论文部分内容阅读
生物柴油燃烧性能良好,且具有可持续性和环境友好性,大力发展生物柴油对于缓解能源短缺危机,改善生态环境具有重要意义。棕榈油生物柴油（PME）低温流动性能较差,低温环境下容易结晶影响正常使用。本文对PME结晶行为、析出晶体形态及影响因素等进行系统研究,探究PME结晶机理,并对PME结晶过程进行模拟,为改善PME低温流动性能提供理论依据。以棕榈油为原料制备生物柴油,经检测理化性能符合国标要求。使用气质联用仪对生物柴油及石化柴油化学组成进行分析。结果表明：PME由C、H、O三种元素构成,主要成分为10～24个偶数碳原子组成的脂肪酸甲酯（FAME）。其中,饱和饱和脂肪酸甲酯（SFAME）和不饱和脂肪酸甲酯（UFAME）的质量分数分别为40.13%和59.57%。SFAME主要成分为棕榈酸甲酯（C16：0）,其质量分数为31.04%。其次为硬脂酸甲酯（C18：0）,质量分数为6.64%。而UFAME主要由单不饱和脂肪酸甲酯（C16：1～C20：1）、二不饱和脂肪酸甲酯（C18：2）和三不饱和脂肪酸甲酯（C18：3）构成,其质量分数分别为44.54%、14.44%、0.59%。石化柴油含有C、H两种元素,主要是由8-24个碳原子组成的正构烷烃构成。-10PD中正构烷烃质量分数为61.26%。使用低温显微设备观察PME结晶过程,对获取的晶体图像进行定量表征。研究发现,温度、降温速率、调合及添加低温流动性改进剂都会对结晶过程产生重要影响。随着温度降低,析出晶体数量不断增加后趋于稳定,晶体体积不断增大,并相互聚集、联结形成复杂结构。降温速率较小时,生成晶体数量较少,单个晶体体积较大,呈规则多边形片状结构。降温速率较大时析出晶体数量增大,体积减小,呈复杂的团簇状结构。与石化柴油调合和添加低温流动改进剂,可以抑制晶体生长,减小生成晶体尺寸。PME可以看作高熔点SFAME为溶质,低熔点UFAME作为溶剂的伪二元溶液。结晶过程分为溶液过饱和、成核、晶体生长三个阶段。其晶体生长机制分为两类：平衡生长机制、分形生长机制。平衡条件下,晶习由晶体中各晶面生长速率差异确定,外形规则,具有明显对称性和各向异性。外部环境偏离平衡时,晶体出现分形生长,形成晶习为团簇状不规则枝权结构,周围分布细小相似枝晶,具有明显分形特征。以C18：0为酯晶中SFAME模型化合物,使用Materials Studio软件,采用BFDH模型、AE模型对平衡状态下PME晶体形态进行模拟。两种模型得到的理论晶习均呈六面体薄片状晶体,最大显露面为{002}面,与低温结晶试验观察结果吻合。AE模型考虑晶面附着能,所得晶习层间距更小晶体更薄,更符合实际情况。以C18为柴油蜡晶中正构烷烃模型化合物。利用Materials Studio软件,采用BFDH模型、AE模型预测该晶体平衡态的理论晶习。所得晶习均为六角片状,{001}面为最大显露面,与蜡晶实际形态相符。采用DLA模型,利用Matlab软件模拟PME非平衡状态下生长过程。模拟结果为团簇状不规则凝聚体,呈现分形特征,非平衡态下PME析出酯晶图像具有一定相似性。