棕榈油生物柴油低温流动性及其改进

摘要

为了缓解能源紧缺和环境污染两大难题，生物柴油由于其可再生性和环境友好等特点备受各国青睐，但生物柴油中饱和脂肪酸甲酯低温容易结晶析出晶体，影响其在低温条件下的使用，因此生物柴油的低温流动性急需得到改进。本文主要研究了生物柴油的组成、棕榈油生物柴油(Palm Oil methyl ester，PME)的低温流动性、结晶机理以及改进低温流动性的三种措施。
　　首先以棕榈油为原料制备生物柴油，采用气质联用仪对生物柴油的组分进行分析。研究表明生物柴油的冷滤点(Cold Filter Plugging Point，CFPP)随着饱和脂肪酸甲酯(Saturated Fatty Acid Methyl Ester，SFAME)含量和碳链的增加而升高，随着不饱和脂肪酸甲酯(Unsaturated Fatty Acid Methyl Ester，UFAME)的含量和不饱和度的增加而降低。
　　其次在研究PME与石化柴油组成及分子结构的基础上，对PME与石化柴油的低温流动进行分析。结果表明:0号柴油(0PD)和-10号柴油(-10PD)主要是由8～26个碳原子组成的正烷烃组成，而PME主要组成为C14～C22的偶数碳链原子组成的长链脂肪酸甲酯，其中包括SFAME(C14∶0～C22∶0)与UFAME(C16∶1～C20∶1、C18∶2和C18∶3)，SFAME与UFAME的质量分数分别为40.13％和59.57％;0PD、-10PD及PME1的CFPP分别为-3、-8、10℃，运动黏度(40℃)分别为2.91、2.53、4.91 mm2/s。
　　运用溶液结晶理论和电子效应理论可知生物柴油结晶过程为:过饱和溶液的形成→SFAME成核→晶体生长。利用低温显微镜观察PME1在低温环境下的结晶，晶体为规则多边形薄片状，温度和降温速率影响PME1的结晶形态，随着温度的降低，晶体不断生长并逐渐联结在一起，将不饱和脂肪酸甲酯包裹在里面，形成三维空间结构。通过实验观察分析生物柴油低温流动性改进剂作用机理可能是吸附、晶核两者的协同作用。
　　最后通过了解生物柴油结晶机理以及低温流动性改进机理，提出并验证改进PME低温流动性的三种措施:结晶分离、添加调合剂、添加低温流动性改进剂。PME2结晶分离得到PME2-CF，其CFPP为0℃，比PME2的CFPP降低了8℃;将PME1分别与0PD、-10PD以及煤油以不同比例调合，研究PME1/0PD、PME1/-10PD和PME1/煤油的低温流动性。结果表明:(1)随着PME1调合比例的增大，调合油的CFPP一般呈先减小后增大的趋势，当PME1调合比例不超过20％时，PME1/0PD、PME1/-10PD和PME1/煤油的CFPP分别最低降至-11、-13、-40℃，低温流动性均得到一定改进;(2)随着PME1添加比例的不断增大，调合油的运动黏度不断增大，且调合油的运动黏度介于调合剂与PME1之间;且当温度向其CFPP降低时，调合油的运动黏度急剧增大，其黏温曲线变得陡峭;(3)采用回归分析法建立了PME1/0PD及PME1/-10PD的黏温方程;(4)向PME及其调合油中添加FlowFit、Flow Fit K和T818三种CFI，PME及其调合油低温流动性均有一定的改进。研究表明，在Flow Fit、Flow Fit K和T818的体积分数均不超过8‰时，PME由10℃降低至4℃，PME1/0PD和PME1/-10PD最低分别降至-20℃和-26℃。

目录

声明

摘要

插图目录

列表目录

1 绪论

1．1 生物柴油的简述

1．2 生物柴油的发展现状

1．3 生物柴油低温流动性的研究现状

1．4 主要研究内容

2 实验部分

2．1 实验材料和仪器

2．2 生物柴油制备

2．3 生物柴油的组成分析

2．4 生物柴油的理化性质

2．5 低温结晶实验

3 棕榈油生物柴油及石化柴油的低温流动性

3．1 生物柴油制备及其理化性质

3．2 化学组成

3．3 冷滤点

3．4 运动黏度

3．5 本章小结

4 机理的研究

4．1 生物柴油结晶机理

4．2 棕榈油生物柴油低温结晶形态的影响因素

4．3 本章小结

5 棕榈油生物柴油低温流动性的改进

5．1 结晶分离

5．2 调合

5．3 添加低温流动改进剂

5．4 本章小结

6 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及论文发表情况