生物柴油原料树种综合评价及乌桕基FAME的开发利用

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石油资源在可预期内的枯竭及化石燃油燃烧所带来的环境污染问题已引起世界各国的高度重视。现实的、可储运、可再生的生物柴油是一种清洁、优质的可替代燃油。由生物油脂与甲醇转酯化得到的生物柴油又名脂肪酸甲酯(Fattyacid methyl ester,FAME),其产业化事关我国的能源安全和可持续发展。充分发挥资源优势,发展木本油脂植物是适合我国国情的必然选择。因地制宜选择区域发展的生物柴油原料树种是目前我国生物柴油产业化持续、健康发展的当务之急。为促进我国生物柴油产业发展,本文在综合评价的基础上对适合福建生物柴油产业发展的乌桕(乌桕籽油俗称木油,其中乌桕籽外面的蜡层,即外种皮制取的油俗称皮油,脱除蜡层后的种子制取的油俗称梓油,)开发应用于生物柴油进行了系统的研究。(1)建立了一套生物柴油原料树种综合评价体系,确定针对生物柴油产业化发展从树种繁育、营林、原料加工、制备等有关的3级评价指标体系,并用层次分析法建立与之配套的因素权重体系。(2)主要在文献基础上,结合踏查、植物分类初步总结福建的油脂植物区系、分布;建立生物柴油原料树种的定性、定量评价标准;通过专家问卷调查和资源踏查,从福建分布及近年繁育的主要生物柴油原料树种中用简单赋值法筛选出麻疯树、乌桕、竹柏、山乌桕等8个树种;用模糊综合评判法对选出的8个树种进行综合评价并排序。(3)经测定在乌桕籽中,皮油比梓油的含油率更高,分别为24.71%、17.42%。用木油作为生物柴油的原料油具有更高的经济价值。乌桕木油和梓油的脂肪酸以C18的不饱和脂肪酸为主,是制备生物柴油的理想原料。(4)乌桕梓油,特别是木油的酸值高,本研究采用浓硫酸催化预酯化反应脱酸兼脱胶,反应的最佳工艺条件是:催化剂的量为1.2%w/w,醇油质量比为0.5,反应温度60℃,反应时间1h,酸值降至0.5以下。(5)影响乌桕梓油酯交换反应的因素有:醇油摩尔比,催化剂的浓度,反应时间,反应温度,甲酯转化率影响的大小是:醇油摩尔比>催化剂浓度>反应温度>反应时间。确定的最佳反应条件是:醇油摩尔比为7∶1,催化剂与油的质量比为1.4%,反应温度55℃,反应时间60min。木油的醇解反应特性与梓油相似,确定的最佳反应条件与梓油相同。(6)梓油基和木油基FAME在红外光谱上的特征吸收是酯基上C-O-C的不对称伸缩振动,吸收峰位置分别是:1013.03cm-1和1014.94cm-1;梓油基和木油基FAME的红外光谱的最大吸收峰是脂肪酸酯上C=0的伸缩振动吸收,分别为1736.21 cm-1和1740.30cm-1;脂肪酸链上的主要官能团也能在红外光谱上表现。为乌桕基FAME的定量分析打下基础。(7)梓油基和木油基FAME的十六烷值分别为44和43,略低于我国轻柴油标准(45以上),其余指标均符合标准;在闪点、酸值、硫含量、冷滤点等方面有明显的优势。与美国和德国的生物柴油标准有一定差距,建议在生产上增加精馏工序能改善FAME的品质。(8)乌桕基FAME与石化柴油完全互溶,石化柴油可以任意比掺混乌桕基FAME;乌桕基FAME有效燃油消耗率比柴油略高,但在低配比下与柴油相当。低配比的掺混油可以完全替代石化柴油。
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