典型原料及不同调合比例下生物柴油低温结晶机理的研究

生物柴油是石化柴油的重要补充。由于原料供应的分散性和多样性、高粘度及不饱和双键带来的不利影响，使得生物柴油通常以小比例与石化柴油调合使用。生物柴油在低温下容易结晶析出，阻塞过滤器，影响到发动机工作的可靠性。本项目在研究以大豆油、菜籽油、棉籽油、废弃油脂和棕榈油等为原料的典型生物柴油组成及其分子结构的基础上，对脂肪酸酯溶液结晶物理现象中溶液的状态、过饱和度、溶液结晶的相变驱动力、脂肪酸酯分子的堆积结构、生物柴油结晶过程晶核形成、晶粒生长及其过程的动力学特性等方面进行研究，揭示生物柴油的结晶机理及与石化柴油在不同调合状态下（B2、B5、B10）的结晶特性规律。在此基础上，采用添加低温流动改进剂和结晶分馏等措施来改善生物柴油的低温流动性，为寒冷环境下使用生物柴油的原料筛选和改善生物柴油低温流动性提供理论依据，对规模化使用时生物柴油与普通柴油调合、储运规范的制定等有指导意义。

课题在分析研究草本植物油、木本植物油和废弃油脂等25种典型原料生物柴油组分及其分子结构的基础上，系统地开展生物柴油及其调合油低温流动性的研究；通过理论分析和试验观测，对脂肪酸甲酯溶液结晶物理现象中溶液的状态、过饱和度、溶液结晶的相变驱动力、生物柴油结晶过程酯晶核形成、酯晶生长及其过程的动力学特性等方面进行研究，揭示生物柴油的结晶机理及与石化柴油在不同调合比例下的结晶特性规律；提出有效改进生物柴油低温流动性的措施。. 首先，系统地进行25种典型原料生物柴油的组分及其分子结构分析，研究典型原料生物柴油及其调合油的冷滤点、运动黏度及黏温特性，建立黏温方程，实现不同温度下生物柴油及其调合油运动黏度的预测；研究120种生物柴油油样脂肪酸甲酯组分对冷滤点的影响规律，建立了线性相关性非常显著的基于脂肪酸甲酯组分的冷滤点预测模型，可根据原料油或生物柴油的组分直接预测生物柴油的冷滤点，为不同环境下生物柴油的推广应用提供依据。. 其次，研究生物柴油酯晶生长形态和过程，揭示生物柴油结晶机理及与石化柴油在不同调合比例下的结晶特性规律。（1）首次选择硬脂酸甲酯作为生物柴油酯晶的模型化合物，针对硬脂酸甲酯的两种多晶型，采用BFDH模型和AE模型预测两种晶体结构的理论晶习均为六角薄片状。（2）针对一般低温结晶观测方法准确性不高的关键问题，搭建科学有效的试验装置，确定影响因素，实现准确反映酯晶实际生长形态的实时动态观测。在使用石英坩埚和缓慢降温（速率低于0.05℃/min）的条件下，生物柴油的结晶过程与实际接近，酯晶形态为六角薄片状。（3）首次提出生物柴油片状结晶机理：生物柴油近似为由高熔点长链饱和脂肪酸甲酯和低熔点不饱和脂肪酸甲酯组成的伪二元组分溶液。低温结晶过程分为过饱和溶液的形成、形成酯晶核和酯晶生长三个阶段；过饱和度是生物柴油中长链饱和脂肪酸甲酯形成酯晶核和酯晶生长的驱动力；生物柴油的酯晶主要沿着X轴和Y轴两个方向上生长，形成六角片状结构。建立了生物柴油形成酯晶核和酯晶生长的速率方程。（4）生物柴油及其调合油低温结晶过程的研究表明，低温流动性与酯晶形态、尺寸、数量等微观特性有关；调合油在合适的调合比例下，由于酯晶微观特性的变化可以改进低温流动性。. 最后依据生物柴油低温流动性主要影响因素和生物柴油片状结晶机理，提出改进生物柴油低温流动性的有效措施：与石化柴油

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