米糠油制備生物柴油及其乳化與燃料特性研究.pdf

1、相對于傳統(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，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題在于其原料與糧爭地和成本過高，迫切需要尋找一種資源豐富、價格低廉的原料，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)量分數(shù)6～10％，目前多用于畜禽飼料。米糠中油的含量為質(zhì)量分數(shù)16～32％，由于脂酶的存在，米糠油極易水解、氧化，從而導致不宜食用，即便作為飼料，其品質(zhì)也難以保證。我國米

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)，進行了米糠油原料特性、酯交換反應工藝條件及乳化油制備的研究，并對所制備的燃料油的燃燒與排放性能進行了臺架試驗研究。主要研究工作如下：
　　 1.米糠油的理化性能指標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)分析儀器對米糠油的理化性能指標和

3、脂肪酸組成進行了測定與分析。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，由于其酸價過高，在進行酯交換反應前需要做降酸處理。
　　 2.采用機械攪拌堿催化酯交換反應制備RBME。試驗結(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％，反應溫度60℃，反應時間45min。而由得率所得的米糠油制備RBME的最優(yōu)反應條件

4、為：醇油摩爾比6，催化劑用量1％，反應溫度50℃，反應時間60min。4因素對轉(zhuǎn)化率和得率的影響大小順序均為醇油比＞催化劑用量＞反應溫度＞反應時間。
　　 3.采用超聲波輔助堿催化酯交換反應制備RBME。結(jié)果顯示與傳統(tǒng)的機械攪拌相比，超聲波輔助方法可以縮短酯交換反應的時間15～20min。超聲頻率40kHz條件下反應速度較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，當催

5、化劑用量為質(zhì)量分數(shù)0.5％時可得到最高的轉(zhuǎn)化率和得率。
　　 4.對RBME的燃燒及排放性能進行發(fā)動機臺架試驗。試驗結(jié)果顯示其各項燃料指標均能達到美國ASTM或德國DIN相關(guān)生物柴油標準，具有良好的燃料特性。在不對發(fā)動機結(jié)構(gòu)進行改動的情況下，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，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-醇混合燃料并對其穩(wěn)定性和燃料特性進行研究。試驗結(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，同時還可以相應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，有待進一步的研究。
　　 6.以柴油-RBME-乙醇混合燃料為對象，研究了混合燃料中含氧量對排放性能的影響。試驗結(jié)果顯示，在混合燃料含氧量低于RBME含氧量

7、時，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)量分數(shù)為0.5％，溫度30℃時，油水體積比為9，攪拌轉(zhuǎn)速3000r/min，攪拌時

8、間15min，HLB值為4。制備O/W/O型乳化油時，其較佳HLB值范圍在6～9之間。當含水量大于10％時，其乳化油的粘度遠高于普通柴油，不適合在柴油機上應用。
　　 8.對RBME-水乳化油的燃燒和排放性能進行臺架試驗研究。試驗結(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復配制備RBME-水乳化油。試驗結(jié)果顯示大豆磷脂和其它化學乳化劑配制的復合乳化劑，具有良好的乳化性能，與純化學復合乳化劑的乳化能力相當，優(yōu)于單一的化學乳化劑。在HLB值相同情況下，復合乳化劑的組成對乳化能力影響并不明顯。同時，大豆磷脂的加入對乳化油的燃料特性并不產(chǎn)生負面影響。
　　 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及其乳化油對發(fā)展循