热解油甲酯与乙酯的生物柴油优化制备及燃烧排放特性对比研究

本研究针对农业废弃物Albizia saman果荚热解油转化生物柴油的工艺优化问题，通过酸酯化-碱催化两步转酯化（甲醇ysis/乙醇ysis）结合响应面法（RSM），发现MB20（甲酯）在单缸CI发动机中表现更优：较EB20提升BTE至30.04%，降低BSFC至0.50 kg/kW-hr，CO/HC排放减少19.2%/33.3%，为农林废弃物高值化利用提供技术支撑。

　　

随着全球气候变化与能源安全问题的加剧，利用农林废弃物开发生物燃料成为研究热点。Albizia saman（雨树）果荚作为热带地区丰富的农业残余物，其热解油转化生物柴油的潜力尚未充分挖掘。当前研究面临三大挑战：热解油的高粘度、酸度等理化性质缺陷；甲醇ysis与乙醇ysis工艺路径的效能差异缺乏系统比较；NOx排放与燃烧效率的权衡难题亟待解决。

为破解这些难题，研究人员以Albizia saman果荚热解油为原料，采用酸酯化（H₂SO₄催化）与碱催化（NaOH）两步转酯化工艺，分别制备甲酯（MB20）和乙酯（EB20）。通过响应面法（RSM）优化混合比例与发动机负荷参数，在单缸压缩点火（CI）发动机上对比评估燃烧性能与排放特性。关键技术包括：热解油理化性质表征（闪点、粘度测定）、酯化反应条件优化、发动机台架测试（5.028 kW满负荷工况）及排放气体分析（CO/HC/NOx检测）。

材料与方法
研究选取Albizia saman果荚热解油为原料，通过两步法转酯化（甲醇ysis/乙醇ysis）制备生物柴油。关键创新在于采用RSM设计实验，以醇油比、催化剂浓度、反应时间为变量，建立工艺参数与酯化率的数学模型。

结果与讨论
• 燃料特性：热解油初始粘度达39 cSt（远高于柴油2-6.5 cSt），经酯化后MB20/EB20分别降至4.8/5.2 cSt，满足ASTM标准。
• 燃烧性能：MB20在满负荷时BTE达30.04%（较EB20高1%），BSFC降低至0.50 kg/kW-hr（EB20为0.55 kg/kW-hr），归因于甲酯更高十六烷值和更低汽化潜热。
• 排放特性：MB20的CO/HC排放较柴油降低19.2%/33.3%，但NOx增加12.8%，反映含氧燃料的典型trade-off效应。

结论
该研究证实Albizia saman热解油甲酯（MB20）具有更优的燃烧效率与减排潜力，其工艺优化模型为农业废弃物能源化提供新思路。未来需结合废气后处理技术解决NOx问题，并开展全生命周期评估以推动产业化应用。研究通过RSM建立的预测模型，为同类生物质热解油转化提供了可复用的方法论框架。