2003年9月河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)Sep. 200第37卷第3期Journal of Henan Agricultural UniversityVol. 37 No. 3文章編號:1000-2340(2003)03-0297-03柴油一乙醇混合燃料配制試驗(yàn)研究李冠峰,段二虎2,胡知1,張煥武',陳亮1,王導(dǎo)南(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,河南鄭州4500;2.漯河宏運(yùn)汽車運(yùn)榆集因有限公司,河南漯河4620)0擴(kuò)要:闡迷了進(jìn)行柴油一乙醇泯合作柴油杌然料研究的必要性,對柴油、乙醇的主要理化性能進(jìn)行了對比分析,利用添加劑解決了柴油與匚醇混合時(shí)由于存在分層覡象而不能在柴油杋上直搡使用的關(guān)鍵問題,并棖搢篩逸岀的添加劑進(jìn)行了柴油乙醇的混合試驗(yàn),得到了可直接用于柴油杌的柴油—一乙酵混合燃料(IEF),為在燊油機(jī)上直接燃用DEF提供了理論依挹關(guān)鍵詞:乙醇;柴油;混合燃料中圖分類號:TK428.9文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ATest and study on confecting diesel-ethanol fuelLI Guan-feng, DUAN Er-hu. HU Zhi, ZHANG Huan-wu, CHEN Liang, WANC Dao-nan'(1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Henan Agricullural University, Zhengzhou 450002, China;2. Luohe Hongyun Auto Transportation Group Corporation, Luohe 462000, China)Abstract: This paper expatiates on the significance of mixing diesel oil with ethanol as substitute fuel of diesel, analyzes and compares the basic physical and chemical characterislics of diesel oil with ethanolpoinovercome the crux with additive-the mixture carnot be directly used bysel engine because there exist layerswhen diesel oil and ethanol are mixed. Tests have been done lo find one kind of fit additive for mixing diesel oil withethanol, and with the additive the compound, diesel-ethanol fuel( DEF), was made for direct use by diesel engine. Itfinds a thooretrcal basis for direct use of DEF by diesel engineKey words: diesel; ethanol; diesel-ethanol fuel能源節(jié)約與資源綜合利用是中國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針國家制定的節(jié)約和替代燃料油“十五”規(guī)劃中將“節(jié)約和替代燃料油作為解決國家石油資源短缺緩解石油供需矛盾保障國家經(jīng)濟(jì)安全的重大戰(zhàn)略措施.節(jié)約和替代燃料油將會加快中國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整,促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化,同時(shí)也是解決中國資源戰(zhàn)略”中的突出問題保障國家經(jīng)濟(jì)安全,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一,乙醇作為可再生能源之…,其燃燒過程所排放的CO和含硫氣體均低于汽油、柴油,燃燒所產(chǎn)生的CO2和作為原料的生物源生長所消耗的CO2的數(shù)量上基木持平,因而使用乙醇燃料與使用汽油柴油等化石能源相比,可減少向大氣中排放CO2的絕對數(shù)量,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo),對減少大氣污染及抑制“溫室效應(yīng)”意義重大,燃料乙醇也因此被稱為“清潔燃料”在國際上,美國、巴西等國推行燃料乙醇給國家?guī)淼木薮缶C合收益,如刺激農(nóng)業(yè)維護(hù)糧價(jià)完善能源安全體系、改善燃油品質(zhì)及大氣環(huán)境質(zhì)量等,均為世界所共認(rèn).月前,許多農(nóng)業(yè)資源國如英國、荷蘭、德國、奧地利、泰國、南非等國政府均已制定規(guī)劃,積極發(fā)展燃料乙醇工業(yè)中國對推廣使用乙醇燃料也非常重視,日前已把推廣使用車用乙醇汽油作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程正積極加以策劃和推丿¨,并在搞好試點(diǎn)的基礎(chǔ)上,逐步向全國推廣12在柴油中加入乙醉具有與汽油中加入乙醇同樣的中國煤化工的煙度排放可減少20%以上,因而可有效地改善柴油機(jī)的排放性能,減輕對HCNMHG用乙醇柴油混合燃收稿日期作者筒介1958-),男,河南臨額人,河南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授,從事汽車拖拉機(jī)運(yùn)用管理及動力機(jī)械節(jié)能方面的研究工作河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第37卷料對節(jié)約能源、開發(fā)利用可再生能源、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展同樣都具有積極的推動作用1研究柴油一乙醇混合燃料的必要性乙醇和一定比例的汽油混合(月前國家推廣應(yīng)用乙醇汽油,燃料乙醇的加入量,初步確定從10%起步)作汽油機(jī)的燃料在技術(shù)上已經(jīng)成熟,再加上政府在政策上給予積極的扶持,因此乙醇汽油將會被逐步推廣使用而將柴油( Diesel fuel)與乙醇( Ethanol)混合組成柴油一乙醇混合燃料)ese- -ethanol fuel,DEF)作為柴油機(jī)的燃料在國內(nèi)研究尚不多,其主要原因首先是柴油與乙醇的混合不易解決在常溫下乙醇與柴油摻和時(shí),由于二者的密度相差較大所以容易引起分層,即乙醇漂浮在柴油之上.二是乙醇與柴油的物理性能直觀上不像乙醇與汽油那樣接近,乙醇的辛烷值高,其研究法辛烷值(RON)可達(dá)11,馬達(dá)法辛烷值(MON)達(dá)91,但十六烷值低,因而從直觀的物理性能上看作為汽油機(jī)的燃料具有明顯的優(yōu)勢,而直接在柴油機(jī)上使用比較困難國外從上世紀(jì)80年代起就開始重視乙醇作為柴油機(jī)代用燃料的試驗(yàn)研究工作,目前處于小范圍的試驗(yàn)、試用階段.日本的洋馬公司經(jīng)多次試驗(yàn)已基本解決了乙醇與柴油混合的分層問題,正著力進(jìn)行柴油一乙醇混合燃料的發(fā)動機(jī)使用試驗(yàn),美國ADM公司已開展了乙醇柴油的研究工作,含(體積分?jǐn)?shù))乙醇15%、其它添加劑5%、柴油80%的乙醇柴油已在柴油車上進(jìn)行了386km的行車試驗(yàn).泰閔科學(xué)技術(shù)和環(huán)境部、泰國國家石油公司與美國福特汽車公司合作研究開發(fā)生物乙醇燃料用于柴油車.國內(nèi)在柴油機(jī)燃用乙醇、柴油燃料的試驗(yàn)研究方面雖然從20世紀(jì)90年代早期已經(jīng)起步,但其基本途徑是對柴油機(jī)改進(jìn)后采用柴油與乙醇分別供給的方式進(jìn)行雙燃料試驗(yàn),并取得了可行的結(jié)論.而直接混合后使用的研究目前還未見報(bào)導(dǎo)中國是柴油消費(fèi)大國,柴油機(jī)動力在各種動力機(jī)械中占有相當(dāng)大的比例,2001年中國汽車產(chǎn)量233萬輛,其中柴油車734萬輛,占31.5%;農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力55億kW,大部分是以柴油為燃料的柴油機(jī),這些機(jī)械年消耗柴油6250萬t,占中國年石油凈進(jìn)量(2000年為7000萬1)的約90%,預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)8700萬3,而煉油行業(yè)的生產(chǎn)柴汽比低于消費(fèi)的柴汽比推乙醇汽油后,汽油的產(chǎn)量相應(yīng)增加,柴油資源不足的矛盾更加突出.若每年消費(fèi)的柴油中,有20%的柴油是含乙醇(體積分?jǐn)?shù))15%的乙醇柴油,將消化燃料乙醇187.5萬1,可轉(zhuǎn)化糧食近60萬t,同時(shí)可以減少等數(shù)量的柴油消耗,有效地緩解石油緊缺的矛盾,減輕石油進(jìn)冂所需外匯的壓力因而進(jìn)行乙醇柴油的試驗(yàn)研究,對擴(kuò)大燃料乙醇的市場容量,推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)鵓具有積極的意義2DEF用作柴油機(jī)燃料的可行性分析柴油用作壓燃式發(fā)動機(jī)(柴油機(jī))燃料,是一種輕質(zhì)石油產(chǎn)品,即在160-350℃的溫度范圍內(nèi)由石油中提煉出的碳?xì)浠衔?含(質(zhì)量分?jǐn)?shù))碳87%、氫126%、氧04%它是復(fù)雜的烴類(碳原子數(shù)約10~22)混合物,主要由原油蒸餾、催化裂化熱裂化、加氫裂化、石油焦化等過程生產(chǎn)的柴油餾分調(diào)配而成,也可以由頁巖油加工和煤液化制取柴油分為輕柴油(沸點(diǎn)范圍約180~370℃)和重柴油(沸點(diǎn)范圍約350-410℃)兩大類,輕柴油一般用于轉(zhuǎn)速在1000r·mn-以上的高速柴油機(jī),重柴油用于轉(zhuǎn)速在100rmin-以下的低中速柴油機(jī).車用柴油屬于輕柴油41乙醇是發(fā)現(xiàn)最早、用途最廣的一種脂肪醇,可由碳水化合物發(fā)酵或乙烯水合制得.為無色易揮發(fā)、易燃的液體,沸點(diǎn)7832℃,極易溶于水柴油及乙醇的主要理化指標(biāo)51見表I為了保證柴油機(jī)工作的平穩(wěn)性和經(jīng)濟(jì)性,柴油必須具有良好的蒸發(fā)性和燃燒性柴油的燃燒平穩(wěn)性主要取決于燃料的自燃點(diǎn),一般使用“十六烷值”作為評價(jià)指標(biāo)十六烷值高代表著火性能好,但十六烷值過高(>65),燃料容易裂解,會使發(fā)動機(jī)排氣含煙,且燃料的重餾分增多,低溫流動性變差,一般柴油機(jī)使用的柴油十六烷值在40~60之間最近研究表明,對于車用高速十六烷值在45~55之間比較優(yōu)異熱值是一定量的燃料燃燒時(shí)發(fā)出的熱量,通常是用中國煤化工標(biāo),出表1可見,作為柴油機(jī)的代用燃料,乙醇相對柴油的主要特點(diǎn)是:熱CNMHG氣的熱值卻略微高于柴油,同時(shí)其汽化潛熱大,約為柴油的34倍;十六烷值低;辛烷值高;自燃點(diǎn)高,閃點(diǎn)低;碳含量低,含氧量大,理論空燃比小,燃燒時(shí)所需的理論空氣量少;混合氣著火極限體積范圍寬第3期李冠峰等:柴油一乙醇混合燃料配制試驗(yàn)研究雖然乙醇的十六烷值低,不適宜直接作為發(fā)動機(jī)的燃料,但將乙醇按一定的比例摻入柴油中表1乙醇與柴油的主要物理學(xué)化學(xué)性質(zhì)比較部分取代柴油,將會改善柴油機(jī)的燃燒.乙醇的沸 able I Comparison of the essential character of ethanol點(diǎn)低于柴油的沸點(diǎn),這樣有助于混合燃料噴入柴with that of diesel fuel油機(jī)燃燒室后混合氣的形成,且混合氣的形成加然料品種快,有利于燃料的完全燃燒;雖乙醇的熱值較低,性質(zhì)而摻入一定比例乙醇的混合燃料,熱值的降低也Ethaol Diesel fuel是有限的,同時(shí)其理論空燃比下形成的混合氣熱低熱值(時(shí)k)值大體上與柴油燃料相同因此,從理論上講不會混合氣熱值(Nm2)明顯降低發(fā)動機(jī)的功率;再由于乙醇的汽化潛熱 Hent yalue of maxture大,使燃燒過程變得柔和;著火極限較柴油的著火汽化潛熱/(kg")極限寬,這樣選擇運(yùn)轉(zhuǎn)工況有較大的自由度,有利Latent heat boiled away℃時(shí)液體將度/(kgm3)于從整體上降低油耗.乙醇的碳含量低,氧含量 Density at2o0℃高,燃燒所需空氣量少,有利于燃料的完全燃燒,沸點(diǎn)/℃Boiling point8.5180-330燃料轉(zhuǎn)化的熱效率不會降低,排氣屮未燃的有害凝固點(diǎn)/℃源所以綜合考慮用乙醇與柴油混合用作柴油機(jī)+p氣體也會隨之降低,有利于排氣凈化,屬清潔能Syg的代用燃料是可行的辛烷值3DEF的配制試驗(yàn)RON自燃點(diǎn)/℃200-220在常溫下無水乙醇(以下簡稱乙醇)與柴油直接摻合時(shí),由于二者的密度差,而使乙醇上浮于混 Flash point合液的上層,形成分層現(xiàn)象,不能互溶,這將影響理論空燃比在發(fā)動機(jī)上的使用而如何解決這一問題,也是解uM9.014.4決柴油一乙醇混合燃料在柴油機(jī)上使用的關(guān)鍵所m1mMmm時(shí)43-191.582在,為了使兩者有機(jī)地混合在一起,需要尋求有效分子的辦法據(jù)國外資料介紹,加入添加劑可以改善乙Molecular weigh醇和柴油摻合后的分層現(xiàn)象為此,作者進(jìn)行了廣含碳量/%Carbon content870泛的尋求與探討,篩選出了一種較為實(shí)用的添加含氫/9劑借助添加劑,乙醇可與柴油在一定的溫度范圍Hydrogen content內(nèi)以在一定的比例條件下互溶利用這種添加劑,含氧量/%將柴油和乙醇以不同比例進(jìn)行混合,進(jìn)行了分組試驗(yàn)試驗(yàn)所用乙醇為化學(xué)純級,柴油為0號輕柴油,按柴油:乙醇:添加劑=80:20:5的體積比例均勻混合得到混合燃料,并將其定名為“DEF-20混合燃料”然后對配制的DEF20混合燃料、對比試驗(yàn)采用的0號輕柴油試樣分別按石油產(chǎn)品性能測試方法進(jìn)行了密度黏度、開口表2DEF-20混合燃料與柴油的主要物理性能對比閃點(diǎn)、燃點(diǎn)等主要物理指標(biāo)的測10e2 omparison of the main character of DEF2 with that of diesel fuel試,其結(jié)果見表2.由表2可見燃料密度/(kgm3)恩氏黏度F)閃點(diǎn)/℃試驗(yàn)配制出的DE20混合燃料°號輕柴油Density Engler viscosity Flash pointFire pin的黏度和密度比0號輕柴油均有deel所增大,這會對其在氣缸內(nèi)的混中國煤化工合均勻性產(chǎn)生影響但根據(jù)柴油機(jī)上作的特點(diǎn),一般要求柴CNMH站度(T2)為11.76,而所得到的DFF-20混合燃料符合柴油機(jī)用油的黏度要求.而DEF20混合燃料的開口閃點(diǎn)與燃點(diǎn)下轉(zhuǎn)第310頁)31河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)第37卷程,為L訂正后=0.985L實(shí)測-265.5(kx)(6)陰天實(shí)測照度與訂正后照度相關(guān)系數(shù)r=0.9938其線性回歸方程,為L訂正后=1.317L實(shí)酶-8017(lx(7)應(yīng)用式(6),(7)可得照度計(jì)晴天和陰天下的標(biāo)定曲線,如圖1.應(yīng)用訂正曲線,可實(shí)現(xiàn)對照度計(jì)的標(biāo)183小結(jié)與討論晴天cear1)照度計(jì)與熱電型輻射儀對太陽光的感應(yīng)有三12陰天 Cloudy著極為密切的關(guān)系,其間的數(shù)量轉(zhuǎn)換有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)自10學(xué)關(guān)系,所以完全可以使用熱電型輻射儀方便而呈6準(zhǔn)確地標(biāo)定照度計(jì)2)在各種典型天氣類型(晴天、陰天、多云等)820下,可使用照度計(jì)100檔,200檔,1000檔,加遮光5678910111213罩等不同檔的對照數(shù)據(jù),分別制作訂正曲線圖用實(shí)測照度/kxMeasured illumination各種天氣類型下的訂正曲線圖,則標(biāo)定后的照度圖1照度計(jì)的訂正曲線計(jì)可適用于各種天氣類型Fig. 1 The calibrated Line of the photometer參考文獻(xiàn)[ 1] THIMIJAN R W. 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