《用于柴油发动机的替代燃料分析》
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[摘 要]为减少柴油汽车对石油资源的依赖,同时也为了减少CO2 的排放,有必要探索研究柴油的可替代化学燃料资源,本文从实际出发,对可应用与柴油发动机的生物柴油、菜籽油、合成燃料、二几种柴油可替代燃料的特性进行了分析,讨论了可替代燃料的基本特性.
[关键词]柴油发动机 柴油替代燃料 新能源
中图分类号：U469.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0134-01
1生物柴油
生物柴油是指通过对油脂或脂肪进行裂解,并且随后与甲醇或乙醇经酯交换反应得到的脂肪酸酯.這其中包含有脂肪酸甲酯和脂肪酸乙酯.与植物油相比,生物柴油的分子在大小和特性上非常接近于柴油燃料,但生物柴油决不能等同于植物油.
1.1生产
植物油或动物脂肪均可用于生产生物柴油,原材料的选择主要取决于其相应的可用性.在欧洲主要使用菜籽油,在北美和南美主要使用豆油,在东盟国家主要使用棕榈油,而在印度次大陆主要使用麻风树油.
由于甲醇的酯化反应明显要比乙醇容易得多,因此生产时优先生产这些油的甲酯.全球范围内都可生产废煎炸油甲酯.因为甲醇通常是通过煤生产的,所以严格来说,脂肪酸甲酯不能视为纯生物质能源.如果生产时使用的是生物乙醇,则脂肪酸乙酯是从生物质提炼出的100%生物质能源.
生物柴油的特性是由各种因素决定的.不同的植物来源,其所生产脂肪酸成分也不同,并且具有典型的脂肪酸特性.植物油的预处理和生物柴油的生产过程都会影响所生产产品的特性.
1.2质量要求
燃料标准中规定了对生物柴油的质量要求.原则上,对生物柴油的质量要求是通过描述材料特性的方式加以说明的.应当注意的是,应尽可能避免对原材料的限制.
标准EN14214全面描述了生物柴油,还给出了高品质生物柴油的定义.因为来自狭窄范围的脂肪酸酯所形成的生物柴油是具有极性和化学活性的.而传统的柴油燃料是一种惰性的,非极性的链烷烃和芳烃混合物,所以生物柴油与矿物柴油的质量有很大差异.
美国生物柴油标准ASTMD6751并不是主要面向质量制定的.其他国家,例如巴西、印度和韩国更多地倾向于采用欧洲生物柴油标准.
1.3在汽车中的应用
从发动机角的度来看,使用生物柴油与矿物质油的混合物较为经济.一般的,柴油成分可以增加稳定性,同时通过生物柴油保持了良好的润滑性.
在实际应用中,不仅要组分做出详细规定,而且要对市场上柴油/生物柴油混合物加以规范.因此,发展趋势是最多7%的生物柴油的小份额混合物.也有采用使用高比例生物柴油混合物的.然而,取决于不同的使用情况,特别是在长时间部分负荷工况下,是不允许加入高比例生物柴油混合燃料的,因为这样必须要缩短加油间隔时间.
2菜籽油
2.1应用可能性
菜籽油可以非常成功地用于配备有直列式泵的非新发动机中.在排放要求较低且车辆故障次数的增加还能被接受的前提下,菜籽油是一种低成本燃料.是否可以接受使用菜籽油很大程度上取决于制造商以及发动机的类型和改装技术.
2.2使用限制
菜籽油具有高密度和高粘度以及挥发性差等特点,一般不适合在柴油发动机中使用.低温下纯菜籽油或者其他植物油的发动机直接驱动性能受限,因汽化性差而形成残留物和喷嘴积碳,燃烧室中喷雾扩散不充分及其造成的无法遵守国Ⅳ或国Ⅴ废气排放限制强制规定,因此限制了将它们直接用于发动机中.
2.3可持续发展性
可以预计,全球植物油的生产将会明显增加.作为生产生物柴油和氢化植物油的原料,植物油的需求在将来将会大大增加.目前,正在研究植物油的可持续发展性.
2.4生物石蜡油
生物石蜡油是通过对不同来源和质量的脂肪和油进行氢化而得到的.氢化是加入氢气使脂肪和油裂解,反应时会将其中所有的氧原子和不饱和键除去.脂肪酸会生成长链烷烃,甘油部分被转换为丙烷.这种化学方法对原材料的质量要求很低,并且可将碳氢化合物变得极其符合发动机使用要求.植物油氢化是生产生物柴油的一种替代方法,但所使用的植物油必须具有更高的品质.此外,生物石蜡油的产品特性要远远优于生物柴油.由于生物石蜡油的生产不仅可以在独立的系统中完成,而且还可以集成到矿物炼油厂现有的流程中,预计将来植物油氢化会激增.此外,植物油氢化的成本比生产生物柴油还要低.
3合成燃料
3.1生产
合成燃料是由单一化学物质构成的.煤、天然气或生物质可热转化成由一氧化碳和氢气组成的合成气.然后,由有两种成分通过应用费托合成催化剂生成无支链的直链烃、n-链烷烃.为了提高合成柴油燃料的耐低温等性能,随后可附加进行异构化处理.
常规方法一般是将现有的成分,如脂肪或油,通过化学变化转化成燃料（酯化、加氢）,而这种重新形成燃料的方法从根本上与那些常规方法有所不同.因此,人们又将合成燃料称为第二代燃料.
费托合成法确实是非特定的,因此可以用它生产各种各样的产品,这些产品可以从气体到短链分子——汽油燃料成分、煤油和柴油链烷烃一直到高分子的油和蜡.出于经济性的原因,可以以柴油的最高产量为目标优化混合物产品的分离.
3.2煤制油、天然气合成油、生物质制油
通过煤和天然气生产合成柴油燃料能够产生很好的经济效益,这些燃料称为煤制油或天然气合成油.
只有天然气储量非常大的地方,且无法直接使用的情况下,才值得利用天然气加工生产合成燃料.然而,煤制油和天然气合成油属于化石燃料,所以无法达到减少二氧化碳排放的目的.如果燃料是由生物质生产的,则在二氧化碳排放方面具有优势,人们将其称为阳光燃油.
3.3特性和在汽车中的应用
费托合成法生产的产品是很有价值的燃料成分.他们是纯石蜡基的,而且不含芳烃且无硫,并且具有16烷值高的特点.费托合成法合成的柴油密度低于欧洲标准的密度范围.因此,车辆在使用纯费托合成柴油之前,需要仔细进行验证,特别是要对产量进行检验.
由于排放量较低特别是氮氧化物以及碳氢化合物和CO的排放,纯成合成燃料尤其适用于高空气污染的市中心地区的车辆.若将合成柴油燃料加入化石柴油中组成混合燃料,使用混合燃料至少可以达到使用等量纯合成柴油燃料的减排效果.高级柴油中加入天然气合成的混合组分有着非常好的市场.目前,还没有应用纯天然气合成油的商业基础.纯天然气合成油在废气排放量方面的优点可用于减少废气后处理的技术复杂性.
上述应用的决定取决于整个行驶工况中排放量的优势、长期稳定性以及在所有负载条件下车辆的可驾驶性.
4二
二是一种在1×105Pa气压下沸点为-25℃的易燃、易爆气体.其可以从合成气或甲醇中获得.16烷值约为55的二可在发动机中燃烧,且产生的碳黑和氮氧化物都很少.然而,由于其密度较低且氧含量较高,使得它的热值较低.在使用像二乙迷这类的气体时,需要使用一个合适的具有昂贵低压系统和密封燃料箱的喷射系统.
建造二基础设施的可能性很小,特别是在现在已经形成比较密集的天然气加气站网络之后.
5结论
本文对柴油发动机的几种柴油可替代燃料进行了介绍,并深入分析了各种替代燃料的特性、制备、加注、储存、等特点,为柴油内燃机可替代燃料的研究分析提供了一种思路和方法,对于柴油内燃机可替代燃料的研究具有参考意义.
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