴油机的排放特性。采用生物柴油掺混比例为10%或20%时,可在柴油机经济性能改变较小情况下,改变柴油机的排放状态并减少污染物排放。     

固体碱催化棉籽油制备生物柴油

为研究采用固体碱催化剂催化制备生物柴油的相关技术,以棉籽油为对象,选用Na3PO4/MgO负载型固体碱为催化剂,以棉籽油的生物柴油转换率为指标,通过单因素和正交试验,分析催化剂的最佳制备工艺,并对催化剂进行X射线衍射、扫描电镜和热重表征分析。在此基础上对该催化剂催化棉籽油制备生物柴油的工艺进行探讨。研究结果表明,催化剂的最佳制备工艺为：Na3PO4负载量32%,焙烧温度600℃,焙烧时间3 h,共混温度70℃;使用优选的催化剂制备生物柴油的工艺条件为：反应时间2.5 h,反应温度70℃,醇油摩尔比15∶1,催化剂用量5%;催化剂的活性与Na3PO4晶相有关。     

利用自制设备转化废弃油脂制备生物柴油

为了满足小型用户就地生产、使用生物柴油的需求,利用自主研发的集成式生物柴油生产设备进行了废弃油脂转化生物柴油加工示范。该设备的反应过程主要包括2个工艺:反应工艺A,反应温度60℃,甲醇加入量10%,浓硫酸加入量1%,反应时间5h;反应工艺B,反应温度60℃,浓硫酸加入量0.1%,甲醇加入量4%,反应5h后加入NaOH0.8%,甲醇12%,继续反应1.5h。针对不同品质的废弃油脂分别采用不同的工艺路线:当废弃油脂酸值及含水率较大时,先采用A工艺,降低酸值和含水率,再进行B工艺;当废弃油脂酸值及含水率较小时,仅采用B工艺。设备的工艺路线适用于不同酸值的废弃油脂,生物柴油产率达95%以上,产品符合国家标准。     

菜籽油生物柴油的生产方法研究进展

该文阐述了菜籽油用于生物柴油生产的优势及菜籽油生物柴油的环境友好性,认为该产业很有发展前途,并概述了国内外利用化学法、脂肪酶法和超临界流体法制备菜籽油生物柴油的研究进展,并评价了各种制备方法的优劣性.发现化学法是比较成熟的工业化方法,具有反应快、成本低的特点,但污染大;酶法反应温和,但成本高、反应缓慢;超临界流体法不需使用催化剂,但要在高温高压下反应;最后提出了影响菜籽油生物柴油产业化发展的因素及对策.     

棉籽油制备生物柴油的生物降解性能

以棉籽油甲酯、乙酯生物柴油及其与石化柴油形成的调和油为研究对象,采用改进的Sturm试验方法,考察了生物柴油及其调和油的生物降解特点。研究表明：在有氧的水环境中生物降解28 d,棉籽乙酯生物柴油与甲酯生物柴油生物降解率分别达99.7%和99.1%;对甲酯生物柴油而言,生物柴油体积分数为50%和20%的调和油的28 d生物降解率分别为93.8%和80.8%,而乙酯生物柴油体积分数为50%和20%的调和油的28 d生物降解率分别95.7%和81.9%,但在相同条件下,0#柴油生物降解率仅49.9%;生物柴油在调和油中体积比越大,调和油的生物降解速度越快,生物柴油对石化柴油的生物降解具有促进作用。该文对认识棉籽油生物柴油在环境中的消解规律,控制环境污染具有一定的意义。     

脂肪酶催化菜籽油制备生物柴油工艺优化

利用脂肪酶LVK在以正己烷为溶剂的体系中催化菜籽油与乙醇酯交换合成生物柴油。为提高酯交换率,采用响应面实验设计和分析方法对菜籽油的酯交换反应条件进行优化,得到最佳工艺条件：醇油摩尔比5．3：1,脂肪酶与油脂的质量比为15％,反应温度40℃,反应时间34．5h,溶剂（正已烷）量18．4％,乙醇一次加入,在此工艺条件下菜籽油的酯交换率达到93．48％。结果表明正己烷体系能很好解决乙醇与菜籽油的互溶性,消除乙醇对脂肪酶的毒害作用。