乙醇-柴油混合燃料助溶劑的篩選及在柴油機上的應(yīng)用研究.pdf

1、乙醇是可再生的生物能源，既可以采用谷物、甘蔗的等農(nóng)作物發(fā)酵生產(chǎn)，也可以通過乙烯、乙炔等化工原料制備。乙醇作為柴油機的含氧替代燃料，具有改進燃燒過程，降低柴油機顆粒物排放等許多優(yōu)點。但在純柴油中添加乙醇，在各種不同的環(huán)境條件下，乙醇與柴油都務(wù)必保持均勻相溶，假如兩者分離，就會明顯地影響發(fā)動機工作過程的可靠性和勻稱性。因此，選擇合適的助溶劑對乙醇柴油的使用具有重要意義。
　　本文采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對國五0號柴油樣品進行組分分析

2、，并對樣品柴油的碳原子數(shù)分布和重均分子量進行了數(shù)理統(tǒng)計研究。結(jié)果表明:柴油樣品的GC-MS總離子流色譜圖總共包含164個大小峰，扣除背景峰后得到68種主要成分，并采用歸一法進行定量計算，最后獲得68種組分的質(zhì)量百分含量比。柴油樣品的碳原子數(shù)主要在8～28范圍之間，所含的飽和烴（烷烴和環(huán)烷烴）的質(zhì)量分數(shù)達到98.5％，含芳烴量極少;正烷烴占總質(zhì)量的54.62％，異烷烴占總質(zhì)量的40.3％。在顯著性水平α=0.05的條件下，樣品柴油的碳數(shù)分

3、布符合正態(tài)分布。其重均相對分子質(zhì)量為232。
　　分別選取正丙醇、異丙醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、正丁醇、異丁醇、正戊醇、異戊醇、正己醇、異己醇、正庚醇、正辛醇、乙酸乙酯、庚酸乙酯、碳酸二甲脂、油酸、正丁胺等作為助溶劑，在環(huán)境溫度15℃、乙醇體積摻混比為10％的條件下，研究了這些助溶劑對E10混合燃料互溶性的影響。結(jié)果表明:醇的碳鏈結(jié)構(gòu)及羥基數(shù)量對助溶效果都有影響。在碳數(shù)和羥基數(shù)目一樣的情況下，正構(gòu)醇對乙醇柴油的助溶效果要

4、優(yōu)于異構(gòu)醇。醇包含的羥基數(shù)量增多，助溶效果顯著變差。C4以上醇的助溶能力遠強于丙醇，其中辛醇的作用效果最好，其次是己醇、庚醇、戊醇、丁醇。
　　對分子模擬的方法進行了簡要的總結(jié)，并借助多個量子化學軟件，建立了實施COSMO-RS熱力學模型計算的路線。通過分析C2～6正構(gòu)醇和烷烴的σ曲線及對應(yīng)COSMO表面σ掩蔽電荷的分布，可以得出:丙醇的分子極性更類似乙醇，與丁醇、戊醇和己醇的結(jié)構(gòu)性質(zhì)差異較大。不同碳數(shù)的正構(gòu)醇對乙醇柴油產(chǎn)生不同助

5、溶效果的根本原因在于烷烴的碳原子與正構(gòu)醇烷基上的氫原子之間的靜電作用力，這種力隨著正構(gòu)醇碳鏈的加長呈現(xiàn)由強到弱的趨勢。由于丙醇與乙醇的表面掩蔽電荷分布類似，分子極性相近，導致助溶效果并不理想。同時考慮到燃料價格成本，雖然正戊醇和正己醇的助溶效果要好于正丁醇，但二者的價格是正丁醇的2～3倍，故最理想的乙醇柴油助溶劑應(yīng)為正丁醇，添加5％體積分數(shù)就完全可以保證乙醇柴油的互溶穩(wěn)定性，滿足日常使用要求。通過將預(yù)測的數(shù)據(jù)與試驗所測得的數(shù)據(jù)進行對比，

6、來驗證該方法在預(yù)測烴醇互溶度的可行性。從實驗與計算結(jié)果對比來看，COSMO-RS模型能較好地描述四種正構(gòu)醇對乙醇-柴油溶解性提高指數(shù)的影響趨勢。
　　通過發(fā)動機臺架試驗進一步分析醇類助溶劑和十六烷值提高劑對柴油機燃燒過程、經(jīng)濟性和排放性能的影響。結(jié)果表明:在標定轉(zhuǎn)速下，中高負荷時添加乙醇和丁醇可以提高柴油機的熱效率。相同乙醇摻混比例，添加十六烷值改進劑會使油耗率降低。含醇燃油的HC排放有不同程度的升高，添加十六烷值改良劑能夠明顯改