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棕榈油生物柴油低温流动性：机理、影响因素与改进策略探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在全球能源需求持续攀升和环保意识日益增强的大背景下，能源领域正面临着严峻的挑战与深刻的变革。传统化石能源，如煤炭、石油和天然气，长期以来在能源结构中占据主导地位，为社会经济发展提供了强劲动力。然而，这些不可再生能源正逐渐走向枯竭，国际能源署（IEA）发布的《2025年全球能源评论》显示，尽管当前能源消费增长态势仍在持续，但传统化石能源的储量有限性愈发凸显。同时，传统化石能源的广泛使用带来了严重的环境污染问题，大量的二氧化碳排放加剧了全球气候变暖，对生态平衡和人类生存环境构成了巨大威胁。因此，开发和利用可再生、清洁的新能源已成为全球能源领域的当务之急。

生物柴油作为一种极具潜力的可再生能源，近年来受到了广泛关注。它通常由植物油、动物油或废弃油脂与甲醇或乙醇通过酯交换反应制备而成，主要成分为脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油具有诸多显著优势，首先，它的原料来源广泛，涵盖了各种植物油、动物油以及废弃油脂等，其中废弃油脂的利用不仅实现了资源的回收再利用，还能有效减少“地沟油”回流餐桌的风险，具有良好的环保和社会效益。其次，生物柴油具有优良的环保特性，其燃烧过程中产生的废气、废水和固体废弃物相对较少，可显著降低对空气和环境的污染。再者，生物柴油的十六烷值较高，燃烧性能好，能够提高发动机的效率，减少能源浪费；同时，它还具有较好的低温发动机启动性能，可降低油耗、提高动力性，并降低尾气污染。此外，生物柴油可生物降解，无毒，排放量低，对环境友好，符合可持续发展的理念。

棕榈油因其价格低廉且产量大，逐渐成为许多国家开发生物柴油的首选原材料之一。然而，棕榈油生物柴油在低温条件下存在流动性较差的问题，这严重制约了其在寒冷地区的广泛应用。当温度降低时，棕榈油生物柴油中的高熔点饱和长链脂肪酸甲酯会结晶析出，导致油品的流动性变差，甚至出现冷凝、结冰等现象。在北方寒冷地区，冬季温度常常在零下十几摄氏度甚至更低，此时棕榈油生物柴油的低温流动性问题会导致其无法正常在车辆、船舶等发动机中使用，影响燃油的输送和喷射，降低发动机的性能，甚至可能造成发动机故障。此外，低温流动性问题还会对棕榈油生物柴油的储存、运输和装卸等作业带来不便，增加运营成本和安全风险。

因此，深入研究棕榈油生物柴油的低温流动性及其改进方法具有重要的现实意义。通过解决低温流动性问题，可以拓宽棕榈油生物柴油的应用范围，使其能够在更广泛的地区和领域得到应用，提高其市场竞争力；有助于推动生物柴油产业的发展，促进可再生能源的利用，减少对传统化石能源的依赖，实现能源的可持续发展；还可以为其他生物柴油的研究提供参考和借鉴，丰富生物柴油的研究内容和方法，推动整个生物柴油领域的技术进步。同时，这对于缓解能源危机、减少环境污染、实现经济社会的可持续发展都具有积极的促进作用。

1.2国内外研究现状

棕榈油生物柴油低温流动性的研究在国内外都备受关注，众多学者围绕其影响因素和改进方法展开了深入探究。

在影响因素方面，脂肪酸甲酯的组成和含量被公认为是关键因素之一。生物柴油本质是多种脂肪酸甲酯的混合物，当其中高熔点饱和长链脂肪酸甲酯含量较多时，低温下易结晶析出，显著影响流动性。不同原料制备的生物柴油，其脂肪酸甲酯组成差异明显。以椰子油为原料的生物柴油含约45%月桂酸甲酯，棕榈油为原料的含约40%棕榈酸甲酯。研究表明，饱和脂肪酸甲酯含量越高，生物柴油低温性能越差；不饱和脂肪酸甲酯含量越高，低温性能越好。Park等通过混合不同原料的生物柴油改变脂肪酸甲酯组成，得出冷滤点与不饱和脂肪酸的关系，证实混合不同低温性能的生物柴油可在一定程度改进其流动特性。

生物柴油制备过程中产生的杂质也会对低温流动性产生影响。合成原料中的高熔点甘油二酯、甘油单酯，反应不完全的甘油三酯、醇类、游离脂肪酸以及反应产生的皂化物等，均会干扰低温流动特性。LeeYu等研究发现，浊点会随甘油单酯、甘油二酯的增加而升高，尽管倾点不受影响，但浓度为0.1%的饱和甘油单酯或甘油二酯就能使浊点升高，而不饱和的甘油单酯对浊点及倾点都无影响。

在改进方法上，添加添加剂是常用手段。柴油降凝剂虽不能阻止蜡晶晶核产生，但能改变蜡晶形状，阻碍晶体增长与聚集，由于生物柴油与石化柴油晶体生长与聚集类似，因此可通过添加现有柴油降凝剂来改进生物柴油流动性。常用添加剂还包括甲醇、丙醇、丁醇、乙二醇、偏二甲醚等，近年来，界面活性剂、凝固抑制剂等功能性添加剂也逐渐受到关注。有研究表明，添加适量内掺添加剂后，棕榈油生物柴油的氧化稳定性有所提高，因为添加剂可降低酸值、过氧化值等物理化学指标，有效抑制氧化反应。

改变生物柴油结构也是重要的改进方向。采用中等长度链长或含有支链的醇与植物油