稻米油生物柴油與石化柴油混合燃料低溫流動性能的研究?

何抗抗，楊 超，藺華林，韓 生

(上海應用技術大學 化學與環境工程學院，上海201418)

能源是人類社會發展的重要物質基礎，隨著經濟社會的快速發展，能源短缺和環境污染越來越受到人們的關注，石油資源的枯竭[1-3]，亟需一種可替代石化柴油的清潔能源。生物柴油，是一種優質的石化柴油替代燃料，屬于可再生能源[4-5]，是由天然植物油，動物脂肪，工程微藻以及廢棄油脂等原料[6-9]，與短鏈醇通過酯交換反應所生成。生物柴油的碳鏈結構和石化柴油非常相似，根據相似相溶原理，二者可以完全互溶。作為石化柴油的替代燃料，生物柴油可以單獨使用，也可以與石化柴油摻混使用。與石化柴油相比，生物柴油不含硫和芳香烴，排放污染物少，具有可再生，可生物降解，無毒，潤滑性能好，十六烷值高，閃點高，運輸安全性好等優點[10-12]。

近年來，生物柴油因為具備以上優點，受到國內外研究者的關注，但是其低溫流動性差，在0℃附近生物柴油中的飽和脂肪酸甲酯容易結晶析出，堵塞柴油機燃油管道和過濾器，導致發動機無法正常運行[13-14]。因此，為了促進生物柴油產業發展，設法提高生物柴油的低溫流動性，改善其不足，是非常必要的。目前，改善生物柴油低溫流動性主要有冬化處理，加入低溫流動改進劑，混合降凝法，摻混法和改變脂肪酸酯的酯基結構幾種方法[15]。

作者以實驗室自制稻米油生物柴油為原料，并分別將稻米油生物柴油與0＃柴油和煤直接液化柴油摻混，通過測定混合燃料的冷濾點、傾點和運動黏度等低溫流動性指標，研究摻混法對稻米油生物柴油低溫流動性的影響。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

稻米油生物柴油:實驗室自制;0＃柴油:大慶油田上海何家灣加油站;煤直接液化柴油:神華集團有限責任公司。

多功能低溫試驗器:SYP1022-2，上海博立儀器設備有限公司;電熱恒溫鼓風干燥箱:DHG-9140A，鞏義市瑞力儀器設備有限公司;石油產品運動黏度測定器:SYD-265B，上海昌吉地質儀器有限公司;電子天平:JA1003，上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.2 分析方法

1.2.1 與0＃柴油摻混

將稻米油生物柴油分別以體積分數5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的調和比例與0＃柴油進行摻混，混合燃料的低溫流動性能指標冷濾點、傾點、黏度分別按標準SH/T0248—2006，GB/T3535—83，GB/T265—88測定。

1.2.2 與煤直接液化柴油摻混

將稻米油生物柴油分別以體積分數5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的調和比例與煤直接液化柴油進行摻混，混合燃料的低溫流動性能指標冷濾點、傾點、黏度分別按 標 準 SH/T0248—2006，GB/T3535—83，GB/T265—88測定。

2 結果與討論

2.1 稻米油生物柴油與0＃柴油混合燃料的低溫流動性

2.1.1 混合燃料的冷濾點和傾點

稻米油生物柴油與0＃柴油混合燃料的冷濾點和傾點隨φ(稻米油生物柴油)的變化見圖1。

圖1 φ(稻米油生物柴油)與冷濾點和傾點的關系

從圖1可以看出，稻米油生物柴油與0＃柴油摻混后，混合燃料的低溫流動性得到有效改善，冷濾點和傾點都有所降低。隨著φ(稻米油生物柴油)的增大，混合燃料的冷濾點和傾點均呈現先緩慢降低后迅速升高的趨勢，當φ(稻米油生物柴油)增加到60%時，混合燃料的冷濾點和傾點降到最低，分別為－10℃和－15℃;當φ(稻米油生物柴油)＞60%后，混合燃料的冷濾點和傾點迅速升高，分別從－10℃和－15℃升高到－3℃和－6℃。這是因為稻米油生物柴油與0＃柴油摻混后，混合燃料中的飽和脂肪酸甲酯的含量相對降低了，使得冷卻時不易結晶析出，這就使混合燃料的冷濾點和傾點均低于稻米油生物柴油和0＃柴油;另一方面，0＃柴油中含有的長鏈烷烴能夠和稻米油生物柴油中長鏈的飽和脂肪酸甲酯形成低共熔混合物，使得混合燃料的冷濾點和傾點比生物柴油和0＃柴油都低。最后當φ(稻米油生物柴油)＞60%后，由于混合燃料中的飽和脂肪酸甲酯的含量相對于小比例調和油時升高了，更加容易析出晶體，從而使混合燃料的冷濾點和傾點開始升高。稻米油生物柴油與0＃柴油摻混時，混合燃料的組成發生了變化，在低溫下蠟晶的形狀和大小都發生了變化，難以形成三維網狀結構。

2.1.2 混合燃料的運動黏度

混合燃料40℃下的運動黏度隨φ(稻米油生物柴油)的變化見圖2。

圖2 φ(稻米油生物柴油)與運動黏度的關系

從圖2可以看出，混合燃料的運動黏度隨著φ(生物柴油)的增大逐漸增大，且一直在稻米油生物柴油(40℃下運動黏度為4.12 mm2/s)和0＃柴油(40℃下運動黏度為2.98 mm2/s)的運動黏度之間，均在國家標準規定的范圍1.9～6.0 mm2/s。生物柴油的運動黏度比0＃柴油大，這也是其低溫流動性較差的一個重要原因。可見，與0＃柴油摻混后，能夠在一定程度上減小生物柴油的運動黏度，提高其低溫流動性。

2.2 稻米油生物柴油與煤直接液化柴油混合燃料的低溫流動性

2.2.1 混合燃料的冷濾點和傾點

稻米油生物柴油與煤直接液化柴油混合燃料的冷濾點和傾點隨φ(稻米油生物柴油)的變化見圖3。

圖3 φ(稻米油生物柴油)與冷濾點和傾點的關系

從圖3可以看出，稻米油生物柴油與煤直接液化柴油摻混后，混合燃料的低溫流動性能改善效果非常明顯，冷濾點和傾點均降低很多。這是因為煤直接液化柴油中不飽和烴如烯烴、芳香烴、環烷烴和多環芳香族碳氫化合物的含量比較高，冷濾點和傾點分別為－54℃和－64℃。隨著生物柴油調和比例的增大，混合燃料的冷濾點和傾點逐漸升高，當φ(稻米油生物柴油)增加到80%時，混合燃料的冷濾點和傾點分別為－10℃和－16℃，遠低于生物柴油(冷濾點和傾點分別為－3℃和－4℃)。由此可見，煤直接液化柴油由于低溫流動性非常優秀，可以作為一種稀釋劑加入到生物柴油中，對其低溫流動性能進行改善。

2.2.2 混合燃料的運動黏度

混合燃料40℃下的運動黏度隨φ(稻米油生物柴油)的變化見圖4。

圖4 φ(稻米油生物柴油)與運動黏度的關系

從圖4可以看出，混合燃料的運動黏度隨著φ(稻米油生物柴油)的增大逐漸增大，且一直在稻米油生物柴油和煤直接液化柴油的運動黏度之間，其規律與和0＃柴油摻混時比較相似。可見，同樣作為生物柴油低溫流動性能指標，運動黏度與冷濾點和傾點不同，受生物柴油組成結構的影響相對較小。稻米油生物柴油與煤直接液化柴油摻混后，能夠在一定程度上減小生物柴油的運動黏度，提高其低溫流動性。

3 結 論

(1)向稻米油生物柴油中加入0＃柴油后，由于兩種柴油中的組分能夠形成低共熔物，混合燃料的冷濾點、傾點和運動黏度都降低了，生物柴油的低溫流動性得到有效改善。當φ(稻米油生物柴油)＝60%時，混合燃料的冷濾點和傾點最低，分別為－10℃和－15℃;

(2)向稻米油生物柴油中加入煤直接液化柴油后，由于煤直接液化柴油的稀釋作用，混合燃料的冷濾點、傾點和運動黏度都降低了，生物柴油的低溫流動性得到有效改善。由于煤直接液化柴油低溫流動性非常好，加入少量的煤直接液化柴油就能有效改善生物柴油的低溫流動性。當φ(稻米油生物柴油)＝80%時，就可以使混合燃料的冷濾點和傾點分別降低到－10℃和－16℃;

(3)稻米油生物柴油與兩種石化柴油摻混，混合燃料的運動黏度均隨著生物添加比例的增加而減小，生物柴油的黏度比石化柴油大，也是其低溫流動性差的一個重要原因。

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