Bio-oils in Contact with Steels and Copper Surfaces
Bruun, Nina
Bruun, Nina
Åbo Akademi - Åbo Akademi University
Publikationen är skyddad av upphovsrätten. Den får läsas och skrivas ut för personligt bruk. Användning i kommersiellt syfte är förbjuden.
Artiklar III-V: CC-BY
Publikationens permanenta adress är
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4203-8
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-12-4203-8
Abstrakt
Bioolja är en förnybar energikälla och kan användas antingen i rå eller förädlad form. Den råa biooljan kan användas i marina motorer eller konventionella brännkammare. Svavel- och fosforutsläppen minskar när biooljor används som bränsle i marina motorer i stället för fossila petroleumbränslen. Biooljor härstammar från animaliska fetter, vegetabiliskt oljeavfall och pyrolysolja från biomassa. Använda matoljor (UCOs) och fiskoljor (FOs) är av ökande intresse som ekonomisk råvara för biooljor eller vid produktion av biodiesel. De använda matoljorna är icke-ätbara rester från t.ex. restauranger. Under tillagnings- och frityrsteget kan temperaturen i oljorna stiga till 190°C, vilket gör att oljornas triglycerider bryts ned termiskt och kemiskt. Dessa reaktioner kan resultera i bildning av fria fettsyror, glycerol, monoglycerider och diglycerider. Vissa kemiska föreningar, såsom redan existerande organiska syror, vatten och eventuella sediment som finns i biooljan, kan orsaka korrosion av stål och koppar vid kontakt med oljan. De använda matoljorna måste dock utnyttjas inom en relativt kort tidsperiod efter insamling och bearbetning för att exempelvis undvika att korrosiva nedbrytningskomponenter bildas. Vissa nivåer av syratal, viskositet, densitet och vattenhalt är avgörande för att biooljorna ska accepteras som bränslen. Syratalet och vattenhalten korrelerar dock inte direkt med biooljans egenskaper och korrosivitet. Det är inte helt klarlagt vilken inverkan de olika biooljekomponenterna och korrosionsinhibitorerna har på de korrosiva egenskaperna.
I detta arbete undersökte vi de fysikalisk-kemiska och termiska egenskaperna hos lokalt producerade, använda matoljor och fiskoljor för att utreda deras användbarhet som alternativa bränslen för marina motorer. Egenskaperna hos dessa lokalt producerade biooljor jämfördes med en kommersiell referensolja. De korrosiva egenskaperna studerades genom ett nedsänkningstest med en stav av stål eller en kopparstav vid rumstemperatur i UCOs eller FOs. Dessutom undersöktes effekten av vatten i oljorna på koncentrationen av löst järn. Oljesyra och glycerol studerades som korrosionsinhibitorer i UCOs. Vidare undersöktes förändringar i de fysikaliskkemiska och termiska egenskaperna som funktioner av lagringstid i upp till fem år.
Korrosiviteten hos olika UCO-satser undersöktes med tre dagars nedsänkningstest med stavar av stål. Vidare undersöktes rollerna för föroreningar, konserveringsmedel för biooljor och korrosionsinhibitorer i biooljeinducerad korrosion med oljeprover innehållande tillsatt vatten, kortkedjiga karboxylsyror och tio olika aminosyror.
De fysikalisk-kemiska och termiska egenskaperna hos biooljorna korrelerade med deras innehåll av olika fetter. Syratalet för alla biooljor var relativt högt och ökade något under biooljornas åldrande, troligtvis på grund av omvandlingen av omättade fettsyror. Koncentrationerna av fosfor och svavel i biooljorna låg under de angivna gränsvärdena för oljor i marina motorer. Jämfört med den kommersiella referensoljan nedbröts biooljorna vid högre temperaturer men biooljornas värmeinnehåll var lägre än den kommersiella referensoljans.
En detaljerad analys av olika fysikalisk-kemiska egenskaper samt fettsyrasammansättningen av biooljorna tyder på att avfallsbaserade biooljor kan användas som koldioxidneutrala bränslen i marina motorer. Emellertid visade det sig att nedsänkningstest med stänger av mjukt stål påvisade en högre halt av järn som löste sig i oljorna vid 10 dagar. Vid tillsats av oljesyra och glycerol sjönk halten järn som löste sig i oljan. Vattenhalten, syratalet och den totala oljesammansättningen påverkade väsentligt oljornas korrosiva egenskaper. Bland de testade oljorna visade FO och den kommersiella referensoljeprodukten de högsta respektive lägsta mängderna löst järn.
Resultaten som observerats i detta arbete innebär att nedsänkningstestet med en stav av stål kan användas som en pålitlig och kostnadseffektiv metod för att jämföra de korrosiva egenskaperna hos biooljor såväl som andra biobränslen.
I allmänhet uppvisade oljorna med de högsta vattenkoncentrationerna de högsta korrosionsegenskaperna, även om deras syratal inte var de högsta. Oljorna med de högsta syratalen innehöll de högsta koncentrationerna av omättade fria fettsyror, såsom oljesyra. De omättade fria fettsyrorna antogs bilda ett skyddande skikt på stavarna och därigenom förhindra genomträngning av syre och vatten till stålytan. När en mycket frätande olja blandades med en mindre frätande olja, minskade mängden löst järn markant. Detta tyder på att vid blandning av olika biooljor minskar korrosionen av stålenheter i kontakt med oljan. Bland de tio studerade potentiella korrosionsinhibitorerna visade aminosyrorna L-lycin och L-arginin positiva effekter, även när de tillsattes i låga koncentrationer. Kortkedjiga karboxylsyror myr- eller propionsyra påvisade en lägre korrosionshämmande effekt, troligen på grund av det tunna ytskiktet som bildades på stålet. Den samtidiga närvaron av vatten och karboxylsyra ledde dock till korrosion. Vidare kunde varken L-lycin eller L-arginin ge korrosionsskydd i närvaro av både vatten och en karboxylsyra. Detta tyder på att UCOs som innehåller kortkedjiga karboxylsyror och vatten ökar korrosionen av mjukt stål.
Resultaten av detta arbete indikerar att biooljorna kan användas som ett hållbart, lokalt anskaffat alternativt bränsle så länge de inte innehåller karboxylsyror och vatten samtidigt. Vattenhaltens inverkan på korrosionen kan minskas med aminosyrabaserade inhibitorer i frånvaro av karboxylsyra.
I detta arbete undersökte vi de fysikalisk-kemiska och termiska egenskaperna hos lokalt producerade, använda matoljor och fiskoljor för att utreda deras användbarhet som alternativa bränslen för marina motorer. Egenskaperna hos dessa lokalt producerade biooljor jämfördes med en kommersiell referensolja. De korrosiva egenskaperna studerades genom ett nedsänkningstest med en stav av stål eller en kopparstav vid rumstemperatur i UCOs eller FOs. Dessutom undersöktes effekten av vatten i oljorna på koncentrationen av löst järn. Oljesyra och glycerol studerades som korrosionsinhibitorer i UCOs. Vidare undersöktes förändringar i de fysikaliskkemiska och termiska egenskaperna som funktioner av lagringstid i upp till fem år.
Korrosiviteten hos olika UCO-satser undersöktes med tre dagars nedsänkningstest med stavar av stål. Vidare undersöktes rollerna för föroreningar, konserveringsmedel för biooljor och korrosionsinhibitorer i biooljeinducerad korrosion med oljeprover innehållande tillsatt vatten, kortkedjiga karboxylsyror och tio olika aminosyror.
De fysikalisk-kemiska och termiska egenskaperna hos biooljorna korrelerade med deras innehåll av olika fetter. Syratalet för alla biooljor var relativt högt och ökade något under biooljornas åldrande, troligtvis på grund av omvandlingen av omättade fettsyror. Koncentrationerna av fosfor och svavel i biooljorna låg under de angivna gränsvärdena för oljor i marina motorer. Jämfört med den kommersiella referensoljan nedbröts biooljorna vid högre temperaturer men biooljornas värmeinnehåll var lägre än den kommersiella referensoljans.
En detaljerad analys av olika fysikalisk-kemiska egenskaper samt fettsyrasammansättningen av biooljorna tyder på att avfallsbaserade biooljor kan användas som koldioxidneutrala bränslen i marina motorer. Emellertid visade det sig att nedsänkningstest med stänger av mjukt stål påvisade en högre halt av järn som löste sig i oljorna vid 10 dagar. Vid tillsats av oljesyra och glycerol sjönk halten järn som löste sig i oljan. Vattenhalten, syratalet och den totala oljesammansättningen påverkade väsentligt oljornas korrosiva egenskaper. Bland de testade oljorna visade FO och den kommersiella referensoljeprodukten de högsta respektive lägsta mängderna löst järn.
Resultaten som observerats i detta arbete innebär att nedsänkningstestet med en stav av stål kan användas som en pålitlig och kostnadseffektiv metod för att jämföra de korrosiva egenskaperna hos biooljor såväl som andra biobränslen.
I allmänhet uppvisade oljorna med de högsta vattenkoncentrationerna de högsta korrosionsegenskaperna, även om deras syratal inte var de högsta. Oljorna med de högsta syratalen innehöll de högsta koncentrationerna av omättade fria fettsyror, såsom oljesyra. De omättade fria fettsyrorna antogs bilda ett skyddande skikt på stavarna och därigenom förhindra genomträngning av syre och vatten till stålytan. När en mycket frätande olja blandades med en mindre frätande olja, minskade mängden löst järn markant. Detta tyder på att vid blandning av olika biooljor minskar korrosionen av stålenheter i kontakt med oljan. Bland de tio studerade potentiella korrosionsinhibitorerna visade aminosyrorna L-lycin och L-arginin positiva effekter, även när de tillsattes i låga koncentrationer. Kortkedjiga karboxylsyror myr- eller propionsyra påvisade en lägre korrosionshämmande effekt, troligen på grund av det tunna ytskiktet som bildades på stålet. Den samtidiga närvaron av vatten och karboxylsyra ledde dock till korrosion. Vidare kunde varken L-lycin eller L-arginin ge korrosionsskydd i närvaro av både vatten och en karboxylsyra. Detta tyder på att UCOs som innehåller kortkedjiga karboxylsyror och vatten ökar korrosionen av mjukt stål.
Resultaten av detta arbete indikerar att biooljorna kan användas som ett hållbart, lokalt anskaffat alternativt bränsle så länge de inte innehåller karboxylsyror och vatten samtidigt. Vattenhaltens inverkan på korrosionen kan minskas med aminosyrabaserade inhibitorer i frånvaro av karboxylsyra.
Collections
- 116 Kemi [51]