生物柴油-石化柴油掺混油低温性能改进研究

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由于世界石油储备的减少,对能源的依赖程度不断提高以及化石燃料对环境的影响,清洁的可再生碳能源已经引起广泛研究者们的注意。生物燃料,尤其是生物柴油,已经成为了石油柴油的可行替代品,因为它可以直接用于现有的运输基础设施而无需对柴油发动机进行重大改动。但是生物柴油中包含较多的饱和脂肪酸甲酯,造成了较差的低温流动性,这极大地限制了生物柴油在实际生活中的应用。本文利用掺混法将地沟油生物柴油与石化柴油相结合来改善低温性能。通过制备聚甲基丙酸酯类降凝剂(PPD)来进一步提高生物柴油掺混油的低温流动性。利用差示扫描量热法(DSC),偏光光学显微镜(POM)和流变学分析等测试手段探讨这些降凝剂在生物柴油掺混油中的作用机理。主要研究内容和结果如下:(1)合成一系列甲基丙烯酸酯-甲基丙烯酸苄酯-N-乙烯基吡咯烷酮三元共聚物(RMC-MB-NVP,R=C12,C14,C16,C18),并用作废食用油生物柴油掺混油的降凝剂。为了进一步改善降凝效果,优选了四种分散剂包括吐温(40、60和80),司盘(40、60和80),邻苯二甲酸酯(PAE)和脂肪醇聚氧乙烯醚(FAPE5,FAPE7,和FAPE9),并将其与C16MC-MB-NVP三元共聚物结合使用。研究了C16MC-MB-NVP三元共聚物和复配降凝剂(PPDC)对生物柴油掺混油的浊点(CP),冷滤点(CFPP)和倾点(PP)的影响。结果表明,分散剂的存在可以有效地提高聚合物降凝剂在生物柴油掺混油中的溶解度和分散性。因此,PPDC表现出更好的降凝效果。其中,C16MC-MB-NVP(5:1:1)与FAPE7分散剂以4:1的质量比(PPDC-FAPE7)组合显示出最佳的协同作用,使用2000ppm PPDC-FAPE7处理的B20的CP,CFPP和PP分别降低了4、10和19℃。使用POM、DSC和粘度-温度曲线探究生物柴油掺混油在低温下的蜡晶形态、固液相变能以及粘度的变化。(2)合成一系列甲基丙烯酸酯-乙酸乙烯酯-N-苯基甲基丙烯酰胺(RMC-VA-NPM,R=C12,C14,C16,C18)三元共聚物作为降凝剂,并将降凝剂应用于生物柴油和石化柴油的最佳混合物,即B20(20%的生物柴油+80%的柴油)。在这项工作中,添加量为2000ppm的C14MC-VA-NPM(15:1:1)对改善B20的低温流动性具有最优异的效果。相应地,B20的CFPP和PP分别降低了16℃和18℃。有趣的是,质量比为5:1的C14MC-VA-NPM(15:1:1)和棕榈油酸甲酯(生物柴油中的一种成分)组成的复配降凝剂(PPDC-3)具有更好的降凝效果。1000ppm PPDC-3将B20的CFPP和PP分别降低了17℃和20℃。通过DSC、POM和流变学分析发现低温下添加降凝剂的柴油蜡晶形态发生变化、晶体尺寸变小、固液相变能减少,从而改善了B20的低温流动性。
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