本站小編為你精心準備了混合醇對生物燃油主要物性的作用參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

農作物秸稈通過閃速裂解直接制取的生物燃油在燃燒過程中排放的SO2、NOx和煙灰排放量較少，CO2排放量為零，是一種可再生的清潔能源。生物燃油可以廣泛用于非內燃機燃料領域，如陶瓷、水泥、有色冶金、玻璃等工業爐窖業[1]。然而，生物燃油存在著含水量高、含氧量高、酸性強、黏度大、熱值低的缺點，很難直接用作一般內燃機燃料，并且生物燃油在儲存過程中穩定性較差，易發生醇化、聚合、醚化、酯化、縮醛等反應[2－4]，因此生物燃油不易大規模應用。若要用作內燃機燃料，需要對其進行提質改性、升級處理，改善生物燃油的特性。目前，生物燃油精制工藝主要是乳化、催化加氫、催化裂解、水蒸氣重整、催化酯化等[5]，但成本較高、不易于大規模產業化生產。向生物燃油中加入添加劑可以有效的提高生物燃油的穩定性，降低生物燃油的黏度，且操作較為簡單，成本低，易于工業化應用。目前，研究主要采用甲醇、乙醇等單一醇類添加至生物燃油中。而具有較長碳鏈結構的醇類有機物，對生物燃油有乳化作用，能使生物燃油混合的更加均勻，常用作生物燃油與柴油乳化的助乳化劑。劉旭等[6]研究了甲醇、乙醇分別與辛醇混合，對生物燃油穩定性的影響，結果發現:混合醇對減緩生物燃油水分增長的效果優于單一醇，含水率的增長減緩，運動黏度降低，生物燃油的穩定性得到了提高。吳小武等[7]研究了乙醇與丙烯酸甲酯的混合添加劑對生物燃油穩定性的影響，結果發現:當混合添加劑質量分數為4％時，乙醇與丙烯酸甲酯質量比為1∶1時，效果最佳，隨著時間的推移，生物燃油的運動黏度上升減緩，生物燃油的儲存穩定性得到了提高。Diebold等[8]研究了甲醇、乙酸乙酯、乙醇等添加劑對楊木熱解油老化速率的影響，結果發現:甲醇能顯著降低熱解油的黏度增長率，老化速率僅為純熱解油的1/18，有效改善了熱解油的穩定性。本研究以甲醇、乙醇為混合醇，探討隨著時間的推移，混合醇對生物燃油主要物性的影響。

1實驗

1.1原料與儀器

生物燃油(東北林業大學生物質能工程中心)，由農林廢棄物快速熱解制得。常溫下，未加入任何添加劑的生物燃油呈深褐色，是一種具有刺激性氣味的黏稠液體[9]。生物燃油的運動黏度為16.4673mm2/s，含水率為20.4％，熱值為15.9586MJ/kg，閃點為95℃，密度為1.1515g/mL，pH值為3.50。甲醇、乙醇，天津市科密歐化學試劑有限公司，分析純。SYD￣265D運動黏度測定器，SYD￣3536A型自動開口閃點自動試驗器，SYD￣1884型石油產品密度試驗器，上海昌吉地質儀器有限公司ꎻKFTTITRINOplus870水分測定儀，瑞士萬通儀器廠ꎻE2K氧彈量熱儀，北京迪索儀器有限公司ꎻPHS￣3C精密pH計，上海精密科學儀器有限公司。

1.2實驗方法

將甲醇與乙醇按質量比1∶1混合制成混合醇，然后將占混合后生物燃油總質量分數的5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％和40％混合醇分別加入到原始生物燃油中，并攪拌均勻。以未加入混合醇的原始生物燃油為空白組，將樣品密封在250mL錐形瓶中存放10周，每隔一周，測定其運動黏度、含水率、熱值、閃點、密度和pH值。1.3測定方法運動黏度:按GB/T265—1988用毛細管黏度計法測定ꎻ含水率:按ASTMD1744用卡爾費休方法測定ꎻ熱值:按ASTMD240—2002用氧彈式熱量計法測定ꎻ閃點:按GB/T3536—2008用克利夫蘭開口杯法測定ꎻ密度:按GB/T1884—2000用密度計法測定ꎻpH值:按GB11165—1989用pH計法測定。

2結果與分析

2.1混合醇對生物燃油運動黏度的影響

添加不同質量分數混合醇的生物燃油，其40℃的運動黏度隨儲存時間的變化趨勢如圖1所示。由圖1可以看出，混合醇可以大大降低生物燃油的運動黏度，在剛加入混合醇時，生物燃油的黏度明顯降低，并且隨著混合醇質量分數的增加，生物燃油的運動黏度越來越低，混合醇添加的質量分數為5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％和40％時，較空白組，生物燃油的運動黏度分別下降了7.10％、11.79％、16.47％、21.15％、25.83％、30.51％、35.19％及38.05％。在儲存時間的前56d，不同類別的生物燃油運動黏度增長速度較快，56d之后，增長趨緩。在儲存70d后，空白組的生物燃油運動黏度增長了2.815mm2/s，而添加5％~40％混合醇的生物燃油運動黏度分別增加了2.049、1.924、1.728、1.632、1.620、1.586、1.405和1.289mm2/s。根據計算，當添加混合醇的質量分數<15％時，隨著混合醇質量分數的增加，生物燃油運動黏度的增長速率均小于空白組且呈下降趨勢ꎻ當質量分數達到15％時，混合醇減緩生物燃油運動黏度的增長速率的效果最佳ꎻ當質量分數>15時，生物燃油運動黏度的增長速率也有所增加，但仍低于空白組。生物燃油運動黏度受化學成分、相對分子質量、溫度和壓力的影響。在儲存過程中，生物燃油會發生縮合、縮聚反應，致使運動黏度增加。混合醇的加入不僅稀釋了生物燃油和抑制了生物燃油發生縮合縮聚反應[11－12]，還可以溶解生物燃油中一些非水溶性成分，抑制其參與老化反應。

2.2混合醇對生物燃油含水率的影響

含水率是生物燃油穩定性的一項重要指標。添加不同質量分數混合醇的生物燃油含水率隨儲存時間的變化趨勢如圖2所示。由圖2可知，未加入混合醇的生物燃油含水率隨著儲存時間的延長不斷增加，在儲存時間前56d，增長速率較快，說明期間生物燃油老化反應比較明顯ꎻ56d之后，含水率增長速率減緩，并且生物燃油會出現分層現象。剛加入不同質量分數的混合醇時，生物燃油的含水率明顯降低。混合醇添加質量分數為5％~40％時，較空白組，生物燃油的含水率分別下降了10.07％、14.79％、19.75％、24.76％、29.98％、34.78％、39.79％和44.75％。在儲存期間，加入混合醇的生物燃油含水率增長速率明顯減緩，加入混合醇后，生物燃油含水率增長速率明顯下降，其中添加15％混合醇，效果最佳。當添加>15％混合醇時，生物燃油含水率增長速率都有所下降，說明并不是加入混合醇的質量分數越多越好，這可能是因為混合醇與生物燃油中的部分物質發生的反應是可逆反應。在儲存過程中，生物燃油會發生兩種老化反應:1)得水反應，主要指生物燃油中有機酸與烯烴類物質發生了酯化反應，這種反應致使生物燃油含水率增加ꎻ2)失水反應，主要是生物燃油中一些醛類物質與水發生了加合反應，生成了水[13]。在儲存56d后，生物燃油中得水反應與失水反應均有所下降，趨于穩定。據分析，混合醇可以保護生物燃油中大分子物質，組織其發生縮合、縮聚的反應，并稀釋參與老化反應的反應物的濃度，減緩老化反應，從而降低生物燃油含水率的增長速率。生物燃油中一些組分是不溶于水的，當生物燃油的含水率過高，將會破壞生物燃油的微乳結構，可能導致生物燃油發生分層。當儲存時間超過70d時，空白組的生物燃油發生輕微的分層現象，而加入混合醇的生物燃油均未發生分層現象。

2.3混合醇對生物燃油熱值的影響

添加不同質量分數混合醇的生物燃油的熱值隨儲存時間的變化趨勢如圖3所示。由圖3可以得出，未加入混合醇的生物燃油的熱值隨儲存時間的延長而降低，在儲存前56d，下降速度較快，說明生物燃油老化反應迅速，含水量增加ꎻ56d之后，生物燃油熱值下降速度減緩。實驗中，當儲存時間為70d時，生物燃油出現輕微的分層現象，進一步實驗，測得生物燃油上層與底層熱值分別為12.427和18.354MJ/kg。說明隨著時間的增長生物燃油中水分與較輕的組分分布在上層，其熱值較低，而生物燃油中較重的組分分布在底層，由于該組分C、H元素比例較大和水分較少，所以熱值大于原始生物燃油的熱值。剛添加不同質量分數的混合醇時，生物燃油的熱值明顯升高，其原因是甲醇與乙醇的熱值分別為19.937和26.914MJ/kg，均大于原始生物燃油的熱值，初步加入時，使得生物燃油的熱值明顯增加。混合醇添加的質量分數為5％~40％時，較空白組，生物燃油的熱值分別上升了1.70％、3.05％、4.75％、6.48％、7.11％、8.21％、10.11％及11.14％。隨著儲存時間的延長，加入混合醇的生物燃油的熱值，均有所下降。在儲存70d后，空白組與添加5％~40％混合醇的生物燃油的熱值較剛加入混合醇時，分別下降了3.61％、2.47％、1.59％、1.46％、1.85％、2.86％、2.96％、2.48％及2.31％，不同質量分數的混合醇均可以降低生物燃油熱值下降速率，其中下降幅度最小的為添加15％混合醇的生物燃油。由圖3也可以看出，添加15％混合醇生物燃油的熱值變化曲線最平穩，其原因可能是所添加混合醇的量正好與生物燃油中的部分組分發生反應，并達到一種平衡狀態。

2.4混合醇對生物燃油閃點的影響

閃點是生物燃油燃燒的一項重要指標。添加不同質量分數混合醇的生物燃油閃點隨儲存時間的變化如圖4所示。由圖4可得，剛加入混合醇時，不同質量分數的混合醇均降低了生物燃油的閃點，且隨著混合醇質量分數的增加，生物燃油的閃點越來越低，當混合醇添加的質量分數為5％~40％時，較空白組，生物燃油的閃點分別下降了1.99％、3.97％、5.44％、7.85％、9.21％、11.19％、13.39％及14.44％。閃點的高低，取決于可燃性液體的密度、液面的氣壓，或可燃性液體中是否混入輕質組分和輕質組分的含量多少[14－15]。加入混合醇，使得生物燃油的液體密度降低，輕質組分增加，致使生物燃油的閃點降低，隨著混合醇質量分數的增加，生物燃油的閃點下降幅度越大。因此，添加混合醇，降低了生物燃油的閃點，有利于生物燃油的燃燒使用。隨著儲存時間的延長，添加不同質量分數混合醇的生物燃油的閃點均無明顯波動，可能是閃點測試方法采用的是克利夫蘭開口杯法，甲醇與乙醇均易揮發，在測試過程中，混合醇的組分揮發，致使實驗數據出現偏差ꎻ另一個原因可能是，實驗儀器精度不足，實驗數據誤差較大。

2.5混合醇對生物燃油密度的影響

添加不同質量分數混合醇的生物燃油的密度隨儲存時間的變化趨勢如圖5所示。由圖5可以得出，剛加入混合醇時，添加不同質量分數混合醇的生物燃油的密度均有不同程度的下降，且隨著混合醇加入量增加，生物燃油的密度越來越小，當混合醇添加的質量分數為5％~40％時，較空白組，生物燃油的密度分別下降了1.56％、3.30％、4.69％、6.25％、7.81％、9.37％、10.93％及12.23％。這是因為甲醇與乙醇的密度分別為0.7917和0.7924g/mL，其密度均小于原始生物燃油密度，加入混合醇后，生物燃油被稀釋了，從而密度下降。在儲存期間，不同類型的生物燃油密度均變化較小，儲存70d后，添加5％~40％混合醇，較空白組，生物燃油的密度分別下降了3.16％、4.60％、6.06％、7.56％、8.64％、11.90％、10.93％及13.30％。分析其原因，可能是密度表示的是單位體積內所測物質的質量[16]，所有的生物燃油均儲存在密封完好的錐形瓶中，生物燃油發生酯化、縮合等反應，均不會產生氣體，所得產物仍存在于生物燃油中ꎻ也可能是在測試生物燃油密度期間，部分混合醇從生物燃油中揮發出來，導致所測數據出現偏差。

2.6混合醇對生物燃油pH值的影響

生物燃油中含有大量的甲酸、乙酸等有機酸，導致其pH值在2~3之間。在25℃時，添加不同質量分數混合醇的生物燃油pH值隨儲存時間的變化趨勢如圖6所示。由圖6可知，在儲存期間，空白組的生物燃油pH值在2.80~2.96之間，生物燃油呈中強酸性，具有腐蝕性，對于一些普通的碳鋼、鋁制容器具有很強的腐蝕性。混合醇可以大大提高生物燃油的pH值，在剛加入混合醇時，隨著混合醇質量分數的增加，生物燃油的pH值越來越大。添加5％~40％混合醇時，較空白組，生物燃油的pH值分別上升了8.51％、16.31％、21.63％、29.43％、39.36％、46.45％、59.57％和70.21％。甲醇與乙醇均為中性溶劑，混合得到的混合醇仍為中性，添加混合醇后，稀釋了生物燃油，改變了生物燃油內部的酸性環境，致使生物燃油的pH值升高。Oasmaa等[17]研究得出在常溫條件下，生物燃油的總酸值不會因為生物燃油發生老化反應而變化。當儲存70d，添加5％~40％混合醇時，較空白組，生物燃油的pH值分別上升了9.86％、16.67％、20.07％、27.21％、37.76％、46.94％、56.46％和67.69％。在儲存過程中，不同類別的生物燃油pH值均有一定的波動，但是幅度較小。

3結論

3.1添加不同質量分數的混合醇，可以降低生物燃油的運動黏度和含水率，提高熱值、降低生物燃油的閃點和密度、有效提高初始pH值，降低生物燃油的酸性。當添加5％~40％混合醇，生物燃油運動黏度增加了1.289~2.049mm2/s，含水率下降了10.07％~44.75％，熱值上升了1.70％~11.14％、閃點下降了1.99％~14.44％、密度下降了1.56％~12.23％、pH值上升了8.51％~70.21％。

3.2向生物燃油中添加甲醇與乙醇質量比為1∶1的混合醇，可以有效的提高生物燃油的穩定性，極好的改善了生物燃油的物性，可以大大拓展生物燃油的應用范圍，而且該方法操作簡單，成本較低，易于工業化應用。

作者：王述洋；劉信好；吳云鵬；姜子琪；譚文英 單位：東北林業大學