生物柴油降凝方法的研究*

赵文凯，朱静，宋菊玲，孙明珠，吴永红

（沈阳工业大学石油化工学院，辽宁辽阳111003）

生物柴油降凝方法的研究*

赵文凯，朱静，宋菊玲，孙明珠，吴永红

（沈阳工业大学石油化工学院，辽宁辽阳111003）

以废油脂为原料通过酯交换法制备了生物柴油，测定其凝点为-2℃，闪点为114.5℃，说明生物柴油比-10号柴油具有更高的安全性，但其凝点限制了它的使用范围。采用不同的方法改善生物柴油的低温流动性能，结果表明以生物柴油降凝剂及-10号柴油对生物柴油进行混合降凝的方法，能有效降低生物柴油的凝点，并使其低温流动性能得到改善。

生物柴油；低温流动性；凝点

随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快，柴油需求量会越来越大，而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的促进了世界各国开发柴油替代燃料的步伐，尤其是进入了20世纪90年代，生物柴油作为一种绿色环保型燃料引起了世界各国政府的重视[1-3]。生物柴油（Biodiesel）即脂肪酸甲酯（FattyAcid Ester），化学分子式为RCOOCH3（R：C12-24），主要是由植物油或动物脂肪等为原料制成，是一种新型清洁、可再生能源，可以替代石化柴油，直接用作柴油机的燃料[4]，是典型的“绿色可再生能源”[5]。

“地沟油”“泔水油”等废油脂作为食品行业的副产物由于不适宜的处理方法，不但造成环境的严重污染，重新流入市场的废油脂会严重危害人身健康。如果能将其有效回收利用，并制备成绿色环保型的生物柴油，一方面可以缓解对石化柴油的依赖；另一方面可以减少对环境的污染。然而，生物柴油的凝点较高，在很大程度上限制其应用，因此改善生物柴油低温流动性尤为重要。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

原料：废油脂、甲醇溶液（分析纯）、NaOH、柴油降凝剂1、柴油降凝剂2、生物柴油降凝剂、-10号柴油。

仪器：电热恒温水浴锅、三口烧瓶、冷凝管、温度计、精密增力电动搅拌器、开口闪点试验器、石油产品凝点试验器、石油产品恩氏粘度计、电热恒温干燥箱。

1.2 生物柴油的制备

1.2.1 原料的预处理

将油炸后的废油经水抽过滤，除去废油中的食物残渣及其它不溶性杂质，过滤后的废油作为原料油。

1.2.2 生物柴油的制备

在前期工作的基础上，选定最优反应条件，通过酯交换法制备生物柴油，所得生物柴油收率为93.75%。

1.3 生物柴油低温流动性能的测定

分别使用开口闪点试验仪器、石油产品凝点试验仪器、石油产品恩氏粘度计仪器测定生物柴油的闪点、凝点及粘度。

2 结果与讨论

2.1 生物柴油性质的测定

2.1.1 闪点的测定

由于闪点是衡量油品在运输、储存和使用过程中安全程度的指标，为此在开口闪点实验仪器上分别测定了-10号柴油和所制备生物柴油的闪点，其测定结果为：-10号柴油的闪点为83.5℃；废油生物柴油的闪点为114.5℃，由此可见，生物柴油闪点远远高于石化柴油闪点在运输、使用过程中比普通柴油更加安全，不属于危险品。

2.1.2 凝点的测定

凝点是在规定的实验条件下，试样开始失去流动性的最高温度。在石油产品凝点试验仪器上分别测得-10号柴油和制备的生物柴油凝点，得出-10号柴油凝点为-17℃；生物柴油凝点为-2℃，可见生物柴油的凝点高于-10号柴油的凝点，正是由于其凝点较高才限制了生物柴油的研发及使用。

2.1.3 粘度的测定

本实验测定了制备的生物柴油与石化柴油的恩式粘度，根据恩式粘度与运动粘度之间的换算关系，将恩式粘度转换成运动粘度。得出40℃时生物柴油的运动粘度为4.85 mm2/s，-10号柴油的运动的粘度为3.12 mm2/s。可见，生物柴油运动粘度略高于-10号柴油的运动粘度，所以生物柴油的雾化效果较柴油差。然而，较高的运动粘度可以使得生物柴油在不影响燃油雾化的情况下，提高运动机件的润滑性，降低机件磨损，延长机件的使用寿命，从而减少发动机在使用过程中的维修费用，提高经济性。

2.2 生物柴油降凝方法

2.2.1 加入柴油法

该方法是在生物柴油中加入一定量精制柴油或低凝点柴油使其冷凝点降低的一种方法。将所制备的生物柴油与0号石油柴油以不同体积比进行混合，测定混合后油品的凝点及粘度，其结果见表1。

表1生物柴油与-10号柴油混合后的凝点及粘度Table 1Pour point and viscosity of bio-diesel mixed with-10# diesel

由表1可以看出，生物柴油的凝点随着-10号柴油的大量加入而降低，在加入60%～90%的-10号柴油后，生物柴油的凝点降低了8～11℃；而生物柴油的运动粘度随着-10号柴油的大量加入有了明显下降，当加入90%的-10号柴油后，生物柴油的运动粘度由4.85 mm2/s下降到3.35 mm2/s，说明-10号柴油的加入改善了生物柴油的流动性能。

2.2.2 加入降凝剂法

该方法是在生物柴油中加入少量降凝剂以提高低温下生物柴油流动性能一种方法。

（1）加入柴油降凝剂1

由图1表明柴油降凝剂1对生物柴油凝点及运动粘度的影响。从图1中可以看出随着降凝剂1加入量的增加，生物柴油凝点略有下降而粘度略有升高。说明该降凝剂对降低生物柴油低温流动性能的改进作用不大。

（2）加入柴油降凝剂2

在生物柴油中加入不同量的柴油降凝剂2，测定其凝点及粘度的变化，结果如图2所示。由图2可以看出，生物柴油凝点随着柴油降凝剂2的加入而有所降低。当柴油降凝剂2加入1.0%时，其凝点降低了8℃，说明该降凝剂的加入对生物柴油凝点的降低是有效的。由图2也可以看出，生物柴油的粘度随着柴油降凝剂2的加入小幅度增加，说明该降凝剂的加入对生物柴油的运动粘度影响不大。

（3）加入生物柴油降凝剂

在生物柴油中加入不同量的生物柴油降凝剂，充分混合后，测定其凝点及粘度，结果见图3。

由图3可以看出，生物柴油的凝点随着生物柴油降凝剂的加入而明显降低。当加入1.0%的生物柴油降凝剂后，其凝点降低了13℃，增大了油品的使用范围。由图3也可以看出，生物柴油的粘度随着生物柴油降凝剂的加入略有增加，说明该降凝剂的加入对生物柴油的粘度影响不大。

对比3种降凝剂对生物柴油凝点及粘度的改善结果可以看出生物柴油降凝剂的降凝效果优于柴油降凝剂1及柴油降凝剂2。

2.2.3 混合降凝法

混合降凝法是在生物柴油中加入一定量精制柴油或低凝点柴油，同时加入少量降凝剂，两者共同作用使其凝点降低的方法。

（1）加入柴油降凝剂2及-10号柴油

由前面实验可知柴油降凝剂2对生物柴油有一定的降凝作用，故又选用其与-10号柴油对生物柴油进行混合降凝，其实验结果如表2及表3所示。

表2柴油降凝剂2及-10号柴油对生物柴油凝点的影响Table 2The influence of pour point depressant 2 and-10# diesel on bio-diesel pour point℃

由表2可以看出，加入柴油降凝剂及-10号柴油后，生物柴油的凝点和粘度有所变化。首先，随着-10号柴油的加入，生物柴油的凝点有较大变化，降凝剂加入后凝点又进一步降低，虽下降的幅度不是很大，但依然有一定影响。其次，粘度的变化趋势比较平滑，在加入-10号柴油时生物柴油的粘度有所降低，当加入降凝剂后，生物柴油的粘度开始升高，但变化的幅度并不是很大。这说明降凝剂和石化柴油共同作用时，其降凝效果并不是简单的叠加关系。

（2）加入生物柴油降凝剂及-10号柴油

由前面的实验（图2）得知生物柴油降凝剂能有效降低生物柴油的凝点，而柴油的加入能有效改善生物柴油的低温流动性能。因此，本实验考察了加入生物柴油降凝剂及-10号的综合降凝效果。其结果见表4和表5。

表4生物柴油降凝剂及-10号柴油对生物柴油凝点的影响Table 4The influence of bio-diesel pour point depressant and -10#diesel on the pour point of bio-diesel℃

表5生物柴油降凝剂及-10号柴油对生物柴油粘度的影响Table 5The influence of bio-diesel pour point depressant and -10#diesel on the viscosity of bio-dieselmm2/s

由表4可以看出，随着生物柴油降凝剂加入量的提高，生物柴油凝点的降低较明显，且在0.5%（体积分数）以上时降凝效果更突出；而-10号柴油的加入量对凝点的降低作用也比较明显，也就是说，生物柴油降凝剂和-10号柴油对生物柴油都有很好的降凝效果。由表5可知加入生物柴油降凝剂会使粘度有一定幅度的升高，这使得生物柴油的燃烧性能和流动性能收到一定的影响，限制了生物柴油在实际中的应用；而加入-10号柴油后，可以在一定程度上降低因添加降凝剂而造成的粘度过高的问题，从而使得生物柴油的流动性能得到改善。因此，生物柴油降凝剂与-10号柴油共同作用可以相互弥补各自的不足，达到降低产品凝点，且不至于因其粘度过高而限制其使用范围的目的。

3 结论

通过实验得出生物柴油的闪点、凝点及40℃时的运动粘度均高于-10号柴油。采用生物柴油降凝剂与-10号柴油对生物柴油进行混合降凝的效果优于其他降凝方法。

[1]汪习生，罗继权.餐饮泔水油及废动植物油下脚料深加工利用大有可为[J].再生资源研究，2001，3：24-26.

[2]姚亚光，纪威，张传龙，等.餐饮业废油脂的再生利用和回收管理[J].可再生能源，2006，2：62-64.

[3]刘伟，张天胜.利用废油脂制备高滴点铿基润滑脂的研究[J].润滑油，2005，20（3）：27-29.

[4]Giridhar Madras，C handana Kolluru，RajnishKumar，etal. Synthesis of bio-diesel in supercritical fluids[J].Fuel，2004，83：2029-2033.

[5]Ziejewski M.Z.Kaufman K.R.Pratt G.L.Vegetable oil as diesel fuel[R].USA，Argic.Rcv.Man，1983，ARM-NC-28：106.

Study on Condensation Means of Bio-diesel

ZHAO Wen-kai，ZHU Jing，SONG Ju-ling，SUN Ming-zhu，WU Yong-hong
（School of Petroleum and Chemical Engineering，Shenyang University of Technology，Liaoning Liaoyang 111003，China）

Biodiesel was prepared from waste oil by transesterification reaction.Its condensation point and flash point were-2℃and 114.5℃，respectivily，Which shows that the biodiesel has more security than-10#diesel，but the higher condensation will limit its use scope.Low-temperature flow performance of the biodiesel was improved by different means.The result shows that mixture condensation means with biodiesel condensation depressant and -10#diesel can reduce condensation effectively and improve low-temperature flow properties.

Biodiesel；Low-temperature flow performance；Condensation

TE 626.24

A

1671-0460（2010）02-0141-04

2010-01-23

赵文凯（1969－），男，辽宁灯塔人，副教授，1991年毕业于北京化纤工学院有机化工专业，目前从事化学工程与工艺研究工作，已公开发表论文10篇。电话：0419-5319372，E-mail:ZWK-99＠sohu.com。