乙醇柴油混合燃料的应用研究

第25卷第5期能源技术Vol 25 No 52004年10月ENERGY TECHNOLOGY清洁能源与新能源乙醇柴油混合燃料的应用研究张克范马伟东冯文生杨建萍河南天冠集团燃料乙醇公司河南南阳473000摘要5%~15%乙醇柴油混合燃料在18℃以上不用助溶剂也可形成稳定期较长的混合燃料制品而添加适当的助溶剂使E10及E15可以在较低温度下保持长期稳定不分层。E10及E15的理化性质与普通柴油接近柴油杋动力性能下降幅度不大油耗增加不多排气烟度却有明显的改善。关键词涊乙醇柴油勘溶剂理化性质应用研究中图分类号TQ517.4文献标识码文章编号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我国柴油消费量大于汽油柴油机有害排放物表1乙醇与柴油主要性质比较氮氧化合物(NO、)及碳烟微粒(PM)已经成为城市项目乙醇柴油空气污染的祸首。实践证明只要在柴油机上摻烧化学式CH, CH, OH少量乙醇燃料就可以明显地降低这些排放量。我23X平均)国已成为石油进口大国用乙醇替代部分柴油也有密度(20℃)e/cm30.78930.82~0.86利于我国的能源安全。目前利用粮食作物生产燃沸点,℃78.5蒸发潜热(20℃)kJ/kg料乙醇的产量有限价格偏高然而随着乙醇生产技闪点13-14术的不断发展预计不久的将来即可采用廉价的原自燃点,℃料工业化生产因此各国政府对乙醇燃料的试验研十六烷值究及应用都非常支持。国家发改委也已将乙醇燃料运动粘度(20℃)m2/s2,5~8.5的研究开发列为可持续发展项目的重点之一。凝点,Cl17.3表面张力,×103N/m1乙醇与柴油的混合低位发热量MJ/kg42.5乙醇的十六烷值过低、自燃温度高如果不改动v凵中国煤化工比见表11。乙醇是压缩比纯乙醇很难在柴油机上靠压燃着火。但是极性CNMH∝互溶渫油是非极性在柴油杋中掺入5%~15%无水乙醇所制成的混合的主要含有脂肪族的烷烃和烯烃憎水性强,与醇柴油可以直接用于柴油机简单可行。很难互溶。柴油的粘度和比重与乙醇相差很多表1.1直接混溶研究面张力也比乙醇大因此乳化也相当困难。研究发194·张克范等:乙醇柴油混合燃料的应用研究现影响混合溶液稳定性的主要因素是柴油的组成几个试验项目中如ADM卡车对试验已累计行车和含水量以及环境温度。把轻柴油与体积含水量约43.5万kn(270000英里)英国的AAE科技公在0.5%以下的无水乙醇混合并剧烈振荡结果表司在配制10%的乙醇混合柴油时加入1.25%的明不添加任何助溶剂用0柴油制成的E10在18℃AAE添加剂在发动机耐力测试和排放物测试中都以上至少能够稳定存放一个月而用-10°或0柴油有对乙醇柴油燃料使用良好的报道。瑞典Akzo制成的E5能够长期稳定存放。采用在柴油中混入 Nebel公司开发的添加助熔剂 Braid”适用于含低比例10%以下)乙醇的方法在柴油发动杋中直10%~15%乙醇的混合柴油燃料加入助溶剂的量接掺烧虽然方法简单易行推广容易但有一定的为不超过5%无需仼何裝置和加热制品混合均匀条件限制使用范围有限。长期保存不分层用于柴油车排污减少在小型试验12助溶剂乳化中尾气检测NO减少10%、烟尘减少15%。该公司采用助溶剂使乙醇与柴油形成均相的和稳定的自1993年起就开始进行行车性能测试车队总行驶可供压燃式内燃机使用的微乳化液需要满足以下里程约55万km测试结果表明车辆的动力性较使要求罚助溶剂最好是可泼溅混合的,无需加热和用柴油仅降低3%~5%。另美国的 Betz dearborn特殊的混合存储设备这样燃料供应商可方便地现公司、 Akzo nobe公司都有这方面的报道。天冠公场混合有利于降低成本灣制造助溶剂的原料供詞司也已开发岀一种性能稳定乳化效果明显的助溶剂应充足、价格低廉③3不需要对发动机作任何改动,“TGzJ″根据乙醇含量添加1.5%~2.5%的这种助可根据情况灵活选择这种混合燃料或纯柴油洏且溶剂可以使含10%~15%乙醇的混合柴油混合均发动杋性能和燃料经济性尽可能不下降④混合燃匀稳定存放3个月以上。助溶剂乳化除了助剂添料在低温下也很稳定存放一定时间不发生分层。加量根据环境温度要作调整外不受外界条件影响通过添加助溶剂对乙醇和柴油进行混合是国但目前的助溶剂价格普遍较高经济性较差。外许多科研机构研究的重点。根据报道 Pure energy Corporat.发了一种名为Pm的添加剂,2混合柴油的主要理化性质能使乙醇和柴油泼溅混合在配制含15%的乙醇混与柴油性质相比混合柴油理化性质略有不同,合柴油过程中加入2.5%的这种添加剂和少量十见表2①十六烷值有所下降但符合国家标准不六烷值增强剂配成的混合柴油已经成功地应用在表2E10、E15乙醇柴油与轻柴油检验对比表国家标准0轻柴油0°柴油0*柴油E00*柴油E15检验项目(GB252-2000)实测值10(加1.5%助剂)(加2%助剂)氧化安定性总不溶物灬ng/100mL不大于2.560.6硫质量含量不大于0.2水分体积含量%不大于痕迹痕迹痕迹痕迹痕迹酸度 meKon/10mL不大于7.010%蒸余物残炭质量含量%不大于0.3灰分质量含量0.00190.00180.0016铜片腐蚀(50℃、3h)级不大于1机械杂质运动粘度(20℃)mm2/s3,0~8,0凝点不高于0冷滤点,℃不高于4闪点闭口)℃不低于55十六烷值馏程回收温度℃不高于300276.0回收温度,℃不高于355H中国煤化工CNMHG95%回收温度,℃不高于365352.8351.4密度(20℃)k实测830.5817.3808.2注￡B252-2000规定含中间基或环烷碁原油生产的各号轻柴油十六烷值允许不小于40,195张克范等:乙醇柴油混合燃料的应用研究小于40)②运动粘度有所下降这将有利于燃料的输送和柴油机的雾化鸿3闪点下降明显,虽然对M发动机的操作性能没有直接影响但更易起火影响安全因此应专门制定混合柴油的储存、装卸、分发a60330等方面的安全规程(类似于汽油)而不能依照柴油300标准④硫含量降低这样既可以减少燃烧产生的0°柴油1.6硫化物对发动机的腐蚀和磨损有利于柴油车尾气烟度排放的改善⑤5其他指标如密度、馏程等都有变化,-104但均在国家标准规定范围内。3混合柴油的应用试验3.1台架试验6284台架试验在广西玉林柴油机厂生产的YC6105柴油机上进行。当柴油机额定转速2800r/min时100013601720208024402800燃用0轻柴油与燃用E10、E1(加2%助剂)的对比n,t/min试验结果见表3总功率特性曲线见图1、图2图20柴油、E15总功率特性对比曲线是因为乙醇的低热值比柴油低渫油机使用0“柴油及E10时的最大扭短(M)分别为370.0Nm(1800/min)和364.6Nm(1400r/min),使用E10时的最大扭矩比使用0°柴油时低4.08%渫油机使用0°柴油一0”柴油0及El0时的最低油耗g.)分别为258.4及269.7g烟度kWh使用E10的总功率特性及负荷特性(比油耗)比使用0均有增加燃油比油耗平均增加2.01%折算成当量柴油比油耗后,平均减少了1.67%湘排气烟度下降范围为24.00%~66.99%,平均下降55.58%;②在原柴油机结构及参数都未变动的情况下使用E15时发动机功率比燃烧0柴油时功率下降幅度为4.00%~7.61%平均下降6.06%柴油机使用0″柴油及E15时的最大扭矩分别为3701000136017202080244028000Nm(1800r/min)和348.7Nm(1600r/min),使用n,r/mtnE15时的最大扭矩比使用0柴油时低5.76%渫油图10"柴油、E10总功率特性对比曲线机使用0柴油及E15时的最低油耗分别为258.4表3燃用0柴油与E10、E15试验结果对比及282.6g/kWh使用E15的总功率特性(比油耗)指标燃用0°变化率比使用0柴油增加燃油比油耗平均增加8.76%,轻柴油E10折算成当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%气烟度明显下降下降范围为50.0%~78.4%平最大扭矩Nm370.0370.0348.7-4.08%-5.76%均下降63.74%。自由加速烟度1.621.620.5159.88%-68.52%发动机使用乙醇柴油混合燃料E10、E15后冷起动及热启动性能均良好均能一次起动成功排气由总功率特性曲线见图1图2)可以看出:中的中国煤化工降渫油机的CH值本在原柴油机结构及参数都未变动的情况下,使用来较CNMHGE10时发动机功率(P)比燃烧0°柴油时功率下降总的试验情况表明在柴油机的结构、参数不变幅度为0.54%~5.29%平均下降3.26%这主要的情况下使用乙醇柴油混合燃料E10、E15代替柴(下转第199页)96肖波等:生物质粉体燃烧技术的初步研究3灰分分析(4)粉体燃烧所产生的灰分中含有植物生长所必需的多种营养元素可作为良好的农用肥料。采用ⅹSAM800型电子能谱仪对粉体燃烧所产5)该生物质粉体燃烧技术经济、高效、实用,生的灰分进行分析结果如表2所示。由表2可知,可使生物质成为高品位的清洁燃料有望部分解决燃烧后粉体中还有相当一部分碳以无机物的形式保化石能源不足问题。留在灰分中。灰分中含有植物生长所必需的多种营养元素可作为良好的农用肥料。参考文献表2灰分中主要成分的相对质量百分含量%)[I]蒋剑春.生物质能源应用研究现状与发展前贰J]林成分CN其它业化学与工业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结论Proceedings of the 5 International Conference on NewEnergy System Conversions[ C ] Shanghai: s. n1)生物质粉体中含有较高比例的碳,含氮和2001.279-282氢较少几乎不含硫燃烧后对环境危害不大和普[3]吴伟烽,刘聿拯.生物质能利用技术介绍工业锅炉通煤相比粉体中含水分较少含挥发分较多,含灰[J]203(5)11-1分较低易于着火。[4]田贺忠郝吉明陆永琪周中平.中国生物质燃烧排(2)粉体着火点低且在燃烧初期粉体经过热放SO2、NO,量的估算J]环境科学学报2002(2)分解析岀的挥发分首先参与燃烧。粉体在燃烧过程204-208中主要以悬浮燃烧的方式在炉膛中形成体积燃烧。〔s〕刘建禹濯国勋陈荣燿.生物质燃料直接燃烧过程特3)粉体燃烧时粉体和空气的入炉量之间存性的分杌J]东北农业大学学报2001(3)290-在一个最佳的比例在此条件下最有利于粉体的燃烧AaAa几 9222222024229aa2aAaa2几AAA几 aaaaaA上接第196页)油可节省部分柴油而且对柴油机的起动性能无影柴油响、对柴油机的动力性能影响较小还可以明显地降低排气中的NO及CO等有害排放物和排气烟度对净化空气、保护环境有利。3.2行车试验自2002年6月在不对发动机进行任何改动的情况下天冠运输公司利用两辆十通玉柴自卸柴油车分别燃用纯柴油和E10乙醇柴油进行行车试验,单台行车累计里程约5万km对试验的测试评价车速,km/h集中于环保、技术及经济方面。试验结果表明使用车用乙醇柴油机车具有良好的操作和可驾驶性动图3100km油耗变化曲线力加速性能没有明显变化尾气烟尘排放有明显减比使用柴油时增加不多这一点与台架试验的结果少当车辆处于爬坡、加速时尤为明显是相行车试验过程中还进行了纯柴油和乙醇柴油的中国煤化工调换试验没有发现与燃油有关的故障。另外还进参考CNMHG行了不同车速下百公里油耗测试,见图3。从该实[1]刘志中许世海液体燃料的性质及应用M]北京验结果可以看岀混合燃料E10的百公里质量油耗中国石化出版社2000.7.