生物柴油降凝方法的研究*

趙文凱，朱靜，宋菊玲，孫明珠，吳永紅

（沈陽工業大學石油化工學院，遼寧遼陽111003）

生物柴油降凝方法的研究*

趙文凱，朱靜，宋菊玲，孫明珠，吳永紅

（沈陽工業大學石油化工學院，遼寧遼陽111003）

以廢油脂為原料通過酯交換法制備了生物柴油，測定其凝點為-2℃，閃點為114.5℃，說明生物柴油比-10號柴油具有更高的安全性，但其凝點限制了它的使用范圍。采用不同的方法改善生物柴油的低溫流動性能，結果表明以生物柴油降凝劑及-10號柴油對生物柴油進行混合降凝的方法，能有效降低生物柴油的凝點，并使其低溫流動性能得到改善。

生物柴油；低溫流動性；凝點

隨著世界范圍內車輛柴油化趨勢的加快，柴油需求量會越來越大，而石油資源的日益枯竭和人們環保意識的促進了世界各國開發柴油替代燃料的步伐，尤其是進入了20世紀90年代，生物柴油作為一種綠色環保型燃料引起了世界各國政府的重視[1-3]。生物柴油（Biodiesel）即脂肪酸甲酯（FattyAcid Ester），化學分子式為RCOOCH3（R：C12-24），主要是由植物油或動物脂肪等為原料制成，是一種新型清潔、可再生能源，可以替代石化柴油，直接用作柴油機的燃料[4]，是典型的“綠色可再生能源”[5]。

“地溝油”“泔水油”等廢油脂作為食品行業的副產物由于不適宜的處理方法，不但造成環境的嚴重污染，重新流入市場的廢油脂會嚴重危害人身健康。如果能將其有效回收利用，并制備成綠色環保型的生物柴油，一方面可以緩解對石化柴油的依賴；另一方面可以減少對環境的污染。然而，生物柴油的凝點較高，在很大程度上限制其應用，因此改善生物柴油低溫流動性尤為重要。

1 實驗部分

1.1 主要原料及儀器

原料：廢油脂、甲醇溶液（分析純）、NaOH、柴油降凝劑1、柴油降凝劑2、生物柴油降凝劑、-10號柴油。

儀器：電熱恒溫水浴鍋、三口燒瓶、冷凝管、溫度計、精密增力電動攪拌器、開口閃點試驗器、石油產品凝點試驗器、石油產品恩氏粘度計、電熱恒溫干燥箱。

1.2 生物柴油的制備

1.2.1 原料的預處理

將油炸后的廢油經水抽過濾，除去廢油中的食物殘渣及其它不溶性雜質，過濾后的廢油作為原料油。

1.2.2 生物柴油的制備

在前期工作的基礎上，選定最優反應條件，通過酯交換法制備生物柴油，所得生物柴油收率為93.75%。

1.3 生物柴油低溫流動性能的測定

分別使用開口閃點試驗儀器、石油產品凝點試驗儀器、石油產品恩氏粘度計儀器測定生物柴油的閃點、凝點及粘度。

2 結果與討論

2.1 生物柴油性質的測定

2.1.1 閃點的測定

由于閃點是衡量油品在運輸、儲存和使用過程中安全程度的指標，為此在開口閃點實驗儀器上分別測定了-10號柴油和所制備生物柴油的閃點，其測定結果為：-10號柴油的閃點為83.5℃；廢油生物柴油的閃點為114.5℃，由此可見，生物柴油閃點遠遠高于石化柴油閃點在運輸、使用過程中比普通柴油更加安全，不屬于危險品。

2.1.2 凝點的測定

凝點是在規定的實驗條件下，試樣開始失去流動性的最高溫度。在石油產品凝點試驗儀器上分別測得-10號柴油和制備的生物柴油凝點，得出-10號柴油凝點為-17℃；生物柴油凝點為-2℃，可見生物柴油的凝點高于-10號柴油的凝點，正是由于其凝點較高才限制了生物柴油的研發及使用。

2.1.3 粘度的測定

本實驗測定了制備的生物柴油與石化柴油的恩式粘度，根據恩式粘度與運動粘度之間的換算關系，將恩式粘度轉換成運動粘度。得出40℃時生物柴油的運動粘度為4.85 mm2/s，-10號柴油的運動的粘度為3.12 mm2/s。可見，生物柴油運動粘度略高于-10號柴油的運動粘度，所以生物柴油的霧化效果較柴油差。然而，較高的運動粘度可以使得生物柴油在不影響燃油霧化的情況下，提高運動機件的潤滑性，降低機件磨損，延長機件的使用壽命，從而減少發動機在使用過程中的維修費用，提高經濟性。

2.2 生物柴油降凝方法

2.2.1 加入柴油法

該方法是在生物柴油中加入一定量精制柴油或低凝點柴油使其冷凝點降低的一種方法。將所制備的生物柴油與0號石油柴油以不同體積比進行混合，測定混合后油品的凝點及粘度，其結果見表1。

表1生物柴油與-10號柴油混合后的凝點及粘度Table 1Pour point and viscosity of bio-diesel mixed with-10# diesel

由表1可以看出，生物柴油的凝點隨著-10號柴油的大量加入而降低，在加入60%～90%的-10號柴油后，生物柴油的凝點降低了8～11℃；而生物柴油的運動粘度隨著-10號柴油的大量加入有了明顯下降，當加入90%的-10號柴油后，生物柴油的運動粘度由4.85 mm2/s下降到3.35 mm2/s，說明-10號柴油的加入改善了生物柴油的流動性能。

2.2.2 加入降凝劑法

該方法是在生物柴油中加入少量降凝劑以提高低溫下生物柴油流動性能一種方法。

（1）加入柴油降凝劑1

由圖1表明柴油降凝劑1對生物柴油凝點及運動粘度的影響。從圖1中可以看出隨著降凝劑1加入量的增加，生物柴油凝點略有下降而粘度略有升高。說明該降凝劑對降低生物柴油低溫流動性能的改進作用不大。

（2）加入柴油降凝劑2

在生物柴油中加入不同量的柴油降凝劑2，測定其凝點及粘度的變化，結果如圖2所示。由圖2可以看出，生物柴油凝點隨著柴油降凝劑2的加入而有所降低。當柴油降凝劑2加入1.0%時，其凝點降低了8℃，說明該降凝劑的加入對生物柴油凝點的降低是有效的。由圖2也可以看出，生物柴油的粘度隨著柴油降凝劑2的加入小幅度增加，說明該降凝劑的加入對生物柴油的運動粘度影響不大。

（3）加入生物柴油降凝劑

在生物柴油中加入不同量的生物柴油降凝劑，充分混合后，測定其凝點及粘度，結果見圖3。

由圖3可以看出，生物柴油的凝點隨著生物柴油降凝劑的加入而明顯降低。當加入1.0%的生物柴油降凝劑后，其凝點降低了13℃，增大了油品的使用范圍。由圖3也可以看出，生物柴油的粘度隨著生物柴油降凝劑的加入略有增加，說明該降凝劑的加入對生物柴油的粘度影響不大。

對比3種降凝劑對生物柴油凝點及粘度的改善結果可以看出生物柴油降凝劑的降凝效果優于柴油降凝劑1及柴油降凝劑2。

2.2.3 混合降凝法

混合降凝法是在生物柴油中加入一定量精制柴油或低凝點柴油，同時加入少量降凝劑，兩者共同作用使其凝點降低的方法。

（1）加入柴油降凝劑2及-10號柴油

由前面實驗可知柴油降凝劑2對生物柴油有一定的降凝作用，故又選用其與-10號柴油對生物柴油進行混合降凝，其實驗結果如表2及表3所示。

表2柴油降凝劑2及-10號柴油對生物柴油凝點的影響Table 2The influence of pour point depressant 2 and-10# diesel on bio-diesel pour point℃

由表2可以看出，加入柴油降凝劑及-10號柴油后，生物柴油的凝點和粘度有所變化。首先，隨著-10號柴油的加入，生物柴油的凝點有較大變化，降凝劑加入后凝點又進一步降低，雖下降的幅度不是很大，但依然有一定影響。其次，粘度的變化趨勢比較平滑，在加入-10號柴油時生物柴油的粘度有所降低，當加入降凝劑后，生物柴油的粘度開始升高，但變化的幅度并不是很大。這說明降凝劑和石化柴油共同作用時，其降凝效果并不是簡單的疊加關系。

（2）加入生物柴油降凝劑及-10號柴油

由前面的實驗（圖2）得知生物柴油降凝劑能有效降低生物柴油的凝點，而柴油的加入能有效改善生物柴油的低溫流動性能。因此，本實驗考察了加入生物柴油降凝劑及-10號的綜合降凝效果。其結果見表4和表5。

表4生物柴油降凝劑及-10號柴油對生物柴油凝點的影響Table 4The influence of bio-diesel pour point depressant and -10#diesel on the pour point of bio-diesel℃

表5生物柴油降凝劑及-10號柴油對生物柴油粘度的影響Table 5The influence of bio-diesel pour point depressant and -10#diesel on the viscosity of bio-dieselmm2/s

由表4可以看出，隨著生物柴油降凝劑加入量的提高，生物柴油凝點的降低較明顯，且在0.5%（體積分數）以上時降凝效果更突出；而-10號柴油的加入量對凝點的降低作用也比較明顯，也就是說，生物柴油降凝劑和-10號柴油對生物柴油都有很好的降凝效果。由表5可知加入生物柴油降凝劑會使粘度有一定幅度的升高，這使得生物柴油的燃燒性能和流動性能收到一定的影響，限制了生物柴油在實際中的應用；而加入-10號柴油后，可以在一定程度上降低因添加降凝劑而造成的粘度過高的問題，從而使得生物柴油的流動性能得到改善。因此，生物柴油降凝劑與-10號柴油共同作用可以相互彌補各自的不足，達到降低產品凝點，且不至于因其粘度過高而限制其使用范圍的目的。

3 結論

通過實驗得出生物柴油的閃點、凝點及40℃時的運動粘度均高于-10號柴油。采用生物柴油降凝劑與-10號柴油對生物柴油進行混合降凝的效果優于其他降凝方法。

[1]汪習生，羅繼權.餐飲泔水油及廢動植物油下腳料深加工利用大有可為[J].再生資源研究，2001，3：24-26.

[2]姚亞光，紀威，張傳龍，等.餐飲業廢油脂的再生利用和回收管理[J].可再生能源，2006，2：62-64.

[3]劉偉，張天勝.利用廢油脂制備高滴點鏗基潤滑脂的研究[J].潤滑油，2005，20（3）：27-29.

[4]Giridhar Madras，C handana Kolluru，RajnishKumar，etal. Synthesis of bio-diesel in supercritical fluids[J].Fuel，2004，83：2029-2033.

[5]Ziejewski M.Z.Kaufman K.R.Pratt G.L.Vegetable oil as diesel fuel[R].USA，Argic.Rcv.Man，1983，ARM-NC-28：106.

Study on Condensation Means of Bio-diesel

ZHAO Wen-kai，ZHU Jing，SONG Ju-ling，SUN Ming-zhu，WU Yong-hong
（School of Petroleum and Chemical Engineering，Shenyang University of Technology，Liaoning Liaoyang 111003，China）

Biodiesel was prepared from waste oil by transesterification reaction.Its condensation point and flash point were-2℃and 114.5℃，respectivily，Which shows that the biodiesel has more security than-10#diesel，but the higher condensation will limit its use scope.Low-temperature flow performance of the biodiesel was improved by different means.The result shows that mixture condensation means with biodiesel condensation depressant and -10#diesel can reduce condensation effectively and improve low-temperature flow properties.

Biodiesel；Low-temperature flow performance；Condensation

TE 626.24

A

1671-0460（2010）02-0141-04

2010-01-23

趙文凱（1969－），男，遼寧燈塔人，副教授，1991年畢業于北京化纖工學院有機化工專業，目前從事化學工程與工藝研究工作，已公開發表論文10篇。電話：0419-5319372，E-mail:ZWK-99＠sohu.com。