Analiza procesów zachodzących podczas utleniania estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych (FAME) oraz oleju napędowego B10 na podstawie danych literaturowych

• Autorzy: Stanik Winicjusz , Łaczek Tomasz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.10.10

Warianty tytułu

EN

Analysis of processes occurring during the oxidation of methyl esters of higher fatty acids (FAME) and B10 diesel oil based on literature data

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zebrano i przedstawiono informacje oraz dane literaturowe, które były podstawą przeprowadzenia analizy procesów i mechanizmów reakcji utleniania estrów metylowych kwasów tłuszczowych (FAME) oraz oleju napędowego B10 podczas długo- trwałego przechowywania. Estry metylowe wyższych kwasów tłuszczowych (FAME) są mieszaniną mononienasyconych i wielonienasyconych cząsteczek FAME. Na podstawie uzyskanych danych wykazano, że cząsteczki wielonienasycone są bardziej podatne na utlenianie, a grupy metylenowe (–CH2–) przylegające do nienasyconych atomów węgla w łańcuchu kwasu tłuszczowego są miejscem ataku i rozpoczęcia procesu utleniania. Zebrane informacje oraz analiza potwierdziły, że im więcej jest wiązań nienasyconych w łańcuchu kwasu tłuszczowego, tym większa podatność FAME na atak tlenu i niestabilność oksydacyjną. W artykule przedstawiono i opisano schemat mechanizmów utleniania wielonienasyconych estrów kwasów tłuszczowych (FAME) oraz drugi zintegrowany proces utleniania estrów wyższych kwasów tłuszczowych (FAME) z konkurencyjnymi, alternatywnymi reakcjami utleniania. Odporność na utlenianie oleju napędowego B10 jest w dużym stopniu uzależniona od odporności na utlenianie estrów kwasów tłuszczowych (FAME). Na stabilność oksydacyjną oleju napędowego B10 oraz jego skłonność do tworzenia złożonych produktów utleniania ma również wpływ jakość samego oleju napędowego oraz reaktywność jego grup, które oddziałują na tworzenie złożonych produktów utleniania. Opierając się na danych literaturowych, stwierdzono, że do najbardziej reaktywnych grup odpowiedzialnych za powstawanie osadów nierozpuszczalnych w paliwie należą: węglowodory z wiązaniami nienasyconymi, organiczne związki azotu i siarki oraz organiczne związki zawierające tlen. Oprócz czynników wynikających z budowy cząsteczki estrów wyższych kwasów tłuszczowych FAME, jak i paliwa B10 w procesie utleniania istotną rolę odgrywają śladowe ilości jonów metali. Potwierdzono, że występowanie jonów metali powoduje przyśpieszenie procesu wolnorodnikowego utleniania. W obu omawianych przypadkach, czyli estrów kwasów tłuszczowych (FAME), jak i paliwa typu B10, oprócz omówionych czynników na proces utleniania mają jeszcze wpływ warunki przechowywania, a szczególnie: rodzaj i stężenie inhibitorów utleniania, temperatura przechowywania, ekspozycja światła i dostępność tlenu. W końcowej części artykułu krótko opisano wpływ inhibitorów utleniania na starzenie się oleju napędowego zawierającego FAME podczas przechowywania.

EN

The article presents information and literature data that were the basis for the analysis of processes and mechanisms of the reaction of oxidation of fatty acid methyl esters (FAME) and B10 diesel oil during long-term storage. Methyl esters of higher fatty acids (FAME) are a mixture of monounsaturated and polyunsaturated FAME molecules. Based on the obtained data, it was shown that polyunsaturated molecules are more susceptible to oxidation, and methylene groups (–CH2–), adjacent to unsaturated carbon atoms in the chain fatty acids are the site of attack and the beginning of the oxidation process. The collected information confirmed that the more unsaturated bonds in the fatty acid chain, the more FAME is prone to oxygen attack and oxidative instability. In addition to the factors resulting from the structure of the higher fatty acid esters molecule FAME and B10 fuel, trace amounts of metal ions play an important role in the oxidation process. It has been confirmed that the presence of metal ions accelerates the oxidation process. The article presents and describes the diagram of the mechanisms of oxidation of polyunsaturated fatty acid esters (FAME) and the second integrated oxidation process of higher fatty acid esters (FAME) with competitive alternative oxidation reactions. B10 diesel oxidation resistance is highly dependent on the oxidation resistance of fatty acid esters (FAME). The oxidative stability of B10 diesel fuel and its propensity to form complex oxidation products is also affected by the quality of diesel fuel itself and the reactivity of the groups that affect the formation of complex oxidation products. Based on the literature data, it was found that the most reactive groups responsible for the formation of fuel insoluble sediments include: hydrocarbons with unsaturated bonds, organic nitrogen and sulfur compounds and organic oxygen-containing compounds. In both discussed cases, i.e. fatty acid esters (FAME) and B10 fuels, in addition to the factors discussed above, the oxidation process is also affected by storage conditions, in particular the concentration of oxidation inhibitors, storage temperature and light exposure and oxygen availability. The final part of the article discusses the effect of oxidation inhibitors on the aging of diesel containing (FAME) during storage.

Słowa kluczowe

PL

stabilność oksydacyjna; biopaliwa; estry metylowe wyższych kwasów tłuszczowych (FAME); inhibitory utleniania

EN

oxidative stability; biofuels; higher fatty acid methyl esters (FAME); oxidation inhibitor

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 10
• Strony: 743--749
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Stanik Winicjusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Łaczek Tomasz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Catala A., 2012. Lipid peroxidation. In-Tech, Croatia.
• Christensen E., McCormick R.Z., 2014. Long-term storage stability of biodiesel and biodiesel blends. Fuel Processing Technology, 128: 339–348.
• Chuck Ch.J., Jenkins R.W., Bannistern Ch.D., Han L., Lowe J.P., 2012. Design and preliminary results of an NMR tube reactor to study the oxidation degradation of fatty acid methyl ester. Biomass and Bioenergy, 47: 188–194.
• Eldin A.K., 2003. Lipid oxidation pathways. AOCS Press, Illinois.
• Ileri E., Kocar G., 2014. Experimental investigation of the effect of antioxidant additives on NOx emissions of Diesel engine using biodiesel. Fuel, 125: 444–449.
• Jain S., Sharma M.P., 2012. Correlation development between the oxidation and thermal stability of biodiesel. Fuel, 102: 354–358.
• Jain S., Sharma M.P., 2014. Effect of metal contents on oxidation stability of biodiesel – diesel blends. Fuel, 116: 14–18.
• Knothe G., 2002. Structure indices in FA Chemistry. How Relevant is the Iodine Value? Journal of the American Oil Chemists Society, 79:823–833.
• Knothe G., Dunn R.O., 2003. Dependence of oil stability index of fatty compounds on their structure and concentration and presence of metals. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 80(10): 1021–1026.
• Knothe G., Steidley K.R., 2018. The effect of metals and metal oxides on biodiesel oxidative stability from promotion to inhibition. Fuel Processing Technology, 177: 75–80.
• McCormick R.L., Ratcliff M., Morns L., Lawrence R., 2007. Several factors affecting the stability of biodiesel in standard accelerated tests. Fuel Processing Technology, 88: 651–665.
• Pedley J., Hiley W., Hancock R.A., 1988. Storage stability of petroleum-derived diesel fuel: 3. Identification of compounds involved in sediment formation. Fuel, 67(8): 1124–1130.
• Pedley J., Hiley W., Hancock R.A., 1989. Storage stability of petroleum-derived diesel fuel: 4. Synthesis of sediment precursor compounds and simulation of sediment formation using model systems. Fuel, 68(1): 27–31.
• Ramos M.J., Fernández C.M., Casas A., Rodríguez L., Pérez A., 2009. Influence of fatty acid composition of raw materials on biodiesel properties. Bioresource Technology, 100: 261–268.
• Rose K.D., 2011. Fuels and Emissions Research Activities. JPEC/CONCAWE Information Exchange Meeting, 31st August, 2011.
• Sacha D., 2013. Ocena stabilności oksydacyjnej paliw do silników o zapłonie samoczynnym według projektowanych wymagań CEN. NaftaGaz, 11: 858–867.
• Sacha D., 2019. Wpływ metali nieżelaznych na stabilność oksydacyjną paliw do silników o zapłonie samoczynnym. Nafta-Gaz, 9: 579–586.DOI: 10.18668/NG.2019.09.07.
• Sarin A., Arora R., Singh N.P., Sharma M., Malhotra R.K., 2009. Influence of metal contaminants on oxidation stability of Jatropha Biodiesel. Energy, 34(9): 1271–1275.
• Schaich K.M., 2005. Lipid Oxidation: Theoretical Aspects. [W:] Shahidi F. (ed.). Bailey’s Industrial Fat and Oil Products. John Wiley, New York, 1: 269–355.
• Schaich K.M, Xie J., Bogusz A., 2017. Thinking outside the classical chain reaction box of lipid oxidation. Evidence for alternate pathways and the importance of epoxides. Lipid Technology, 29(9–10): 91–96.
• Normy
• PN-EN 14214 + A1:2014 Estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) do użytku w silnikach samochodowych o zapłonie samoczynnym (Diesla) i zastosowań grzewczych. Wymagania i metody badań.
• PN-EN 15751 Paliwa do pojazdów samochodowych – Estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME) jako samoistne paliwo i ich mieszaniny z olejem napędowym – Oznaczanie stabilności oksydacyjnej metodą przyspieszonego utleniania.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).