非糧原料生物柴油及復(fù)合添加劑對(duì)非道路柴油機(jī)應(yīng)用性能影響.pdf

1、面對(duì)全球氣候變化和日益嚴(yán)重的能源緊缺問題，生物柴油作為可再生的清潔柴油替代燃料具有巨大的潛力和發(fā)展空間，是石化柴油的重要補(bǔ)充。然而，由于原料供應(yīng)的分散性和多樣性，原料油脂的不足，一直是制約全球生物柴油產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大瓶頸。而我國(guó)人多地少，可用耕地極為有限，食用油脂產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足生活需求，我國(guó)在發(fā)展生物柴油的過程中，必須本著不與人爭(zhēng)糧、不與糧爭(zhēng)地的原則，只能對(duì)非糧油脂植物和廢棄餐廚油脂進(jìn)行開發(fā)利用。同時(shí)，我國(guó)非道路柴油機(jī)總產(chǎn)量全球領(lǐng)先，節(jié)能

2、面廣量大，然而，非道路柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性差，且NOx和PM排放已占柴油機(jī)排放總量較大一部分，因此有必要采取措施降低能耗、改善非道路柴油機(jī)廢氣排放。使用非糧原料生物柴油作為非道路柴油機(jī)燃料是十分有效的節(jié)能環(huán)保措施。本論文在研究泔水油、肯德基煎炸廢油、橡膠籽油、椰子油、麻瘋樹籽油等非糧原料生物柴油組成及其分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，從燃料設(shè)計(jì)的角度篩選原料及添加劑組合，探索改善生物柴油在非道路柴油機(jī)上燃燒排放特性和經(jīng)濟(jì)性的有效方案。同時(shí)，由于我國(guó)南北溫差大

3、，為了不影響非道路柴油機(jī)在低溫地區(qū)燃用生物柴油，最后從燃料分子結(jié)構(gòu)的微觀角度分析了以上改善燃燒排放的油品對(duì)生物柴油低溫流動(dòng)性的影響，以便得到既可以改善燃燒排放，又不影響油品低溫流動(dòng)性的組成和添加劑組合。
　　 本研究結(jié)合經(jīng)濟(jì)性，探索了非糧生物柴油分子結(jié)構(gòu)對(duì)TY3100I非道路柴油機(jī)燃燒排放特性的影響?？疾炝讼鹉z籽油生物柴油(RSMEB100)、椰子油生物柴油(CNNMEB100)、麻瘋樹籽油生物柴油(JPMEB100)、泔水油生

4、物柴油(WCOMEB100)、肯德基煎炸廢油生物柴油(KFCMEB100)與柴油的混合燃料在TY3100I不同工況下的燃燒排放特性。分析了原料組成及調(diào)合油對(duì)TY3100I柴油機(jī)常規(guī)廢氣排放(HC、CO、NOx)、碳煙的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各種非糧原料生物柴油都有自己的優(yōu)點(diǎn):針對(duì)非道路柴油機(jī)常用低速大扭矩工況特點(diǎn)，如在最大扭矩轉(zhuǎn)速1800r/min時(shí)，經(jīng)濟(jì)性方面，CNNMEB100有效油耗率最低，WCOMEB100經(jīng)濟(jì)性相對(duì)也比較好，JP

5、MEB100經(jīng)濟(jì)性最差;而NOx排放方面JPMEB100排放濃度最低，其次是CNNMEB100; HC排放方面JPMEB100排放濃度最低，CNNMEB100次之;碳煙排放方面KFCMEB100最低，JPMEB100次之;CO排放方面CNNMEB100排放最低，WCOMEB100次之;噪聲方面KFCMEB100最低;排氣溫度方面小負(fù)荷區(qū)RSMEB100最低，大負(fù)荷區(qū)WCOMEB100最低;低溫流動(dòng)性能方面則是CNNMEB100最好，KF

6、CMEB100最差。因此如何使用篩選原料，需要綜合考慮。
　　 在上述研究中，發(fā)現(xiàn)并提出生物柴油燃燒一般分為:第一階段吸熱氣化;第二階段裂解，即為兩個(gè)碳碳雙鍵之間的α碳原子迅速失H成為·C、·H自由基，雙鍵外側(cè)β碳碳單鍵斷裂成為·C-HC=CH-C*-HC=CH-C*-HC=CH-C·、·C-HC=CH-C*-HC=CH-C·、·C-HC=CH-C·、·CH2-CH2-CH2-CH2-CH3、·C-(CO)-O-CH3自由基片段

7、，其中的雙鍵π鍵遇強(qiáng)自由基斷裂加成或氧化;第三階段隨著溫度增高C=C、C=O中σ鍵斷裂;第四階段O=O鍵斷裂，N≡N斷裂，各自形成自由基相互反應(yīng)。由于生物柴油是混合體系，各種脂肪酸甲酯這幾個(gè)階段存在的時(shí)間不同，空間位置不同，相互交叉，互相引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
　　 重點(diǎn)評(píng)價(jià)了典型添加劑對(duì)生物柴油發(fā)動(dòng)機(jī)NOx排放的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在生物柴油調(diào)合油中添加叔丁基過氧化物(DTBP)、2-乙基己基硝酸酯(EHN)、特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)、

8、甲醇可以降低生物柴油的NOx排放。并結(jié)合上面提出的自由基階段反應(yīng)機(jī)理，進(jìn)一步分析了添加十六烷值提升劑、抗氧化劑、甲醇、乙醇、降凝劑對(duì)生物柴油燃油經(jīng)濟(jì)性和燃燒特性的影響。提出，可以通過抗氧化劑2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)、特丁基對(duì)苯二酚(TBHQ)及其組合2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚+丁基羥基茴香醚(BHT+BHA)等與十六烷值添加劑協(xié)同作用抑制自由基反應(yīng)過程，控制燃燒規(guī)律，從而降低NOx排放，通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了這一假設(shè)，抗氧

9、化劑的加入對(duì)自由基起到了抑制作用，在十六烷值添加劑的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低了NOx排放濃度，并篩選了具有降NOx和有效油耗率雙重效果的添加劑組合與工況。同時(shí)還研究了抗氧化劑、降凝劑、醇類、十六烷值提升劑復(fù)合添加對(duì)低溫流動(dòng)性影響，以便同時(shí)改善抗氧化性，低溫流動(dòng)性。
　　 為了提高非道路柴油機(jī)燃用非糧原料生物柴油低溫適應(yīng)性，本文最后對(duì)生物柴油結(jié)晶物理現(xiàn)象中的溶液狀態(tài)、過飽和度、結(jié)晶相變驅(qū)動(dòng)力、脂肪酸甲酯分子的堆垛結(jié)構(gòu)、晶核形成、晶粒生長(zhǎng)

10、的熱力學(xué)特性等方面進(jìn)行研究，揭示生物柴油組分對(duì)結(jié)晶機(jī)理的影響。同時(shí)分析組分對(duì)不同調(diào)合狀態(tài)下(B5、B20、B50、B100)結(jié)晶特性的影響。發(fā)現(xiàn)并提出S FAMEc≤14短鏈脂肪酸甲酯分子在低溫流動(dòng)性評(píng)價(jià)體系中的作用與S FAMEc≥20長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯分子的作用需要同等考慮的新思想。在此基礎(chǔ)上，采用添加低溫流動(dòng)改進(jìn)劑改善生物柴油的低溫流動(dòng)性，并分析抗氧化劑、十六烷值提升劑、醇類協(xié)同作用對(duì)生物柴油低溫流動(dòng)性的影響，為寒冷環(huán)境下使用生物柴油