廢棄油脂熱裂解制備高品質(zhì)燃料油的研究.pdf

1、生物柴油作為一種良好的替代燃料，與石化柴油相比，具有含硫量低、低污染、閃點高以及十六烷值高燃燒性能好等優(yōu)點。但是現(xiàn)在常規(guī)生物柴油還存在成本高、低溫流動性能差、粘度大、熱值較低等問題。我國餐飲業(yè)發(fā)達，有大量廢棄油脂資源，可以回收制備燃料油。本文采用廢棄油脂（地溝油和皂腳）為原料，通過熱裂解和催化酯化反應(yīng)制備高品質(zhì)的生物油脂裂解燃料油。研究的主要內(nèi)容及歸納如下:
　　1.研究了廢棄油脂熱裂解工藝和產(chǎn)物特性。以地溝油和皂腳為原料，分別在

2、高溫下進行熱裂解反應(yīng)，收集各相產(chǎn)物進行分析。通過FT-IR、GC-MS方法確認裂解油主要成分為烷烴、烯烴、芳香烴、酮和酸，烷烴和烯烴組分總含量達到62％。對裂解油性質(zhì)測定發(fā)現(xiàn)油品的酸值、粘度和含水量大大降低、熱值顯著提高:原料酸值都在140 mg·g-1左右，地溝油裂解油酸值降到78 mg·g-1，皂腳裂解油酸值降為59.8 mg·g-1;運動粘度都降到了3 mm2·s-1以下;同時油品的熱值也顯著提高了，地溝油原料熱值為38.9 kJ

3、·g-1裂解油熱值提升到43.9 kJ·g-1，皂腳裂解油由原料熱值37.6 kJ·g-1提高到42.8 kJ·g-1。故通過熱裂解使油品的組成更接近石化柴油的組成，油品的性質(zhì)更利于燃燒使用。此外，采用GC分析裂解氣體組成，77％為可燃性氣體:CO、H2、 CH4、C2H6、 C2H4、C2H2，總熱值達到23.56 MJ·m-3，可以進行收集利用。
　　2.通過酯化-精餾聯(lián)用方法制備了生物油脂裂解燃油。以地溝油和皂腳的裂解油為原

4、料，添加一定比例的甲醇和催化劑，在酯化-精餾裝置中進行酯化反應(yīng)，考察最佳工藝條件，并對酯化產(chǎn)物進行性質(zhì)分析。以濃硫酸為催化劑的最佳工藝條件為m甲醇∶m裂解油比為1∶1，反應(yīng)溫度65℃，反應(yīng)時間3h，催化劑用量0.15％，此時酯化率均達到94％。通過FT-IR和GC-MS分析表明酯化后產(chǎn)物中的羧酸已被甲酯化，生成了相應(yīng)的脂肪酸甲酯，酸值大大降低，地溝油酯化油酸值降到2.94 mg·g-l，皂腳酯化油降低到3.56 mg·g-1。同時熱值也

5、提高了，地溝油酯化油熱值達到43.3 kJ·g-1，皂腳酯化油熱值達到44.7 kJ·g-1，明顯優(yōu)于國家生物柴油標準的38 kJ·g-1。酯化油再經(jīng)過堿處理和常壓蒸餾，油品的性能進一步提高，所得兩種燃料油的酸值都降到0.3 mg·g-1以下，地溝油燃料油冷濾點和凝點分別為-3℃和-7℃，皂腳燃料油冷濾點達到-21℃、凝點達到-23℃，明顯優(yōu)于常規(guī)生物柴油和0拌柴油。
　　3.研究了生物油脂裂解燃料油添加到常規(guī)生物柴油中對其低溫流

6、動性能的影響。在棕櫚酸生物柴油中分別添加質(zhì)量分數(shù)為5％、10％、15％、20％的地溝油裂解燃油、豆油裂解燃油、皂腳裂解燃油，測量混合后低溫流動性能的變化。利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析生物油脂裂解燃油和棕櫚酸生物柴油的組成，發(fā)現(xiàn)棕櫚酸生物柴油中飽和脂肪酸甲酯的含量是影響低溫流動性能的關(guān)鍵。棕櫚酸生物柴油中飽和脂肪酸甲酯含量達50％，造成其凝點和冷濾點分別高達11℃和12℃。通過添加裂解燃料油改善棕櫚油生物柴油的低溫流動性能，其中添加20％

7、皂腳裂解燃油，可使其凝點和冷濾點分別下降到4℃和7℃。通過DSC分析，可知調(diào)合后略微降低了油品的晶體析出溫度，并且其降凝效果符合共晶理論。通過結(jié)晶物的GC-MS分析驗證，生物油脂裂解燃油的加入主要是改變了結(jié)晶特性，而對于析出的晶體的組成及含量沒有影響。
　　4.研究了地溝油裂解燃料油與0＃柴油混合使用對柴油機性能的影響。按質(zhì)量分數(shù)為0％、10％、20％、30％地溝油裂解燃油添加到0≠＃柴油中混合(下文中簡稱B0、B10、B20、B

8、30)，混合燃油在柴油機上使用，檢測不同組分的機械動力性能和排放性能進行對比分析。結(jié)果表明:混合燃油的功率和扭矩與0＃柴油的變化趨勢基本一致，且隨著地溝油裂解燃料油的添加量的增加功率和扭矩降幅很小，對柴油機的動力性能影響甚微。從排放性能方面考察發(fā)現(xiàn)混合燃油CO排放低于0＃柴油，最大降幅達到38.2％;B10、B20在高轉(zhuǎn)速下HC排放量優(yōu)于柴油，B30的HC排放量都高于0＃柴油;混合燃油NOx排放量跟石化柴油很接近，最高增幅也就6.3％。