新型乙醇-柴油混合燃料研究

2015年第22卷第5期化工生產(chǎn)與技術(shù) Chemical Production and Technology研究與開(kāi)發(fā)新型乙醇-柴油混合燃料研究顏曉潮12董天華1何錚1施欣1張碧容1劉鋒波1唐然1王云1徐佳慧11.武漢科技大學(xué)化工學(xué)院;2煤轉化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗室:武漢430081)摘要采用價(jià)格低廉的工業(yè)乙醇和0柴油為原料,在改變溫度和工業(yè)乙醇與0"柴油的配比的情況下,對乙醇-柴油的助溶劑選擇和混合燃料的質(zhì)量焓進(jìn)行了研究。結果表明,從降成本方面考慮,使用乙基叔丁基醚作為助溶劑優(yōu)化配方為:0柴油、工業(yè)乙醇、乙基叔丁基醚的質(zhì)量分數分別為65.1%、16.3%、18.6%;使用正丁醇作為助溶劑時(shí)工業(yè)乙醇在乳化柴油中所占的比例最大,相應的優(yōu)化配方為:0柴油、工業(yè)乙醇、正丁醇的質(zhì)量分數分別為1.2%、17.8%、11.0%;混合燃料的質(zhì)量焓與σ柴油接近,保持澄清透明狀態(tài)的穩定時(shí)間可達30d以上關(guān)鍵詞混合燃料;工業(yè)乙醇;含醇柴油;穩定性中圖分類(lèi)號TO51746文獻標識碼ADOI10.3969/jiss.1006-6829.201505.005世界經(jīng)濟特別是交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展,對石文獻資料所報道的乳化柴油由于添加劑用量油產(chǎn)品的需求量日益增長(cháng)我國是石油凈進(jìn)口國。為大、成本高、節油不省錢(qián),制備混合燃料要采用高速了緩解能源危杋以及保護環(huán)境,應該積極尋找替代剪切攪拌的特殊乳化設備等冋題;而普通含醇柴油燃料。車(chē)用替代燃料的主要要求為:具有較髙的熱則需要用高純度的甲醇或乙醇,使得所得的含醇柴值,特別是混合燃料的熱值應能滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機的動(dòng)力油成本也大大增加,是目前石油燃料化工領(lǐng)域所面性要求;適當的蒸發(fā)性,能滿(mǎn)足車(chē)輛啟動(dòng)和行駛等工臨的一大挑戰。因此,本研究致力于利用低成本況的要求;良好的材料適應性,對發(fā)動(dòng)機壽命和可靠的工業(yè)乙醇來(lái)制備燃燒效果好并且經(jīng)濟效益優(yōu)的含性無(wú)不良影響;能量密度高,儲存運輸方便;對人類(lèi)醇燃料,為乙醇乳化柴油的開(kāi)發(fā)提供新的配方,并促健康、環(huán)境保護和安全防火無(wú)有害影響叫進(jìn)其推廣應用乙醇含氧,碳氫原子數比為1/3,能夠自供氧完全燃燒,從而減少了CO產(chǎn)生的條件,CO排放量減1實(shí)驗部分少,是最有前景的替代燃料之一。乙醇可以從可再1.1助溶劑的選擇生物質(zhì)中制取,屬于可再生能源,而且與柴油、汽油助溶劑一般選擇中長(cháng)碳鏈的脂肪醇、醚、胺等同屬于液體燃料,燃用時(shí)內燃機改動(dòng)較少,可和液體它的極性應介于強極性的乙醇和非極性的柴油之石油燃料混合使用。發(fā)展石油替代燃料是實(shí)現能源間,其親水基與極性乙醇分子互相吸引在一起,親油多樣化戰略轉移、保障汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展的重要舉基則與非極性的油聚集在一起,從而緩和了乙醇與措,乙醇的原料來(lái)源廣泛,價(jià)格便宜,是車(chē)用替代能柴油之間的極性差,讓本來(lái)不相溶的乙醇和柴油在源的首選14其作用下溶為一體。國內外近年來(lái)在乙醇-柴油助乙醇是極性分子,難與柴油互溶,而且乙醇、柴溶劑方面做了很多的工作,研究發(fā)現,酯類(lèi)、醚類(lèi)、胺油體系的穩定性受柴油中碳氫化合物的構成、含水類(lèi)和高級醇類(lèi)可對乙醇-柴油產(chǎn)生較為良好的助溶量、相對密度、溫度和添加劑量的影響,因此乙醇-作用中國煤化工對存儲、運輸等沒(méi)有柴油燃料乳化困難,很難形成穩定的乳化液η。THE特別CNMHG加劑時(shí),配制工藝簡(jiǎn)基金項目:煤轉化與新型炭材料湖北省重點(diǎn)實(shí)驗室開(kāi)放基金項目(WKDM201302);2014年武漢科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng )新基金研究項目(14ZRB038)收稿日期:2015-07-25顏曉潮等新型乙醇-柴油混合燃料硏究研究與開(kāi)發(fā)單,可直接在乙醇柴油中添加使用。醇2)分別在E5、E10、E15和E20中的助溶效果,得1.2原料和試劑到在15、23、30℃下,使柴油-工業(yè)乙醇混合液維持乙醇,0柴油。乙基叔丁基醚(ETBE),醚1,工不分層所需助溶劑的最低用量,實(shí)驗結果如圖1~圖業(yè)純;甲基叔丁基醚(MTBE),醚2,異丁醇,醇1,化3所示學(xué)純;酮,闡1,2-戊酮,酮2,分析純;正丁醇,醇分析純。3實(shí)驗方案首先繪制在不加任何助劑的情況下柴油一工業(yè)乙醇的相溶曲線(xiàn),采用如下方法l)一定溫度下,向一定量的柴油中添加醇。若澄清,則在不改變溫度的條件下再逐漸加醇,直至出現由澄清變?yōu)闇啙岬霓D折點(diǎn),記下此時(shí)的溫度和醇的質(zhì)量分數;1012141618202)一定溫度下,向一定量的柴油中添加醇。若渾w(CHOHI,濁,則連續升溫,直至出現由渾濁變?yōu)槌吻宓霓D折圖115℃時(shí)各助溶劑的添加量與工業(yè)乙醇含量的關(guān)系Fig 1 The relationship between the amount of co-solvent點(diǎn),記下此時(shí)的溫度和醇的質(zhì)量分數and the content of industrial ethanol at 15 C根據所得溫度和對應的醇的質(zhì)量分數數據,描繪出柴油-工業(yè)乙醇的相溶曲線(xiàn)。然后分別以1.2節中所述的醚、中碳醇、酮作為助溶劑,改變溫度為15、23、30℃(這3個(gè)溫度點(diǎn)分別是武漢市近幾年來(lái)3月15日-4月15日4月16日-5月15日、5月16日-6月15日的月平均氣溫,這對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)具有一定的指導意義)以及工業(yè)乙醇和柴油的配比(固定柴油和工業(yè)乙醇的總三質(zhì)量為4g,工業(yè)乙醇的質(zhì)量分數分別取5%(E5)1011161800%(E10)、15%(E15)和20%(E20)。求得不同溫度u(C HOIDaG和不同工業(yè)乙醇含量下,使柴油-工業(yè)乙醇混合液圖223℃時(shí)各助溶劑的添加量與工業(yè)乙醇含量的關(guān)系ig 2 The relationship between the amount of co-solvent維持不分層所需助溶劑的最低用量。and the content of industrial ethanol at 23 C對每一配方實(shí)驗做2個(gè)平行樣,分別在某一恒溫下和室溫條件下存放過(guò)夜。1.4實(shí)驗步驟工業(yè)乙醇-助溶劑-柴油三元混合燃料配制的實(shí)驗步驟如下1)在一定溫度下,用針筒注射器取一定量的柴油放入樣瓶中,用滴定管添加一定量的工業(yè)乙醇并出三同時(shí)震蕩,混合溶液出現渾濁2)在混合液中緩慢滴加助劑,同時(shí)充分震蕩,至101214161820w(C IL OHIA溶液恰由濁變清時(shí)停止,記下所加助劑的質(zhì)量圖330℃時(shí)各助溶劑的添加量與工業(yè)乙醇含量的關(guān)系3)改變溫度,按照步驟1)、2)記錄助劑的添加量;中國煤化1a3nFig 3 The relationship between the amount of co4)改變助溶劑種類(lèi),重復1)~3)步驟。由圖12結果與討論CNMHG1)不同溶劑仕⊥業(yè)乙群-宋油”中的助溶規2.1助溶劑性能的考察律相似,工業(yè)乙醇的含量越高,體系在相同溫度下?？疾炝?種助溶劑(醚1、醚2、酮Ⅰ、酮2、醇1、持穩定所需的助溶劑也越多,大多數情況下,助溶劑2015年第22卷第5期化工生產(chǎn)與技術(shù) Chemical Production and Technology25添加量與工業(yè)乙醇的含量近似呈線(xiàn)性關(guān)系,“工業(yè)乙劑為醚1(1"混合燃料),所以從降低混合燃料的成醇-柴油”體系所處的溫度越低,維持體系穩定所需本方面考慮,用它作助溶劑最佳。但使用醇2作為助的助溶劑添加量越高,說(shuō)明體系在高溫下的穩定性溶劑時(shí),工業(yè)乙醇在混合燃料中的比例最高,所以從較好緩解石化能源方面考慮,其作為助溶劑最佳。2)與其他5種助溶劑相比,在相同溫度和工業(yè)混合燃料的質(zhì)量焓普遍與0柴油很接近。雖然乙醇含量的條件下,醇2的添加量最少,說(shuō)明其助溶這些混合燃料的成本都較θ柴油低,但是他們的性效果最佳價(jià)比(即“質(zhì)量焓/價(jià)格”)也都比0柴油要低。通過(guò)此外,通過(guò)對同一不分層的配方做2個(gè)樣,分別分析可知,助劑的價(jià)格昂貴導致了“質(zhì)量焓/價(jià)格”較在恒溫和室溫下存放過(guò)夜發(fā)現,恒溫條件下的混合柴油低,因而混合燃料還需要研制出更低成本的配體系經(jīng)過(guò)1個(gè)晚上的時(shí)間均保持穩定;而室溫條件方,才有可能使得混合燃料具有接近或高于0°柴油下的混合體系均出現分層,說(shuō)明因晝夜溫差引起的的性?xún)r(jià)比。溫度變化給混合體系的穩定帶來(lái)很大的影響,因此這對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)也帶來(lái)極大的麻煩。另外,將室濕3結論條件下存放過(guò)夜分層的混合體系再置于原來(lái)的水浴從降低成本方面考慮,使用醚1作為助溶劑最溫度下又能自動(dòng)變?yōu)榉€定澄清,說(shuō)明因溫差帶來(lái)的佳,成本最低的配方為:0柴油、工業(yè)乙醇ETBE的分層,會(huì )因溫度還原時(shí)混合體系能自動(dòng)還原到原來(lái)質(zhì)量分數分別為65.1%、16.3%、18.6%;使用正丁醇穩定澄清的狀態(tài)。作為助溶劑時(shí),工業(yè)乙醇在混合燃料中所占的比例2.2混合燃料的質(zhì)量焓及成本分析最大,相應的配方為:04柴油、工業(yè)乙醇、正丁醇的質(zhì)采用前述的實(shí)驗方案配制的圖1~圖3中曲線(xiàn)量分數分別為71.2%、178%、11.0%上的點(diǎn)對應的混合燃料,穩定時(shí)間都在1個(gè)月左右,制得的混合燃料的熱值與0柴油接近,保持澄其中部分配方具有價(jià)格較柴油低廉的優(yōu)點(diǎn),不過(guò)還清透明狀態(tài)的穩定時(shí)間可達30d以上要考慮該混合燃料的動(dòng)力性等主要性質(zhì)。通?？梢猿醪焦浪?混合燃料的成本比0柴油市售價(jià)低采用發(fā)動(dòng)機臺架實(shí)驗來(lái)確定其動(dòng)力性、排放等參數,500-1000元/t。不過(guò)這些性質(zhì)與燃料的理化性質(zhì)有關(guān)。參考文獻般混合燃料的質(zhì)量焓可由式(1)計算「姚春德,李云強.醇燃料——一未來(lái)汽車(chē)的石油替代燃料JH1==Hu1x1+Ha2x2+……+ Hx。柴油機,2004(1):5-9式中,H為混合燃料的低質(zhì)量焓,Hm為混合燃2 Joan M O. 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