蓖麻油生物柴油的制备及其性能研究

摘要

为了缓解能源压力，发展持续可再生能源已迫在眉睫，近年来环境友好型清洁可再生的绿色能源一生物柴油成为人们研究的热点。 本课题采用蓖麻油为原料，以NaOH为催化剂，利用甲醇与蓖麻油中的脂肪酸甘油酯反应制备生物柴油。文章系统研究了生物柴油的制备工艺条件，并用气相色谱-质谱联用仪、数显热量计控制器、开口闪点测定器、单缸直喷式增压柴油机、烟度测量仪、尾气排放仪等研究了蓖麻油生物柴油的组成、理化性能及其与矿物柴油混合后的燃烧排放性能。蓖麻油生物柴油制备的最佳工艺条件如下：醇油摩尔比为3.6:1，反应时间为6h，反应温度为45℃，催化剂用量为蓖麻油重的0.6％。在此工艺条件下生物柴油的产率最高，达到96％以上。气相色谱-质谱联用仪分析结果表明蓖麻油生物柴油的组成主要是蓖麻油酸甲酯、油酸甲酯、棕榈酸甲酯、十八酸甲酯和十六烯酸甲酯，其中蓖麻油酸甲酯含量为79.78％。蓖麻油生物柴油的基本理化性能与国外生物柴油标准接近，其闪点高，增加了运输安全性；酸值低，燃烧过程中，不易腐蚀发动机喷嘴；低温流动性好，适宜在低温状态下使用；但其粘度较高，应采取措施降低其粘度。考察了蓖麻油生物柴油/矿物柴油混合燃料的理化性能，研究结果表明：随着生物柴油掺混比例的增大，生物柴油-柴油混合燃料的运动粘度、密度均有所升高：倾点、浊点下降，更利于在低温状态下使用；但热值略有降低，在生物柴油含量不大于30％时，混合燃料主要理化性能基本附和柴油理化性能要求；另外，乙醇的加入有效的降低了混合燃料的粘度。混合燃料的燃烧排放性能研究表明：通过外特性分析，随着生物柴油掺混比例的增大，生物柴油-柴油混合燃料在柴油机上应用的动力性能有逐渐下降的趋势，燃油消耗率逐渐上升的趋势，B20的功率比柴油平均降低幅度为2.75％，燃油消耗率比矿物柴油平均增加了5.9％；排放尾气中的CO、HC含量降低，CO2、NOx含量升高，烟度降低明显。乙醇的加入，明显改善了混合燃料的CO和烟度排放，但动力性能略有下降，燃油消耗率略有升高，CO2和NOx均有所升高，HC在低转速下升高，在高转速下降低。通过负荷特性分析，在低转速和高转速下，随着负荷的增加，生物柴油/柴油混合燃料与生物柴油/柴油/乙醇混合燃料的燃油消耗率均较矿物柴油有所升高，且增加幅度基本相当；NOx排放有所升高；烟度有所降低，且在低转速下降低明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1生物柴油的产生

1.2生物柴油的优势

1.3发展生物柴油的必要性

1.4国外生物柴油的研究进展

1.4.1欧洲

1.4.2美国

1.4.3加拿大

1.4.4巴西

1.4.5其他国家

1.5国内生物柴油的研究进展

1.6我国生物柴油发展面临问题

1.7本课题的提出及研究内容

第二章生物柴油的制备

2.1引言

2.2生物柴油的主要生产方法

2.2.1直接混合法

2.2.2微乳液法

2.2.3高温热裂解法

2.2.4化学酯交换法

2.3制备生物柴油依据的化学反应机理

2.3.1酯交换反应机理

2.3.2碱催化酯交换反应机理

2.4实验部分

2.4.1实验仪器及实验原料

2.4.2生物柴油的制备

2.5各工艺因素对生物柴油产率的影响

2.5.1醇油摩尔比对生物柴油产率的影响

2.5.2催化剂用量对生物柴油产率的影响

2.5.3反应温度对生物柴油产率的影响

2.5.4反应时间对生物柴油产率的影响

2.6本章小结

第三章生物柴油的性能分析与检测

3.1引言

3.2所需仪器及设备

3.3生物柴油的组成分析

3.3.1气路系统

3.3.2进样气化系统

3.3.3色谱柱分离系统

3.3.4检测系统

3.4生物柴油的主要理化性能测试

3.4.1十六烷值(CN)

3.4.2闪点

3.4.3热值

3.4.4粘度

3.4.5密度

3.4.6酸值

3.4.7腐蚀性

3.4.8低温流动性能

3.5结果与讨论

3.5.1生物柴油的组成

3.5.2生物柴油的主要理化性能

3.6本章小结

第四章生物柴油/柴油混合燃料的理化性能研究

4.1引言

4.2混合燃油理化性能试验方法

4.3混合燃油部分理化性能研究

4.3.1生物柴油掺混比对运动粘度的影响

4.3.2乙醇加入对混合燃油运动黏度的影响

4.3.3生物柴油掺混比对密度的影响

4.3.4生物柴油掺混比对倾点、浊点的影响

4.4.5生物柴油掺混比对热值的影响

4.4本章小结

第五章生物柴油及其混合燃料的性能研究

5.1引言

5.2柴油机主要有害排放物的生成机理与影响因素

5.2.1 CO的生成机理

5.2.2 HC的生成机理

5.2.3 NOx的生成机理

5.2.4微粒(PM)生成机理

5.3台架试验样机及试验方案

5.4结果与讨论

5.4.1燃料的外特性分析

5.4.2燃料的负荷特性分析

5.5本章小结

第六章全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的研究成果

致谢