乙醇柴油混合燃料的應用研究

第25卷第5期能源技術(shù)Vol 25 No 52004年10月ENERGY TECHNOLOGY清潔能源與新能源乙醇柴油混合燃料的應用研究張克范馬偉東馮文生楊建萍河南天冠集團燃料乙醇公司河南南陽(yáng)473000摘要5%~15%乙醇柴油混合燃料在18℃以上不用助溶劑也可形成穩定期較長(cháng)的混合燃料制品而添加適當的助溶劑使E10及E15可以在較低溫度下保持長(cháng)期穩定不分層。E10及E15的理化性質(zhì)與普通柴油接近柴油杋動(dòng)力性能下降幅度不大油耗增加不多排氣煙度卻有明顯的改善。關(guān)鍵詞涊乙醇柴油勘溶劑理化性質(zhì)應用研究中圖分類(lèi)號TQ517.4文獻標識碼文章編號1005-743920045019403Application study of the ethanol Diesel oil mix fuelZHANG Ke-fan, MA Wei-dong, FENG Wen-sheng YANG Jian-pingHenan Tianguan Group Fuel Ethanol Company Nanyang Henan 473000, ChinaAbstract: Laboratory research indicate 5%-15% Anhydrous ethanol and diesel oil can form relatively steadily mixfuel under higher environment temperature( more than 18C) and anhydrous situation and needn,t emulsifier. Appropriateemulsifier can make E10 and E15 stable and does not divide layer under lower temperature. The character of E10 and E15are close to the ordinary diesel oil motive force performance is not big in fall, the oil consumption has a little increase thanhave obvious improvementKeywords: Ethanol diesel oil Emulsifier i Physics and chemistry character Application study我國柴油消費量大于汽油柴油機有害排放物表1乙醇與柴油主要性質(zhì)比較氮氧化合物(NO、)及碳煙微粒(PM)已經(jīng)成為城市項目乙醇柴油空氣污染的禍首。實(shí)踐證明只要在柴油機上摻燒化學(xué)式CH, CH, OH少量乙醇燃料就可以明顯地降低這些排放量。我23X平均)國已成為石油進(jìn)口大國用乙醇替代部分柴油也有密度(20℃)e/cm30.78930.82~0.86利于我國的能源安全。目前利用糧食作物生產(chǎn)燃沸點(diǎn),℃78.5蒸發(fā)潛熱(20℃)kJ/kg料乙醇的產(chǎn)量有限價(jià)格偏高然而隨著(zhù)乙醇生產(chǎn)技閃點(diǎn)13-14術(shù)的不斷發(fā)展預計不久的將來(lái)即可采用廉價(jià)的原自燃點(diǎn),℃料工業(yè)化生產(chǎn)因此各國政府對乙醇燃料的試驗研十六烷值究及應用都非常支持。國家發(fā)改委也已將乙醇燃料運動(dòng)粘度(20℃)m2/s2,5~8.5的研究開(kāi)發(fā)列為可持續發(fā)展項目的重點(diǎn)之一。凝點(diǎn),Cl17.3表面張力,×103N/m1乙醇與柴油的混合低位發(fā)熱量MJ/kg42.5乙醇的十六烷值過(guò)低、自燃溫度高如果不改動(dòng)v凵中國煤化工比見(jiàn)表11。乙醇是壓縮比純乙醇很難在柴油機上靠壓燃著(zhù)火。但是極性CNMH∝互溶渫油是非極性在柴油杋中摻入5%~15%無(wú)水乙醇所制成的混合的主要含有脂肪族的烷烴和烯烴憎水性強,與醇柴油可以直接用于柴油機簡(jiǎn)單可行。很難互溶。柴油的粘度和比重與乙醇相差很多表1.1直接混溶研究面張力也比乙醇大因此乳化也相當困難。研究發(fā)194·張克范等:乙醇柴油混合燃料的應用研究現影響混合溶液穩定性的主要因素是柴油的組成幾個(gè)試驗項目中如ADM卡車(chē)對試驗已累計行車(chē)和含水量以及環(huán)境溫度。把輕柴油與體積含水量約43.5萬(wàn)kn(270000英里)英國的AAE科技公在0.5%以下的無(wú)水乙醇混合并劇烈振蕩結果表司在配制10%的乙醇混合柴油時(shí)加入1.25%的明不添加任何助溶劑用0柴油制成的E10在18℃AAE添加劑在發(fā)動(dòng)機耐力測試和排放物測試中都以上至少能夠穩定存放一個(gè)月而用-10°或0柴油有對乙醇柴油燃料使用良好的報道。瑞典Akzo制成的E5能夠長(cháng)期穩定存放。采用在柴油中混入 Nebel公司開(kāi)發(fā)的添加助熔劑 Braid”適用于含低比例10%以下)乙醇的方法在柴油發(fā)動(dòng)杋中直10%~15%乙醇的混合柴油燃料加入助溶劑的量接摻燒雖然方法簡(jiǎn)單易行推廣容易但有一定的為不超過(guò)5%無(wú)需仼何裝置和加熱制品混合均勻條件限制使用范圍有限。長(cháng)期保存不分層用于柴油車(chē)排污減少在小型試驗12助溶劑乳化中尾氣檢測NO減少10%、煙塵減少15%。該公司采用助溶劑使乙醇與柴油形成均相的和穩定的自1993年起就開(kāi)始進(jìn)行行車(chē)性能測試車(chē)隊總行駛可供壓燃式內燃機使用的微乳化液需要滿(mǎn)足以下里程約55萬(wàn)km測試結果表明車(chē)輛的動(dòng)力性較使要求罰助溶劑最好是可潑濺混合的,無(wú)需加熱和用柴油僅降低3%~5%。另美國的 Betz dearborn特殊的混合存儲設備這樣燃料供應商可方便地現公司、 Akzo nobe公司都有這方面的報道。天冠公場(chǎng)混合有利于降低成本灣制造助溶劑的原料供詞司也已開(kāi)發(fā)岀一種性能穩定乳化效果明顯的助溶劑應充足、價(jià)格低廉③3不需要對發(fā)動(dòng)機作任何改動(dòng),“TGzJ″根據乙醇含量添加1.5%~2.5%的這種助可根據情況靈活選擇這種混合燃料或純柴油洏且溶劑可以使含10%~15%乙醇的混合柴油混合均發(fā)動(dòng)杋性能和燃料經(jīng)濟性盡可能不下降④混合燃勻穩定存放3個(gè)月以上。助溶劑乳化除了助劑添料在低溫下也很穩定存放一定時(shí)間不發(fā)生分層。加量根據環(huán)境溫度要作調整外不受外界條件影響通過(guò)添加助溶劑對乙醇和柴油進(jìn)行混合是國但目前的助溶劑價(jià)格普遍較高經(jīng)濟性較差。外許多科研機構研究的重點(diǎn)。根據報道 Pure energy Corporat.發(fā)了一種名為Pm的添加劑,2混合柴油的主要理化性質(zhì)能使乙醇和柴油潑濺混合在配制含15%的乙醇混與柴油性質(zhì)相比混合柴油理化性質(zhì)略有不同,合柴油過(guò)程中加入2.5%的這種添加劑和少量十見(jiàn)表2①十六烷值有所下降但符合國家標準不六烷值增強劑配成的混合柴油已經(jīng)成功地應用在表2E10、E15乙醇柴油與輕柴油檢驗對比表國家標準0輕柴油0°柴油0*柴油E00*柴油E15檢驗項目(GB252-2000)實(shí)測值10(加1.5%助劑)(加2%助劑)氧化安定性總不溶物灬ng/100mL不大于2.560.6硫質(zhì)量含量不大于0.2水分體積含量%不大于痕跡痕跡痕跡痕跡痕跡酸度 meKon/10mL不大于7.010%蒸余物殘炭質(zhì)量含量%不大于0.3灰分質(zhì)量含量0.00190.00180.0016銅片腐蝕(50℃、3h)級不大于1機械雜質(zhì)運動(dòng)粘度(20℃)mm2/s3,0~8,0凝點(diǎn)不高于0冷濾點(diǎn),℃不高于4閃點(diǎn)閉口)℃不低于55十六烷值餾程回收溫度℃不高于300276.0回收溫度,℃不高于355H中國煤化工CNMHG95%回收溫度,℃不高于365352.8351.4密度(20℃)k實(shí)測830.5817.3808.2注￡B252-2000規定含中間基或環(huán)烷碁原油生產(chǎn)的各號輕柴油十六烷值允許不小于40,195張克范等:乙醇柴油混合燃料的應用研究小于40)②運動(dòng)粘度有所下降這將有利于燃料的輸送和柴油機的霧化鴻3閃點(diǎn)下降明顯,雖然對M發(fā)動(dòng)機的操作性能沒(méi)有直接影響但更易起火影響安全因此應專(zhuān)門(mén)制定混合柴油的儲存、裝卸、分發(fā)a60330等方面的安全規程(類(lèi)似于汽油)而不能依照柴油300標準④硫含量降低這樣既可以減少燃燒產(chǎn)生的0°柴油1.6硫化物對發(fā)動(dòng)機的腐蝕和磨損有利于柴油車(chē)尾氣煙度排放的改善⑤5其他指標如密度、餾程等都有變化,-104但均在國家標準規定范圍內。3混合柴油的應用試驗3.1臺架試驗6284臺架試驗在廣西玉林柴油機廠(chǎng)生產(chǎn)的YC6105柴油機上進(jìn)行。當柴油機額定轉速2800r/min時(shí)100013601720208024402800燃用0輕柴油與燃用E10、E1(加2%助劑)的對比n,t/min試驗結果見(jiàn)表3總功率特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖1、圖2圖20柴油、E15總功率特性對比曲線(xiàn)是因為乙醇的低熱值比柴油低渫油機使用0“柴油及E10時(shí)的最大扭短(M)分別為370.0Nm(1800/min)和364.6Nm(1400r/min),使用E10時(shí)的最大扭矩比使用0°柴油時(shí)低4.08%渫油機使用0°柴油一0”柴油0及El0時(shí)的最低油耗g.)分別為258.4及269.7g煙度kWh使用E10的總功率特性及負荷特性(比油耗)比使用0均有增加燃油比油耗平均增加2.01%折算成當量柴油比油耗后,平均減少了1.67%湘排氣煙度下降范圍為24.00%~66.99%,平均下降55.58%;②在原柴油機結構及參數都未變動(dòng)的情況下使用E15時(shí)發(fā)動(dòng)機功率比燃燒0柴油時(shí)功率下降幅度為4.00%~7.61%平均下降6.06%柴油機使用0″柴油及E15時(shí)的最大扭矩分別為3701000136017202080244028000Nm(1800r/min)和348.7Nm(1600r/min),使用n,r/mtnE15時(shí)的最大扭矩比使用0柴油時(shí)低5.76%渫油圖10"柴油、E10總功率特性對比曲線(xiàn)機使用0柴油及E15時(shí)的最低油耗分別為258.4表3燃用0柴油與E10、E15試驗結果對比及282.6g/kWh使用E15的總功率特性(比油耗)指標燃用0°變化率比使用0柴油增加燃油比油耗平均增加8.76%,輕柴油E10折算成當量柴油比油耗后平均增加了2.67%排最大功率kW92.592.088-0.54%-4.0%氣煙度明顯下降下降范圍為50.0%~78.4%平最大扭矩Nm370.0370.0348.7-4.08%-5.76%均下降63.74%。自由加速煙度1.621.620.5159.88%-68.52%發(fā)動(dòng)機使用乙醇柴油混合燃料E10、E15后冷起動(dòng)及熱啟動(dòng)性能均良好均能一次起動(dòng)成功排氣由總功率特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖1圖2)可以看出:中的中國煤化工降渫油機的CH值本在原柴油機結構及參數都未變動(dòng)的情況下,使用來(lái)較CNMHGE10時(shí)發(fā)動(dòng)機功率(P)比燃燒0°柴油時(shí)功率下降總的試驗情況表明在柴油機的結構、參數不變幅度為0.54%~5.29%平均下降3.26%這主要的情況下使用乙醇柴油混合燃料E10、E15代替柴(下轉第199頁(yè))96肖波等:生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)的初步研究3灰分分析(4)粉體燃燒所產(chǎn)生的灰分中含有植物生長(cháng)所必需的多種營(yíng)養元素可作為良好的農用肥料。采用ⅹSAM800型電子能譜儀對粉體燃燒所產(chǎn)5)該生物質(zhì)粉體燃燒技術(shù)經(jīng)濟、高效、實(shí)用,生的灰分進(jìn)行分析結果如表2所示。由表2可知,可使生物質(zhì)成為高品位的清潔燃料有望部分解決燃燒后粉體中還有相當一部分碳以無(wú)機物的形式?；茉床蛔銌?wèn)題。留在灰分中?；曳种泻兄参锷L(cháng)所必需的多種營(yíng)養元素可作為良好的農用肥料。參考文獻表2灰分中主要成分的相對質(zhì)量百分含量%)[I]蔣劍春.生物質(zhì)能源應用研究現狀與發(fā)展前貳J]林成分CN其它業(yè)化學(xué)與工業(yè)2002(2)75-80含量27.652.954.53.22.80.80.50.82 1 Zhang S P Xu Q Ren Z W. et al. Preliminary study onthe fast pyrolysis of biomass in a fluidized bed unit[ A4結論Proceedings of the 5 International Conference on NewEnergy System Conversions[ C ] Shanghai: s. n1)生物質(zhì)粉體中含有較高比例的碳,含氮和2001.279-282氫較少幾乎不含硫燃燒后對環(huán)境危害不大和普[3]吳偉烽,劉聿拯.生物質(zhì)能利用技術(shù)介紹工業(yè)鍋爐通煤相比粉體中含水分較少含揮發(fā)分較多,含灰[J]203(5)11-1分較低易于著(zhù)火。[4]田賀忠郝吉明陸永琪周中平.中國生物質(zhì)燃燒排(2)粉體著(zhù)火點(diǎn)低且在燃燒初期粉體經(jīng)過(guò)熱放SO2、NO,量的估算J]環(huán)境科學(xué)學(xué)報2002(2)分解析岀的揮發(fā)分首先參與燃燒。粉體在燃燒過(guò)程204-208中主要以懸浮燃燒的方式在爐膛中形成體積燃燒?！瞫〕劉建禹濯國勛陳榮燿.生物質(zhì)燃料直接燃燒過(guò)程特3)粉體燃燒時(shí)粉體和空氣的入爐量之間存性的分杌J]東北農業(yè)大學(xué)學(xué)報2001(3)290-在一個(gè)最佳的比例在此條件下最有利于粉體的燃燒AaAa幾 9222222024229aa2aAaa2幾AAA幾 aaaaaA上接第196頁(yè))油可節省部分柴油而且對柴油機的起動(dòng)性能無(wú)影柴油響、對柴油機的動(dòng)力性能影響較小還可以明顯地降低排氣中的NO及CO等有害排放物和排氣煙度對凈化空氣、保護環(huán)境有利。3.2行車(chē)試驗自2002年6月在不對發(fā)動(dòng)機進(jìn)行任何改動(dòng)的情況下天冠運輸公司利用兩輛十通玉柴自卸柴油車(chē)分別燃用純柴油和E10乙醇柴油進(jìn)行行車(chē)試驗,單臺行車(chē)累計里程約5萬(wàn)km對試驗的測試評價(jià)車(chē)速,km/h集中于環(huán)保、技術(shù)及經(jīng)濟方面。試驗結果表明使用車(chē)用乙醇柴油機車(chē)具有良好的操作和可駕駛性動(dòng)圖3100km油耗變化曲線(xiàn)力加速性能沒(méi)有明顯變化尾氣煙塵排放有明顯減比使用柴油時(shí)增加不多這一點(diǎn)與臺架試驗的結果少當車(chē)輛處于爬坡、加速時(shí)尤為明顯是相行車(chē)試驗過(guò)程中還進(jìn)行了純柴油和乙醇柴油的中國煤化工調換試驗沒(méi)有發(fā)現與燃油有關(guān)的故障。另外還進(jìn)參考CNMHG行了不同車(chē)速下百公里油耗測試,見(jiàn)圖3。從該實(shí)[1]劉志中許世海液體燃料的性質(zhì)及應用M]北京驗結果可以看岀混合燃料E10的百公里質(zhì)量油耗中國石化出版社2000.7.