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生物柴油是一种可再生、可生物降解、无毒的清洁能源,近年来一直是石化能源替代产品研究的热点之一。然而生物柴油凝点和冷滤点很高,低温情况下容易结晶析出,堵塞发动机的管道和过滤器而无法正常使用。如何降低生物柴油凝点和冷滤点成为生物柴油能否广泛使用并替代石化柴油的重要课题。目前,提高生物柴油低温流动性的方法有改变酯基结构,冬化处理,混合精制柴油,原料油的脂肪酸基因修正以及添加低温流动改进剂。其中添加降凝剂等低温流动改进剂是最直接最高效的首选方法。
本研究根据国情,以棕榈油生物柴油(PME)为研究对象,分析了其低温流动性能,选择甲基丙烯酸高级酯为聚合单体合成了生物柴油降凝剂PMA18,然后利用自制降凝剂PMA18、市售降凝剂PPD、聚甘油酯PGE等3种降凝剂改善了PME的低温流动性,最后运用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)等手段初步探讨了生物柴油降凝剂的作用机理。得出结论如下:
1.通过气相色谱分析得出24℃棕榈油生物柴油主要由棕榈酸甲酯C16:0、油酸甲酯C18:1、亚油酸甲酯C18:2、硬脂酸甲酯C18:0组成,饱和脂肪酸甲酯大概占有50%。经计算得到棕榈油生物柴油的平均碳数为CPME=17.02。
2.以PME的冷滤点降低(△CFPP)的评价标准用单因素法确定的聚合反应条件范围是:反应时间为5h～7h,反应温度为60℃～70℃,链转移剂添加量为1.0%～1.5%,选择溶剂用量为45%～55%,引发剂浓度选择1.0%～1.5%。以PME的△CFPP为评价标准,通过5因素4水平正交聚合反应实验得出,各因素对降凝剂性能影响大小的先后顺序为:反应温度＞反应时间＞引发剂＞溶剂用量＞锛转移剂用量。
3.自制降凝剂PMA18、市售柴油降凝剂PPD、聚甘油酯PGE单独使用时具有一定的降滤效果,但不同生物柴油对同一改进剂的感受性有很大差别。添加0.5%和1%的PMA18能使冷滤点分别降低9℃、8℃,明显优于添加其他两种降凝剂的效果,论证了关于降凝剂单体(甲基丙烯酸十八酯或甲基丙烯酸十六酯)要根据平均碳数(CPME=17.02)来选择的设计准则的正确性。二元、三元复配的降滤效果提高了降凝剂使用的稳定性。其中总添加量为1%油重的PPD/PMA18/PGE,配方比例为3:1:1和2:2:1时降低PME冷滤点7℃。自制降凝剂PMA18对掺混型生物柴油仍然有明显的降滤效果这对于目前生物柴油主要作为混合燃料使用具有实际的应用意义。
4.通过XRD、DSC的分析推测生物柴油降凝剂的作用机理是由晶核理论、吸附理论、共晶理论共同作用的结果。