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《昆明理工大学》 2011年
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乳化生物柴油的研制及其性能研究

刘淑娟  
【摘要】:当前世界性能源短缺,原油价格一再上涨,以及与燃油有关的各种环境问题异常突出,使得再生能源的研发、能源与环境问题之间的关系研究,受到人们的广泛关注。现有研究已证实,生物柴油是一种可再生的清洁能源,在柴油中掺水能起到很好的节能减排效果。本研究通过阐述当前能源形势以及能源与环境问题之间的关系,分析了国内外有关生物柴油和乳化生物柴油的研究及应用情况,提出了研发乳化生物柴油的研究意义及研究内容。 课题组前期研究表明,棕榈生物柴油研制成本昂贵,燃烧时节能减排效果不显著。本课题在此基础上,进行深入研究,以期解决这一问题。 本研究深入探究了棕榈油制备生物柴油的最优制备条件,通过正交实验优化表明,精制棕榈油与无水乙醇在NaOH催化作用下,制备生物柴油的适宜合成工艺条件为:最佳醇油摩尔比8:1、催化剂最佳用量为原料油的0.6%、最佳反应温度40℃、最佳反应时间1h、搅拌速度约1300r/min。该条件下的实验结果表明,生物柴油产率达到98.03%。对所制生物柴油进行理化性质检测分析表明,产品的成分主要为乙酯,没有检出乙醇,理化性质基本符合《柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)国家标准》(GB/T20828-2007)的要求。 在生物柴油制备的基础上,进行了乳化生物柴油稳定性实验研究。通过单因素实验,系统评价了两相密度、复配乳化剂、HLB值、掺水量、乳化温度、搅拌速率等因素对乳化生物柴油稳定性的影响。实验结果表明,乳化生物柴油合成的最佳条件为:两相密度近似值为0.900g/ml、乳化剂配方为:TX-100与Span80、HLB值为6.0、掺水量为10%、搅拌速率为2000r/min、乳化温度为40℃。并经实验验证,在该条件下所制备的乳化生物柴油稳定期大于121天,与同类研究相比,稳定性较好。光学显微镜观察显示,所制乳化生物柴油为油包水型(W/O)乳化液。 乳化生物柴油在双缸直喷式柴油机台架上的应用研究表明: 外特性实验:柴油机燃用纯乳化油B1100时,其平均最大输出功率、平均扭矩点、平均烟度、平均排气温均低于燃用柴油时的值(分别低于柴油:15.6%、15.6%、57.2%、24.6%);平均比油耗高于柴油44.7%燃用B110时,其平均最大输出功率、平均扭矩点、平均比油耗均高于燃用柴油时的值,分别高于柴油:12.1%、11.4%、9.6%。平均烟度和平均排气温均低于燃用柴油时的值,分别低于柴油:19.4%和2%;燃用B130时,因乳化油与柴油混合后在燃烧过程中出现水油分层现象而使整个工况不稳。因此课题自制的乳化生物柴油以小比例与柴油掺混燃用时,柴油机可取得优良的动力性能和排放性能。 负荷特性实验:转速为1600r/min时,B1100和B110分别比柴油的平均比油耗高48.9%和23.1%,燃用B1100、B110的平均烟度比燃用柴油时的分别降低了49.6%和1.8%;转速为2000r/min时,B1100和B110分别比柴油的平均比油耗高41.7%和18.5%,燃用B1100平均烟度比燃用柴油时的提高了12.4%;燃用B110平均烟度比燃用柴油时的降低了1.03%。相同转速,不同扭矩点下,0#柴油的排温高于各乳化生物柴油油品。 通过对所研发产品的燃油消耗率核算和经济效益性分析得出:燃用纯乳化生物柴油时的当量比油耗低于燃用柴油的油耗量,按当前市场价格核算,纯乳化生物柴油的生产成本(4615.23元/t)小于棕榈生物柴油(6000元/t)和0#柴油(7730元/t)的市场售价,具有可观的经济价值和工业化应用前景。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TE667

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