關(guān)于生物柴油標(biāo)準(zhǔn)中的各項(xiàng)指標(biāo)分析
生物柴油標(biāo)準(zhǔn)中要考慮很多指標(biāo),有些指標(biāo)是與石油柴油共有的,包括密度、運(yùn)動(dòng)粘度、閃點(diǎn)、硫含量、10%蒸余物殘?zhí)?、十六烷值、灰分、水含量、機(jī)械雜質(zhì)、銅片腐蝕、燃料安定性、低溫性等;還有一些指標(biāo)是生物柴油所*的,包括總酯含量、游離甘油含量、甘油單酯、二酯及三酯含量、甲醇含量、碘價(jià)及多元不飽和脂肪酸甲酯的含量、酸值、磷含量、堿及堿土金屬含量等;另外,還有一些額外的指標(biāo)包括餾程、燃燒熱值、潤滑性、不皂化物含量等,是可以選擇的。
閃點(diǎn):為了儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)陌踩?,燃料都要低閃點(diǎn)的要求。生物柴油的閃點(diǎn)一般高于110℃,遠(yuǎn)超過石油柴油的70℃,所以生物柴油儲(chǔ)運(yùn)比石油柴油安全。甲醇的含量是影響生物柴油閃點(diǎn)高低的重要因素。即使在生物柴油中含有少量的甲醇,其閃點(diǎn)也會(huì)降低。除此之外,較多的甲醇也會(huì)對(duì)燃料泵、橡塑配件等有影響,并且會(huì)降低生物柴油的燃燒性能。美國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)要求閉口閃點(diǎn)不低于130℃,歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求不低于120℃。
水分:游離水會(huì)導(dǎo)致生物柴油氧化并與游離脂肪酸生成酸性水溶液,水本身對(duì)金屬就有腐蝕。美國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)要求生物柴油水分和沉渣不超過0.05%,歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求水含量不超過500 mg/kg。
機(jī)械雜質(zhì):指存在于油品中所有不溶于規(guī)定溶劑的雜質(zhì)。機(jī)械雜質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的磨損以及運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常都有嚴(yán)重影響。生物柴油中不允許有機(jī)械雜質(zhì)。歐洲生物柴油標(biāo)準(zhǔn)要求總雜質(zhì)含量不超過24 mg/kg。
運(yùn)動(dòng)粘度:運(yùn)動(dòng)粘度表示生物柴油在重力作用下流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦力的量度,其值為相同溫度下生物柴油的動(dòng)力粘度與密度之比。對(duì)于一些發(fā)動(dòng)機(jī)而言,為了防止噴射泵和噴射器泄漏而造成功率損失,可設(shè)定一個(gè)粘度小值;另一方面,通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸、噴油系統(tǒng)特性的考慮,限定了允許粘度的大值。生物柴油的粘度高于石油柴油,調(diào)入2~20%的生物柴油到石油柴油中后,柴油的粘度會(huì)增加,但也能滿足標(biāo)準(zhǔn)對(duì)柴油運(yùn)動(dòng)粘度的要求。美國標(biāo)準(zhǔn)要求生物柴油40℃運(yùn)動(dòng)粘度為1.9~6.0 mm2/s,歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求40℃運(yùn)動(dòng)粘度為3.5~5.0 mm2/s。
硫酸鹽灰分:在生物柴油中灰分以三種形式存在:固體磨料、可溶性金屬皂及未除去的催化劑。固體磨料和未除去的催化劑能導(dǎo)致噴射器、燃油泵、活塞和活塞環(huán)磨損以及發(fā)動(dòng)機(jī)沉積??扇苄越饘僭韺?duì)磨損影響很小,但卻能導(dǎo)致濾網(wǎng)堵塞和發(fā)動(dòng)機(jī)沉積。美國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)都要求生物柴油硫酸鹽灰分不超過0.02%。
硫:硫含量對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)磨損和沉積以及尾氣污染物的排放都有很大影響,清潔燃料的一個(gè)重要指標(biāo)就是低硫要求。生物柴油的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)就是硫含量低。美國標(biāo)準(zhǔn)要求生物柴油硫含量不超過0.05%,歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求低于0.001%。
銅片腐蝕:是在規(guī)定條件下測試油品對(duì)銅的腐蝕傾向。由于酸或含硫化合物的存在能使得銅片褪色,此試驗(yàn)可用來評(píng)測燃料系統(tǒng)中紫銅、黃銅、青銅部件產(chǎn)生腐蝕的可能性。按照目前的標(biāo)準(zhǔn),生物柴油的銅片腐蝕一般都能達(dá)到要求,但長期與銅接觸,可能會(huì)導(dǎo)致生物柴油發(fā)生降解,產(chǎn)生游離脂肪酸和固體物質(zhì)。美國標(biāo)準(zhǔn)要求生物柴油銅片腐蝕不高于3級(jí),歐洲標(biāo)準(zhǔn)為1級(jí)。
十六烷值:是指在規(guī)定條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中,采用和被測定燃料具有相同發(fā)火滯后期的標(biāo)準(zhǔn)燃料中正十六烷的體積百分?jǐn)?shù)。十六烷值可以評(píng)價(jià)燃料油的點(diǎn)火性能、白煙影響及燃燒強(qiáng)度。十六烷值規(guī)格要求取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸、轉(zhuǎn)速、負(fù)載變化特性以及初始和大氣條件。與石油柴油相比,生物柴油的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是十六烷值較高。美國標(biāo)準(zhǔn)要求生物柴油十六烷值不低于47,歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求超過51。
氧化安定性:氧化安定性也是生物柴油質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),氧化安定性差的生物柴油易生成如下老化產(chǎn)物:不溶性聚合物(膠質(zhì)和油泥),這會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)濾網(wǎng)堵塞和噴射泵結(jié)焦,并導(dǎo)致排煙增加、啟動(dòng)困難;可溶性聚合物,其可在發(fā)動(dòng)機(jī)中形成樹脂狀物質(zhì),可能會(huì)導(dǎo)致熄火和啟動(dòng)困難;老化酸,這會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)金屬部件腐蝕;過氧化物,這會(huì)造成橡膠部件的老化變脆而導(dǎo)致燃料泄漏等。由于生物柴油很難通過纖維素濾膜,用于評(píng)價(jià)柴油氧化安定性的方法不能評(píng)價(jià)生物柴油。目前已經(jīng)發(fā)展了很多方法可評(píng)定生物柴油的氧化安定性,比較得到*的標(biāo)準(zhǔn)方法使ISO 6886——動(dòng)植物油脂氧化安定性測定法(加速氧化法)和基于此的EN 14112:2004——脂肪酸甲酯氧化安定性測定法(加速氧化法)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生物柴油在110℃下的誘導(dǎo)期不低于6小時(shí),美國規(guī)準(zhǔn)還沒有規(guī)定這一指標(biāo)。
低溫流動(dòng)性:柴油在低溫條件下的流動(dòng)性能不僅關(guān)系到柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料供給系統(tǒng)在低溫下能否正常供油,而且與柴油在低溫下的貯存、運(yùn)輸、裝卸等作業(yè)能否進(jìn)行都有密切關(guān)系。柴油的低溫流動(dòng)性能一般用濁點(diǎn)、冷濾點(diǎn)、凝點(diǎn)/傾點(diǎn)等來衡量。在冷濾點(diǎn)方法出現(xiàn)之前,一般用濁點(diǎn)、凝點(diǎn)/傾點(diǎn)來評(píng)價(jià)油品的低溫性能。美國使用濁點(diǎn)和傾點(diǎn)指標(biāo)劃分柴油的牌號(hào)。冷濾點(diǎn)與燃料實(shí)際使用溫度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系,對(duì)柴油燃料的使用有實(shí)際指導(dǎo)意義,而濁點(diǎn)、凝點(diǎn)/傾點(diǎn)與實(shí)際情況有偏差。100%的生物柴油的低溫流動(dòng)性普遍較差,冷濾點(diǎn)高于石油柴油。石油柴油與生物柴油調(diào)和后,低溫流動(dòng)性與石油柴油的性質(zhì)、生物柴油的性質(zhì)、摻入量以及是否使用流動(dòng)性改進(jìn)劑等都有很大關(guān)系。美國和歐洲標(biāo)準(zhǔn)都未明確規(guī)定。 殘?zhí)浚簹執(zhí)苛坑脕碓u(píng)測燃料油中炭沉積的趨勢。殘?zhí)恐翟酱?,在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)生成積炭的傾向越大,但由于與發(fā)動(dòng)機(jī)沒有直接的關(guān)聯(lián)性,這項(xiàng)性能指標(biāo)被認(rèn)為是一個(gè)粗劣估計(jì)。美國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)用100%的樣品來替代10%蒸余物,并按照10%蒸余物來計(jì)算,其值要求小于0.050%。歐洲生物柴油標(biāo)準(zhǔn)是直接測試,要求100%蒸余物殘?zhí)坎淮笥?.3%.
酸值:是指中和1克油品中的酸性物質(zhì)所需要的氫氧化鉀毫克數(shù)。生物柴油的酸值測定的對(duì)象是生產(chǎn)過程中殘余的游離脂肪酸和儲(chǔ)存過程中降解產(chǎn)生的脂肪酸。高酸值的生物柴油能加劇燃料油系統(tǒng)的沉積并增加腐蝕的可能性,同時(shí)還會(huì)使噴油泵柱塞副的磨損加劇,噴油器頭部和燃燒室積炭增多,從而導(dǎo)致噴霧惡化以及柴油機(jī)功率降低和氣缸活塞組件磨損增加。美國生物柴油標(biāo)準(zhǔn)酸值不大于0.80 mg KOH/g,歐洲標(biāo)準(zhǔn)為不大于0.50 mg KOH/g。
游離甘油:高含量的游離甘油可產(chǎn)生噴射器沉積,也會(huì)阻塞供油系統(tǒng)和腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)以及黑煙的生成,同時(shí)還能導(dǎo)致儲(chǔ)存和供油系統(tǒng)底部游離甘油的形成。美國和歐洲生物柴油標(biāo)準(zhǔn)都要求游離甘油的含量不超過0.02%。
總甘油、甘油單酯、二酯及三酯:總甘油方法是用來評(píng)測油品中甘油的含量,包括游離甘油和未反應(yīng)或部分反應(yīng)的油脂。較低的總甘油含量能夠確保油脂在轉(zhuǎn)變成脂肪酸甲酯的高轉(zhuǎn)化率。甘油單酯和二酯是甘油三酯未轉(zhuǎn)化*的副產(chǎn)物,如果它們的濃度太高,可能導(dǎo)致噴射器發(fā)生沉積,并且影響低溫操作性能,造成過濾器阻塞。美國標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了總甘油含量不超過0.240%,沒規(guī)定甘油單酯、二酯和三酯的含量;歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定甘油單酯、二酯和三酯含量分別為不超過0.80%、0.20%和0.20%,總甘油含量不超過0.25%。
磷含量:磷能夠破壞用于排放控制系統(tǒng)的催化轉(zhuǎn)換器,一定要保持它的低含量。在國外,隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的曰益嚴(yán)格,催化轉(zhuǎn)換器在柴油動(dòng)力設(shè)備上的應(yīng)用越來越普遍,因此低含磷量的重要性將逐漸升高。美國和歐洲生物柴油標(biāo)準(zhǔn)都要求磷含量不大于10 mg/kg。 90%回收溫度:由于生成生物柴油的動(dòng)植物油脂主要是有16到18碳的脂肪酸甘油酯組成,因此所生成的生物柴油的餾程范圍一般為330℃到360℃。這一指標(biāo)的作用是防止生物柴油中混入其它高沸點(diǎn)污染物。美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定90%回收溫度不超過360℃,歐洲標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定這一項(xiàng)目。 金屬含量:殘留的金屬可導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)沉積和磨損,并造成泵和注射器失效,使柴油車排煙增大,啟動(dòng)困難。酯交換反應(yīng)的催化劑可向生物柴油中引入Na、K、Ca、Mg等金屬,歐洲標(biāo)準(zhǔn)要求一價(jià)金屬和二價(jià)金屬的含量都不超過5 mg/kg,美國標(biāo)準(zhǔn)沒作要求。
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