Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів
Біодизельне паливо перед традиційним дизельним має ряд переваг, найважливішими серед яких є біовідновлювальність олійної сировини, швидка біологічна деградація, нетоксичність, сумісність з нафтовим паливом. Незважаючи на значну кількість літературних джерел, присвячених синтезу біодизеля, на сьогодн...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/50 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Catalysis and petrochemistry |
| Завантажити файл: |
|
Institution
Catalysis and petrochemistry| _version_ | 1872009006477737984 |
|---|---|
| author | Zubenko, S.O. Patrylak, L.K. Konovalov , S.V. |
| author_facet | Zubenko, S.O. Patrylak, L.K. Konovalov , S.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "S.O. Zubenko",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1,"
},
{
"author": "L.K. Patrylak",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1,"
},
{
"author": "S.V. Konovalov ",
"institution": "Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України, Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1"
}
] |
| author_sort | Zubenko, S.O. |
| baseUrl_str | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-11-27T20:14:06Z |
| description | Біодизельне паливо перед традиційним дизельним має ряд переваг, найважливішими серед яких є біовідновлювальність олійної сировини, швидка біологічна деградація, нетоксичність, сумісність з нафтовим паливом. Незважаючи на значну кількість літературних джерел, присвячених синтезу біодизеля, на сьогодні практично відсутні систематизовані дані щодо впливу особливостей складу вихідної сировини на властивості палива. Традиційним спиртом для виробництва біодизельного палива залишається метанол, хоча використання біоспиртів – етилового та бутилового – робило би сировину повністю біовідновлювальною. Тому метою даної роботи був аналіз літературних даних з виявленням особливостей впливу природи вихідної сировини виробництва біодизеля, а саме довжини алкільного ланцюга спирту та жирнокислотного складу олійної компоненти на фізико-хімічні (густина, в’язкість) та експлуатаційні (низькотемпературні властивості, окисна стабільність, цетанове число, потужнісні та екологічні показники роботи дизельного двигуна) властивості одержуваного палива. Проаналізовано вимоги сучасних стандартів до мінерального дизельного та біодизельного палива. На основі аналізу масиву літературних даних встановлено, що зі зростанням молекулярної маси спирту в ряду метанол–бутанол відбувається деяке збільшення кінематичної в’язкості одержуваних естерів жирних кислот. Значення для бутилових естерів знаходяться на верхній межі дозволених стандартами, тоді як густина біодизельного палива падає зі зростанням вуглеводневого ланцюга спирту. Так само падає і температура помутніння та замерзання. Значення цетанового числа більше залежать від довжини вуглецевого ланцюга жирної кислоти, а не спирту. Вони зростають в міру збільшення молекулярної маси жирних кислот та в міру зменшення кількості ненасичених зв’язків. Показано також, що етилові та бутилові естери жирних кислот мають вищу окисну стабільність та теплоту згоряння, демонструють кращі екологічні показники при роботі дизельного двигуна, що дає їм суттєві переваги в порівнянні з метиловими естерами при використанні в ролі палива. Однак, на сьогодні бутилові естери жирних кислот рослинних олій є порівняно мало вивченими, тому вимагають подальших досліджень, особливо розгорнутих моторних випробувань як в чистому вигляді, так і у сумішах з мінеральним паливом. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
1
УДК 662.758
Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних
властивостей біодизельного палива
на основі метанолу та біоспиртів
С.О. Зубенко, Л.К. Патриляк, С.В. Коновалов
Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П. Кухаря НАН України,
Україна, 02094 Київ, вул. Мурманська, 1, тел./факс: 044 559-98-00
Біодизельне паливо перед традиційним дизельним має ряд переваг, найважливішими серед
яких є біовідновлювальність олійної сировини, швидка біологічна деградація, нетоксич-
ність, сумісність з нафтовим паливом. Незважаючи на значну кількість літературних дже-
рел, присвячених синтезу біодизеля, на сьогодні практично відсутні систематизовані дані
щодо впливу особливостей складу вихідної сировини на властивості палива. Традиційним
спиртом для виробництва біодизельного палива залишається метанол, хоча використання
біоспиртів – етилового та бутилового – робило би сировину повністю біовідновлювальною.
Тому метою даної роботи був аналіз літературних даних з виявленням особливостей впли-
ву природи вихідної сировини виробництва біодизеля, а саме довжини алкільного ланцюга
спирту та жирнокислотного складу олійної компоненти на фізико-хімічні (густина,
в’язкість) та експлуатаційні (низькотемпературні властивості, окисна стабільність, цетанове
число, потужнісні та екологічні показники роботи дизельного двигуна) властивості одер-
жуваного палива. Проаналізовано вимоги сучасних стандартів до мінерального дизельного
та біодизельного палива. На основі аналізу масиву літературних даних встановлено, що зі
зростанням молекулярної маси спирту в ряду метанол–бутанол відбувається деяке збіль-
шення кінематичної в’язкості одержуваних естерів жирних кислот. Значення для бутилових
естерів знаходяться на верхній межі дозволених стандартами, тоді як густина біодизельного
палива падає зі зростанням вуглеводневого ланцюга спирту. Так само падає і температура
помутніння та замерзання. Значення цетанового числа більше залежать від довжини вугле-
цевого ланцюга жирної кислоти, а не спирту. Вони зростають в міру збільшення молекуля-
рної маси жирних кислот та в міру зменшення кількості ненасичених зв’язків. Показано та-
кож, що етилові та бутилові естери жирних кислот мають вищу окисну стабільність та теп-
лоту згоряння, демонструють кращі екологічні показники при роботі дизельного двигуна,
що дає їм суттєві переваги в порівнянні з метиловими естерами при використанні в ролі па-
лива. Однак, на сьогодні бутилові естери жирних кислот рослинних олій є порівняно мало
вивченими, тому вимагають подальших досліджень, особливо розгорнутих моторних ви-
пробувань як в чистому вигляді, так і у сумішах з мінеральним паливом.
Ключові слова: біодизельне паливо, олії рослинні, естери жирних кислот метилові, естери
жирних кислот етилові, естери жирних кислот бутилові, стабільність окисна, в’язкість, гус-
тина, властивості низькотемпературні, число цетанове
Вступ
Біодизель (БД), будучи сумішшю алкілестерів жир-
них кислот (ЖК) одержаних переестерифікацією три-
гліцеридів ЖК чи, рідше, естерифікацією вільних ЖК,
має ряд переваг перед традиційним дизельним пали-
вом (ДП). Найважливішими серед них є біовідновлю-
вальність олійної сировини, здатність до швидкої біо-
логічної деградації, екологічна безпечність, нетоксич-
ність, сумісність у будь-яких співвідношеннях з нафто-
вим паливом та можливість використання у чистому
вигляді без додаткового модифікування двигуна [1].
Традиційно у виробництві біодизельного палива за-
стосовують метанол, а сам БД часто ототожнюють з
метиловими естерами жирних кислот. Робляться спро-
би використання й інших нижчих спиртів – етилового,
пропілового, бутилового. Причому використання біо-
спиртів – етилового та бутилового – було б особливо
привабливим, оскільки б забезпечило повну біовіднов-
лювальність сировинної бази виробництва БД.
Джерелом тригліцеридів для одержання БД можуть
бути харчові та нехарчові рослинні олії, відпрацьовані
кулінарні олії, тваринні жири, відходи жирів та олій з
високим вмістом вільних ЖК (10–35 %), соапстоки та
тригліцериди мікроорганізмів [2]. Тому тригліцериди
сировини дуже суттєво відрізняється за жирнокислот-
ним складом, причому як за довжиною вуглеводневого
ланцюга ЖК, так і за їх ненасиченістю. Це не може не
відображатися на властивостях одержуваного палива.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
2
Довжина алкільного ланцюга нижчого спирту, що ви-
користовується для одержання естерів, також безумов-
но впливає на їх властивості. Незважаючи на значну
кількість літературних джерел, присвячених різномані-
тним аспектам одержання БД [2–6], на сьогодні відсу-
тні систематизовані дані щодо впливу особливостей
складу олійної сировини та використовуваного нижчо-
го спирту на властивості БД. Крім того, переважна бі-
льшість з них присвячена синтезу метилових естерів
жирних кислот (МЕЖК) [3–12], менше – етилових ес-
терів жирних кислот (ЕЕЖК) [13–18]. Порівняно мала
кількість публікацій присвячена одержанню бутилових
естерів жирних кислот (БЕЖК) [19–23].
Тому метою даної роботи був аналіз літературних
даних з виявленням особливостей впливу природи ви-
хідної сировини виробництва БД, а саме довжини алкі-
льного ланцюга спирту та жирнокислотного складу
олійної компоненти на фізико-хімічні та експлуатацій-
ні властивості одержуваного палива.
Вимоги світових та українських стандартів до
якості БД
Вважається, що БД може слугувати повноцінною
заміною ДП у всіх типах дизельних двигунів [1, 24, 25].
На сьогодні фізико-хімічні та експлуатаційні властиво-
сті БД у світі регламентуються у відповідності з трьома
основними стандартами – ASTM D6751 (США), EN
14214 (Європейський союз) та ANP 42 (Бразилія).
Причому європейський стандарт EN 14214 розроблено
тільки на МЕЖК в ролі БД, тоді як дія ASTM D6751 та
ANP 42 поширюється як на МЕЖК, так і на ЕЕЖК. В
Україні паралельно існують два окремих стандарти –
ДСТУ 6081:2009 на чисті МЕЖК та ДСТУ 7178:2010
на чисті ЕЕЖК. Основні вимоги до якості БД згадани-
ми стандартами, а також вимоги до сучасного ДП за
ДСТУ 7688:2015 порівняно в табл. 1. Відзначимо, що
діючий український стандарт на ДП допускає вміст в
його складі до 7 % об. метилових чи етилових естерів
жирних кислот.
Перелічені документи за більшістю показників яко-
сті мало відрізняються чи й взагалі не відрізняються
між собою. Зокрема, український ДСТУ 6081:2009,
будучи фактично адаптацією європейського EN 14214,
за всіма показниками ідентичний останньому. А ДСТУ
7178:2010 на ЕЕЖК відрізняється від українського
стандарту на МЕЖК тільки дещо нижчою допустимою
температурою спалаху БД. Крім того, в обох українсь-
ких нормативних документах, на відміну від європей-
ського, додатково введено поділ БД на класи за грани-
чною температурою фільтрованості.
Вимоги американського ASTM D6751 є дещо менш
жорсткими порівняно з вимогами українського та єв-
ропейського стандартів: ширші межі в’язкості, нижчі
значення температури спалаху, цетанового числа, оки-
сної стабільності, незначно нижча частка загального
гліцерину. Більш того, ASTM D6751 не регламентує
вміст естерів, густину БД та вміст естерів лінолевої та
поліненасичених жирних кислот.
Ще менш жорсткими є вимоги бразильського стан-
дарту ANP 42, за якими допускається помітно вищий
вміст загального гліцерину, залишкового спирту та
калію/натрію. На значну частину показників, в тому
числі й на вміст естерів, документ не встановлює об-
межень (вимагається лише їх визначення).
До БД порівняно з ДП за українськими стандартами
пред’являються жорсткіші вимоги за показником тем-
ператури спалаху (120/101 °С замість 55 °С) і м’якіші –
за показниками в’язкості (3,5–5,0 мм2/с проти 1,5–4,5
мм2/с) та окисної стабільності (6 год проти 20 год).
Крім того, для БД передбачено вищі значення густини
(860–900 кг/м3 замість 800–845 кг/м3) та ширший інтер-
вал граничних температур фільтрованості – (+5 ÷ -44) °С
проти (-5 ÷ -30) °С.
Наведені в табл. 1 показники якості БД можна умо-
вно поділити на технологічні, що пов’язані з процеса-
ми виробництва, та хімічні, які обумовлюються хіміч-
ним складом відповідних естерів. До технологічних
показників можна віднести вміст естерів, температуру
спалаху, вміст сірки, коксованість (частково), золь-
ність, вміст води, вміст механічних домішок, випробу-
вання на мідній пластинці, кислотне число, вміст мета-
нолу чи етанолу, вміст моногліцеридів, дигліцеридів,
тригліцеридів, вільного та загального гліцерину, ка-
лію/натрію та кальцію/магнію. До хімічних відносять-
ся густина, в’язкість, коксованість (частково), цетанове
число, окисна стабільність, йодне число, вміст естерів
ліноленової та поліненасичених кислот, температура
помутніння та гранична температура фільтрованості
палива.
Жирнокислотний склад тригліцеридів сировини
для одержання БД
Сировиною для одержання БД найчастіше слугу-
ють різноманітні рослинні олії – як харчові (в тому чи-
слі використані кулінарні), так і нехарчові; значно рід-
ше переробці піддають тваринні жири.
Рослинні олії з хімічної точки зору – це переважно
тригліцериди жирних кислот з домішками моно-, диг-
ліцеридів і вільних жирних кислот. Число атомів вуг-
лецю та кількість подвійних зв’язків у молекулах глі-
церидів змінюється в широкому діапазоні в залежності
від природи олії. Жирнокислотний склад деяких рос-
линних олій подано у табл. 2 [4, 10, 26–28]. Олії можна
умовно поділити на три основні групи: легкі – триглі-
цериди яких містять переважно жирнокислотні залиш-
ки коротші за С16 (кокосова, пальмова), середні – у
складі яких домінують жирнокислотні залишки С16–
С18 (соєва, соняшникова, генномодифікована ріпакова
– олія каноли, кукурудзяна, лляна) та важкі – такі, що
мають у складі жирнокислотні залишки більші за С18
(ріпакова, гірчична). Виділяється серед олій за своїм
складом рицинова, вміщуючи переважно тригліцериди
рицинолевої кислоти. Середні олії є найпоширенішими
і, відповідно, найбільш використовуваними в ролі си-
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
3
Таблиця 1. Вимоги сучасних стандартів на ДП та БД
Показник ДСТУ 7688
ДСТУ 6081 ДСТУ 7178 EN 14214 ASTM D6751 ANP 42
Масова частка естерів,
% мас.* (% об.)
0 (B0)*
≤5 (В5)*
5–7 (В7)*
≥96,5 ≥96,5 ≥96,5 – звіт
Густина за температури 15 °С,
кг/м3
820–845 (Л)
800–845 (З)
800–840(Арк)
860–900 860–900 860–900 – звіт
Кінематична в’язкість за темпе-
ратури 40 °С, мм2/с
2,0–4,5 (Л)
1,5–4,0 (З, Арк)
3,5–5,0 3,5–5,0 3,5–5,0 1,9–6,0 звіт
Температура спалаху в закритому
тиглі, °С
*(якщо не визначається
масова частка метанолу)
40 (Євро 3)
55 (Євро 4, 5)
≥120 ≥101 ≥101 ≥93 або
≥130*
≥100
Вміст сірки, мг/кг, не більше 10 (Євро 5)
50 (Євро 4)
350 (Євро 3)
10 10 10 15 (S15)
500(S500)
звіт
Коксованість 10 %
*(100 %) залишка перегонки, %
≤0,30 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,30 ≤0,05* ≤0,1*
Цетанове число ≥51 (Л)
≥49 (З)
≥48 (Арк)
≥51 ≥51 ≥51 ≥47 звіт
Зольність, % мас. ≤0,01 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02
Вміст води,
мг/кг
% мас. *(% об.)
≤200
–
≤500
≤0,05
≤500
≤0,05
≤500
–
–
≤0,05*
–
≤0,05*
Вміст мех. домішок, мг/кг ≤24 ≤24 ≤24 ≤24 – звіт
Випробування на мідній
пластинці (3 год, 50 °С)
Клас 1 Клас 1 Клас 1 Клас 1 Клас 3 Клас 1
Окисна стабільність за
110 °С, год *(г/м3)
≥20
≤25*
≥6,0 ≥6,0 ≥6,0 ≥3,0 ≥6,0
Кислотне число, мг КОН на 1 г – ≤0,50 ≤0,50 ≤0,50 ≤0,50 ≤0,80
Йодне число, г I2/100 г – ≤120 ≤120 ≤120 – звіт
Масова частка естерів С18:3, % – ≤12,0 ≤12,0 ≤12,0 – –
Масова частка поліненасичених
естерів, %
– ≤1 ≤1 ≤1 – –
Масова частка спиртів, %:
метанолу
метанолу чи етанолу
етанолу
–
–
–
≤0,20
–
–
–
–
≤0,20
≤0,20
–
–
≤0,2
–
–
–
≤0,50
–
Масова частка моногліцеридів, % – ≤0,80 ≤0,80 ≤0,80 ≤0,4 (1-B)
– (2-B)
–
Масова частка дигліцеридів, % – ≤0,20 ≤0,20 ≤0,20 – –
Масова частка тригліцеридів, % – ≤0,20 ≤0,20 ≤0,20 – –
Масова частка вільного гліцерину, % – ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02 ≤0,02
Масова частка загального гліцерину, % – ≤0,25 ≤0,25 ≤0,25 ≤0,24 ≤0,38
Вміст (Na + K), мг/кг *(ppm) – 5 5 5 5* 10
Вміст (Ca + Mg), мг/кг *(ppm) – 5 5 5 5* звіт
Температура помутніння, оС ≤-20 (Арк) – – – звіт –
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
4
ровини для виробництва БД. Вони відрізняються між
собою за вмістом насичених, олеїнової, лінолевої та
ліноленової кислот. Саме цими відмінностями у складі
олій переважно і визначаються основні властивості
одержуваних продуктів.
Фізико-хімічні та експлуатаційні властивості БД
Кінематична в’язкість
В’язкість є показником, що відображає здатність
палива проходити через систему паливоподачі та роз-
пилюватися в циліндр двигуна. Висока в’язкість, особ-
ливо за низьких температур, провокує більш жорсткі
умови роботи паливного насоса високого тиску, що
підвищує знос його деталей, внаслідок чого погіршу-
ються показники впорскування палива [29].
Кінематична в’язкість (визначена за 40 °С) рослин-
них олій здебільшого знаходиться в межах від 30 до 50
мм2/с. Одержані з олій естери жирних кислот характе-
ризуються на порядок нижчими значеннями цього по-
казника. Відомо, що для індивідуальних естерів ЖК
в’язкість зростає зі збільшенням вуглеводневого лан-
цюга кислотного залишку та зі зменшенням ненасиче-
ності молекул [30–33]. Knothe та Steidley [32] виявили,
що конфігурація подвійного зв’язку також впливає на
в’язкість: цис-ізомери мають нижчу в’язкість, ніж
транс-ізомери. Високі в’язкості характерні і для есте-
рів рицинової олії [34–37].
МЕЖК, як правило, мають в’язкості менші за 5,0
мм2/с, що цілком відповідає вимогам діючих стандар-
тів [10], за винятком випадків високого вмісту жирних
кислот С20–С24 у олійній сировині.
З ростом же вуглеводневого ланцюга спирту на од-
ну СН2-групу в’язкість зростає на 0,1–0,55 мм2/с [20,
26, 34, 37–44], а з ростом на три СН2-групи – на 0,4–1,5
мм2/с [20, 22, 41]. Однак зустрічаються і винятки.
Продовження табл. 1
Гранична температура фільтро-
ваності, °С, не більше
*(прокачування через фільтр
200 см3 палива за -12 °С палива, с)
(A, B, C, D, E, F – марки палив;
0, 1, 2, 3, 4 – класи палив;
1-B, 2-B – сорти палив за амери-
канським стандартом)
-5 (Л)
-20 (З)
-30 (Арк)
+5 (А)
0 (B)
-5 (C)
-10(D)
-15(E)
-20 (F)
-20 (0)
-26 (1)
-32 (2)
-38 (3)
-44 (4)
+5 (А)
0 (B)
-5 (C)
-10(D)
-15(E)
-20 (F)
-20 (0)
-26 (1)
-32 (2)
-38 (3)
-44 (4)
+5 (А)
0 (B)
-5 (C)
-10(D)
-15(E)
-20 (F)
≤200*
(1-B)
≤360*
(2-B)
–
Л, З, Арк – літнє, зимове, арктичне дизпаливо; звіт – показник визначається, але не регламентується
Таблиця 2. Жирнокислотний склад рослинних олій [4]
Вміст ЖК, % від загальної маси ЖК (число атомів вуглецю: число С=С зв’язків) Олія
8:0 10:0 12:0 14:0 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 22:0 22:1 ЙЧ
Канола (ГМО
ріпакова)
1,2–6 1–2,5 52–66,9 16,1–31 6,4–14,1 1–2 110–126
Кокосова 4,6–9,5 4.5–9,7 4–51 13–20,6 7,5–10,5 1–3,5 5–8,2 1,0–2,6 0–0,2 6–12
Кукурудзяна 0–0,3 7–16,5 1–3,3 20–43 39–62,5 0,5–13,5 103–140
Бавовняна 0,6–1,5 21,4–26,4 2,1–5 14,7–21,7 46,7–58,2 90–119
Оливкова 0–1,3 7–20 0,5–50 55–84,5 3,5–21 75–94
Пальмова 0–0,4 0,5–2,4 32–47,5 3,5–6,3 36–53 6–12 35–61
Арахісова 0–0,5 6–14 1,9–6 36,4–67,1 13–43 0–0,3 80–106
Ріпакова 0–1,5 1–6 0.5–3,5 8–60 9,5–23 1–13 5–56 94–120
Соєва 2,3–13,3 2,4–6 17,7–30,8 49–57,1 2–10,5 0–0,3 117–143
Соняшникова 3,5–7,6 1,3–6,5 14–43 44–74 110–143
Яловичий жир 2,1–6,9 25–37 9,5–34,2 14–50 26–50 35–48
Лляна1 6 4 20 16 54 –
Рицинова2 1 1 3 5 0.5 88* –
Ятрофова3 14 6 44 36 –
Гірчична4 5,5 1,5 9 11 21 8 38 –
Алгаєва5 2–8 5–35 5–10 8–65 5–15 2–8 –
ЙЧ – йодне число; * – рицинолева кислота C18:1OH.
1 – [10]; 2 – [10]; 3 – [26]; 4 – [27]; 5 – [28].
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
5
Зокрема, продукти на основі яловичого жиру [45] та
олій [19, 46], з високим вмістом естерів насичених ЖК
(40–90 %), одержані переестерифікацією етанолом ха-
рактеризуються в’язкістю на 0,2–1,7 мм2/с меншою,
ніж у випадку використання метанолу. При заміні ж
метанолу на бутанол в’язкість зменшується ще знач-
ніше – на 1,0–2,5 мм2/с [19, 45].
В роботі [47] знайдено, що значення в’язкості есте-
рів олеїнової кислоти та спиртів С1–С10 знаходяться в
межах 3,9–8,6 мм2/с. При цьому для естерів на основі
спиртів від метанолу до пентанолу з подовженням
спиртової частини на одну СН2-групу в’язкість збіль-
шується на 0,4 мм2/с.
Загалом ЕЕЖК в залежності від жирнокислотного
складу олії мають в’язкості переважно в межах від 3,5
до 5,0 мм2/с [25, 36, 38, 46, 48–52] за винятком сирови-
ни з високим вмістом насичених жирних кислот та
ерукової кислоти, етилові естери яких характеризу-
ються вищими значеннями в’язкості у межах 6,2–9,3
мм2/с [19, 45] та 6,0–8,7 мм2/с [48], відповідно. ЕЕЖК,
одержані з рицинової олії, також мають в’язкості, що
суттєво виходять за межі вимог стандартів – 9,49–19,7
мм2/с [35–37, 53, 54].
Бутилові естери ЖК в основному характеризуються
в’язкостями 4,0–5,5 мм2/с [19, 20–22, 41, 49, 57–59],
причому збільшення показника до 5,5 відбувається у
випадку олій із вмістом жирних кислот С18+ понад
40 % [20, 41, 49, 60]. Наявність великих кількостей на-
сичених ЖК [45, 48, 59] та знов-таки ерукової кислоти
С22:1 призводить до підвищення в’язкості до 6,2–7,3
мм2/с та 9,8 мм2/с відповідно.
Оскільки в’язкість вихідних олій у кілька разів ви-
ща за в’язкість естерів, то цілком закономірно, що
остання буде сильно залежати від залишкового вмісту
тригліцеридів, моно- та дигліцеридів. В роботі [52] по-
казано, що в’язкість ЕЕЖК зростає також зі збільшен-
ням вмісту вільних ЖК, вільного та загального гліце-
рину. Протилежний вплив на в’язкість має підвищення
вмісту спиртів.
Отже, для забезпечення вимог стандартів по
в’язкості метилові, етилові та бутилові естери не по-
винні бути одержані на основі олій з високим вмістом
насичених ЖК, особливо з довгими ланцюгами, а та-
кож рицинової олії. Використання таких олій для оде-
ржання БД можливе у суміші з іншими.
Густина
Висока густина палива викликає збільшення тиску
впорскування, що призводить до скорочення ресурсу
паливної апаратури [29]. Крім того, від густини палива
значною мірою залежать продуктивність двигуна та
викиди. Величина густини корелює з викидами оксидів
азоту – чим вона нижча, тим менший вміст NOx у ви-
хлопних газах [60]. На відміну від в’язкості, густина
біодизельного палива мало змінюється порівняно з
густиною вихідної олії [46, 61]. Вона зростає зі змен-
шенням довжини ланцюга ЖК та зі збільшенням числа
подвійних зв’язків, в той же час вона зменшується при
наявності домішок спирту [62, 63].
Як для естерів індивідуальних ЖК [64], так і для ес-
терів на основі олійної сировини [19, 20, 22, 37–40] ха-
рактерне незначне зменшення густини з ростом вугле-
водневого ланцюга спиртової групи.
В переважній більшості випадків ЕЕЖК за густи-
ною задовольняють вимогам стандартів 0,86–0,90 г/см3
(визначена за 15 °С) [19, 20, 37–39, 65–69], хоча трап-
ляються випадки дещо нижчих за 0,86 г/см3 величин
[40, 60, 70, 71] та дещо вищих значень (0,90–0,92) г/см3
[36, 37]. Останні – це продукти, що містять більше
80 % лінолевої та рицинолевої кислоти.
Серед наведених в літературі даних щодо БЕЖК всі
зразки задовольняють вимоги стандартів, маючи гус-
тину 0,861–0,877 г/см3 [19, 20, 22, 48, 72].
Таким чином, за густиною більшість досліджених
зразків метилових, етилових та бутилових естерів ЖК
входять в діапазон, регламентований нормативними
документами. З ростом довжини обох вуглеводневих
ланцюгів естерів густина падає, тоді як висока ненаси-
ченість сприяє її підвищенню.
Низькотемпературні властивості
Низькотемпературні властивості як мінерального
ДП, так і біодизельного палива напряму залежать від їх
хімічного складу. Для застосування обох видів палива
в умовах холодного клімату необхідна модифікація їх
складу чи внесення депресорних присадок. Застигання
мінерального ДП призводить до незворотного виса-
джування парафінів, які, блокуючи лінії подачі палива,
викликають необхідність проведення очистки системи.
В свою чергу БД за низьких температур спочатку мут-
ніє, після чого починається застигання. Однак даний
процес є зворотнім з підвищенням температури і не
вимагає спеціальної очистки системи подачі палива.
Проте біодизель, як правило, не рекомендується до
використання за від’ємних температур.
Температура застигання
Температура застигання естерів жирних кислот, як
правило, зростає з подовженням ланцюга ЖК і різко
спадає зі збільшенням ненасиченості [73, 74]. Встанов-
лено, що насичені жирні кислоти з довгим ланцюгом
промотують кристалізацію як олій [75, 76], так метил-
ових естерів в ролі БД [77].
Використання як переестерифікуючого агенту за-
мість метанолу розгалужених спиртів чи етанолу і н-
бутанолу дозволяє значно покращити низькотемпера-
турні характеристики біодизельного палива [20, 46, 77].
Так, авторами роботи [74] показано, що збільшення
довжини спиртового ланцюга естерів насичених ЖК
С8–С18 сприяє пониженню температури застигання.
Для метил-, етил- та бутилстеарату вона складає 39, 33
та 27 °С відповідно. Така ж тенденція характерна і для
естерів олеїнової кислоти, для якої температура засти-
гання зменшується на 12 °С зі збільшенням довжини
вуглеводневого ланцюга спиртового залишку на одну
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
6
СН2-групу [47].
В роботі [78] методом диференційно-скануючої ка-
лориметрії було досліджено температури застигання
для насичених, мононенасичених та поліненасичених
естерів ЖК. Насичені метилові, етилові та бутилові
естери мають близькі температури застигання (-18 ÷ -
20 °С), тоді як поява одного ненасиченого зв’язку ви-
кликає падіння температури застигання від -43 до -
53 °С при переході від МЕЖК до ЕЕЖК та до -58 °С у
випадку БЕЖК. Ще сильніше падіння спостерігається
для поліненасичених естерів.
Для зразків БД, одержаних на основі однієї олії те-
мпература застигання зменшується у ряду
МЕЖК>ЕЕЖК>БЕЖК [21, 40, 42–44, 72].
Температура помутніння
Зі збільшенням довжини вуглеводневого ланцюга
спиртової групи естерів олеїнової кислоти температура
помутніння падає [79]. Така ж тенденція спостерігається
для естерів реальних олій – температура застигання падає
в ряду МЕЖК> ЕЕЖК > БЕЖК [20, 39–42, 68, 79–82].
Гранична температура фільтрованості
Ця ж послідовність зберігається і для величин гра-
ничної температури фільтрованості естерів природних
олій: МЕЖК> ЕЕЖК > БЕЖК [46, 80, 83, 84].
За рахунок кращих низькотемпературних показни-
ків БЕЖК порівняно з МЕЖК при приготуванні суміші
з ДП можна досягти граничної температури фільтро-
ваності -30 °С при вмісті БЕЖК 18 %, тоді як вміст
МЕЖК, що дозволяє отримати таке значення цього
показника, обмежується 14 % [83].
Отже, покращенню низькотемпературних власти-
востей БД сприяє обмеження вмісту естерів насичених
ЖК з довгими ланцюгами та використання спиртів з
більшою молекулярною масою.
Цетанове число
Цетанове число (ЦЧ), будучи мірою займистості
дизельного палива, складає для сучасних ДП нафтово-
0 1 2 3
20
40
60
80
100 Метилові естери
Етилові естери
Пропілові естери
Бутилові естери
Ц
ет
ан
ов
е
чи
сл
о
Кількість ненасичених зв'язків
Рис. 2. Зміна ЦЧ в залежності від ступеня ненасиченості
жирних кислот С18 [88–91]
го походження 50–52 одиниць і регулюється значною
мірою додатками. В цьому відношенні біодизель має
природні переваги. Його вихідні компоненти є подіб-
ними до цетану, а тому для нього цетанове число зде-
більшого перевищує 50 без будь-яких додатків [1, 73,
85].
Як видно з рис. 1, побудованого за даними робіт
[48, 64, 73, 79, 86–88], ЦЧ суттєво зростає зі збільшен-
ням довжини ланцюга насичених жирних кислот і сла-
бо залежить від довжини спиртової групи. Виходячи з
цього можна очікувати високих значень ЦЧ для олій зі
значним вмістом насичених жирних кислот С12–С18.
Серед олій, наведених в табл. 2, це може бути кокосова
олія (50 % С12:0, 20 % С14:0, 10 % С16:0), оливкова
(7–20 % С12:0, 0.5–50 % С14:0, 55–85 % С16:0), паль-
мова (32–48 % С14:0, 36–53 % С18:0), ятрофова (14 %
С12:0, 6 % С14:0, 44 % С16:0) чи яловичий жир (7 %
С14:0, 25–37 % С16:0, 10–34 % С18:0). Використання
дорогих оливкової та кокосової олій для одержання БД
не є раціональним, тоді як пальмову олію та яловичий
жир цілком можна використовувати як компонент, що
покращуватиме ЦЧ. Однак, при цьому необхідно вра-
ховувати, що естери на їх основі будуть мати погані
низькотемпературні властивості та високу в’язкість.
Дуже сильно величина ЦЧ падає з ростом ненаси-
ченості (рис. 2) [88–91].
Окрім традиційно використовуваного визначення
ЦЧ за моторними випробуваннями, запропоновано
цілий ряд виразів для оцінки ЦЧ, що базуються на вла-
стивостях БД. ЦЧ розраховують виходячи із темпера-
тури кипіння естерів, поверхневого натягу, числа ато-
мів вуглецю, температури застигання, густини тощо
[33, 64, 92, 93].
В табл. 3 показано значення ЦЧ для БД, одержаного
з використанням різних спиртів та низки природних
олій. Справді, сировина з високим вмістом насичених
жирних кислот (пальмова та коксова олії, яловичий
8 10 12 14 16 18
30
40
50
60
70
80
90
100
110
Метилові естери
Етилові естери
Пропілові естери
Бутилові естери
Ц
ет
ан
ов
е
чи
сл
о
Довжина вуглецевого ланцюга жирної кислоти
Рис. 1. Залежність ЦЧ метилових, етилових, пропіло-
вих та бутилових естерів від довжини вуглецевого ланцю-
га насичених жирних кислот [48, 64, 73, 79, 86–88]
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
7
Таблиця 3. Значення цетанових чисел естерів жирних
кислот природних олій
Цетанові числа Вихідна
олія МЕЖК ЕЕЖК БЕЖК
Джерело
Рицинова 43,9 43,8 – 37
Оливкова 60 94
Соєва 46,2 48,2 51,7 49
55 28
64 95
Пальмова
85 94
47,1±2,9 55,9±2,2 92,0±1,9 41
51 59 – 67
Ятрофова
50,0–56,1 59 – 65
Бавовняна 49 46 – 96
60 28 Кокосова
70 94
Алгаєва 49–55 28
– 58,0 65,0 80
61,8 64,9 – 48
Ріпакова
47,9–56,0 64,9–67,4 – 85
Лляна 48 28
Соняшникова 52 28
56 28 Яловичий
жир 75 94
жир) демонструють перевагу за ЦЧ. Ятрофова і алгаєва
олії, окрім насичених жирних кислот можуть вміщува-
ти значну частину ненасичених кислот, тому дані для
них, як і для ріпакової олії, демонструють певний роз-
кид. В складі решти олій, як правило, присутні значні
кількості олеїнової/лінолевої (соєва, бавовняна, соняш-
никова), рицинолевої (рицинова) та ліноленової кислот
(лляна), а тому вони мають нижчі цетанові числа в ме-
жах 40–50 одиниць.
При змішуванні БД з ДП спостерігається адитив-
ність ЦЧ, тобто ЦЧ одержаних сумішей прямо пропо-
рційно зростає з ростом вмісту БД [74, 97].
Отже, підвищенню ЦЧ сприяє подовження жирно-
кислотного вуглеводневого ланцюга естерів та змен-
шення їх ненасиченості, тоді як молекулярна маса
спиртового фрагменту естерів має несуттєвий вплив на
даний показник.
Вміст залишкового спирту
Вміст метилового спирту в БД на основі МЕЖК
строго регламентується через його високу токсичність,
низьку температуру спалаху та корозійну агресивність
по відношенню до металічних частин паливної систе-
ми [29].
Етанол та бутанол, будучи набагато менш токсич-
ними, мають і суттєво меншу корозійну агресивність.
Однак вміст етанолу у БД також обмежується – до
0,2 % за українським стандартом на ЕЕЖК та до 0,5 %
за бразильським на МЕЖК та ЕЕЖК (табл. 1), – через
суттєве пониження ним температури спалаху палива.
Наявність спиртів в кількості до 25 % у сумішах БД
Рис. 3. Зміна температури спалаху етилових естерів рі-
пакової олії в залежності від вмісту етанолу [52]
з ДП викликає пониження температури спалаху в за-
критому тиглі до 9–22,5 °С у випадку етанолу [98–101]
та 30–33 °С у випадку бутанолу [102]. В роботі [52]
виявлено, що температура спалаху логарифмічно за-
лежить від вмісту етанолу в етилових естерах ріпакової
олії (рис. 3). Для чистих етилових естерів вона склада-
ла 195 °С, тоді як 0,2%-й вміст етанолу понижує тем-
пературу спалаху вже до 100 °С. Закономірно, що тем-
ператури спалаху естерів дещо різняться в залежності
від вихідної олії [103]. В роботі [104] визначали темпе-
ратури спалаху для ширшого, ніж в [52] діапазону вмі-
сту етанолу. При цьому показано, що підняття вмісту
етанолу до 10 % мас. викликає наближення температу-
ри спалаху практично до значень для чистого етанолу
(12,8 °С).
Разом з тим, зустрічаються випадки, коли для БД та
сумішей БД/ДП характерні температури спалаху в за-
критому тиглі в межах 43–55 °С при вмісті бутанолу
5–20 % [98], 58–90 °С при вмісті етанолу 0,3–20 %
[105–107] та 85,5–87,5 °С при вмісті бутанолу 5 % [105,
106], які задовольняють вимогам стандарту для ДП.
Більше того, в роботі [108] для сумішей етанол/БД за-
фіксовано температури спалаху. 101–153 °С при вмісті
етанолу 0,1–20 %, які задовольняють вимогам стандар-
тів навіть на БД. Згадані автори не пояснюють такі
особливості своїх даних. Однак при аналізі значень
температур спалаху необхідно брати до уваги те, що
визначення температури спалаху одного й того самого
зразку в закритому та відкритому тиглі можуть давати
суттєво різні результати [52].
При підвищенні вмісту етанолу та бутанолу у БД
спостерігається покращення ряду показників – пони-
ження температури помутніння, застигання та гранич-
ної температури фільтрованості [98, 109], а також
в’язкості, гуcтини, однак при цьому падає ЦЧ [52, 98,
107, 108, 110].
Yilmaz та Sanchez [111] встановили, що при роботі
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
8
Таблиця 4. Зміна потужнісно-екологічних характерис-
тик роботи дизельного двигуна на етилових естерах рі-
пакової олії з різним вмістом етилового спирту порівня-
но з ДП [112]
Відносна зміна характеристики (%)
для суміші зі вмістом етанолу (%)
порівняно з чистим ДП Характеристика
0,2 5,0 10,0
Потужнісні характеристики
Максимальна ефек-
тивна потужність –8 –6 –10
Максимальний крут-
ний момент –6 –3 –9
Максимальний ККД –7 –5 –9
Екологічні характеристики (вміст у вихлопних газах)
CO2 –20 –4 –14
NOx –18 –17 –13
CO –27 –8 –35
CH –83 –64 –87
Димність +10 +14 –3
двигуна на сумішах метанол/МЕЖК та етанол/МЕЖК
з 15 % вмістом спиртів, наявність етанолу сприяє мен-
шій витраті палива, меншим викидам СО, тоді як ви-
киди NOх та СН для обох типів сумішей були дуже
близькими.
В табл. 4 подано відносні зміни потужнісних харак-
теристик дизельного двигуна та складу вихлопних га-
зів при роботі на етилових естерах ріпакової олії з різ-
ним вмістом етанолу порівняно з ДП підвищеної якості
[112]. Знайдене незначне падіння потужнісних показ-
ників не вважається критичним. Спостерігається нелі-
нійність зміни усіх параметрів зі збільшенням кількості
спирту. Тим не менше, для всіх трьох випадків харак-
терне падіння вмісту СО2, СО, NOx та CH порівняно з
чистим ДП. Подібну картину було спостережено і в
роботах [110, 113, 114] при додаванні 5, 10 та 15 % ета-
нолу до МЕЖК. Змішування ж 5, 10 та 20 % бутанолу з
МЕЖК [114, 115] демонструє неоднозначну картину
по СО та СН, але показує падіння вмісту NOx.
Подвійні суміші БД/ДП та потрійні суміші спирт/
/БД/ДП є досить розповсюдженими паливними компо-
зиціями для дизельних двигунів. Як і у випадку спирт/
/БД, для системи спирт/БД/ДП характерне пониження
температури застигання та температури граничної фі-
льтрованості [83, 100, 101], зменшення в’язкості, гус-
тини та ЦЧ [99–101, 105]. Корозія на мідній пластинці
при вмістах етанолу до 25 % суттєво не змінюється і
знаходиться у межах вимог стандарту [101]. Окисна
стабільність для сумішей з 20 та 25 % бутанолу в 25 %
МЕЖК/ДП є однаковою [102].
При порівнянні роботи двигуна на потрійних сумі-
шах БД/ДП/спирт 40/40/20 та 45/45/10 (спирт – мета-
нол або етанол) встановлено [116], що витрата палива
та викид NOx для сумішей з етанолом менші, а СО та
СН – більші, порівняно з сумішами з метанолом, та
збільшуються з ростом концентрації спирту. Однак,
при навантаженні двигуна на 50 % та більше на всіх
сумішах викиди СО і СН стають подібними до викидів
ДП. Разом з тим, застосування подвійних сумішей
ДП/етанол та ДП/бутанол з 20 % вмістом спирту сут-
тєво не впливало на роботу двигуна [117].
В табл. 5 приведено характеристики роботи двигу-
на при використанні сумішей БД/ДП/спирт з концент-
раціями спиртів до 5 % у порівнянні з БД/ДП.
Закономірно, що додавання спирту як оксигенвміс-
Таблиця 5. Порівняння експлуатаційних характеристик сумішей БД/ДП/спирт з сумішами БД/ДП
ККД Потужність двигу-
на
Викиди СО Викиди СН Викиди
NOx
Димність
2% Етанолу в суміші БД/ДП 20/78 в порівнянні з БД/ДП 20/80
↓ [99] – ↑ [118]
↓ [99]
↑ [118]
↓ [99]
↓ [99, 118] –
4% Етанолу в суміші БД/ДП 16/80 в порівнянні з БД/ДП 20/80 [119]
– – ↓ ↑ ↑ ↓
5% Етанолу в суміші БД/ДП 19/76 в порівнянні з БД/ДП 20/80 [118]
– – ↑ ↑ ↓ –
5% Етанолу в суміші БД/ДП 15/80 в порівнянні з БД/ДП 20/80
↓ [106] ↑ [105]
↓ [106]
↓ [105, 106] ↑ [105, 106] ↓ [105, 106] ↓ [106]
5% Бутанолу в суміші БД/ДП 15/80 в порівнянні з БД/ДП 20/80
↓ [105] ↑ [105, 106] ↓ [105, 106] ↑ [106] ↓ [105, 106] ↓ [106]
5% Етанолу в суміші БД/ДП 5/90 в порівнянні з БД/ДП 10/90 [100]
– – ~, ↓ ↑ ↓ –
5% Етанолу в суміші БД/ДП 10/85 в порівнянні з БД/ДП 15/85 [100]
– – ↑ ↑ ↓ –
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
9
ного компонента зменшує ККД двигуна, тоді як еколо-
гічні показники (вміст СО, оксидів азоту у вихлопних
газах та димність) покращуються. Спостерігається по-
гіршення лише за вмістом СН. Причому в роботах
[105, 106] спостережено аналогічну картину роботи
двигуна при використанні 5 % добавки як етанолу, так
і бутанолу.
Деякі розбіжності в даних по моторних випробу-
ваннях спричинені використанням різних умов випро-
бування. Якщо в [112] для оцінки як потужнісних, так і
екологічних показників роботи дизельного двигуна на
чистому БД та його сумішах з ДП, було проведено се-
рію стендових випробувань у різних режимах роботи
двигуна (холостий хід, зовнішньо швидкісний режим
та три навантажувальні з різними частотами обертання
колінчастого валу), що імітують його експлуатацію в
реальних умовах, а при обробці даних проведено усе-
реднення одержаних результатів, то інші автори часто
обмежуються набагато вужчим діапазоном умов мо-
торних випробувань.
Окисна стабільність
Стабільність до окиснення є одним з найважливі-
ших показників, що беруться до уваги при оцінці мож-
ливості використання біопалив. Вважається, що меха-
нізм окиснення БД складається із двох стадій [10]. По-
чатковий етап включає процеси утворення сполук з
нижчою молекулярною масою, який продовжується
вторинним процесом утворення високомолекулярних
сполук, останнє призводить до зростання в’язкості та
виникнення твердих відкладень.
Швидкість окиснення та особливості утворених при
цьому продуктів сильно залежать від температури та
жирнокислотного складу естерів БД [10]. Закономірно,
що порівняно із насиченими ЖК, окиснення ненасиче-
них ЖК відбувається легше. Поліненасичені ЖК більш
схильні до автоокиснення, ніж мононенасичені, оскі-
льки вміщують метиленові групи в α-положенні біля
подвійних зв’язків [10, 80, 120, 121]. Особливо помітно
окисна стабільність зростає зі зменшенням вмісту лі-
нолевої та ліноленової кислот [122], які мають розне-
сені подвійні зв’язки. Так, якщо швидкість окиснення
метилолеату прийняти за 1, то швидкості окиснення
метиллінолевого та метилліноленового естерів скла-
дуть 41 та 98 відповідно [73].
Оскільки окисна стабільність зростає зі зменшен-
ням ступеня ненасиченості, то стандартами лімітується
рівень йодного числа, що характеризує рівень ненаси-
ченості. Однак йодне число не відбиває структурної
конфігурації подвійних зв’язків.
Дуже важливим фактором, що покращує антиокис-
ні властивості БД, є наявність природних антиоксидан-
тів, наприклад, каротиноїдів та токоферолів [74], які
можуть зменшити швидкість окиснення у 10 разів
[124].
Серед способів покращення окисної стабільності
розглядають додавання синтетичних антиоксидантів
[124–128] та корегування жирнокислотного складу
шляхом змішуванням кількох олій, одна з яких має
суттєво вищі антиокисні властивості [124, 125]. Орієн-
тація зв’язку С=С також має важливе значення, оскіль-
ки трансізомери стабільніші за цис-аналоги [129].
Останні, однак, в природних оліях складають основну
масу ЖК.
В роботі [129] було встановлено, що окисна стабі-
льність для естерів олеїнової кислоти з ростом вугле-
водневого ланцюга спирту зростає. Так само зі збіль-
шенням молекулярної маси спирту зростає стабіль-
ність до окиснення і естерів природних олій [37, 38, 42,
44, 78].
Збільшення окисної стабільності з ростом довжини
спиртової групи пояснюють зменшенням концентрації
ненасичених зв’язків у молекулі через збільшення мо-
лекулярної маси естеру [78] та збільшенням концент-
рації природних антиоксидантів токоферолів [130] та
госиполу [131]. Останнє зумовлено повнішим перехо-
дом антиоксидантів при виробництві БД у естеровий
шар завдяки кращій розчинюючій здатності по відно-
шенню до них менш полярних спиртів із довшим вуг-
леводневим ланцюгом.
Зважаючи на проблеми із окисною стабільністю БД
у всьому світі його не зберігають довше 6 місяців.
Питома теплота згорання
Питома теплота згорання естерів жирних кислот є
прямо пропорційною довжині ланцюга ЖК [73, 132,
133] та зростає зі збільшенням вуглеводневого ланцю-
га спиртової групи [19, 33, 40, 48, 69] за рахунок біль-
шого вмісту вуглецю у молекулах естерів. В той же час
питома теплота згорання спадає зі збільшенням нена-
сиченості [73, 132, 133] за рахунок нижчого вмісту во-
дню.
Загалом питома теплота згоряння БД є нижчою за
питому теплоту згоряння мінерального ДП [40, 48, 69]
через наявність в складі БД 10–12 % кисню.
Змащувальна здатність
Використання палива з поганою змащувальною
здатністю може призвести до відмови рухомих час-
тин двигуна, паливних форсунок і насосів. Порівня-
но із традиційним нафтовим ДП біодизель характе-
ризується кращими змащувальними властивостями,
що відповідають стандартам для мінерального пали-
ва згідно ДСТУ 7688 (діаметр плями зносу, визначе-
ний за температури 60 °С, ≤460 мкм). Останнє ж, як
правило, вимагає додатків для покращення змащу-
вальних властивостей, тоді як біодизельне паливо
саме може бути використане як додаток, що покра-
щує змащувальні властивості ДП навіть у кількості
0,2–1,0 % [40, 78, 135].
З ростом ненасиченості [136] та молекулярної маси
естерів за рахунок збільшення як жирнокислотного
залишку, так і подовження спиртової групи, їх змащу-
вальні властивості покращуються. Однак вплив нена-
сиченості є суттєвішим, ніж довжини ланцюга ЖК [34,
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
10
37, 39, 42, 48, 136].
Змащувальні властивості зростають при наявності
навіть слідових кількостей таких домішок, як моноглі-
цериди та вільні жирні кислоти [137–139]. Тому вида-
лення цих домішок для покращення низькотемперату-
рних властивостей одночасно погіршує змащувальні
властивості.
Екологічні характеристики роботи двигуна
Викиди після згоряння БД сильно залежать від жи-
рнокислотного складу естерів. Так, вихлопні гази БД зі
значним вмістом ненасичених молекул містять більше
СО, СН, NOX та диму [90].
В табл. 6 показано зміну екологічних характеристик
роботи дизельного двигуна на МЕЖК та ЕЕЖК ріпа-
кової олії порівняно з чистим ДП, а також 20 % їх су-
мішей із ДП. Видно, що робота на ЕЕЖК кардинально
відрізняються від МЕЖК за вмістом оксидів азоту, кі-
лькість яких для етилових естерів падає на третину,
тоді як для МЕЖК оксиди азоту зростають.
Перевагу 100 % ЕЕЖК та 15, 20, 40, 50, 60, 75, 80 %
їх сумішей з ДП порівняно з 100 % ДП віддають і ав-
тори робіт [25, 72, 139]. Хоча в роботі [140], порівню-
ючи 100 % ЕЕЖК та 100 % МЕЖК та їх 20 % суміші з
ДП, за екологічними показниками віддається перевага
МЕЖК.
ЕЕЖК у порівнянні з МЕЖК показали кращу біо-
деградацію [136], так при визначенні за методикою
CEC L-33-T-82 при анаеробному зброджуванні протя-
гом перших чотирьох діб розклалось 77 % етилових та
72 % метилових естерів, однак наприкінці аналізу різ-
ниця мало відчутна. Так, протягом 21 дня етилові есте-
ри ріпакової олії розклались на 98,0 %, а метилові – на
97,7 %. Також відмічається менше лакоутворення [43].
В роботі [53] зазначається, що протягом 25,5 тис. км
пробігу автомобіля на 100 % ЕЕЖК, дизельний двигун
демонстрував надзвичайно хорошу продуктивність.
Потужнісно-екологічні випробування бутилових
естерів ЖК було проведено лише в роботі [23], де в
якості палива використано суміші БЕЖК на основі
соєвої та соняшникової олій (5, 10, 15, 20 та 25 % БД)
та ДП. Всі досліджені параметри, а саме цетанове чис-
ло, температура спалаху, питома потужність, питома
витрата палива, шумність двигуна, викиди СН при за-
стосуванні сумішей БЕЖК з ДП покращуються. Од-
нак, спостерігалося збільшення викидів NOx. Кращі
показники з точки зору низької інтенсивності диму,
викидів СН та NOx демонструвало паливо на основі
соєвої олії з 20 % БЕЖК. Відзначимо однак, що по-
кращення потужнісних характеристик двигуна при
його роботі на сумішах ДП з БЕЖК, які через вміст в
своєму складі Оксигену мають апріорі нижчу енерго-
ємність порівняно з ДП, ставить під певний сумнів
адекватність результатів проведених моторних випро-
бувань.
Висновки
Підсумовуючи оглянуту інформацію можна конс-
татувати, що збільшення молекулярної маси викорис-
таного для переестерифікації тригліцеридів жирних
кислот спирту позитивно впливає фактично на всі по-
казники якості одержуваних естерів. Особливо суттє-
вим є покращення температури застигання. Переважно
позитивний вплив має на якість БД і подовження вуг-
леводневого ланцюга ЖК (за винятком підвищення
температури застигання та в’язкості). Підвищення ж
ненасиченості олійної сировини дає як позитивні (зни-
ження в’язкості, зниження температури застигання,
підвищення змащувальної здатності), так і негативні
наслідки (падіння ЦЧ, погіршення окиснювальної ста-
більності, збільшення викидів СО, СН, NOx).
Тому при приготуванні БД, як і у випадку палив
нафтового походження, часто доцільним може бути
компаундування кількох сумішей естерів для забезпе-
чення належних експлуатаційних характеристик. На
відміну від нафтових палив, БД вимагає меншої кіль-
кості додатків. Найактуальнішими для нього є антиок-
сиданти, тоді як займистість та змащувальні властиво-
сті у нього доволі високі, а депресатори необхідні лише
для МЕЖК.
Отже, використання біоспиртів і БД є дуже перспе-
ктивним, оскільки має ряд переваг при одержанні есте-
рів жирних кислот. Пальне на їх основі характеризу-
ється суттєво кращими низькотемпературними власти-
востями, що дозволяє використовувати ЖК з більшими
ланцюгами при їх синтезі, демонструє кращі екологічні
показники та змащувальні властивості порівняно з
МЕЖК. Разом з тим, бутилові естери ЖК реальних
олій, будучи порівняно мало вивченими, вимагають
подальших досліджень, особливо розгорнутих мотор-
Таблиця 6. Відносна зміна складу вихлопних газів при використанні МЕЖК, ЕЕЖК та їх 20 % сумішей з ДП порів-
няно з чистим ДП
МЕЖК [141] ЕЕЖК [142] Компонент
вихлопних газів 20 % біодизелю 100 % біодизелю 20 % біодизелю 100 % біодизелю
CH –20 % –67 % –47 % –64 %
CO –12 % –48 % –28 % –32 %
CO2 –16 % –79 % –5 % –1 %
Димність –12 % –47 % –12 % –49 %
NOx +2 % +10 % –33 % –27 %
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
11
них випробувань як в чистому вигляді, так і у сумішах
з мінеральним ДП.
Подяки
Публікація містить результати досліджень, про-
ведених за грантом Президента України за конкурс-
ним проектом Ф75/161-2018 Державного фонду фун-
даментальних досліджень.
Література
1. Bhuiya M.M.K., Rasul M.G., Khan M.M.K., Ash-
wath N., Azad A.K., Hazrat M.A., Renew. Sust. Energ.
Rev., 2016, 55, 1129–1146.
2. Luque R., Melero A., Advances in biodiesel produc-
tion: Process and technologies, Oxford-Cambridge-
Philadelphia-New Delhi, Woodhead Publishing, 2012, 69–
90.
3. Bringezu S., Schutz H., O’Brien M., Kauppi L.,
Howarth R.W., McNeely J. Towards Sustainable Produc-
tion and Use of Resources: Assessing Biofuels. UNEP.–
2009. – 120 p.
4. Knothe G., Van Gerpen J.H., Krahl J. The Biodiesel
Handbook.– AOCS Press, 2005.– 302 p.
5. Tyson K.S. Biodiesel Handling and Use Guide-
lines.– 3 ed. –2009.–– DIANE Publishing.– 61 p.
6. Atabani A.E., Silitonga A.S., Badruddin I.A.,
Mahlia T.M.I., Masjuki H.H., Mekhilef S., Renew. Sustain.
Energy Rev., 2012, 16 (4), 2070–2093.
7. Zhang D. Crystallization characteristics and fuel
properties of tallow methyl esters, Master Thesis.– 1994.–
University of Nebraska-Lincoln.
8. Kusdiana D., Saka S., Fuel, 2001, 80, 693–698.
9. Kusdiana D., Saka S., Bioresour. Technol., 2004,
91, 289–295.
10. Gopinath A., Sarram K., Velraj R., Kumaresan G.,
J. Automob. Eng., 2015, 229 (3), 357–390.
11. G.Knothe, M.E.G. de Castro, L.F.Razon, J. Am. Oil
Chem. Soc., 2015, 92 (5), 769–775.
12. Shang N.-C., Liu R.-Z., Chen Y.-H., Chang C.-Y.,
Lin R.H., J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 2012, 43 (3), 354–
359.
13. Stamenkovic O.S., Velickovic A.V., Veljkovic
V.B., Fuel, 2011, 90, 3141–3155.
14. Cernoch M., Skopal F., Hajek M., Eur. J. Lipid.
Sci. Technol., 2009, 111, 663–668.
15. Anastopoulos G., Zannikov Y., Stournas S., Kalli-
geros S., Energies, 2009, 2, 362–376.
16. Cernoch M., Hajek M., Skopal F., Bioresour.
Technol., 2010, 101, 1213–1219.
17. Suppalakpanya K., Ratanawilai S.B., Tongurai C.,
Appl. Energy., 2010, 87, 2356–2359.
18. Brunschwig C., Moussavou W., Blin J., Progr.
Energy Comb. Sci., 2012, 38, 283–301.
19. Saravanan N., Puhan S., Nagarajan G., Vedaraman
N., Biomass & Bioenergy, 2010, 34, 999–1005.
20. Lang X., Dalai A.K., Bakhshi N.N., Reaney M.J.,
Hertz P.B., Bioresour. Technol., 2001, 80, 53–62.
21. Bouaid A., El Boulifi N., Hahati K., Chem. Eng. J.,
2014, 238, 234–241.
22. Sanli H., Canakci M., Energy & Fuels, 2008, 22,
2713–2719.
23. Sing A.P., Anbumani K., Iran. J. Mechan. Eng.,
2011, 12 (1), 68–85.
24. Bajpai D., Tyagi V.K., J. Oleo Sci., 2006, 55 (10),
487–502.
25. Патриляк К.І., Патриляк Л.К., Охріменко М.В.,
Лєвтєров А.М., Савицький В.Д., Волошина Ю.Г., Ман-
за І.А., Іваненко В.В., Мараховський В.П., Коновалов
С.В., Храновська В.І., Катализ и нефтехимия, 2012,
(21), 100–103.
26. Demirbas A., Biomass & Bioenergy, 2009, 33,
113–118.
27. Fadhil A.B., Abdulahad W.S., Energ. Convers.
Manage., 2014, 77, 495–503.
28. Babu K.G., Babu A.V., Murthy K.M, Iran. J. En-
ergy Envir., 2016, 7 (3), 315–324.
29. Семёнов В.Г., Авиационно-космическая техни-
ка и технология, 2007, 46 (10), 175–178.
30. Allen C.A.W., Watts K.C., Ackman R.G., Pegg
M.J., Fuel, 1999, 78, 1319–1326.
31. Knothe G., Steidley K.R., Fuel, 2007, 86, 2560–
2567.
32. Knothe G., Steidley K.R., Fuel, 2005, 84, 1059–
1065.
33. Freedman B., Bagby M.O., J. Am. Oil Chem. Soc.,
1990, 67 (9), 565–571.
34. Drown D.C., Harper K., Frame E., J. Am. Oil
Chem. Soc., 2001, 78 (6), 579–584.
35. Cavalcante K.S.B., Penha M.N.C., Mendonça
K.K.M., Louzeiro H.C., Vasconcelos A.C.S., Maciel A.P.,
de Souza A.G., Silva F.C., Fuel, 2010, 89, 1172–1176.
36. Barbosa D.C., Serra T.M., Meneghetti S.M.P.,
Meneghetti M.R., Fuel, 2010, 89, 3791–3794.
37. Cvengroš J., Paligová J., Cvengrošová Z., Eur. J.
Lipid Sci. Technol., 2006, 108, 629–635.
38. García M., Gonzalo A., Sánchez J.L., Arauzo J.,
Simoes C., Chem. Ind. Chem. Eng. Q., 2011, 17 (1), 91–97.
39. Kulkarni M.G., Dalai A.K., Bakhshi N.N., Biore-
source Technology, 2007, 98, 2027–2033.
40. Issariyakul T., Kulkarni M.G., Dalai A.K., Bakh-
shi N.N., Fuel Process. Technol., 2007, 88, 429–436.
41. Sánchez M., Bergamin F., Peña E., Martínez M.,
Aracil J., Fuel, 2015, 143, 183–188.
42. Joshi H., Moser B.R., Toler J., Walker T., Biomass
& Bioenergy, 2010, 34, 14–20.
43. Clark S.J., Wagner L., Schrock M.D., Piennaar
P.G., J. Am. Oil Chem. Soc., 1984, 61 (10), 1632–1638.
44. Moser B.R., Vaughn S.F., Bioresource Technol-
ogy, 2010, 101, 646–653.
45. Foglia Th.A., Nelson L.A., Dunn R.O., Marmer
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
12
W.N., J. Am. Oil Chem. Soc., 1997, 74 (8), 951–955.
46. Lima J.R.O., Silva R.B., Moura E.M., Moura
C.V.R., Fuel, 2008, 87, 1718–1723.
47. Linxing Y., Dis. Synthesis of fatty acid derivatives
as potential biolubricants and their physical properties and
boundary lubrication performances Doc.Ph., Ames, 2009.
48. Graboski M.S., McCormick R.L., Prog. Energy
Combust. Sci., 1998, 24, 125–164.
49. Schwab A.W., Bagby M.O., Freedman B., Fuel,
1987, 66, 1372–1378.
50. Plessis L.M., Villiers J.B.M., Van der Walt W.H.,
J. Am. Oil Chem. Soc., 1985, 62 (4), 748–752.
51. Патриляк Л.К., Охріменко М.В., Яковенко
А.В., Храновська В.І., Катализ и нефтехимия, 2008,
(16), 81–83.
52. Černoch M., Hájek M., Skopal F., Bioresource
Technology, 2010, 101, 7397–7401.
53. Rodríguez-Guerrero J.K., Rubens M.F., Rosa
P.T.V., J. Supercrit. Fluids, 2013, 83, 124–132.
54. Silva N.L., Batistella C.B., Filho R.M., Maciel
M.R.W., Energy & Fuels, 2009, 23, 5636–5642.
55. Hossain A.B.M.S., Boyce A.N., Salleh A.,
Chandran S., Afr. J. Agricultural Res., 2010, 5 (14), 1851–
1859.
56. Smith P.C., Ngothai Y., Nguyen Q.D., O’Neill
B.K., Fuel, 2010, 89, 3517–3522.
57. Wahlen B.D., Barney B.M., Seefeldt L.C., Energy
& Fuels, 2008, 22, 4223–4228.
58. Tippayawong N., Kongjareon E., Jompakdee W.,
J. Mech. Sci. Technol., 2005, 19 (10), 1902–1909.
59. Abigor R.D., Uadia P.O., Foglia T.A., Haas M.J.,
Jones K.C., Okpefa E., Obibuzor J.U., Bafor M.E., Bio-
chem. Soc. Trans., 2000, 28, 979–981.
60. McCormick R.L., Graboski M.S., Alleman T.L.,
Herring A.M., Tyson K.Sh., Environ. Sci. Technol., 2001,
35 (9), 1742–1747.
61. Encinar J.M., Gonzalez J.F., Rodriguez-Reinares
A., Ind. Eng. Chem. Res., 2005, 44 (15), 5491–5499.
62. Alptekin E.,Canakci M., Renewable Energy, 2008,
33 (12), 2623–2630.
63. Pratas M.J., Freitas S., Oliveira M.B. et al., J Chem
Engng Data, 2010, 55 (9), 3983–3990.
64. Klopfenstein W.E., J. Am. Oil Chem. Soc., 1985,
62 (6), 1029–1031.
65. Achten W.M.J., Verchot L., Franken Y.J., Mathijs
E., Singh V.P., Aerts R., Muys B., Biomass & Bioenergy,
2008, 32, 1063–1084.
66. Foidl N., Foidl G., Sanchez M., Mittelbach M.,
Hackel S., Bioresource Technology, 1996, 58, 77–82.
67. Gübitz G.M., Mittelbach M., Trabi M., Bioresour-
ce Technology, 1999, 67, 73–82.
68. Encinar J.M., González J.F., Rodríguez J.J., Teje-
dor A., Energy & Fuels, 2002, 16, 443–450.
69. Demirbas A., Bioresource Technology, 2008, 99,
1125–1130.
70. Bouaid A., Martinez M., Aracil J., Chem. Eng. J.,
2007, 134, 93–99.
71. Khalil C.N., Leite L.C.F., Pat. 20050011112 USA,
Publ. 20.01.2005.
72. Сайдахмедов А.И., Автореф. дис. Использова-
ние биокомпонентов для расширения ресурсов и улуч-
шения качества дизельного топлива канд. техн. наук,
Москва, 2012.
73. Knothe G., Energy Fuels, 2008, 22, 1358–1364.
74. Knothe G., Fuel Process. Technol., 2005, 86,
1059–1070.
75. Dunn RO. Cold weather properties and perform-
ance of biodiesel. In: G Knothe, JH Van Gerpen and J
Krahl (eds) The biodiesel handbook. Urbana, Illinois:
AOCS Press, 2005, pp. 83–121.
76. Davis J.P., Sanders T.H., J. Am. Oil Chem. Soc.,
2007, 84 (11), 979–987.
77. Lee I., Johnson L.A., Hammond E.G., J. Am. Oil
Chem. Soc., 1995, 72 (10), 1155–1160.
78. Issariyakul T., Dalai A.K., Desai P., J. Am. Oil
Chem. Soc., 2011, 88, 391–402.
79. Harrington K.J., Biomass, 1986, 9, 1–17.
80. Sunderbrink Th., Pat. 0716139 Europe, Publ.
12.06.1996.
81. Isbell T.A., Edgcomb M.R., Lowery B.A., Ind.
Crops Prod., 2001, 13, 11–20.
82. Smith P.C., Ngothai Y., Nguyen Q.D., O’Neill
B.K., Fuel, 2009, 88, 605–612.
83. Makarevičienė V., Kazancev K., Kazanceva I.,
Renew. Energ., 2015, 75, 805–807.
84. Fernández C.M., Ramos M.J., Pérez Á.,
Rodríguez J.F., Bioresource Technology, 2010, 101, 7019–
7024.
85. Bart J.C.J., Palmery N., Cavallaro S., Biodiesel
science and technology: From soil to oil, Oxford-
Cambridge-New Delhi, Woodhead publishing limited,
2010, 226–284.
86. Knothe G., J. Am. Oil Chem. Soc., 2006, 83 (10),
823–833.
87. Stournas S., Lois E., Serdari A., J. Am. Oil Chem.
Soc., 1995, 72 (4), 433–437.
88. Knothe G., Matheaus A.C., Ryan Th.W., Fuel,
2003, 82, 971–975.
89. Knothe G., Energy & Fuels, 2012, 26, 5265–
5273.
90. Puhan S., Saravanan N., Nagarajan G., Vedara-
man N., Biomass & Bioenergy, 2010, 34, 1079–1088.
91. Ramos M.J., Fernández C.M., Casas A.,
Rodríguez L., Pérez Á., Bioresour. Technol., 2009, 100,
261–268.
92. Klopfenstein WE., J. Am. Oil Chem. Soc., 1982,
59 (12), 531–533.
93. Krisnangkura K., J. Am. Oil Chem. Soc., 1986, 63
(4), 552–553.
94. El Bassam N. Handbook of Bioenergy Grops; A
Complete Reference to Species, Development and Aplica-
tions, London, Wasington, Earthsean, 2010, p.516.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
13
95. Gopinath A., Puhan S., Nagarajan G., Int. J. En-
ergy Envir., 2010, 1 (2), 295–306.
96. Saleh H.E., Fuel, 2011, 90, 421–429.
97. Patrylak L., Patrylak K., Okhrimenko M.,
Zubenko S., Levterov A., Savytskyi V., Chemistry and
Chemical Technology, 2015, 9 (3), 383–390.
98. Joshi H., Moser B.R., Toler J., Smith W.F.,
Walker T., Renew. Energ., 2010, 35, 2207–2210.
99. Vedaraman N., Puhan S., Nagarajan G., Velappan
K.C., Int. J. Green Energy, 2011, 8 (3), 383–397.
100. Kwanchareon P., Luengnaruemitchai A., Jai-In S.,
Fuel, 2007, 86, 1053–1061.
101. Selvan V.A.M., Anand R.B., Udayakumar M.,
Energy & Fuels, 2009, 23, 5413–5422.
102. Mehta R.N., Chakraborty M., Mahanta P., Parikh
P.A., Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49, 7660–7665.
103. Derimbas A., Fuel, 2008, 87 (8–9), 1743–1748.
104. Guo Y., Wei H., Yang F., Li D. et al., J. Hazard.
Mater., 2009, 167, 625–629.
105. Imtenan S., Masjuki H.H., Varman M., Proced.
Eng., 2014, 90, 472–477.
106. Imtenan S., Masjuki H.H., Varman M., Energ.
Convers. Manage, 2014, 83, 149–158.
107. Aydin H., Ilkılıç C., App., Term. Eng., 2010, 30,
1199–1204.
108. Sivalakshmi S., Balusamy T., Int. J. Green En-
ergy, 2012, 9 (3), 218–228.
109. Makarevičienė V., Kazancev K., Kazanceva I.,
Renew. Energ., 2015, 75, 805–807.
110. Zhu L., Cheung C.S., Zhang W.G., Huang Zh.,
Fuel, 2011, 90, 1743–1750.
111. Yilmaz N., Sanchez T.M., Energy, 2012, 46, 126–
129.
112. Patrylak L.K., Patrylak K.I., Okhrimenko M.V.,
Ivanenko V.V., Zubenko S.O., Levterov A.M.,
Marakhovskyi V.P., Savytskyi V.D., Fuel, 2013, 113, 650–
653.
113. Anbarasu A., Saravanan M., Loganathan M., Int.
J. Green Energy, 2013, 10 (1), 90–102.
114. Yilmaz N., Vigil F.M., Benalil K., Davis S.M.,
Calva A., Fuel, 2014, 135, 46–50.
115. Rakopoulos D.C., Fuel, 2013, 105, 603–613.
116. Yilmaz N., Energy, 2012, 40, 210–213.
117. Giakoumis E.G., Rakopoulos C.D., Dimaratos
A.M., Rakopoulos D.C., Renew. Sust. Energ. Rev., 2013,
17, 170–190.
118. Randazzo M.L., Sodré J.R., Fuel, 2011, 90, 98–
103.
119. Shi X., Yu Y., He H., Fuel, 2005, 84, 1543–1549.
120. Frankel E.N., Prog. Lipid Res., 1984, 23 (4), 197–
221.
121. Knothe G., Eur. J. Lipid Sci. Technol., 2006, 108
(6), 493–500.
122. Yamane K, Kawasaki K, Sone K et al., Int. J.
Engine Res., 2007, 8 (3), 307–319.
123. Prankl H. Stability of biodiesel. In: G Knothe, JH
Van Gerpen and J Krahl (eds)The biodiesel handbook.
Urbana, Illinois: AOCS Press, 2005, pp. 127–136.
124. Knothe G., Fuel Proc. Technol., 2007, 88 (7),
669–677.
125. Tang H., Wang A., Salley S.O., Simon Ng K.Y.,
J. Am. Oil Chem. Soc., 2008, 85 (4), 373–382.
126. Liang Y.C., May C.Y., Foon C.S., Ngan M.A.,
Hock Ch.Ch., Basiron Y., Fuel, 2006, 85 (5–6), 867–870.
127. Jain S., Sharma M.P., Renew. Sustainable Energy
Rev., 2010, 14 (2), 667–678.
128. Paligova J., Jorıkova L., Cvengros J., Energy
Fuels, 2008, 22 (3), 1991–1996.
129. Moser B.R., J. Am. Oil Chem. Soc., 2009, 86 (7),
699–706.
130. Jham G.N., Moser B.R., Shah Sh.N., Holser R.A.,
Dhingra O.D., Vaughn S.F., Berhow M.A., Winkler-Moser
J.K., Isbell T.A., Holloway R.K., Walter E.L., Natalino R.,
Anderson J.C., Stelly D.M., J. Am. Oil Chem. Soc., 2009,
86, 917–926.
131. Joshi H.Ch., Toler J., Walker T., J. Am. Oil Chem.
Soc., 2008, 85, 357–363.
132. Ali Y., Hanna M.A., Cuppett S.L., J. Am. Oil
Chem. Soc., 1995, 72 (12), 1557–1564.
133. Moser B.R., Williams A., Haas M.J., McCormick
R.L., Fuel Proc. Technol., 2009, 90 (9), 1122–1128.
134. Freedman B., Bagby M.O., J. Am. Oil Chem.
Soc.,1989, 66 (11), 1601–1605.
135. Хайрудинов И.Р., Жирнов Б.С., Сидрачёва
И.И., Теляшева Э.Г., Пат. 2426770 РФ, Публ.
20.08.2011.
136. Makareviciene V., Janulis P., Renew. Energ.,
2003, 28, 2395–2403.
137. Anastopoulos G., Lois E., Karonis D., Zanikos F.,
Kalligeros S., Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40 (1), 452–456.
138. Kajdas C., Majzner M., Lubric Sci., 2001, 14 (1),
83–108.
139. Minami I., Hong H., Mathur N.C., J. Synthetic
Lubric., 1999, 16 (1), 1–12.
140. Baiju B., Naik M.K., Das L.M., Renew. Energ.,
2009, 34, 1616–1621.
141. Kiss A.A., Dimian A.C., Rothenberg G., Adv.
Synth. Catal., 2006, 348, 75–81.
142. Патриляк Л.К., Патриляк К.І., Охріменко М.В.,
Лєвтєров А.М., Мараховський В.П., Савицький В.Д.,
Іваненко В.В., Коновалов С.В., Волошина Ю.Г., Ката-
лиз и нефтехимия, 2012, 20, 39–42.
References
1. Bhuiya M.M.K., Rasul M.G., Khan M.M.K., Ash-
wath N., Azad A.K., Hazrat M.A., Renew. Sust. Energ.
Rev., 2016, 55, 1129–1146.
2. Luque R., Melero A., Advances in biodiesel produc-
tion: Process and technologies, Oxford-Cambridge-
Philadelphia-New Delhi, Woodhead Publishing, 2012, 69–
90.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
14
3. Bringezu S., Schutz H., O’Brien M., Kauppi L.,
Howarth R.W., McNeely J. Towards Sustainable Produc-
tion and Use of Resources: Assessing Biofuels. UNEP.–
2009. –120 p.
4. Knothe G., Van Gerpen J.H., Krahl J. The Biodiesel
Handbook.– AOCS Press, 2005.– 302 p.
5. Tyson K.S. Biodiesel Handling and Use Guidelines.-
3 ed. –2009.–– DIANE Publishing.– 61 p.
6. Atabani A.E., Silitonga A.S., Badruddin I.A., Mahlia
T.M.I., Masjuki H.H., Mekhilef S., Renew. Sustain. Energy
Rev., 2012, 16 (4), 2070–2093.
7. Zhang D. Crystallization characteristics and fuel
properties of tallow methyl esters, Master Thesis.– 1994.–
University of Nebraska-Lincoln.
8. Kusdiana D., Saka S., Fuel, 2001, 80, 693–698.
9. Kusdiana D., Saka S., Bioresour. Technol., 2004, 91,
289–295.
10. Gopinath A., Sarram K., Velraj R., Kumaresan G.,
J. Automob. Eng., 2015, 229 (3), 357–390.
11. G.Knothe, M.E.G. de Castro, L.F.Razon, J. Am. Oil
Chem. Soc., 2015, 92 (5), 769–775.
12. Shang N.-C., Liu R.-Z., Chen Y.-H., Chang C.-Y.,
Lin R.H., J. Taiwan Inst. Chem. Eng., 2012, 43 (3), 354–
359.
13. Stamenkovic O.S., Velickovic A.V., Veljkovic
V.B., Fuel, 2011, 90, 3141–3155.
14. Cernoch M., Skopal F., Hajek M., Eur. J. Lipid. Sci.
Technol., 2009, 111, 663–668.
15. Anastopoulos G., Zannikov Y., Stournas S., Kalli-
geros S., Energies, 2009, 2, 362–376.
16. Cernoch M., Hajek M., Skopal F., Bioresour. Tech-
nol., 2010, 101, 1213–1219.
17. Suppalakpanya K., Ratanawilai S.B., Tongurai C.,
Appl. Energy., 2010, 87, 2356–2359.
18. Brunschwig C., Moussavou W., Blin J., Progr. En-
ergy Comb. Sci., 2012, 38, 283–301.
19. Saravanan N., Puhan S., Nagarajan G., Vedaraman
N., Biomass & Bioenergy, 2010, 34, 999–1005.
20. Lang X., Dalai A.K., Bakhshi N.N., Reaney M.J.,
Hertz P.B., Bioresour. Technol., 2001, 80, 53–62.
21. Bouaid A., El Boulifi N., Hahati K., Chem. Eng. J.,
2014, 238, 234–241.
22. Sanli H., Canakci M., Energy & Fuels, 2008, 22,
2713–2719.
23. Sing A.P., Anbumani K., Iran. J. Mechan. Eng.,
2011, 12 (1), 68–85.
24. Bajpai D., Tyagi V.K., J. Oleo Sci., 2006, 55 (10),
487–502.
25. Patrylak K.I., Patrylak L.K., Okhrimenko M.V.,
Levterov A.M., Savytskyi V.D., Voloshyna Yu,G., Manza
I.A., Ivanenko V.V., Marakhovskyi V.P., Konovalov C.B.,
Khranovska V.I., Kataliz i Neftekhimia, 2012, (21), 100–
103 (in Ukrainian).
26. Demirbas A., Biomass & Bioenergy, 2009, 33,
113–118.
27. Fadhil A.B., Abdulahad W.S., Energ. Convers.
Manage., 2014, 77, 495–503.
28. Babu K.G., Babu A.V., Murthy K.M, Iran. J. En-
ergy Envir., 2016, 7 (3), 315–324.
29. Semenov V.G. Aviatsyonno-kosmicheskaya tehnika
i tehnologia, 2007, 46 (10), 175–178 (in Russian).
30. Allen C.A.W., Watts K.C., Ackman R.G., Pegg
M.J., Fuel, 1999, 78, 1319–1326.
31. Knothe G., Steidley K.R., Fuel, 2007, 86, 2560–
2567.
32. Knothe G., Steidley K.R., Fuel, 2005, 84, 1059–
1065.
33. Freedman B., Bagby M.O., J. Am. Oil Chem. Soc.,
1990, 67 (9), 565–571.
34. Drown D.C., Harper K., Frame E., J. Am. Oil
Chem. Soc., 2001, 78 (6), 579–584.
35. Cavalcante K.S.B., Penha M.N.C., Mendonça
K.K.M., Louzeiro H.C., Vasconcelos A.C.S., Maciel A.P.,
de Souza A.G., Silva F.C., Fuel, 2010, 89, 1172–1176.
36. Barbosa D.C., Serra T.M., Meneghetti S.M.P., Me-
neghetti M.R., Fuel, 2010, 89, 3791–3794.
37. Cvengroš J., Paligová J., Cvengrošová Z., Eur. J.
Lipid Sci. Technol., 2006, 108, 629–635.
38. García M., Gonzalo A., Sánchez J.L., Arauzo J.,
Simoes C., Chem. Ind. Chem. Eng. Q., 2011, 17 (1), 91–97.
39. Kulkarni M.G., Dalai A.K., Bakhshi N.N., Biore-
source Technology, 2007, 98, 2027–2033.
40. Issariyakul T., Kulkarni M.G., Dalai A.K., Bakhshi
N.N., Fuel Process. Technol., 2007, 88, 429–436.
41. Sánchez M., Bergamin F., Peña E., Martínez M.,
Aracil J., Fuel, 2015, 143, 183–188.
42. Joshi H., Moser B.R., Toler J., Walker T., Biomass
& Bioenergy, 2010, 34, 14–20.
43. Clark S.J., Wagner L., Schrock M.D., Piennaar
P.G., J. Am. Oil Chem. Soc., 1984, 61 (10), 1632–1638.
44. Moser B.R., Vaughn S.F., Bioresource Technology,
2010, 101, 646–653.
45. Foglia Th.A., Nelson L.A., Dunn R.O., Marmer
W.N., J. Am. Oil Chem. Soc., 1997, 74 (8), 951–955.
46. Lima J.R.O., Silva R.B., Moura E.M., Moura
C.V.R., Fuel, 2008, 87, 1718–1723.
47. Linxing Y., Dis. Synthesis of fatty acid derivatives
as potential biolubricants and their physical properties and
boundary lubrication performances Doc.Ph., Ames, 2009.
48. Graboski M.S., McCormick R.L., Prog. Energy
Combust. Sci., 1998, 24, 125–164.
49. Schwab A.W., Bagby M.O., Freedman B., Fuel,
1987, 66, 1372–1378.
50. Plessis L.M., Villiers J.B.M., Van der Walt W.H., J.
Am. Oil Chem. Soc., 1985, 62 (4), 748–752.
51. Patrylak L.K., Okhrimenko M.V., Yakovenko
A.V., Khranovska V.I., Kataliz i neftekhimia, 2008, (16),
81–83 (in Ukrainian).
52. Černoch M., Hájek M., Skopal F., Bioresource
Technology, 2010, 101, 7397–7401.
53. Rodríguez-Guerrero J.K., Rubens M.F., Rosa
P.T.V., J. Supercrit. Fluids, 2013, 83, 124–132.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
15
54. Silva N.L., Batistella C.B., Filho R.M., Maciel
M.R.W., Energy & Fuels, 2009, 23, 5636–5642.
55. Hossain A.B.M.S., Boyce A.N., Salleh A.,
Chandran S., Afr. J. Agricultural Res., 2010, 5 (14), 1851–
1859.
56. Smith P.C., Ngothai Y., Nguyen Q.D., O’Neill
B.K., Fuel, 2010, 89, 3517–3522.
57. Wahlen B.D., Barney B.M., Seefeldt L.C., Energy
& Fuels, 2008, 22, 4223–4228.
58. Tippayawong N., Kongjareon E., Jompakdee W., J.
Mech. Sci. Technol., 2005, 19 (10), 1902–1909.
59. Abigor R.D., Uadia P.O., Foglia T.A., Haas M.J.,
Jones K.C., Okpefa E., Obibuzor J.U., Bafor M.E., Bio-
chem. Soc. Trans., 2000, 28, 979–981.
60. McCormick R.L., Graboski M.S., Alleman T.L.,
Herring A.M., Tyson K.Sh., Environ. Sci. Technol., 2001,
35 (9), 1742–1747.
61. Encinar J.M., Gonzalez J.F., Rodriguez-Reinares
A., Ind. Eng. Chem. Res., 2005, 44 (15), 5491–5499.
62. Alptekin E.,Canakci M., Renewable Energy, 2008,
33 (12), 2623–2630.
63. Pratas M.J., Freitas S., Oliveira M.B. et al., J Chem
Engng Data, 2010, 55 (9), 3983–3990.
64. Klopfenstein W.E., J. Am. Oil Chem. Soc., 1985, 62
(6), 1029–1031.
65. Achten W.M.J., Verchot L., Franken Y.J., Mathijs
E., Singh V.P., Aerts R., Muys B., Biomass & Bioenergy,
2008, 32, 1063–1084.
66. Foidl N., Foidl G., Sanchez M., Mittelbach M.,
Hackel S., Bioresource Technology, 1996, 58, 77–82.
67. Gübitz G.M., Mittelbach M., Trabi M., Bioresource
Technology, 1999, 67, 73–82.
68. Encinar J.M., González J.F., Rodríguez J.J., Tejedor
A., Energy & Fuels, 2002, 16, 443–450.
69. Demirbas A., Bioresource Technology, 2008, 99,
1125–1130.
70. Bouaid A., Martinez M., Aracil J., Chem. Eng. J.,
2007, 134, 93–99.
71. Khalil C.N., Leite L.C.F., Pat. 20050011112 USA,
Publ. 20.01.2005.
72. Saidakhmetov A.I., Avtoref. dis. “Ispolzovanie bi-
okomponentov dlia rasshyrenia resursov i uluchshenia
kachestva diselnogo topliva”, kand. teh. nauk, Moskva,
2012 (in Russian).
73. Knothe G., Energy Fuels, 2008, 22, 1358–1364.
74. Knothe G., Fuel Process. Technol., 2005, 86, 1059–
1070.
75. Dunn RO. Cold weather properties and perform-
ance of biodiesel. In: G Knothe, JH Van Gerpen and J
Krahl (eds) The biodiesel handbook. Urbana, Illinois:
AOCS Press, 2005, pp. 83–121.
76. Davis J.P., Sanders T.H., J. Am. Oil Chem. Soc.,
2007, 84 (11), 979–987.
77. Lee I., Johnson L.A., Hammond E.G., J. Am. Oil
Chem. Soc., 1995, 72 (10), 1155–1160.
78. Issariyakul T., Dalai A.K., Desai P., J. Am. Oil
Chem. Soc., 2011, 88, 391–402.
79. Harrington K.J., Biomass, 1986, 9, 1–17.
80. Sunderbrink Th., Pat. 0716139 Europe, Publ.
12.06.1996.
81. Isbell T.A., Edgcomb M.R., Lowery B.A., Ind.
Crops Prod., 2001, 13, 11–20.
82. Smith P.C., Ngothai Y., Nguyen Q.D., O’Neill
B.K., Fuel, 2009, 88, 605–612.
83. Makarevičienė V., Kazancev K., Kazanceva I., Re-
new. Energ., 2015, 75, 805–807.
84. Fernández C.M., Ramos M.J., Pérez Á., Rodríguez
J.F., Bioresource Technology, 2010, 101, 7019–7024.
85. Bart J.C.J., Palmery N., Cavallaro S., Biodiesel sci-
ence and technology: From soil to oil, Oxford-Cambridge-
New Delhi, Woodhead publishing limited, 2010, 226–284.
86. Knothe G., J. Am. Oil Chem. Soc., 2006, 83 (10),
823–833.
87. Stournas S., Lois E., Serdari A., J. Am. Oil Chem.
Soc., 1995, 72 (4), 433–437.
88. Knothe G., Matheaus A.C., Ryan Th.W., Fuel,
2003, 82, 971–975.
89. Knothe G., Energy & Fuels, 2012, 26, 5265–5273.
90. Puhan S., Saravanan N., Nagarajan G., Vedaraman
N., Biomass & Bioenergy, 2010, 34, 1079–1088.
91. Ramos M.J., Fernández C.M., Casas A., Rodríguez
L., Pérez Á., Bioresour. Technol., 2009, 100, 261–268.
92. Klopfenstein WE., J. Am. Oil Chem. Soc., 1982, 59
(12), 531–533.
93. Krisnangkura K., J. Am. Oil Chem. Soc., 1986, 63
(4), 552–553.
94. El Bassam N. Handbook of Bioenergy Grops; A
Complete Reference to Species, Development and Aplica-
tions, London, Wasington, Earthsean, 2010, p.516.
95. Gopinath A., Puhan S., Nagarajan G., Int. J. En-
ergy Envir., 2010, 1 (2), 295–306.
96. Saleh H.E., Fuel, 2011, 90, 421–429.
97. Patrylak L., Patrylak K., Okhrimenko M.,
Zubenko S., Levterov A., Savytskyi V., Chemistry and
Chemical Technology, 2015, 9 (3), 383–390.
98. Joshi H., Moser B.R., Toler J., Smith W.F.,
Walker T., Renew. Energ., 2010, 35, 2207–2210.
99. Vedaraman N., Puhan S., Nagarajan G., Velappan
K.C., Int. J. Green Energy, 2011, 8 (3), 383–397.
100. Kwanchareon P., Luengnaruemitchai A., Jai-In S.,
Fuel, 2007, 86, 1053–1061.
101. Selvan V.A.M., Anand R.B., Udayakumar M.,
Energy & Fuels, 2009, 23, 5413–5422.
102. Mehta R.N., Chakraborty M., Mahanta P., Parikh
P.A., Ind. Eng. Chem. Res., 2010, 49, 7660–7665.
103. Derimbas A., Fuel, 2008, 87 (8–9), 1743–1748.
104. Guo Y., Wei H., Yang F., Li D. et al., J. Hazard.
Mater., 2009, 167, 625–629.
105. Imtenan S., Masjuki H.H., Varman M., Proced.
Eng., 2014, 90, 472–477.
106. Imtenan S., Masjuki H.H., Varman M., Energ.
Convers. Manage, 2014, 83, 149–158.
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
16
107. Aydin H., Ilkılıç C., App., Term. Eng., 2010, 30,
1199–1204.
108. Sivalakshmi S., Balusamy T., Int. J. Green En-
ergy, 2012, 9 (3), 218–228.
109. Makarevičienė V., Kazancev K., Kazanceva I.,
Renew. Energ., 2015, 75, 805–807.
110. Zhu L., Cheung C.S., Zhang W.G., Huang Zh.,
Fuel, 2011, 90, 1743–1750.
111. Yilmaz N., Sanchez T.M., Energy, 2012, 46, 126–
129.
112. Patrylak L.K., Patrylak K.I., Okhrimenko M.V.,
Ivanenko V.V., Zubenko S.O., Levterov A.M.,
Marakhovskyi V.P., Savytskyi V.D., Fuel, 2013, 113, 650–
653.
113. Anbarasu A., Saravanan M., Loganathan M., Int.
J. Green Energy, 2013, 10 (1), 90–102.
114. Yilmaz N., Vigil F.M., Benalil K., Davis S.M.,
Calva A., Fuel, 2014, 135, 46–50.
115. Rakopoulos D.C., Fuel, 2013, 105, 603–613.
116. Yilmaz N., Energy, 2012, 40, 210–213.
117. Giakoumis E.G., Rakopoulos C.D., Dimaratos
A.M., Rakopoulos D.C., Renew. Sust. Energ. Rev., 2013,
17, 170–190.
118. Randazzo M.L., Sodré J.R., Fuel, 2011, 90, 98–
103.
119. Shi X., Yu Y., He H., Fuel, 2005, 84, 1543–1549.
120. Frankel E.N., Prog. Lipid Res., 1984, 23 (4), 197–
221.
121. Knothe G., Eur. J. Lipid Sci. Technol., 2006, 108
(6), 493–500.
122. Yamane K, Kawasaki K, Sone K et al., Int. J.
Engine Res., 2007, 8 (3), 307–319.
123. Prankl H. Stability of biodiesel. In: G Knothe, JH
Van Gerpen and J Krahl (eds)The biodiesel handbook.
Urbana, Illinois: AOCS Press, 2005, pp. 127–136.
124. Knothe G., Fuel Proc. Technol., 2007, 88 (7),
669–677.
125. Tang H., Wang A., Salley S.O., Simon Ng K.Y., J.
Am. Oil Chem. Soc., 2008, 85 (4), 373–382.
126. Liang Y.C., May C.Y., Foon C.S., Ngan M.A.,
Hock Ch.Ch., Basiron Y., Fuel, 2006, 85 (5–6), 867–870.
127. Jain S., Sharma M.P., Renew. Sustainable Energy
Rev., 2010, 14 (2), 667–678.
128. Paligova J., Jorıkova L., Cvengros J., Energy Fu-
els, 2008, 22 (3), 1991–1996.
129. Moser B.R., J. Am. Oil Chem. Soc., 2009, 86 (7),
699–706.
130. Jham G.N., Moser B.R., Shah Sh.N., Holser R.A.,
Dhingra O.D., Vaughn S.F., Berhow M.A., Winkler-Moser
J.K., Isbell T.A., Holloway R.K., Walter E.L., Natalino R.,
Anderson J.C., Stelly D.M., J. Am. Oil Chem. Soc., 2009,
86, 917–926.
131. Joshi H.Ch., Toler J., Walker T., J. Am. Oil Chem.
Soc., 2008, 85, 357–363.
132. Ali Y., Hanna M.A., Cuppett S.L., J. Am. Oil
Chem. Soc., 1995, 72 (12), 1557–1564.
133. Moser B.R., Williams A., Haas M.J., McCormick
R.L., Fuel Proc. Technol., 2009, 90 (9), 1122–1128.
134. Freedman B., Bagby M.O., J. Am. Oil Chem.
Soc.,1989, 66 (11), 1601–1605.
135. Hairudinov I.R., Zhyrnov B.S., Sidracheva I.I.,
Telyasheva E.G., Pat. RF 2426770, Publ. 20.08.2011 (in
Russian).
136. Makareviciene V., Janulis P., Renew. Energ.,
2003, 28, 2395–2403.
137. Anastopoulos G., Lois E., Karonis D., Zanikos F.,
Kalligeros S., Ind. Eng. Chem. Res., 2001, 40 (1), 452–456.
138. Kajdas C., Majzner M., Lubric Sci., 2001, 14 (1),
83–108.
139. Minami I., Hong H., Mathur N.C., J. Synthetic
Lubric., 1999, 16 (1), 1–12.
140. Baiju B., Naik M.K., Das L.M., Renew. Energ.,
2009, 34, 1616–1621.
141. Kiss A.A., Dimian A.C., Rothenberg G., Adv.
Synth. Catal., 2006, 348, 75–81.
142. Patrylak L.K., Patrylak K.I., Okhrimenko M.V.,
Levterov A.M., Marakhovskyi V.P., Savytskyi V.D.,
Ivanenko V.V., Konovalov S.V., Voloshena Yu.G., Kataliz
i neftekhimia, 2012, 20, 39–42 (in Ukrainian).
Надійшла до редакції 18.10.2018
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
17
Сравнение физико-химических и эксплуатационных
свойств биодизельного топлива
на основе метанола и биоспиртов
С.А. Зубенко, Л.К. Патриляк, С.В. Коновалов
Институт биоорганической химии и нефтехимии им. В.П. Кухаря НАН Украины,
Украина, 02094 Киев, ул. Мурманская, 1, тел./факс: (044) 559-98-00
Биодизельное топливо по сравнению с традиционным дизельным имеет ряд преимуществ,
наиболее важными среди которых являются биовозобновляемость масляного сырья, быст-
рая биологическая деградация, нетоксичность, совместимость с нефтяным дизельным топ-
ливом. Несмотря на значительное количество литературных источников посвященных био-
дизелю, на сегодня практически отсутствуют систематизированные данные относительно
влияния особенностей состава исходного сырья на свойства топлива. Традиционным спир-
том для производства биодизельного топлива остается метанол, хотя использование био-
спиртов – этилового и бутилового – сделало бы сырье полностью биовозобновляемым. По-
этому целью работы был анализ литературных данных с обнаружением особенностей
влияния природы исходного сырья производства биодизеля, а именно длины алкильной
цепи спирта и жирнокислотного состава масляной компоненты, на физико-химические
(плотность, вязкость) и эксплуатационные (низкотемпературные свойства, окислительная
стабильность, цетановое число, мощностные и экологические показатели работы дизельно-
го двигателя) свойства получаемого топлива. Проанализированы требования современных
стандартов к минеральному дизельному и биодизельному топливу. На основании анализа
массива литературных данных установлено, что с возрастанием молекулярной массы спир-
та в ряду метанол-бутанол происходит некоторое увеличение кинематической вязкости по-
лучаемых эфиров жирных кислот. Значения для бутиловых эфиров находятся на верхней
границе допускаемых стандартами, тогда как плотность биодизельного топлива падает с
ростом углеводородной цепи спирта. Так же падает и температура помутнения и застыва-
ния. Значения цетанового числа больше зависят от длины углеродной цепи жирной кисло-
ты, а не спирта. Они растут в меру увеличения молекулярной массы жирных кислот и в ме-
ру уменьшения количества ненасыщенных связей. Показано также, что этиловые и бутило-
вые эфиры жирных кислот имеют более высокую окислительную стабильность и теплоту
сгорания, демонстрируют лучшие экологические показатели при работе дизельного двига-
теля, что дает им существенные преимущества в сравнении с метиловыми эфирами при
использовании в роли топлива. Однако на сегодняшний день бутиловые эфиры жирных
кислот растительных масел сравнительно мало изучены, поэтому требуют дальнейших ис-
следований, особенно развернутых моторных испытаний, как в чистом виде, так и в виде
смесей с минеральным топливом.
Ключевые слова: биодизельное топливо, масла растительные, эфиры жирных кислот мети-
ловые, эфиры жирных кислот этиловые, эфиры жирных кислот бутиловые, стабильность
окислительная, вязкость, плотность, свойства низкотемпературные, число цетановое
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
18
Comparison of physicochemical and performance properties
of biodiesel fuel based on methanol and bioalcohols
S.O. Zubenko, L.K. Patrylak, S.V. Konovalov
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of NAS of Ukraine,
1, Murmanska str., 02094 Kyiv, Ukraine, Tel.: (044) 559-98-00
Biodiesel fuel has a number of advantages over traditional diesel fuel, among the most important of
which are the bio-renewability of oil feedstock, rapid biological degradation, non-toxicity, com-
patibility with petroleum diesel fuel. Despite a significant amount of literary sources related to bio-
diesel, today there is practically no systematic data on influence of characteristics of the raw mate-
rial composition on the properties of the fuel. Methanol remains the traditional alcohol for biodiesel
fuel production, although the use of bio-alcohols – ethanol and butanol – would make the raw ma-
terials completely bio-renewable. Therefore, the purpose of the work was to analyze the literature
data and to reveal the peculiarities of influence of nature of the raw-stuff for biodiesel production,
namely the length of the hydrocarbon chain of alcohol and the fatty acid composition of the oil
component, on physicochemical (density, viscosity) and performance (low-temperature properties,
oxidative stability, cetane number, power and environmental performance of the diesel engine)
properties of the fuel produced. The requirements of modern standards for mineral diesel and bio-
diesel fuel have been analyzed. Based on the analysis of literature data, it has been established that
with an increase of alcohol molecular weight in the methanol-butanol series, there is a slight in-
crease in the kinematic viscosity of the resulting fatty acid esters. The values for butyl esters are at
the upper limit allowed by the standards, while the density of biodiesel fuel declines with increase
of hydrocarbon chain of alcohol. The temperature of cloudiness and freezing also declines. The
values of the cetane number are more dependent on the length of carbon chain of the fatty acid, and
not alcohol. They grow in proportion to the increase in molecular weight of fatty acids and to the
extent of reduction in number of unsaturated bonds. It has also been shown that ethyl and butyl es-
ters of fatty acids have a higher oxidative stability and heat of combustion, demonstrate better envi-
ronmental performance during operation of a diesel engine, which gives them significant advan-
tages compared to the methyl esters used as a fuel. However, to date, butyl esters of fatty acids of
vegetable oils are relatively poorly studied, and therefore require further research, especially exten-
sive motor tests, both in pure form and in the form of mixtures with mineral fuels.
Keywords: biodiesel fuel, vegetable oils, methyl fatty acid esters, ethyl fatty acid esters, butyl fatty
acid esters, oxidative stability, viscosity, density, low-temperature properties, cetane number
|
| id | oai:katalizorgua:article-50 |
| institution | Catalysis and petrochemistry |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:04Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | katalizorgua/9b/22b4bfacc53b670c836e283a6926b09b.pdf |
| spelling | oai:katalizorgua:article-502021-11-27T20:14:06Z Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів Comparison of physicochemical and performance properties of biodiesel fuel based on methanol and bioalcohols Zubenko, S.O. Patrylak, L.K. Konovalov , S.V. biodiesel fuel, vegetable oils, methyl fatty acid esters, ethyl fatty acid esters, butyl fatty acid esters, oxidative stability, viscosity, density, low-temperature properties, cetane number : біодизельне паливо, олії рослинні, естери жирних кислот метилові, естери жирних кислот етилові, естери жирних кислот бутилові, стабільність окисна, в’язкість, густина, властивості низькотемпературні, число цетанов Біодизельне паливо перед традиційним дизельним має ряд переваг, найважливішими серед яких є біовідновлювальність олійної сировини, швидка біологічна деградація, нетоксичність, сумісність з нафтовим паливом. Незважаючи на значну кількість літературних джерел, присвячених синтезу біодизеля, на сьогодні практично відсутні систематизовані дані щодо впливу особливостей складу вихідної сировини на властивості палива. Традиційним спиртом для виробництва біодизельного палива залишається метанол, хоча використання біоспиртів – етилового та бутилового – робило би сировину повністю біовідновлювальною. Тому метою даної роботи був аналіз літературних даних з виявленням особливостей впливу природи вихідної сировини виробництва біодизеля, а саме довжини алкільного ланцюга спирту та жирнокислотного складу олійної компоненти на фізико-хімічні (густина, в’язкість) та експлуатаційні (низькотемпературні властивості, окисна стабільність, цетанове число, потужнісні та екологічні показники роботи дизельного двигуна) властивості одержуваного палива. Проаналізовано вимоги сучасних стандартів до мінерального дизельного та біодизельного палива. На основі аналізу масиву літературних даних встановлено, що зі зростанням молекулярної маси спирту в ряду метанол–бутанол відбувається деяке збільшення кінематичної в’язкості одержуваних естерів жирних кислот. Значення для бутилових естерів знаходяться на верхній межі дозволених стандартами, тоді як густина біодизельного палива падає зі зростанням вуглеводневого ланцюга спирту. Так само падає і температура помутніння та замерзання. Значення цетанового числа більше залежать від довжини вуглецевого ланцюга жирної кислоти, а не спирту. Вони зростають в міру збільшення молекулярної маси жирних кислот та в міру зменшення кількості ненасичених зв’язків. Показано також, що етилові та бутилові естери жирних кислот мають вищу окисну стабільність та теплоту згоряння, демонструють кращі екологічні показники при роботі дизельного двигуна, що дає їм суттєві переваги в порівнянні з метиловими естерами при використанні в ролі палива. Однак, на сьогодні бутилові естери жирних кислот рослинних олій є порівняно мало вивченими, тому вимагають подальших досліджень, особливо розгорнутих моторних випробувань як в чистому вигляді, так і у сумішах з мінеральним паливом. Biodiesel fuel has a number of advantages over traditional diesel fuel, among the most important of which are the bio-renewability of oil feedstock, rapid biological degradation, non-toxicity, compatibility with petroleum diesel fuel. Despite a significant amount of literary sources related to biodiesel, today there is practically no systematic data on influence of characteristics of the raw material composition on the properties of the fuel. Methanol remains the traditional alcohol for biodiesel fuel production, although the use of bio-alcohols – ethanol and butanol – would make the raw materials completely bio-renewable. Therefore, the purpose of the work was to analyze the literature data and to reveal the peculiarities of influence of nature of the raw-stuff for biodiesel production, namely the length of the hydrocarbon chain of alcohol and the fatty acid composition of the oil component, on physicochemical (density, viscosity) and performance (low-temperature properties, oxidative stability, cetane number, power and environmental performance of the diesel engine) properties of the fuel produced. The requirements of modern standards for mineral diesel and biodiesel fuel have been analyzed. Based on the analysis of literature data, it has been established that with an increase of alcohol molecular weight in the methanol-butanol series, there is a slight increase in the kinematic viscosity of the resulting fatty acid esters. The values for butyl esters are at the upper limit allowed by the standards, while the density of biodiesel fuel declines with increase of hydrocarbon chain of alcohol. The temperature of cloudiness and freezing also declines. The values of the cetane number are more dependent on the length of carbon chain of the fatty acid, and not alcohol. They grow in proportion to the increase in molecular weight of fatty acids and to the extent of reduction in number of unsaturated bonds. It has also been shown that ethyl and butyl esters of fatty acids have a higher oxidative stability and heat of combustion, demonstrate better environmental performance during operation of a diesel engine, which gives them significant advantages compared to the methyl esters used as a fuel. However, to date, butyl esters of fatty acids of vegetable oils are relatively poorly studied, and therefore require further research, especially extensive motor tests, both in pure form and in the form of mixtures with mineral fuels V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018-11-10 Article Article application/pdf https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/50 Catalysis and petrochemistry; No. 27 (2018): Catalysis and petrochemistry; 1-18 Каталіз та нафтохімія; № 27 (2018): Каталіз та нафтохімія; 1-18 2707-5796 2412-4176 uk https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/50/40 |
| spellingShingle | : біодизельне паливо олії рослинні естери жирних кислот метилові естери жирних кислот етилові естери жирних кислот бутилові стабільність окисна в’язкість густина властивості низькотемпературні число цетанов Zubenko, S.O. Patrylak, L.K. Konovalov , S.V. Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| title | Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| title_alt | Comparison of physicochemical and performance properties of biodiesel fuel based on methanol and bioalcohols |
| title_full | Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| title_fullStr | Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| title_full_unstemmed | Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| title_short | Порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| title_sort | порівняння фізико-хімічних та експлуатаційних властивостей біодизельного палива на основі метанолу та біоспиртів |
| topic | : біодизельне паливо олії рослинні естери жирних кислот метилові естери жирних кислот етилові естери жирних кислот бутилові стабільність окисна в’язкість густина властивості низькотемпературні число цетанов |
| topic_facet | biodiesel fuel vegetable oils methyl fatty acid esters ethyl fatty acid esters butyl fatty acid esters oxidative stability viscosity density low-temperature properties cetane number : біодизельне паливо олії рослинні естери жирних кислот метилові естери жирних кислот етилові естери жирних кислот бутилові стабільність окисна в’язкість густина властивості низькотемпературні число цетанов |
| url | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/50 |
| work_keys_str_mv | AT zubenkoso porívnânnâfízikohímíčnihtaekspluatacíjnihvlastivostejbíodizelʹnogopalivanaosnovímetanolutabíospirtív AT patrylaklk porívnânnâfízikohímíčnihtaekspluatacíjnihvlastivostejbíodizelʹnogopalivanaosnovímetanolutabíospirtív AT konovalovsv porívnânnâfízikohímíčnihtaekspluatacíjnihvlastivostejbíodizelʹnogopalivanaosnovímetanolutabíospirtív AT zubenkoso comparisonofphysicochemicalandperformancepropertiesofbiodieselfuelbasedonmethanolandbioalcohols AT patrylaklk comparisonofphysicochemicalandperformancepropertiesofbiodieselfuelbasedonmethanolandbioalcohols AT konovalovsv comparisonofphysicochemicalandperformancepropertiesofbiodieselfuelbasedonmethanolandbioalcohols |