文献综述
- 研究背景
随着全球工业化的进行，人类也已经见证了快速发展的科学技术在所有可及领域带来的巨大的变化。其中内燃机作为科技结晶之一，融合了能源化工、新型材料和精密制造等高新技术，具有热效率高、壁纸，比质量轻和适应性强等特点，是现代交通运是工具、发电机组和某些农工机械的主要动力来源。
生物柴油，是指动植物油脂或废弃油脂与甲醇经过酯交换反应制得的脂肪酸甲酯。生物柴油作为重要的生物液体替代燃料，可以在柴油发动机配置不做更改或只作少许改变的前提下直接应用于发动机。并且生物柴油作为一种可再生能源，有利于减少二氧化碳排放。发展生物柴油不仅是我国经济发展和能源需求的战略选择，而且对减少温室气体排放、改善生态环境和食品安全问题等，实现社会、经济、环境的可持续发展均具有重大的意义。生物柴油的特点及理化特性 ：生物柴油的十六烷值高于矿物柴油，具有 更好的发火性，更短的着火滞燃期，燃烧噪声低且有利于发动机的冷启动，适合于高速柴油机使用。生物柴油的闪点大于100摄氏度，远高于矿物柴油的60摄氏度，所以生物柴油在运输、储存和使用过程中的安全性要比矿物柴油好。生物柴油含有10%的氧， 理论空燃比低于矿物柴油，完全燃烧时对外部氧的需求量比矿物柴油少，有利于完全燃烧。生物柴油由动植物油脂转化而来，属于可再生能源。
生物柴油的制备方法：
1.直接混合法
直接混合法是在生物柴油的早期研究中人们所采用的制备生物柴油的方法,是将天然 油脂与柴油、溶剂或醇类混合以降低其黏度,提高挥发度。采用直接混合法制成的生物柴油应用在柴油机上,会出现润滑油变浑以及凝腔化现象,其黏度较高,不适合在直喷柴油发动机中长时间使用。
2.微乳液法
微乳液法是解决动植物油高黏度的办法之一,是将动植物油与溶剂混合制成- 一种透明的、热力学稳定的胶体分散系,是由两种不互溶的液体与离子或非离子的两性分子混合而形成的直径在1-150nm的胶质平衡体系,即微乳状液。采用微乳液法制成的生物柴油十六烷值较低，应用于柴油机,会出现积碳和使润滑油黏度增加等问题。
3.高温热裂解法
高温热裂解法就是在催化剂的条件下,使植物油在高温下进行裂解反应,以降低其黏度,生成生物柴油。高温裂解法制备的生物柴油,其性能与普通的柴油差不多。
4.酯交换法
酯交换法是工业生产生物柴油的主要方法，即通过甲醇或者乙醇,将甘油三酸酯的甘油酯基取代下来,将-一个植物油的大分子分成3 个单独的脂肪酸甲酯(或乙階),从而大大地降低了碳链的长度,降低了黏度,增加了流动性。
生物质热裂解技术是世界上生物质能研究的前沿技术之一。该技术能以连续的工艺和工厂化的生产方式将以木屑等废弃物为主的生物质转化为高品质的易储存、易运输、能量密度高且使用方便的代用液体燃料(生物油)，其不仅可以直接用于现有锅炉和燃气透平等设备的燃烧，而且可通过进一步改进加工使液体燃料的品质接近于柴油或汽油等常规动力燃料的品质，此外还可以从中提取具有商业价值的化工产品。相比于常规的化石燃料，生物油因其所含的硫、氮等有害成分极其微小，可视为21世纪的绿色燃料。
根据反应温度和加热速度的不同，生物质热解工艺可分为慢速、常规、快速或闪速集中。慢速裂解工艺具有几千年的历史，是一种以以生成木炭为目的的炭化过程，低温和长期的慢速裂解可以得到30%的焦炭产量;低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1~1℃/s)的常规热裂解可制成相同比例的气体、掩体和固体产品;快速热裂解大致在10~200℃/s的升温速率，小于5s的气体停留时间;闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气体停留时间通常小于1s，升温速率要求大于103℃/s，并以102~103℃/s的冷却速率对产物进行快速冷却。
生物质快速热解过程中，生物质原料在缺氧的条件下，被快速加热到较高反应温度，从而引发了大分子的分解，产生了小分子气体和可凝性挥发分以及少量焦炭产物。可凝性挥发分被快速冷却成可流动的液体，称之为生物油或焦油。生物油为深棕色或深黑色，并具有刺激性的焦味。通过快速或闪速热裂解方式制得的生物油具有下列共同的物理特征:高密度(约1200Kg/m^3);酸性(pH值为2.8~3.8);高水分含量(15%~30%)以及较低的发热量(14~18.5MJ/Kg)。
2.国内研究现状及实验结果分析
我国是世界上经济发展最迅速的国家之一，也是世界上最大的经济体之一，对能源的需求量急剧增加，石油和天然气不能自给自足，很大一部分依赖进口，能源短缺成为了限制我国经济可持续发展的瓶颈。生物燃料可减少对石化燃料石油的需求，特别是针对我国石油进口对外国依赖过大的情况，生物燃料的全部生命物质均能进入地球的生物学循环，可以明显降含硫化合物排放，降低环境污染程度，生物燃料燃烧所产生的CO2,也会重新被植物吸收进行光合作用，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气,实现了零排放。2005年我国生产原油1.815亿t，进口原油1.27亿t，成品油净进口1742万t，石油对外依存度已达42.9%。这种状况不仅给石油供应带来很大的压力，而且也危及到国家能源安全。另一方面我国环境状况也不容乐观，而能源使用过程中带来的污染是一个重要方面。因此，在我国发展生物柴油具有更大的意义。
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