生物柴油的热分析

石油与天然气化工第38卷第2期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL & GAS生物柴油的热分析张蓉仙陈秀江苏大学)摘要朱用德国 NETZSCH公司的STA449C型热分析仪对生物柴油和石油柴油在不同升温速率和气氛下进行热重分析和差示扫描量热分析。研究表明:随着升温速率的增加,生物柴油的挥发和分解向高温区移动。生物柴油在氯气气氛下发生热解,在空气气氛下发生燃烧。生物柴油的挥发性较石油柴油低,但可燃性好关键词生物柴油热重法差示扫描量热法DOl:10.3969/j,issn.1007-3426.209.02.020随着石油资源逐渐枯竭与环境恶化,生物柴油1.2油品( Biodiesel,BD)作为石油柴油( Petrodiesel,PD)的生物柴油:菜籽油生物柴油( Rapeseed Methyl重要补充,以其可再生性和环境友好引起了世界各 Ester,RME),本实验室制备。石油柴油为-10号柴国广泛关注。对生物柴油燃烧特性的研究一直是该油(-10 Petrodiesel,-10PD),中石油产品。领域的热点热分析是国内外研究燃烧特性最常用2结果与讨论的方法之一,但将其运用于生物柴油的研究极少,主要进行生物柴油的热重分析-3。挥发性和可燃性由GCMS分析RME和-10PD的组成可知,是影响压燃式发动机中燃料着火性能的一个重要指RME由10~24个偶数碳原子的脂肪酸甲酯(Fay标,挥发性和可燃性越好,着火和燃烧性能就越好Acid Methyl Ester,FAME)组成,-10号柴油主要本文就该问题进行了以下实验由10~26个碳原子的长直链烷烃组成。影响热分析结果的实验条件主要有升温速率、气氛等。1实验部分2.1实验条件1.1实验仪器2.1.1升温速率利用德国 NETZSCH公司的STA-449C型热生物柴油在N2气氛下,不同升温速率下的分析仪对生物柴油进行同步热分析:热重分析 TG-DSC曲线如图1所示。( Thermogravimetry,TG)和差示扫描量热分析( Differential Scanning Calorimetry,DSC)。分析条+135c/min.2件为:样品质量10~20mg(铂金坩锅);气氛为高纯+12C15℃/m0氮气(9.998和氧气流量50 ml/ming;程序升温;2804:25.8.8曾1.6音初始温度为室温升温速率为5、10、15℃/min,结束上混4.4温度为600℃。利用美国 Finnigan公司的 Trace Ms型色质联中国煤化工0600用仪(GCMS)分析生物柴油和石油柴油的组成CNMHTGDs曲线国家自然科学基金项目(50376021)生物柴油的热分析由图1可见,随着升温速率的增加,RME的下的热解过程分成二个阶段:挥发和分解。RME中TG和DSC曲线向高温区偏移。这主要是由于随FAME挥发和分解吸收的热量及峰值温度见图3着升温速率的增加,RME中FAME尚未来得及挥RME在空气气氛下的燃烧过程也分为两个阶发和分解就进入更高的温度,造成挥发和分解滞后。段:挥发和燃烧。RME中FAME挥发时吸收的热升温速率越大,热滞后现象越明显。这与 Marta M.量和燃烧时放出的热量及峰值温度见图4。Concei等的研究结果一致]。2.2生物柴油的挥发性和可燃性2.1.2气氛2.2.1生物柴油的挥发性生物柴油在升温速率为10℃/min,情性(N2)生物柴油与石油柴油在N2气氛和升温速率为和氧化(模拟空气:N+O2)气氛下的 TG-DSC曲10c/min下的 TGDTG曲线如图5所示,挥发温线如图2所示。RME中FAME在N2气氛下热解,度如表1所示。在空气气氛下燃烧。由图2可见RME在N2气氛峰值:245.7℃峰值:228.9℃值4C一室气0.540}峰值:18061.5另峰值:304.1℃100200300400500温度,℃度,℃图5RE与-100在№气氛和升温速率为10℃/min下的TG-DTG曲线图2R在不同气氛下的 TG-DSC曲线样品88.5℃250.580.0316.8注:T为挥发分初析温度,样品失重5%对应的温度T。为挥发分最大析出速率对应的温度,DTG曲线峰值对应的温度;T为挥发分析出终止温度,样品200300400500600失重95%对应的温度温度,℃图3RME在№气氛和升温速率为10℃/min下的 TG-DSC曲线由图5和表1可见RME较-10PD难挥发,难着火。这与X.Lang等的研究结果一致10PD的初析温度较低,只有88.5℃,终止温度为↓放热10.52197℃。而在-10PD挥发分析出速率已达到最峰的综合分析0.5曾大(180.0℃)时,RME的失重仅为3.92%,几乎未峰的综合分1.0终止点:186.9℃开始挥发。RME的初析温度为186.5℃,终止温度起始点:253终止点:34-2.0为316.8℃,挥发分的初析温度和终止温度明显高100200300400500600温度,℃中国煤化工图4"E在空气气氛和升温速率为10℃/mn下的dYHCNMHG综椭酸甲脂TG-DSC曲线图6分子结构石油与天然气化工第38卷第2期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL GAS163于-1 PD, RME较-10PD难挥发。这主要是因为3结论两者组成存在差异,-10PD的主要组分长直链烷综上所述,本实验研究得出以下结论:烃比RME的脂肪酸甲酯易挥发,如-10PD中正十(1)随着升温速率的增加,生物柴油的挥发和六烷和RME中的棕榈酸甲酯,两者的分子结构见分解向高温区移动图6(2)生物柴油在N2气氛下热解过程分为挥发2.2生物柴油的可燃性和分解两个阶段,在空气气氛下燃烧过程分为挥发生物柴油在空气气氛和升温速率为10℃/min和燃烧两个阶段下的 TG-DTG曲线如图7所示。(3)生物柴油的挥发性比石油柴油低。(4)生物柴油的可燃性很好。参考文献Lang X, Dalai A K, Bakhshi NN, et al.terization of bio-diesels from varous bio-oils, Bioresource Tech-nology,2001,80:5Brassica carinata as an alternative oil crop for the production ofbiodiesel in Italy_agronomic evaluation fuel production by transes-terification and characterization. Biomass and Bioenergy, 2003温度,℃25:623-636图7在空气气氛和升温速率为10℃/min的TDG曲线|3 Marta M. Conceio, Roberlacia A. Candela, Roberlucia A. Cande-ia, et al. Thermoanalytical characterization of castor oil biodieseLRenewable and Sustainable Energy Reviews, 2007, 11: 964-975由图4中DSC曲线的燃烧强放热峰和图7中DTG的快速失重速率可见,生物柴油的可燃性很作者简介好,说明生物柴油的着火性能和燃烧特性很好。这张蓉仙:女,硕土研究生,讲师,邮件:rong@u屾ducm,话:0511-88790299。主要是因为生物柴油(脂肪酸甲酯)属含氧燃料,在缺氧的局部区域,生物柴油可达到着火条件,进行充收稿日期:20080923;编辑:杨兰分燃烧(上接第160页)鲁考文献基础上,针对固液分离的效率和效果确定了化学破1张建成度弃钻井液的处理技术[1.化工之友,20017011胶脱稳和压滤机械分离的化学强化固液分离方式。2黎钢朱墨,钱家麟.固液分离法处理废弃钻井液的技术与现状(2)通过对比评价,优选出了阳离子型无机破[].工业水处理,1997,17(1):133周风山曾光,何纶等.废弃钻井完井液固液分离技术研究进展胶剂HWJ和高分子有机破胶剂HYJ。[].钻井液与完井液,2007,24159—64(3)在江汉油田饱和盐水基钻井液废弃物固液分离处理工艺研究基础上,通过破胶剂的复配、加作者简介量、稀释比等因素对固液分离效果影响评价,确定了李蔚萍:1974年生,女,天门人,毕业于江汉石油学院硕士,完适合渤海油田PEM废弃物固液分离处理工艺。井部经理/工程师,现主要从事油田化学领域的研究工作。地址(4)固液分离结果表明,分离后出水率达到(43400)潮朝北省荆州市开发区月堤路39号,59.4%,而泥饼含水率只有49.7%,COD值也明显中国煤化工降低,具有理想的分离效果。CNMHG80901;编辑:冯学军