米糠油制備生物柴油及其乳化與燃料特性研究.pdf

1、相對(duì)于傳統(tǒng)石油基燃料而言，生物柴油因其具有可再生、有害物質(zhì)排放少等優(yōu)點(diǎn)，而日益引起人們的關(guān)注。以大豆油、菜籽油制備生物柴油的主要問(wèn)題在于其原料與糧爭(zhēng)地和成本過(guò)高，迫切需要尋找一種資源豐富、價(jià)格低廉的原料，以降低生產(chǎn)成本。
　　 米糠是稻米加工的副產(chǎn)物，約占稻米質(zhì)量分?jǐn)?shù)6～10％，目前多用于畜禽飼料。米糠中油的含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)16～32％，由于脂酶的存在，米糠油極易水解、氧化，從而導(dǎo)致不宜食用，即便作為飼料，其品質(zhì)也難以保證。我國(guó)米

2、糠資源豐富，將其用于制備生物柴油，既可合理利用米糠油資源，又可提高飼料的質(zhì)量。
　　 本論文以米糠油為原料制備生物柴油，即米糠甲酯(RBME)，進(jìn)行了米糠油原料特性、酯交換反應(yīng)工藝條件及乳化油制備的研究，并對(duì)所制備的燃料油的燃燒與排放性能進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)研究。主要研究工作如下：
　　 1.米糠油的理化性能指標(biāo)和脂肪酸組成是其能否制備或作為石化柴油替代燃料的關(guān)鍵。本文采用氣相色譜一質(zhì)譜儀和常規(guī)分析儀器對(duì)米糠油的理化性能指標(biāo)和

3、脂肪酸組成進(jìn)行了測(cè)定與分析。結(jié)果表明米糠油主要由棕櫚酸、油酸和亞油酸三種脂肪酸組成，其結(jié)構(gòu)與理想的柴油替代品結(jié)構(gòu)類似，具有制備生物柴油的條件。同時(shí)，由于其酸價(jià)過(guò)高，在進(jìn)行酯交換反應(yīng)前需要做降酸處理。
　　 2.采用機(jī)械攪拌堿催化酯交換反應(yīng)制備RBME。試驗(yàn)結(jié)果顯示在KOH催化條件下，根據(jù)轉(zhuǎn)化率所得最佳工藝條件為：醇油摩爾比為6，催化劑用量0.9％，反應(yīng)溫度60℃，反應(yīng)時(shí)間45min。而由得率所得的米糠油制備RBME的最優(yōu)反應(yīng)條件

4、為：醇油摩爾比6，催化劑用量1％，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時(shí)間60min。4因素對(duì)轉(zhuǎn)化率和得率的影響大小順序均為醇油比＞催化劑用量＞反應(yīng)溫度＞反應(yīng)時(shí)間。
　　 3.采用超聲波輔助堿催化酯交換反應(yīng)制備RBME。結(jié)果顯示與傳統(tǒng)的機(jī)械攪拌相比，超聲波輔助方法可以縮短酯交換反應(yīng)的時(shí)間15～20min。超聲頻率40kHz條件下反應(yīng)速度較28kH快，但是由于產(chǎn)物水洗分離困難而使得產(chǎn)物得率反而有所下降。超聲輔助酯交換法還可以減少催化劑的用量，當(dāng)催

5、化劑用量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5％時(shí)可得到最高的轉(zhuǎn)化率和得率。
　　 4.對(duì)RBME的燃燒及排放性能進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示其各項(xiàng)燃料指標(biāo)均能達(dá)到美國(guó)ASTM或德國(guó)DIN相關(guān)生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的燃料特性。在不對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)的情況下，未造成燃燒惡化，燃燒情況和0＃柴油十分接近。燃用RBME輸出功率與0＃柴油基本相當(dāng)，油耗略有增加，可以顯著降低CO、HC的排放，但NOx排放有少量增加。
　　 5.在柴油一乙醇混合燃

6、料中添加RBME制備柴油-RBME-醇混合燃料并對(duì)其穩(wěn)定性和燃料特性進(jìn)行研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，加入RBME可以顯著改善柴油一醇混合燃料的穩(wěn)定性以及十六烷值等燃料特性，同時(shí)還可以相應(yīng)的提高柴油一醇混合燃料的燃燒及排放狀況。但是柴油-RBME-乙醇三相混合燃料在0℃以下穩(wěn)定性較差，有待進(jìn)一步的研究。
　　 6.以柴油-RBME-乙醇混合燃料為對(duì)象，研究了混合燃料中含氧量對(duì)排放性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在混合燃料含氧量低于RBME含氧量

7、時(shí)，CO和HC的排放量隨著含氧量增加而減少。但隨著混合燃料中乙醇所占比例增加，雖然燃料含氧量不斷增加，但是CO和HC排放量增加。NOx排放量則隨著燃料含氧量的增加而增加，而碳煙顆粒物的排放量則隨著燃料含氧量的增加而減少。
　　 7.采用Span80和Tween80制備RBME-水乳化燃料。試驗(yàn)結(jié)果顯示制備W/O型乳化油的較佳條件是：加入乳化劑量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％，溫度30℃時(shí)，油水體積比為9，攪拌轉(zhuǎn)速3000r/min，攪拌時(shí)

8、間15min，HLB值為4。制備O/W/O型乳化油時(shí)，其較佳HLB值范圍在6～9之間。當(dāng)含水量大于10％時(shí)，其乳化油的粘度遠(yuǎn)高于普通柴油，不適合在柴油機(jī)上應(yīng)用。
　　 8.對(duì)RBME-水乳化油的燃燒和排放性能進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示乳化油的燃油消耗率略高于0＃柴油，輸出功率則低于0＃柴油。如果去除水所占的比例，乳化油的實(shí)際油耗比單燒RBME要低，具有一定的節(jié)油作用。乳化油的CO、HC、NOx和碳煙顆粒物的排放量均低于普通柴

9、油。
　　 9.采用大豆磷脂、Span80、Tween80復(fù)配制備RBME-水乳化油。試驗(yàn)結(jié)果顯示大豆磷脂和其它化學(xué)乳化劑配制的復(fù)合乳化劑，具有良好的乳化性能，與純化學(xué)復(fù)合乳化劑的乳化能力相當(dāng)，優(yōu)于單一的化學(xué)乳化劑。在HLB值相同情況下，復(fù)合乳化劑的組成對(duì)乳化能力影響并不明顯。同時(shí)，大豆磷脂的加入對(duì)乳化油的燃料特性并不產(chǎn)生負(fù)面影響。
　　 綜上，利用米糠油制備RBME及其乳化油是可行的。大力發(fā)展RBME及其乳化油對(duì)發(fā)展循