用文冠果籽油酯化制取生物柴油的中试实验
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摘要 对文冠果籽油通过酯化工艺制取生物柴油以及环境影响进行了研究。实验表明，这种生物柴油的燃料和动力性能接近0#柴油，是一种优良的替代燃料
关键词文冠果酯化生物柴油
随着石油资源的枯竭以及价格的不断高涨，生物燃料越来越受到人们的青睐，尤其是把植物油作为燃料，尤为引起人们的重视，但是植物油粘度大，燃点高，挥发性差等原因，不能直接作为发动机燃料，必须经过酯化处理制取生物柴油，才能用于柴油机。目前，在植物油资源不足的情况下，用食用油制取生物柴油或与粮食争地种植植物油料作物，都不符合我国国情，另外，从现行的柴油价格考虑，植物油替代柴油，从经济上还不能接受，基于这一事实，人们普遍认为，寻求优良的野生植物油种，提高酯化技术和综合利用水平，降低生物柴油成本，是促进植物油利用的有效途径。
经过大量的筛选，我们认为文冠果是一种比较理想的油料树种，以文冠果制取生物柴油的研究，对于植物油的利用是很有意义的。
1 文冠果资源概况
文冠果是我国特有的生于长江以北地区的一种优良木本油料树种。其种子含油率为30%-36%，种仁含油率为55%—67%。而部分优良品种的种仁中含油量达72%，超过一般的油料植物。[1]
它分布于东北和华北及陕西、甘肃、宁夏、安徽、河南等地。原产于我国北方黄土高原地区，天然分布于北纬32。～46。，东经100。～127。，即北到辽宁西部和吉林西南部，南自安徽省萧县及河南南部，东至山东，西至甘肃宁夏。集中分布在内蒙、陕西、山西、河北、甘肃等地，在垂直方向上，文冠果分布于海拔52～2260m，甚至更高的区域。
文冠果适应性强，在草沙地、撂荒地、多石的山区、黄土丘陵和沟壑等处、甚至在崖畔上都能正常生长发育。2005年以来，已在新疆、内蒙古、河北、山东等地发展人工造林。国家林业局已将文冠果列入生物柴油林优选树种之一， 2007年—2008年，国家林业局已安排陕西省5万亩示范基地。[2]
因此，开发文冠果已经引起国内外研究人员的极大关注。辽宁省能源研究所采用国外的先进设备和技术，对多种植物油尤其是文冠果籽油酯化和动力性能进行了综合研究。实验为中试规模，达到了预期的目标，取得了较满意的结果。
2实验设备、仪器及油料
实验时使用如下设备和仪器
植物油酯化装置（意大利Smogless公司）
30KVA柴油发电机组（意大利Tessari公司）
40KVA柴油发电机组（意大利Tessari公司）
28KW轮式拖拉机（意大利Tessari公司）
49KW轮式拖拉机（意大利Tessari公司）
高尔夫柴油轿车（德国大众汽车公司）
3吨叉车（中国安徽合力公司）
气体分析仪（德国西门子公司）
烟尘计（德国西门子公司）
实验用文冠果籽油，在陕西省收购加工成植物油。
3 生物柴油的制备
文冠果油制取生物柴油的工艺流程如下：
植物油酯化在酯化反应装置中进行，酯化试剂为甲醇，催化剂为甲醇钠。植物油的主要成分是甘油三酸酯，在催化剂的作用下与甲醇进行酯交换反应，生成脂肪酸酯（生物柴油）和甘油等副产品。[3]
化学反应式如下：
工艺流程如下
将植物油，甲醇按比例泵入反应器中，混合搅拌。反应器温度控制在65℃。甲醇馏出，进入冷凝器，冷凝后返回反应器。在催化剂作用下，酯化反应生成甲酸酯（生物柴油）和丙三醇（甘油）
清洗反应器，加入一定量乙酸，将反应器中的催化剂中和掉。
将反应器温度提高到80℃，蒸馏反应器中过剩的甲醇馏出，进入冷凝器，冷凝后进入冷凝罐中，再由冷凝罐排放到甲醇储存器中，供循环使用
甲醇蒸馏完毕，生物柴油与甘油的混合物由反应器排放到离心装置，分离出柴油和副产品——甘油。
对文冠果油酯化后，改变了燃烧特性，闪点粘度等技术指标得到改善，常温下其燃料特性与0＃柴油接近，见表1.
表1 燃料特性对比
4动力性能与尾气排放实验
用生物柴油与0＃柴油进行对比试验，分别测试发动机动力性能和尾气排放。
4.1 发动机动力性能试验
以机动车和发电机组运行参数为准，比较其技术指标，见表2
表2发动机动力性能比较
发动机尾气中有害气体除NOx，比柴油稍高外，其他指标均比柴油低，烟度值俩者差异不大，见表3
表3 发动机尾气及烟度对比
5结论
文冠果籽油酯化制取生物柴油，其燃料特性、动力性能与柴油基本形同，其尾气排放和烟度与柴油接近。这种生物柴油起动性能好，运转平稳，是一种良好的替代燃料。
酯化出油率高，加之甘油等副产品，随着工业化生产规模扩大，以及国家相关政策补贴，其成本低于0#柴油，具有极大市场潜力。
文冠果作为我国北方木本油料树种，分布广，可栽培面积大，果实采收容易，而且具有荒山绿化、水土保持、持防风固沙和观赏等诸多生态功能，因此，大力栽培文冠果，有利于生物质再生能源的开发，对于缓解我国能源紧缺状况，具有十分重要的意义。
参考文献
[1] 张乃静．文冠果种仁油制备生物柴油工艺[D]．哈尔滨：东北林业大学，2007
[2]殷学德 ，闫文智等文冠果种质资源优选及其丰产栽培技术研究报告2011
[3]盛梅，郭登峰，张大华．大豆油制备生物柴油的研究[J]．中国油脂，2002，27(1)：71—72．