烏桕梓油生物柴油制備及其燃燒排放特性研究.pdf

1、由于石油資源日漸枯竭,原油價(jià)格節(jié)節(jié)攀高,同時(shí)燃燒化石燃料造成的溫室效應(yīng)和環(huán)境污染日益加劇,尋找綠色可再生的替代燃料已成為當(dāng)前科學(xué)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。生物柴油作為一種可再生、無(wú)毒、易降解的清潔燃料是理想的替代燃料之一,且其使用時(shí)不需對(duì)現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)做任何改動(dòng),因此受到廣泛關(guān)注。但當(dāng)前油料資源缺乏嚴(yán)重限制了生物柴油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。對(duì)我國(guó)而言情況更為嚴(yán)峻,我國(guó)人均耕地面積小,首要任務(wù)是保障糧食安全,發(fā)展生物柴油必須遵循“不與人爭(zhēng)糧,不與糧爭(zhēng)地”的原則,因

2、此發(fā)展以木本植物油為原料的生物柴油是我國(guó)主要方向。烏桕是中國(guó)特有的木本油料植物,種子含油量高達(dá)45％,適合作為生物柴油的原料,且烏桕種植不占用耕地資源。因此,利用其制備生物柴油,既可以拓展應(yīng)用領(lǐng)域,又可擴(kuò)大生物柴油原料范圍,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以烏桕梓油為原料研究了利用酶法轉(zhuǎn)酯制備生物柴油的技術(shù)工藝,同時(shí)考察了烏桕梓油生物柴油的燃燒排放特性。為發(fā)展烏桕梓油生物柴油提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。主要研究工作及結(jié)果摘要如下:
　　1.首

3、先測(cè)定分析了烏桕梓油的基本理化性質(zhì)和脂肪酸組成。結(jié)果表明,該油脂具有酸值小、含水量少及碘值高的特點(diǎn)。不飽和脂肪酸含量達(dá)89.90%,適合酶法制備生物柴油工藝;主要脂肪酸碳鏈在16-18之間,滿足作為替代燃料的條件,可用于制備生物柴油。
　　2.以烏桕梓油為原料,皺褶假絲酵母脂肪酶(Candida rugosa lipase,CRL)為催化劑,研究了在不同有機(jī)溶劑和離子液體溶劑中催化制備生物柴油的工藝。分別在叔丁醇及離子液體[Hmi

4、m][PF6]體系中獲得了最高甲酯得率。對(duì)以上兩個(gè)體系制備生物柴油的工藝條件進(jìn)行了單因素優(yōu)化。最優(yōu)反應(yīng)條件為:離子液體[Hmim][PF6]體系中,醇油摩爾比4:1,加酶量20%,水含量10%,溶劑用量1.0mL/g(油重),反應(yīng)溫度40℃,反應(yīng)時(shí)間24h,最優(yōu)條件下生物柴油得率達(dá)到94.4%;叔丁醇體系中,醇油摩爾比4:1,加酶量30%,水含量15%,反應(yīng)溫度40℃,叔丁醇用量0.4mL/g(油重),反應(yīng)時(shí)間24h,最優(yōu)條件下生物柴油

5、得率達(dá)到65.8%。進(jìn)一步利用響應(yīng)面法對(duì)離子液體[Hmim][PF6]中酶法催化生物柴油的條件進(jìn)行了優(yōu)化。在醇油摩爾比4.2:1,加酶量22.7%,反應(yīng)溫度41°C,水含量11%,反應(yīng)24小時(shí)的最優(yōu)反應(yīng)條件下,生物柴油得率達(dá)到96.21%。
　　3.測(cè)定了所制備生物柴油的基本燃料特性。結(jié)果表明,其基本滿足歐盟及我國(guó)生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。在一個(gè)單缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上燃燒不同摻混比例(B0、B20、B50、B100)的烏桕梓油生物柴油,對(duì)比考察了動(dòng)

6、力和經(jīng)濟(jì)性能,并進(jìn)一步研究了燃油的HC、CO、碳煙、NOx以及CO2尾氣的排放特性。結(jié)果表明,在對(duì)該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不做任何參數(shù)調(diào)整的前提下,生物柴油及其與石化柴油的混合燃油可直接用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。由于生物柴油的熱值比石化柴油稍低,相同工況下與燃用0＃柴油相比,燃用烏桕梓油生物柴油的輸出功率有小幅降低,燃油消耗率稍有上升,生物柴油在燃油經(jīng)濟(jì)性上比石化柴油有所下降,考慮以較小摻混比例使用烏桕梓油生物柴油為佳。柴油機(jī)燃用混合燃料的HC、CO和碳煙排