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

1、面對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。而我國人多地少，可用耕地極為有限，食用油脂產(chǎn)量遠不能滿足生活需求，我國在發(fā)展生物柴油的過程中，必須本著不與人爭糧、不與糧爭地的原則，只能對非糧油脂植物和廢棄餐廚油脂進行開發(fā)利用。同時，我國非道路柴油機總產(chǎn)量全球領(lǐng)先，節(jié)能

2、面廣量大，然而，非道路柴油機經(jīng)濟性差，且NOx和PM排放已占柴油機排放總量較大一部分，因此有必要采取措施降低能耗、改善非道路柴油機廢氣排放。使用非糧原料生物柴油作為非道路柴油機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上燃燒排放特性和經(jīng)濟性的有效方案。同時，由于我國南北溫差大

3、，為了不影響非道路柴油機在低溫地區(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生物柴油低溫流動性的影響，以便得到既可以改善燃燒排放，又不影響油品低溫流動性的組成和添加劑組合。
　　 本研究結(jié)合經(jīng)濟性，探索了非糧生物柴油分子結(jié)構(gòu)對TY3100I非道路柴油機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TY3100I柴油機常規(guī)廢氣排放(HC、CO、NOx)、碳煙的影響。實驗結(jié)果表明，各種非糧原料生物柴油都有自己的優(yōu)點:針對非道路柴油機常用低速大扭矩工況特點，如在最大扭矩轉(zhuǎn)速1800r/min時，經(jīng)濟性方面，CNNMEB100有效油耗率最低，WCOMEB100經(jīng)濟性相對也比較好，JP

5、MEB100經(jīng)濟性最差;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;排氣溫度方面小負荷區(qū)RSMEB100最低，大負荷區(qū)WCOMEB100最低;低溫流動性能方面則是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階段存在的時間不同，空間位置不同，相互交叉，互相引發(fā)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
　　 重點評價了典型添加劑對生物柴油發(fā)動機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)機理，進一步分析了添加十六烷值提升劑、抗氧化劑、甲醇、乙醇、降凝劑對生物柴油燃油經(jīng)濟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，通過實驗，驗證了這一假設(shè)，抗氧

9、化劑的加入對自由基起到了抑制作用，在十六烷值添加劑的基礎(chǔ)上，進一步降低了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)合添加對低溫流動性影響，以便同時改善抗氧化性，低溫流動性。
　　 為了提高非道路柴油機燃用非糧原料生物柴油低溫適應(yīng)性，本文最后對生物柴油結(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)動力、脂肪酸甲酯分子的堆垛結(jié)構(gòu)、晶核形成、晶粒生長

10、的熱力學(xué)特性等方面進行研究，揭示生物柴油組分對結(jié)晶機理的影響。同時分析組分對不同調(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性評價體系中的作用與S FAMEc≥20長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，采用添加低溫流動改進劑改善生物柴油的低溫流動性，并分析抗氧化劑、十六烷值提升劑、醇類協(xié)同作用對生物柴油低溫流動性的影響，為寒冷環(huán)境下使用生物柴油