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废食用油的燃料化机理及其燃烧性能的研究

王延耀  
【摘要】: 将废弃食用油转化成为代用燃料,代替化石柴油,能够减轻废弃物对环境的直接污染、节约能源,减少大气中产生温室效应气体的浓度,有利于生态环境的改善。本课题以人们生活中排出的废弃食用油为研究对象,通过物理和化学的处理方法,获得柴油的替代燃料,并对处理过程、转化机理以及反应动力学进行了研究,建立了转化过程的反应动力学模型。将获得的替代燃料在锅炉和柴油机中进行了燃烧性能和排放性能的研究。 1.研究了废弃食用油的物理化学指标以及脂肪酸的组成,发现废弃食用油的化学组分与燃料替代品的极其相似。 2.在废弃食用油的物理处理试验中采用陶瓷膜过滤处理技术和超声波处理技术,获得陶瓷膜过滤处理废油的最优组合条件,并对其粘温特性进行研究,绘制出粘温特性曲线;同时发现超声波强度为47W/cm~2、处理时间为32min的处理条件对废油粘度降低效果最佳。 3.在废油的化学酯交换处理过程中,发现醇油摩尔比为6.5:1,碱性催化剂浓度为1.27%,反应时间为24min时,脂肪酸甲酯的产率可以达到92.6%。对废弃食用油转化机理和反应动力学过程的研究表明,当废油过量时,其转化过程的酯交换反应呈现为伪一级反应,其反应速度方程为:-dc_M/dt=Kc_M~(1.2),反应活化能为52.129kj/mol。通过回归正交旋转组合试验设计,建立了废油生产替代燃料的数学模型,得到了最佳工艺条件,为替代燃料的工业化生产提供了理论依据。(?)=-2.023+10.576x_1+88.735x_2+0.3328x_3-2x_1x_2-0.0075x_1x_3-0.0125x_2x_3-0.604x_1~2-29.775x_2~2-0.00551x_3~2 4.通过对替代燃料的组成和理化特性分析发现:在燃烧性能方面,替代燃料具有较高的十六烷值;在物理特性方面,其闪点在100℃以上,密度比0~#柴油高10%左右;在化学组成方面,替代燃料主要是由18碳和16碳脂肪酸甲酯组成,其分子结构与理想的柴油替代品(C_(19)H_(36)O_2)相类似,说明替代燃料有更好的着火性和安全性。 5.替代燃料在锅炉的燃烧过程中,CO和CO_2气体的排出量比柴油燃料低30%~70%,且不产生硫化物,氮氧化物的排放量比柴油燃料减少了85%;替代燃料的燃烧效率可以达到68%,比柴油高出10%;前者的排气温度可以达到600℃,比柴油的高出7%,这对于温室大棚的升温、热风干燥等场所的锅炉用燃料尤为重要。 6.在额定功率和额定转速的发动机台架实验中,测得替代燃料燃烧的输出功率与柴油的基本相当;但前者的热效率要比后者低6%~14%。在不同负荷的废气温度、烟度、CO_2、CO、NOx和HC浓度比较中,替代燃料燃烧的排气温度要比柴油低10~25℃、烟度要低50~80%、CO_2浓度要低10~15%、CO浓度要低10~18%,HC浓度要低47~61%,但前者的NOx浓度要比柴油高出8%,有利于减缓目前的温室效应危机,防止环境污染。


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