棕榈油制备生物柴油性能研究_范焱虎

柴油的范围内, 接近于上限, 且 B100生物柴油的凝点温度较 高, 所以雾化情况略差于 0 #柴油; B100 生物柴油的密度、 铜 片腐蚀接近 0#柴油 ; 在闪点方面, B100生物柴油高出 0#柴油 8 , 故在运输、 储存过程中比 0 #柴油更加安全、 稳定。
的部分理化性能指标与 0#柴油接近 , 其中, 运动黏度在石化
安徽农业科学, Jou r n al ofAnhu iAgr.i Sc. i 2011 , 39( 7 ): 4170 - 4171 , 4180
责任编辑
李占东
责任校对
卢瑶
棕榈油制备生物柴油性能研究
范焱虎, 张汝坤 , 张天顺, 董 哲
* ( 云南农业大学工程技术学院, 云南昆明 650201 )
摘要 [目的 ]对棕榈油制备的生物柴油的理化性能及燃烧性能进行测试 。 [ 方法 ] 以棕榈油为原料 , 通过酯交换法制备生物柴油 , 与 0 # 柴油部分理化性能指标进行对比, 并对掺混一定比例的生物柴油进行了发动机台架试验。 [ 结果 ] 掺烧生物柴油的混合燃料燃油消耗率 略有升高 , H C、 CO 排放明显低于 0#柴油。 [ 结论 ]棕榈油制备的生物柴油可以满足替代石化柴油的要求。 关键词 棕榈油; 生物柴油; 柴油机; 排放 中图分类号 X 74 文献标识码 A 文章编号 0517- 6611( 2011) 07- 04170- 02 The S tudy on the Perfor m ance of B iodiesel Prepared w ith P lam O il FAN Y an -hu et al (Y unnan Agr icu lturalU niversity , Faculty o fEng ineering and T echno logy , K unm ing , Y unnan 650201) A bstract [O bjective] T he am i w as to study physica l and che m ica l properties and the perfor m ance o f co m bustion of biodiesel prepared w ith pla m oi. l [M e thod] W ith pla m oil asm ateria,l b iod iesel was prepared by transesterification, and som e kinds of che m ica l and physical per for m ances were co m pared w ith 0# diese.l The e m issions perfor m ance o f different proportion of biodiesel fue ls in diese l eng ine w as studied . [ Result] T he results showed thatH C, CO e m ission fro m diese l was lower greatly , the o il consum ption w as raised slightly than 0# diese.l [ Conclusion] D iese l could be replaced by biodiese l prepared w ith pla m o il. K ey w ords P lam o i;l Biodiese;l D iesel engine ; Em ission
[ 3]
基金项目 作者简介 收稿日期
云南省社会发展科技计划 ( 2007E061M )。 范焱虎 ( 1983 - ) , 男 , 山西 太谷人 , 硕士研 究生 , 研 究方向 : 生物能源 。 * 通讯作者 。 2010-12 -13
39卷 7 期
范焱虎等
棕榈油制备生物柴油性能研究
4171
集 ; 最后做 100 % 生物柴油的试验, 并进行数据采集。 2 结果与分析 2. 1 部分理化性能指标对比 由表 2可知, B100生物柴油
h
1 . 2 方法 1 . 2 . 1 生物柴油的制备。采用酯交换法制备生物柴油 , 即通过甲醇将原料油中的脂肪酸甘油酯的甘油基取代下来, 形成碳链较短脂肪酸甲脂和甘油。 取一定量的棕榈油置于烧杯中 , 水浴加热至 60 , 将按 比例混合好的甲醇氢氧化钠溶液倒入烧杯中, 开始搅拌, 并 计时 , 待反应结束后将烧杯在室温条件下静置分层, 上层为 生物柴油与甲醇的混合物, 下层为甘油与未反应的脂肪酸甘 油酯的混合物, 收集上层液体并用磷酸溶液滴定至中性, 加 入温水洗涤 3~ 4次, 静置分层后除去下层的水相 , 将上层淡 黄色液体在常压下进行蒸馏, 以除去甲醇和水分, 待蒸馏结 束后, 过滤除去杂质, 即得淡黄色的澄清液体生物柴油。 1 . 2 . 2 生物柴油理化性能指标测定。根据各个试验仪器使 用方法及国家标准的要求进行测定。 1 . 2 . 3 生物柴 油台架试 验。在海拔 1 900 m、 相对湿 度 60% 、 温度为 25 的实验室中进行, 将柴油机油箱中注入 0 # 柴油并进行 5 m in热机, 然后通过所接仪器对 HC、 CO 和油耗 等测试 , 记录所得数据后将油箱中的 油全部放尽; 将 掺混 20% 生物柴油的混合燃料加入油箱中同样空机运行几分钟, 保证混合燃料充满整个油路 , 然后进行测试、 数据采集; 同样 的方法将掺混 50 % 生物柴油的混合燃料进行试验、 数据采
运动黏度 2 ( 20 ) mm / s K inematic viscosity 7 . 6( GB /T 265) 3 . 8~ 8 . 0
2. 2 燃油消耗率 由图 1可知, 在满负荷的工况下, 掺混不同 比例生物柴油的混合燃料燃油消耗率总体趋势是随转速的升 高而降低, 当转速在 2 000 r/m in时, B20 、 B50 、 B100生物柴油燃 油消耗率趋于稳定状态, 比 0 #柴油燃油消耗率略有提高, 分别 高 14. 6 %、 5 .4 %、 11. 7 % 。其原因是生物柴油的热值比石化柴 油的低ຫໍສະໝຸດ Baidu 在同一工况下燃油消耗率比石化柴油高。
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表1 Table 1 项目
ZX195柴油发动机参数 技术参数 Techn ical param eters 1 4 直喷式 95 115 水冷 21 1 9 .7 2 000 274 .7 手摇增速启动 847 489 632 160
Technica l para m eters of ZX 195 d iesel engine
图 2 满负荷 HC 排放 F ig .2 Full load H C d ischarge
负荷时 , CO排放急剧上升是因为在高负荷高转速时, 柴油机 的喷油量增加使局部缺氧加剧, 燃油不能充分燃烧, 从而生 成更多的 CO 。因而导致了在 2 000 r/m in满负荷工况下 混合燃料的 CO 排放比石化柴油高。
密度 3 kg /m D ens ity 876( GB /T 1884) 840 铜片腐蚀 Copper corrosion 1 级 ( GB /T 5096 ASTM D 130) 1级 闪点 F lash point 88( GB /T 261- 2008) 80 馏程 D istillat ion range 50 % 317 300 90 % 319 355 315 95 % ( GB /T 255) 365
图 1 满负荷燃油消耗率 F ig . 1 Full load specific fuel consumption
[ 9- 11]
2. 3 HC 排放
由图 2可知, H C 排放在满负荷情况下总体
趋势是随转速增加而下降 , 且 H C 排放明显低于 0#柴油的排 放 , 在满负荷 2 000 r/m in 的工况下 , B20、 B50 、 B100 HC 排放 比 0 #柴油分别低 40. 5% 、 38 . 3% 、 42. 6% , 其原因是生物柴油 中芳香烃含量很少, 十六烷值较高 , 理论上讲芳香烃含量越 少 , 则其滞燃期越短, H C排放越低; 十六烷值较高时, 燃油着 火性能较好, 滞燃期短 , 其未燃烧碳氢和裂解碳氢均少。另 外 , 生物柴油含有 10% 的氧, 使生物柴油燃料比石化柴油更 有利于燃烧, 从而减少 H C 化合物的排放。因此 , 掺混生物柴 油的混合燃料由于芳香烃含量减少、 十六烷值高、 含氧量增 [ 4- 7] 加 , 使得混合燃料在柴油机中燃烧的 HC 排放相对降低 。 2. 4 CO 排放 由图 3可知, 掺混生物柴油比例越高时 , CO 排放在满负荷的工况下随转速升高而降低, 当转速达到 2 000 r/m in时 CO 排放明显升高, CO 是燃油燃烧的中间产物, 根据 发动机 CO 形成的机理
表2 Table 2
柴油种类 V arieties of diesel B100 0 #柴油 0 # d iesel
B100 生物柴油与 0 #柴油部分理化性能指标对比
Co mparison of so m e che m ica l and phy sical perfor m ance bet w een B100 biodiesel and 0# diesel
Item 缸数 Numb er of cylinder 冲程数 Number of strokes 燃烧室形式 Type of combustion cham ber 缸径* 行程 Bore* stroke mm mm 冷却方式 Cooling m ethod 压缩比 C omp ress ion ratio 额定功率 Rated pow er k W 额定转速 Rated rotation sp eed r /m in 燃油消耗率 Specific fuel consu m ption g /k W 启动方式 In itiation mode 外形尺寸 S ize mm mm mm 净含量 Netw eight kg
随着石化柴油的大量使用带来了许多问题, 如石化柴油含 有多种有害物质, 通过燃烧后直接排入大气层, 对环境和人类 的生存具有破坏作用, 石化能源又是不可再生能源, 面临着能 源枯竭等问题, 各国相继寻找清洁、 安全、 可再生可替代石化柴 油的新能源。生物柴油是指以油料作物、 野生油料植物、 工业 微藻等水生植物油脂以及动物油脂、 废餐饮油等为原料, 通过 酯交换工艺制成的甲脂或乙脂燃料, 可作为柴油的替代燃料。 目前国内对生物柴油的生产和应用进行了开发, 已研制成功利 用菜籽油、 光皮树油、 麻风树油、 大豆油、 米糠油脚料、 工业猪 油、 牛油等为原料, 经过甲醇预酯化再酯化生产出的生物柴油, 不仅可以作为代用燃料直接使用, 而且还可以作为柴油清洁燃 料的添加剂。生物柴油所含的双键数目少, 分子中含氧量较 高, 含碳支链数目少或没有, 这使得生物柴油有较好的燃烧特 性, 燃烧比较完全。石化柴油燃烧过程产生的主要污染物为烟 尘颗粒、 SOX、 CO、 HC 以及 NOX 等。与石化柴油相比, 生物柴 油的燃烧尾气中除 NOX 浓度稍微升高外, 烟尘颗粒、 SOX、 CO、 HC的排放明显下降 。此外, 生物柴油中不含有芳香烃, 燃 烧后不会产生芳香烃和 PAH。而且生物柴油还具有无毒、 可 生物降解等优点。笔者对棕榈油制成的生物柴油进行理化 性能指标测试、 发动机燃烧试验 , 并对排放性能进行了研究。 1 材料与方法 1. 1 材料 市购棕榈油、 甲醇 ( 分析纯 ) 、 磷酸 ( 分析纯 ) 、 氢 氧化钠 ( 颗粒状 ) 。设备 : TSY-1109 /1109A 石油产品运动黏 度测定 仪、 TSY-1103A 石油 产品半自 动闪点 测定 仪、 TSY1115石油产品铜片腐蚀测定仪、 TSY-1110原油和液体石油 产品密度测定仪、 TSY-1106A 石油产品馏程测定仪等。装 置 : ZX195柴油发动机、 DSZ -2 转速数字显示仪、 D-150水力 测功仪、 FC2210智能油耗仪、 NHA 505 废气分析仪、 烟度计。 ZX195柴油发动机参数见表 1。