摻合不同脂肪酸甲基酯組成之生質柴油對其油品性質影響之研究

Effect of fatty acid methyl ester compositions of various biodiesel blends on fuel properties

陳志宏(Jhih-Hong Chen)

指導教授 ： 陳奕宏

國立臺北科技大學/工程學院/化學工程研究所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2010.00094

摘要

本研究主要針對桐油、油酸、棕櫚油、和痲瘋樹油等四種生質柴油的油品性質進行改善，藉由摻合方式來提昇與改善其各別未能符合標準規範的油品性質。因為絕大部分動、植物油脂經轉酯化後所得到的脂肪酸甲基酯(也就是生質柴油)，其有部分油品性質(例如：動黏度、冷濾點、和氧化穩定性等)可能難以符合國內CNS 15072生質柴油法規標準，特別是氧化穩定性和低溫流動性等問題最為嚴重，而影響生質柴油油品性質的主要關鍵在於各原料油脂之脂肪酸組成的差異性。因此，本研究將10種不同的原料油(芥花油、椰子油、痲瘋油、油酸、棕櫚油、棕仁油、葵花油、大豆油、無患子油、和桐油)做成生質柴油，分析與比較其油品性質(主要有酸價、冷濾點、密度、碘價、動黏度、和氧化穩定性)，再根據其脂肪酸甲基酯組成選出三種組成與油品性質互補的生質柴油以不同重量比例進行摻合，本研究一共進行6組摻合試驗，以期望藉由摻合方式得到可符合法規標準的生質柴油。本研究六組摻合試驗其最適結果分別為第一組：摻合比例為60 wt.%芥花油：20 wt.%棕櫚油：20 wt.%桐油生質柴油(分析項目有：冷濾點、密度、碘價、和動黏度)可得到最佳油品性質，唯獨氧化穩定性問題改善幅度不大，因為桐油具有高含量的桐酸成分所致。第二組：摻合比例為20 wt.%椰子油：20 wt.%棕櫚仁油：60 wt.%桐油生質柴油(分析項目有：密度、碘價、動黏度、和氧化穩定性)可得到較佳的油品性質，但氧化穩定性過低與酯含量不足是其缺點，因為組成中含有桐酸與較短碳鏈結構所致。第三組：摻合比例為70 wt.%油酸：30 wt.%棕櫚油生質柴油(分析項目有：冷濾點、碘價、和氧化穩定性)可得到較佳的油品性質，氧化穩定性過低提昇效果有限，本研究用油酸屬非高純度的有機酸而導致一較低的氧化穩定性。第四組：摻合比例為60 wt.%油酸：20 wt.%棕櫚油：20 wt.%桐油生質柴油(分析項目有：冷濾點、密度、碘價、動黏度、和氧化穩定性)可得到較佳油品性質，氧化穩定性問題仍是必須克服的問題。第五組：在摻合比例範圍為40-100 wt.%痲瘋油：0-20 wt.%棕櫚油：0-60 wt.%大豆油生質柴油(分析項目有：冷濾點、碘價、氧化穩定性)等範圍之內可以得到油品較佳的生質柴油，有別於其它組試驗，考慮氧化穩定性且在此區塊範圍內所摻合得到的生質柴油可以符合ASTM制定標準，但是無法符合EN氧化穩定性標準。第六組：摻合比例為70 wt.%痲瘋油：30 wt.%無患子油(分析項目：冷濾點、碘價、和氧化穩定性)可得到較佳的油品性質，氧化穩定性部分表現較佳為這六組試驗裡數值最高的。由於組成中含有高含量的單元不飽和脂肪酸所致(C18:1和C20:1)；因此在這六組摻合試驗中，只有氧化穩定性問題比較無法藉由摻合方式來有效達到改善，其它性質部分都可以獲得一定改善與提昇幅度，結果顯示以摻合方式來改變生質柴油中的脂肪酸組成比例進而改善與影響油品性質是為一個有效且簡便的改善方法。此外，本研究亦利用多元線性回歸探討構成生質柴油中的五大主要脂肪酸組成(MP、MS、MO、ML、和MLn)與ME對於油品性質的影響，研究結果發現，生質柴油冷濾點部分通常隨MP含量增加而增加；生質柴油密度部分隨ME含量的增加而增加；生質柴油碘價部分隨MLn含量增加而增加；生質柴油動黏度部分隨ME增加而增加；最後氧化穩定性部分與組成含量的多寡無直接的影響關係，數值幾乎都偏向較低氧化穩定性的生質柴油一方，儘管摻合較高含量的飽和酸酯，但提昇效果亦很有限。

關鍵字

生質柴油 ； 脂肪酸甲基酯組成 ； 摻合 ； 多元線性回歸 ； 生質柴油標準

並列摘要

The objective of this study is to blend four biodiesels including tung oil, oleic acid, palm oil, and jatropha oil methyl esterd. The fatty acid methyl esters (biodiesel) were obtained from the transesterification of animal fats and vegetable oils. Some properties of biodiesel like cold filter plugging point (CFPP), kinematic viscosity (KV), and induction period for oxidation stability (IP), etc. can not satisfy the biodiesel specification standards (ex. CNS 15072 in Taiwan), especially in the poor low-temperature properties and oxidation stability. One main cause accounting for the different properties of biodiesel comes from the different fatty acid methyl ester compositions. Therefore, this study studied the properties of biodiesel blends which were chosen from the biodiesels synthesized from various vegetable oils, including canola oil, coconut oil, jatropha oil, oleic acid, palm oil, palm kernel oil, soapnut oil, soybean oil, sunflower oil, and tung oil. The corresponding biodiesels were denoted as CME, COME, JME, OME, PME, PKME, SOME, SME, SUME, and TME, respectively. Furthermore, the properties of biodiesels such as acid value (AV), CFPP, density, iodine value (IV), KV, and IP were analyzed. Then three biodiesels showing the complementary properties are chosen to be blended in different weight ratio for the satisfaction of the biodiesel specification standards. Six blend combination were tested in this study. The optimum blending ratios are: The 1st group is 60 wt.% CME, 20 wt.% PME, and 20 wt.% TME (analytic items: CFPP, density, IV, and KV). The 2nd group is 20 wt.% COME, 20 wt.% PKME, and 60 wt.% TME (analytic items: density, IV, KV, and IP). The 3rd group is 70 wt.% OME, 30 wt.% PME, and 0 wt.% SME (analytic items: CFPP, IV, and IP). The 4th group is 60 wt.% OME, 20 wt.% PME, and 20 wt.% TME (analytic items: CFPP, density, IV, KV, and IP). The 5th group is 100 wt.% JME, 0 wt.% PME, and 0 wt.% SME (analytic items: CFPP, IV, and IP). The 6th group is 70 wt.% JME, 30 wt.% SOME, and 0 wt.% SUME (analytic items: CFPP, IV, and IP). In addition, the multiple linear regression equations were used to investigate the effects of the fatty acid compositions of biodiesel blends on the fuel properties.

並列關鍵字

Biodiesel ； fatty acid methyl ester compositions ； blending ； multiple linear regressions ； biodiesel specification standards

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