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物理和化学性质的研究作为石油柴油混合Cardanol乙酯的适宜性

*通信:

Saravanakumar年代AVC工程学院,Mayiladuthurai泰米尔纳德邦,印度,电子邮件:sskchowdry@gmail.com

文摘

生物柴油可以最好的可再生替代能源来源柴油机由于其经济、环保自然。的属性生物柴油取决于个人脂肪酯生物柴油是拥有。重要的燃料的属性生物柴油受到各种脂肪的脂肪酸酯正十六烷的数字,冷流,氧化稳定性和粘度。在这项研究中cardanol石油及其乙酯被选为找出他们的适用性石油柴油混合。实验调查发现cardanol的物理化学性质生物燃料提取腰果概括及其乙酯通过酯交换生产。cardanol乙酯(CEE)特点是作为替代柴油燃料通过一系列的ASTM标准燃料测试。恒速柴油机,开发5.2千瓦的电力,是运行与生物柴油及其性能与柴油相比。中东欧已经减少56%的粘度在40°C和9.2%对其原油热值。高十六烷数量、比重和更低的flash和火灾点观察中东欧与整洁的柴油。脂肪酸组成显示增加10.8%饱和和不饱和脂肪含量减少23.4% tranesterification和它们的值被发现在各种国际标准设定的限制生物柴油。

关键字

Cardanol乙酯、脂肪酸侧面,酯交换,理化性质,柴油机性能和排放分析

介绍

的损耗特性化石燃料和原油价格的波动导致发现的替代燃料来源能源安全的国家通过减少对进口石油的依赖。印度进口在2016财年640亿美元的原油运输、工业和农业应用程序。替代燃料必须符合成本效益,环保,容易获得。生物柴油是清洁能源燃料可以减少排放的CO和氮氧化物1]。目前,生物柴油来自植物油或动物脂肪变得受欢迎的作为一个环境友好燃料(2]。的优势生物燃料在传统的柴油燃料是其提高和生物降解性。高十六烷的数字,低吸烟,低二氧化碳和碳氢化合物的排放生物柴油是一些添加优势考虑柴油的替代燃料(3,4]。然而,高粘度和低纯植物油降低波动性燃料雾化并增加燃料喷雾渗透(5]。研究人员报道,造成的不饱和脂肪酸在升高的温度下聚合引擎存款和润滑油的增厚。克服这些困难的方法已经被改善植物油的物理性质通过预热,添加添加剂和混合植物油与其他燃料等,而没有给一个长期的解决方案。最后,植物油烷基酯与柴油混合的形式被发现是更有吸引力生物柴油(6,7]。

几项研究[8- - - - - -13一直在进行准备生物柴油从浪费食用油、动物脂肪和植物油。的脂肪酸成分生物柴油影响的物理和化学性质生物柴油来自不同的来源并不相同,它们的执行方式在柴油机的性能、排放和燃烧。因此,需要标准化的生物燃料理化性质已被广泛公认的(14]。目前,许多欧洲国家已经定义自己的规范与界标碘值不到115反映石油的未饱和的程度。一些生物柴油标准ASTM D6751 (ASTM =美国社会检测和材料)和欧洲标准EN 14214,以前是由现有的标准。生物柴油由脂肪酸酯、各种单独的脂肪酸酯的属性组成生物柴油确定总体燃料的属性生物柴油燃料。因此,脂肪酸的结构特点和酒精根组成一个脂肪酸酯在生物柴油的理化性质中扮演重要的角色。分子链长度、未饱和程度和分支链的结构特点,影响脂肪酸的性质(15]。的unsaturated fatty acid favor oxygenation to form hydro peroxides and in turn increases the risk of polymerization and acidification that may result in insoluble sediments and gums, which can lead to filter plugging and deposits in the燃料系统(16]。其他重要属性的影响脂肪酸概要文件是十六烷数量及其相关属性等废气排放,燃烧热、冷流、氧化稳定性、粘度和润滑性。

腰果树(Anacardium occidentale)浪费土地作物是一棵常青树,苹果生产腰果种子和腰果。腰果壳的种子产量的衍生品可以用于许多应用程序从颜料润滑剂。生腰果壳含有约20%的石油。Cardanol,非食用来自腰果壳油作为副产品deshelling包含超过93%的脂肪酸成分可能是一个潜在的替代柴油机脂肪酸甲基酯(名声)是第一个脂肪酸酯引入用作生物柴油。然而,越来越多的使用兴趣脂肪酸乙酯(FAEE)生物柴油因为乙酯可再生生物燃料和一个更环保的产品,比甲基酯。此外,乙醇对植物油和优越的偿付能力属性低毒性比甲醇(17]。此外,甲醇在体内被代谢成甲醛和甲酸而乙醇和乙醛在体内代谢,迅速转化成醋酸,因此乙醇蒸汽不会导致失明或任何威胁到呼吸系统,因此是安全的(18]。在这个调查,Cardanol乙酯(生物柴油)准备从Cardanol石油所有生物柴油燃料属性按ASTM标准和测量生物柴油测试在柴油机性能和排放的研究。

材料和方法

酯交换是一个过程,降低甘油三酸酯的高粘度在mono烷基酯和甘油醇在酸性或碱性催化剂反应温度低于酒精的沸点在一段时间内所示30分钟到2小时方案1。

玻璃反应器配备了一个搅拌器,外部加热器和冷凝器用于酯交换过程。700毫升优质cardanol反应堆和石油被加热到50ºC。99%的醇盐准备用200毫升级实验室试剂类型unhydrous酒精和4通用的氢氧化钠(催化剂)然后再加入反应器中,铝和内容是加热到60ºC和连续搅拌反应快。回流冷凝器冷凝蒸发酒精回到反应堆。混合物是持续了90分钟的搅拌温度在60 - 65ºC在酒精的沸点。两个小时后,反应是停止和产品获准安定下来。产品定居在两层,上层由酯和酒精,分离甘油的底层。酯和醇从而获得蒸馏去除和恢复过量的酒精和酯用热水洗除去甘油和碱的痕迹。最后,产品cardanol乙酯在热风烘箱干燥1小时105ºC。各种各样的燃料属性cardanol石油和cardanol乙酯测定实验确定其适用性柴油燃料随后用于发动机测试。自从ASTM标准测试方法使用生物柴油标准ASTM规范的D6751既适用于脂肪酸甲基酯(名声)和FAEE,而当前的欧洲人生物柴油适用标准(EN14214)只有成名19]。

单缸四冲程,水冷柴油机开发5.2千瓦按照规范中给出表1被用来找出性能、排放和燃烧中东欧的特征。

表1:发动机使用说明书。

发动机转速是恒定在1500 rpm标准216酒吧的注射压力。发动机被耦合到一个涡流测功机控制系统。所花费的时间燃料消费的帮助下测量数字秒表。k热电偶和数字显示了注意排气温度。AVL437C烟计是用来测量烟密度。非色散红外(ndir - avl - 444) digasanalyzer被用来衡量HC,有限公司有限公司₂阿,₂干燥的基础上,氮氧化物的排放。缸内压力和热释放率是衡量AVL燃烧分析仪619英蒂米硬件和indwin软件2.2版本包括内置模拟到数字转换器、电荷放大器和PC接口。实验装置的原理图所示图。1。

结果和讨论

燃料成分

的能力生物柴油为了满足ASTM D 6751标准标准取决于脂肪酸组成(20.]。脂肪酸组成对原油cardanol石油和中东欧测试的方法是:548年第3部分,1976年提出了表1。的分子结构不同类型的不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸影响生物柴油的燃烧特性。脂肪酸碳链骨架有羧基(羧基)一端。氢键的碳是完整的饱和脂肪酸,因此没有任何双键碳原子之间的然而,单不饱和脂肪酸有一个双键和多不饱和脂肪酸有多个双键。的化学结构生物柴油导致更高的数字相比柴油十六烷。生物柴油燃料多不饱和脂肪酸成分将会有更多的密度和更少的粘度和更多数量的双键容易十六烷数量少,热值直接影响点火延迟和燃烧过程,另一方面它会改善流动性能尤其是低温度(21]。Gopinath等人发现生物柴油有同等数量的饱和和不饱和脂肪酸成分证明了一个更好的燃料为柴油机应用的热效率和氮氧化物排放(22]。中东欧的优势是拥有58.61%饱和和不饱和脂肪所称30.87%表2。28.69%的多聚不饱和脂肪的存在的好低温度流量特性。

表2:生物柴油的饱和和不饱和脂肪酸重量百分比。

燃料特性

表3显示了原油的物理和化学性质比较cardanol和中东欧在认证测试实验室与ASTM / EN14214标准和柴油。注意到重要的属性如热值、十六烷数,密度和粘度有利于中东欧备用柴油。

表3:中东欧的理化性能。

十六烷数量

十六烷(CN)的一个主要指标燃料质量领域的柴油发动机用于汽油的辛烷值。在一般情况下燃料高辛烷值往往有一个低CN,反之亦然。对柴油机的操作,燃料CN表明较高的依次缩短点火延迟较低氮氧化物(NOx)废气排放23]。然而,氮氧化物排放操作柴油发动机时略有增加生物柴油尽管高脂肪化合物由于较高的不饱和现象和降低中枢神经系统的链长(24]。也报道,中枢神经系统减少与增加不饱和现象,增加链长增加。因此,十六烷规模澄清为什么柴油脂肪酸烷基酯是合适的。生物柴油与支化酯感兴趣的,因为他们表现出改善低温性能。传统的ASTM标准柴油燃料需要至少40 CN而标准生物柴油规定至少47。观察中东欧的CN 49因为它有30%的不饱和现象(25]。

高热值

高热值是另一回事燃料属性显示脂肪化合物作为柴油机燃料的适应性。热的燃烧脂肪酯和triacyclglycerols取决于链长(26]。高热值中东欧的测试值被发现38192焦每千克在协议的许多的价值生物柴油在实践中。

运动粘度

粘度是一个属性影响的雾化燃料在注入燃烧室,反过来喷雾特性和表单引擎存款。高粘度是整洁的植物油的原因没有被用作柴油替代燃料。酯交换cardanol石油粘度降低了56%。运动粘度对中东欧是4.94毫米²/ s@40°C依照ASTM标准生物柴油(1.9 - -6.0毫米²/秒)

比重和密度

的燃料消费产生一个固定的输出功率取决于它的密度或比重。这些值是衡量使用毛细管柱塞相对比重瓶和毛细管柱塞相对密度瓶50毫升容量。的密度值观察中东欧按照0.8971生物柴油标准。

酸值

酸值是一个属性提供石油和酸性物质的测量是用KOH / g表示样本用于监测石油降解的存储。表2表明原油的酸值和酯化cardanol油是5.7毫克KOH KOH / g / g和0.37毫克石油分别。价值更高的原油是由于5.78%的反式脂肪酸的存在虽然中东欧的少,因为使用的催化剂的酯化原油中和一些在场的游离脂肪酸。结果同意范围(少于0.5毫克KOH / g)中提到的ASTM标准。

碘值

碘值的油不饱和现象的存在的迹象,一个接受参数表达的程度碳碳不饱和现象。酸败的油可以使用这个参数预测的酸败triacyl甘油取决于不饱和现象。它被定义为g的碘吸收油100克。中东欧的碘值是80.2,同意的ASTM标准中提到的限制生物柴油。

皂化值

回流一个已知数量的石油与过量的酒精KOH皂化。可用的过量的氢氧化钠皂化后的油称为皂化值。中东欧的皂化值被发现138毫克/ KOH / g同意ASTM标准的生物柴油。

浊点

不饱和脂肪酸有利于聚合和酸化可能导致不溶性沉积物和牙龈。原油cardanol和中东欧的浊点测定20°萤石6°Crespectively原油cardanol有9.6 wt %比中东欧更高的不饱和脂肪。

闪点

中东欧的闪点是观察到136°C与生物柴油的ASTM标准的协议。

性能分析

中东欧可压缩比柴油燃料因为它比柴油密度。因此,开发的压力燃料为中东欧和线将会更多燃料将注入燃烧室在压缩周期的早期因此,发展动态注射时间的预期。

图2显示了中东欧BSFC与制动功率的变化和柴油燃料。它可以观察到,具体燃料消费对中东欧负荷高于柴油。这可能是由于低热值和更高的密度生物柴油燃料。

图3显示了中东欧的制动热效率的变化在不同的加载条件。从图中,可以发现制动热效率比柴油较小燃料加载。不同的是低在低加载和随着负载的增加逐渐增加。这可能归因于聚不饱和脂肪的聚合温度较高的氧气。

图4显示了中东欧和柴油废气温度燃料与负载。中东欧的废气温度高于柴油燃料。多聚不饱和脂肪酸酯有更高的点火延迟和较短的预混合燃烧期,增加了扩散燃烧期和废气温度。

排放分析

一氧化碳是一种不稳定的化合物在中间形成碳氢化合物燃料的燃烧阶段和刨丝器与氧亲和力完成燃烧氧化成有限公司₂。缺乏氧气燃料或低气体温度的原因存在的烟气中CO。图5描述了中东欧CO排放的变化和柴油燃料。从图,观察到,负载的增加,导致较低的CO排放因为增加的气体温度和氧化反应。然而,由于低氧化剂浓度和较短的反应时间,增加燃气比例超过一定限制可能减少消除反应,尽管温度的增加导致更高的CO排放峰值负载。CO排放对中东欧被发现高于整洁的柴油低和介质加载。这可能是由于相对贫穷的雾化和较低的波动性的生物柴油。

图6表明氧气存在于废气比柴油高中东欧。化学计量的空气要求生物柴油较小的生物柴油相比,柴油燃料随着生物柴油有氧气分子吗燃料本身。因此基于酯燃料要求较少的氧气与柴油相比燃料完全燃烧。然而,发动机进气口设计,这样对所有燃料是恒定的,导致更高的O₂%在中东欧比柴油废气。随着负载的增加,燃气比例增加,因此O₂%的排气减少燃料。

这是观察到的图。7HC排放增加的大小当负载增加的燃料量燃料注入在高负载保持发动机转速恒定。柴油燃料产生更多的碳氢化合物与中东欧相比,由于缺少的氧气含量。

烟密度的变化对不同混合中描述图8。。烟密度对中东欧混合注意到高于柴油。这是由于分子结构越重,可怜的雾化,高碳残留在中东欧的存在。

氮氧化物排放的变化在不同加载条件下所示图6。用生物柴油,根据其点火质量和premixed-burn分数增加或减少氮氧化物排放可以观察到19]。早些时候开始的燃烧生物柴油增加缸内温度和NOx的生成速率可能会增加,另一方面低波动,高粘度和更高的密度会降低燃料雾化和燃烧,最终结果是略高于NOx排放与生物柴油引擎运行时。

图10。和图11。显示了与曲柄角汽缸压力和最大压力上升了100周期分别。汽缸压力和热释放率取决于的比例燃料在预混合燃烧阶段。中东欧被发现的汽缸压力高于柴油机曲柄角度。它可以归因于增加点火延迟,缩短了扩散燃烧和燃烧加速启动25]。更高的点火延迟会导致更高的燃烧持续时间和收集更多的燃料在预混合燃烧阶段,导致更快的燃烧和更高的峰值压力。

最大热释放速率与曲轴曲柄角的变化对预拌,读到它的影响扩散燃烧区域所示图。12。由于不饱和脂肪酸酯的存在中东欧点火延迟时间,更高的最大燃烧速率,延长预混合燃烧分数。再点火延迟的原因可能是由于更高的中东欧比热燃料需要更多的热量能源缸内蒸发吸收热量从燃烧室。因此,中东欧的热释放速率高于柴油燃料并同意废气温度越高。

结论

在这项研究中,cardanol石油生物柴油得到碱性催化酯化与6/1摩尔比例的乙醇石油在55ºC和其脂肪酸进行了分析。燃料属性包括CN、热值、运动粘度、比重、密度、闪点、浊点、酸值、碘值、自由和皂化值等特征。的生物柴油在单缸柴油机的生产测试性能、燃烧和烟气分析。发现所有的规范都完全达到和超过ASTM D 6751标准。实验调查与柴油相比,耳背式表示轻微的减少燃料与可比包括轻微的降低HC排放。进一步的调查来补偿的功率损耗燃料与柴油添加剂可以使这个原料生物柴油生产将扩大利用率,使生物柴油行业更加可行。

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