乙醇-正丁醇-柴油混合燃料的互溶性试验研究

第3期(总第212期)No. 3(Serial No 212)2014年6月VEHICLE ENGINEJun.2014乙醇-正丁醇-柴油混合燃料的互溶性试验研究夏舜午,孙平,邬齐敏,冯浩杰,杜小鹏(江苏大学汽车与发动机排放硏究所,江苏镇江212013)摘要:选择正丁醇作为助溶剂添加到♂醇-柴油中进行相溶性试验,绘制♂醇-正丁醇-柴油在不冋温度下的溶解度曲线,硏究正丁醇添加量和含水体积分教对混合燃料稳定性的影响。硏究得到正丁醇作为乙醇-柴油混合燃料添加剂的合理添加范围:若要满足十六烷值大于40,乙醇的体积掺混比极限值为20%6,此时为保持燃料混合均匀,只需加入5%的正丁醇即可。混合燃料中每多溶解θ.1%体积的水,需要使温度升高20℃左右或者多添加2%正丁醇关键词:柴油;乙醇;正丁醇;互溶性;混合燃料DOI:10,3969/isn.1001-222.2014.03.01中图分类号:TK421.7文献标志码:B文章编号:1001-222(2014)03-0043-03石油资源匮乏和全球环境恶化已成为当今世界用。乙醇和正丁醇是含氧燃料,加入到柴油中能提的两大难题。为了减少内燃机对日益短缺的石油基高混合燃料的含氧量,但醇类的十六烷值较低,会降燃料的依赖,各国都在努力提高内燃机的燃油经济低混合燃料的十六烷值。柴油的十六烷值为50,而性、降低排放的同时进行内燃机代用燃料的硏究工乙醇的十六烷值只有8,正丁醇的十六烷值为12。作:。大量试验表明,在柴油中添加含氧燃料乙醇混合燃料的十六烷值可通过经验公式(1进行估算:能够有效地控制发动机污染物的排放,但是乙醇与Ne= aNd+ bNe2+(1-a-bNe3(1)柴油直接混合稳定性较差极易分层,需要添加助溶式中:N,N,N,N分别为混合燃料、乙醇、正丁剂以保证混合燃料的稳定性。采用正丁醇作为醇、柴油的十六烷值;a,b分别为乙醇和正丁醇所占助溶剂添加到乙醇柴油中可以形成均匀混合溶液,的体积分数。并且这种状态能够保持一个半月以上,能满足柴油表1试验燃料的理化性质机的使用要求。如果混合燃料中含有少量水分,物性参数号柴油乙醇丁醇这些微量的溶解水将以微滴状从燃料中游离出来,密度g:cm-30,8350,81影响燃料的稳定性。混醇柴油作为内燃机代用燃黏度(20℃)/mPa·s2.95料,它们的互溶临界温度越低越好,希望在常温下低热值/MJ·kg特别是冬季)也能够混溶,从而避免混合气形成和十六烷值燃烧不均匀。本研究对乙醇-正丁醇柴油体系在不闪点(闭口)/℃同温度下的互溶性以及微量水分对正丁醇添加量的汽化潜热/kJ·kg-1影响进行了试验研究。氧质量分数/%4,821.6试验燃料及试验仪器压燃式发动机燃料的十六烷值一般在40以上1.1试验燃料才能保证发动机正常工作。从式(1)可以算出,乙醇柴油为车用市售国ⅣO号柴油,乙醇和正丁醇体积中国煤化工料的十六烷值下降约均为分析纯(99.9%)。表1列出了3种燃料的理4.2CNMH数每增加10%,混合燃化性质。从表1可以看出,正丁醇不仅可以作为乙料的人烷世降到3.8个单位。考虑到燃料的着醇-柴油的助溶剂,还能够对乙醇柴油起到调质作火性能,乙醇的掺混比应控制在20%6以下收稿日期:2013-12-30;修回日期:2014-06-09作者简介;夏舜午(1991—),女,硕士,主要研究方向为内燃机替代燃料及排放控制; xias hun126.cm,44车用发动机2014年第3期12试验仪器·bX=m2·lX。试验使用的仪器主要有:XODC低温恒温槽,式中:w和w2分别为液相b和液相b量程-30~100℃,温度波动度士0.01℃;KQ3200在乙醇体积分数不大于10%的范围内,相分离超声波均质机;各种玻璃仪器如量筒、移液管、烧杯、温度能够保持在8℃以下;乙醇含量继续增大,相分滴管和100mL试管等离温度迅速升高,体积分数为20%时,相分离温度13试验方法达到了23℃;当乙醇体积分数大约在50%时,出现a)无水乙醇正J醇柴油混合燃料的互溶性试验最髙临界互溶温度30.2℃。因此,为了改善柴油与设定低温恒温槽温度分别为θ℃和15℃,将乙醇的互溶情况,本次硏究在乙醇柴油中添加正丁E10,E20∴…E90共9份样品静置在恒温环境下,使醇促溶,进行ξ醇-正丁醇-柴油在不同温度下的三用移液管往各个样品中滴加正丁醇,观察样品的分元液系溶解度研究层现象,并绘制三液相图对其互溶性进行分析。2.2乙醇正丁醇-柴油混合燃料的互溶性b)水分对乙醇-正丁醇-柴油混合燃料互溶性影乙醇与柴油的互溶性较差,但却能与正丁醇完响试验全互溶,而根据相似相溶原则,正丁醇具有亲水亲油考虑到混合燃料的着火性能,本硏究选择乙醇基团,表面活性使得乙醇柴油形成稳定体系。在柴体积掺混比为20%的乙醇柴油(E20)进行试验研油和乙醇组成的两相混合物中加入正丁醇,能增大究E20中混有极少量水,比例分别为0.1%,0.2%,柴油和乙醇间的互溶度,正丁醇越多,互溶度越大0.3%时,对助溶剂正丁醇添加量的影响。当加入正丁醇到某一数量时,柴油和乙醇能够完全2试验结果分析互溶。图2示出乙醇-正丁醇柴油体系在0℃和15℃下的三液相图。从图2可以看到,只需添加少2.1乙醇柴油混合燃料的互溶性量的正丁醇就可以使乙醇与柴油以任意比例混合图1示岀无水乙醇与国Ⅳo号柴油的互溶度与在相同乙醇掺混比下,正丁醇的添加量随温度升高温度的关系,帽形线上方为互溶区,下方为醇、油分层减少。在0℃时,正丁醇体积添加量的峰值为区。图1表明,在温度为t的条件下,向柴油中加入12%,出现在乙醇体积掺混比为50%左右的位置;少量乙醇时,如α点,为乙醇在柴油中的不饱和溶液,若要满足十六烷值大于40,确定乙醇的体积掺混比继续加入乙醇形成b相,为乙醇在柴油中的饱和状极限值为20%,为使燃料混合均匀,只需加入5%体态。从点b到点b形成二层共轭溶液,上层是被柴积的正丁醇即可油饱和了的乙醇层,下层是被乙醇饱和了的柴油层由共轭溶液在定温定压下的吉布斯相规律可得:15℃∫=K-g+0=2-2=0。式中:K为组分数;g为项数柴油0.5050正丁醇互溶区1△0.75乙醇图2乙醇正丁醇柴油体系三液相图过混合燃料互溶性的影响乙醇体积分数/%中国煤化工,又含有羟基,所以,醇类现CNMHG且随着含碳量的减少图1乙醇与柴油的互溶度曲线亲水性变强。只要体系中含有少量水分,在低温情只要物系点X落在lk水平线上,共存两相的况下,混合燃料的耐水性变差,这些微量的溶解水将相点恒为和,当X自左向右移动时,b相和b以微滴状从燃料中游离岀来,从而显著降低临界互相的互比量应服从杠杆规律,则溶温度。体系含水量越大,要保持乙醇与柴油混合2014年6月夏舜午,等:乙醇正丁醇-柴油混合燃料的互溶性试验硏究45稳定所需正丁醇的量也越大。图3示出水含量对临含量继续増大,相分离临界温度迅速升高,需要添加界互溶温度的影响,图中柴油与乙醇的体积比为助溶剂80:20。由图3可以看出,混合燃料中每多溶解b)乙醇正丁醇-柴油混合燃料对水分非常敏0.1%体积的水,需要使温度升高20℃左右或者多感,燃料中每多溶解0.1%的水,需要使温度升高添加2.5%体积的正丁醇才能互溶。这是因为当温20℃左右或者多添加2.5%正丁醇;为使混合燃料度上升或者加入醇时,混合燃料溶解水的能力增大,能长期保持稳定,在储存过程中应尽量与空气隔绝,原来的饱和含水燃料变为不饱和,可以溶解更多的避免掺入水分水。当混合燃料中含水量极少,水分含量仅为0.1%,助溶剂正丁醇的体积添加量为6.5%时,即参考文献:使温度降低到0℃,混合燃料未达到饱和状态,仍然口1周龙保.内燃机学[M].3版.北京:机械工业出版社未出现分层现象。2]何邦全,王建昕,阎小光,柴油机含氧燃料的研究进展水体积分数隔%门J].农业机械学报,2003,13(1):134-138〔3]黄齐飞,宋崇林.乙醇-柴油混合燃料的相溶性及对发动机性能影响的研究[J]燃料化学学报,2001,35(3)4 Li D, Zhen H, Xingcai L,et al. Physico-chemieal properties of ethanol-diesel blend fuel and its effect on Performance and emissions of diesel engines [J].RenewEnergy,2005,30:967-976正丁醇体积分数%5]刘晓,熊云·低比例乙醇柴油性能硏究[.汽车工程学报,2011(2):112-121图3水含量对临界互溶温度的影响6]吕兴才,杨剑光,张武高,等.乙醇柴油混合燃料的理化特性研究[].内燃机学报,2004(4):289-2953结论7]李会芬,李双定.室温下正丁醇作为乙醇-柴油混合燃a)乙醇与柴油直接混合的临界互溶温度受掺料助溶剂的试验研究].装备制造技术,2007(11):4-6混比影响较大,在乙醇体积分数小于10%的范围8]李双定,乙醇柴油混合燃料发动机的试验研究[].南内,可以配制出乙醇柴油直接混合稳定的溶液;乙醇宁:广西大学,2008Mutual Solubility of Ethanol-n-butanol-diesel blended fuelXIA Shun-wu, SUN Ping,WU Qi-min, FENG Hao-jie, DU Xiao-pengJiangsu University Zhenjiang 212013, ChinaAbstract The mutual solubility test of blended fuel was conducted by adding n-butanol cosolvent into ethanol-diesel solutionThe solubility curves of ethanol-n-butanol-diesel at different temperatures were drawn. The influence of n-butanol addition andwater volume content on the stability of blended fuel was researched. Finally the reasonable addition of n-butanol additivehanol-diesel blended fuelcquired. 5%0 n-butanol addition could make the blended fuel uniform if the cetane numberlarger than 40 and the maximum mixing volume fraction of ethanol was 20%. While the water volume content increased by0. 1%, the temperature of the blended fuel needed to increase by about 20C, otherwise 2% n-butanol should be added to thesolutonKey words: diesel ethanol; n-butanol; mutual solubility blended fuel中国煤化工编辑:袁晓燕]CNMHG