棕櫚油生物柴油低溫結(jié)晶過(guò)程研究.pdf

1、生物柴油燃燒性能良好，且具有可持續(xù)性和環(huán)境友好性，大力發(fā)展生物柴油對(duì)于緩解能源短缺危機(jī)，改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。棕櫚油生物柴油(PME)低溫流動(dòng)性能較差，低溫環(huán)境下容易結(jié)晶影響正常使用。本文對(duì)PME結(jié)晶行為、析出晶體形態(tài)及影響因素等進(jìn)行系統(tǒng)研究，探究PME結(jié)晶機(jī)理，并對(duì)PME結(jié)晶過(guò)程進(jìn)行模擬，為改善PME低溫流動(dòng)性能提供理論依據(jù)。
　　以棕櫚油為原料制備生物柴油，經(jīng)檢測(cè)理化性能符合國(guó)標(biāo)要求。使用氣質(zhì)聯(lián)用儀對(duì)生物柴油及石化柴油化學(xué)

2、組成進(jìn)行分析。結(jié)果表明:PME由C、H、O三種元素構(gòu)成，主要成分為10～24個(gè)偶數(shù)碳原子組成的脂肪酸甲酯(FAME)。其中，飽和飽和脂肪酸甲酯（SFAME）和不飽和脂肪酸甲酯（UFAME）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40.13％和59.57％。SFAME主要成分為棕櫚酸甲酯(C16∶0)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.04％。其次為硬脂酸甲酯(C18∶0)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.64％。而UFAME主要由單不飽和脂肪酸甲酯(C16∶1～C20∶1)、二不飽和脂肪酸甲酯

3、(C18∶2)和三不飽和脂肪酸甲酯(C18∶3)構(gòu)成，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為44.54％、14.44％、0.59％。石化柴油含有C、H兩種元素，主要是由8～24個(gè)碳原子組成的正構(gòu)烷烴構(gòu)成。-10PD中正構(gòu)烷烴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為61.26％。
　　使用低溫顯微設(shè)備觀察PME結(jié)晶過(guò)程，對(duì)獲取的晶體圖像進(jìn)行定量表征。研究發(fā)現(xiàn)，溫度、降溫速率、調(diào)合及添加低溫流動(dòng)性改進(jìn)劑都會(huì)對(duì)結(jié)晶過(guò)程產(chǎn)生重要影響。隨著溫度降低，析出晶體數(shù)量不斷增加后趨于穩(wěn)定，晶體體積不

4、斷增大，并相互聚集、聯(lián)結(jié)形成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。降溫速率較小時(shí)，生成晶體數(shù)量較少，單個(gè)晶體體積較大，呈規(guī)則多邊形片狀結(jié)構(gòu)。降溫速率較大時(shí)析出晶體數(shù)量增大，體積減小，呈復(fù)雜的團(tuán)簇狀結(jié)構(gòu)。與石化柴油調(diào)合和添加低溫流動(dòng)改進(jìn)劑，可以抑制晶體生長(zhǎng)，減小生成晶體尺寸。
　　PME可以看作高熔點(diǎn)SFAME為溶質(zhì)，低熔點(diǎn)UFAME作為溶劑的偽二元溶液。結(jié)晶過(guò)程分為溶液過(guò)飽和、成核、晶體生長(zhǎng)三個(gè)階段。其晶體生長(zhǎng)機(jī)制分為兩類(lèi):平衡生長(zhǎng)機(jī)制、分形生長(zhǎng)機(jī)制。平衡條

5、件下，晶習(xí)由晶體中各晶面生長(zhǎng)速率差異確定，外形規(guī)則，具有明顯對(duì)稱(chēng)性和各向異性。外部環(huán)境偏離平衡時(shí)，晶體出現(xiàn)分形生長(zhǎng)，形成晶習(xí)為團(tuán)簇狀不規(guī)則枝杈結(jié)構(gòu)，周?chē)植技?xì)小相似枝晶，具有明顯分形特征。
　　以C18∶0為酯晶中SFAME模型化合物，使用MaterialsStudio軟件，采用BFDH模型、AE模型對(duì)平衡狀態(tài)下PME晶體形態(tài)進(jìn)行模擬。兩種模型得到的理論晶習(xí)均呈六面體薄片狀晶體，最大顯露面為{002}面，與低溫結(jié)晶試驗(yàn)觀察結(jié)果吻合