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河南农业人学硕i j 研究生论文柴油乙醇化生油混合燃料实验研究 摘要 发动机燃料是国【屯经济的基础，随着社会与经济的不断发展，发动机燃料需求不断增人， 国比对柴油和汽油的依赖性不断增加。2 0 0 8 和2 0 0 9 年国际油价在5 0 多美元利1 4 7 美元之 间宽幅震荡。我国是贫油国家，减少对国外彳i 油的依存度是关系国计比生的问题。 本文在0 号柴油的基础上，加入无水乙醇和压榨花生油，配制山o f 柴油乙醇花生油( 5 0 ：8 ：1 0 ) 混合燃料。在实验过程中主要进行了下面实验： 1 配制0 撑柴油乙醇花生油混合油； 2测试删柴油乙醇花生油物理特性； 3 0 f 柴油乙醇花生油台架实验； 4 0 撑柴油乙醇花生油负荷特性曲线； 5 0 柴油乙醇花生油烟度排放和排气成分分析。 结果表明： 0 # 柴油乙醇花生油在一3 5 和8 0 c 温度卜没有山现浑浊利分层现象。o # 柴油乙醇花生油的恩氏粘度值( 1 3 9 7 “e ) 低丁0 # 柴油( 1 6 6 “e ) ，闪点( 9 8 9 7 c ) 高丁 0 并柴油( 5 8 c ) ，密度( 8 4 2 5 k g i i i ：) 低丁0 # 柴油( 9 3 0k g i i i ：) ，燃点( 1 1 4 7 3 c ) 低r 0 并柴油( 2 2 0 。c ) 。冈此0 # 柴油乙醇花生油相比0 # 柴油雾化性好，在燃烧过程中着火延迟期 短，燃料燃烧充分，在速燃；l 】内最人压力升高比要低- 丁0 # 柴油的压力升高比，燃烧过程平 稳，c o 和c h 排放减小，n o x 含餐增加。 o f 柴油乙醇花生油在z h l l 0 0 b 柴油机上燃烧，供油提前角为1 6 8 。( 无垫片) 时，在 中高负荷i ：况f ，o f 柴油乙醇花生油与0 群柴油花生油和o f 柴油油耗率没有明显的变化，在 小负荷f ：况卜，0 拌柴油乙醇花生油和钟柴油花生油的油耗率和油耗鼍要高丁删柴油的。供 油提前角为1 3 3 。时，0 撑柴油乙醇花生油、o 撑柴油花生油、0 撑柴油的油耗颦在中高负荷时变 化明显，由丁花生油和乙醇为含氧原料，燃川0 捍柴油乙醇花生油和o f 柴油花生油的经济性 好。所以在0 f 柴油乙醇花生油在该柴油机上使j l j ，供油提前角为1 3 3 。时的柴油机经济性 好丁供油提前角为1 6 8 。时柴油机经济性。 燃h j0 f f 柴油乙醇花生油和o 拌柴油花生油的z h l1 0 0 b 柴油机排放性好丁- 0 f 柴油。由- 丁 乙醇和花生油为含氧原料，燃烧充分，不透光度值小，烟皮低。在负荷为6 5 k w 左右时出现 最人的不透光度值。0 撑柴油乙醇花生油在该柴油机上使川，供油提前角为1 6 8 。时的柴油机 废气p m 值好于供油提前角为1 3 3 。时柴油机废气p m 值。 关键词：柴油机；混合燃料；供油提前角：排放特性 河南农业人学顾i j 研究生论义柴油乙附仡生油混合燃料实验研究 e x p e r i m e n t a ls t u d yo nt h ed i e s e le t h a n o l p e a n u tm i x e df u e l s u p e r v i s o r ：p r o f l ig u a n f e n g m a s t e rc a n d i d a t e ：a nx i a o d o n g a b s t r a c tf u e l sa r et h eb a s i so ft h en a t i o n a le c o n o m y , w i t ht h es o c i a la n d e c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dt h ei n c r e a s i n gd e p e n d e n c eo fc i t i z e n s ，e n g i n ef u e l sa r e i n c r e a s i n gd e m a n d i nt h e2 0 0 8a n d2 0 0 9i n t e r n a t i o n a lo i lp r i c e sw a sm o r et h a n5 0 s a n d14 7 $ i nt h ew i d es h o c k s c h i n ai sp o o rc o u n t r ya n dr e d u c i n gd e p e n d e n c eo n f o r e i g no i li st h em a i np r o b l e mo ft h ep e o p l e sl i v e l i h o o d i nt h i se x p e r i m e n t ，d i e s e lo i li sb a s e db ya d d i n ga n h y d r o u se t h a n o la n dp e a n u t o i l a n da d m i x t u r eo i li sm i x e db y5 0 ：10 ：8 i nt h ee x p e r i m e n tc a r r i e do u tt h e f o l l o w i n g ： lt h ep r e p a r a t i o no ft h ed i e s e le t h a n o lp e a n u t ， 2t h ed i e s e le t h a n o l p e a n u t o f p h y s i c a lp r o p e r t i e so f t e s t ， 3t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u to fb e n c ht e s t ， 4t h ed i e s e le t h a n o l p e a n u to fe x p e r i m e n t a ll o a dc h a r a c t e r i s t i c s ， 5t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u to fs m o k ee m i s s i o n sf r o me t h a n o la n de x h a u s t c o m p o n e n ta n a l y s i s t h er e s u l t ss h o wt h a t ：t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ti n - 35 ( 2a n d8 0 ct e m p e r a t u r e d i dn o ta p p e a rs t r a t i f i c a t i o n t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u to fv i s c o s i t y ( 1 3 9 7 ) i sb e l o w t h ed i e s e l ( 1 6 6 ) ，t h ef l a s hp o i n t ( 9 8 9 7 。c ) i sh i g h e rt h a nt h ed i e s e l ( 5 8o c ) ，t h e d e n s i t y ( 8 4 2 5 k g m 3 ) i sb e l o wt h ed i e s e l ( 9 3 0k g m 3 ) ，t h eb u r n i n gp o i n t ( 1 1 4 7 3 c ) i sb e l o wt h ed i e s e l ( 2 2 0 。c ) t h e r e f o r e ，t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u to ft h ea t o m i z a t i o n c o m p a r e dt ot h ed i e s e li sg o o d ，h a sas h o r ti g n i t i o nd e l a yp e r i o di nt h ec o m b u s t i o n p r o c e s s ，h a st h ef u l l f u e lc o m b u s t i o n ，i nt h em a x i m u mp r e s s u r ed u r i n gc o m b u s t i o n s p e e di sh i g h e rt h a nt h ed i e s e l ，h a sas m o o t hc o m b u s t i o n ，c oa n dc he m i s s i o n s r e d u c e d ，n o xc o n t e n ti n c r e a s e d t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ti nt h ez h110 0 bd i e s e le n g i n e sc o m b u s t ，w h e nt h e a d v a n c ea n g l ei s16 8 。( n op a d s ) ，a th i g hl o a dc o n d i t i o n s ，t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u t 、 t h ed i e s e lp e a n u ta n dt h ed i e s e lo ff u e lc o n s u m p t i o nr a t ea g en o ts i g n i f i c a n t l yc h a n g e i nt h es m a l l 1 0 a dc o n d i t i o n s ，t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ta n dt h ed i e s e lp e a n u to ff u e l c o n s u m p t i o na n dt h ef u e lc o n s u m p t i o nr a t e a r eh i g h e rt h a nt h ed i e s e l w h e nt h e a d v a n c ea n g l ei s13 3 。，i nt h eh i 曲l o a dt h ed i e s e le t h a n o lp e a n u t 、t h ed i e s e lp e a n u t ， a n dt h ed i e s e lo ft h ef u e lv o l u m ec h a n g e ss i g n i f i c a n t l y , a st h ep e a n u ta n dt h ee t h a n o l 3 9 c o n t a i nt h eo x y g e n ，b u r n i n gt h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ta n dt h ed i e s e lp e a n u ti sg o o d f o rt h ee c o n o m y t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ti nt h ed i e s e le n g i n ei su s e d ；w h e nt h e a d v a n c ea n g l ei s13 3 。，t h ee c o n o m yi sb e t t e rt h a na d v a n c ea n g l e ( 16 8 。) t h ee m i s s i o n so ft h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ta n dt h ed i e s e lp e a n u ti nt h ez hl l0 0 b d i e s e le n g i n ea r eb e t t e rt h a nt h ed i e s e l f o rt h ee t h a n o la n dt h e p e a n u tc o n t a i n o x y g e nm a t e r i a l s ，b u r n i n gf u l l y , t h eo p a c i t yv a l u ea n ds m o k ea r es m a l l w h e nt h e l o a di s6 5 k w , t h en o n - t r a n s p a r e n ti st h el a r g e s t t h ed i e s e le t h a n o lp e a n u ti su s e d ， w h e nt h ea d v a n c ea n g l ei s16 8 。，t h ev a l u eo fd i e s e lp m e m i s s i o n si sb e a e rt h a nt h e a d v a n c e a n g l e1 3 3 。 k e y w o r d s ：d i e s e le n g i n e ：a d m i x t u r eo i l ：f u e la d v a n c e ；e m i s s i o n sc h a r a c t e r i s t i c 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书 学位论 学位 文题目 柴油乙醇花生油混合燃料实验研究 硕士 级别 学生 学科 导师李冠峰 姓名 安晓东农业机械化工程 专业姓名教授 学位论文 如需保密，解密时i 可年月同 是否保密 独创性声明 本人呈交论文是在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果，除了文中 特别加以标注和致谢的地方外。文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包括为获得河南农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料，指导教师对此进行了审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均己在论文中做了明确的说明，并表示了谢意。 研究生签名：显出夺、：导师签名：鼋泰刊( f t 7 期：矽哆年万月莎同 同期：枷年易, e t 【留同 学位论文使用授权及知识产权归属承诺 本人完全了解河南农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印 刷本和电子版本，并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫拙等 复制手段保存、汇编学位论文。本人同意河南农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 本人完全了解河南农业大学知识产权保护办法的有关规定，在毕业离 丌河南农业大学后，就在校期间从事的科研工作发表的所有论文，第一署名单 位为河南农业大学，实验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河南农 业大学所有，否则，承担相应的法律责任。 三：! ：| 注：保密学位论文在解密后适用于木授权书。j 要3 篙5 研究生签名疰匐。奢、导师签名：錾喝 学院领导签名：；：王! 銎 同期：一孵石月偬同同期：一年易月l 黟bf t 期：加拜多月肱同 致谢 三年来，我渡过了人生中最重要、最难忘的阶段，在完成本文即将毕业之 际，谨向三年来在学习、生活、工作上给予我支持、帮助和指导的老师、同事、 亲人和学友们致以最诚挚的谢意。 本文是在导师李冠峰教授的悉心指导下完成的。感谢李老师给予我继续学 习的机会，耐心、细致的指导论文研究，在繁忙的行政、科研事务中从论文的 选题、文献的获取、实验方案的确定、实验过程控制、结果及理论分析、论文 体系形成和论文修改诸方面投入了大量的心智和精力，李老师品德高尚、学识 渊博、深遽的洞察力和远见卓识令人叹服，严谨的治学念度和严格要求的师德 使本人受益终生；李老师踏实的科研态度、极具活力的科研创新能力和证确的 研究方法给予了我极大的启示和引导，并搭建了极佳的研究平台；李老师言传 身教，教给我为人处世的道理：勤勤恳恳做事，踏踏实实做人。李老师是我一 生的榜样。 感谢导师组的佘泳昌教授、李保谦教授、刘军教授、胡建东教授、姚新胜 副教授等对我论文工作的悉心指导以及对我学习过程中的严格要求和无私帮 助。 感谢机电学院陈亮老师在实验过程中对我的热心帮助。 感谢研究生处和机电学院的各位老师三年来对我思想、生活、工作上的指 导和关心，感谢师弟薛子旺、张磊和同窗好友宋中界、王晓雷、李洲、霍志军、 卢汇洋、王旭然、王威力、胡丰收、吕金龙、李喜朋、栗文艳对我学习和生活 上的帮助与鼓励。 感谢审阅本论文和参加答辩的所有专家、领导。 感谢背后默默支持我的亲人，谨以此文献给他们。感谢他们的关心和支持。 安晓东 2 0 0 9 年6 月 河南农业人学顾i j l i j 7 ( 生论义 柴油乙醇化生油混合燃 ： 实验研究 l 文献综述 能源地缘政治中，彳i 油冈素被空前重视，高油价已成为影响世界经济的重要影响冈素。 严重依赖能源进口的国家冈而日益重视开发新能源，通过能源供应的多元化来保障本国的 经济发展和政f f f 稳定。联合国环境规划署的最新报告显示，2 0 0 7 年世界各国对清洁能源领 域的投资总额比2 0 0 6 年增长6 0 ，超过1 4 8 0 亿美元，预计2 0 1 2 年将达到4 5 0 0 亿美元， 2 0 2 0 年将超过6 0 0 0 亿美元。报告指山，对清沽能源的投资不断增加充分显示山各国对能 源安全的关注。排除高油价冈素，人类社会过度依赖化石燃料的经济发展模式也在不断变 革。这首先是冈为化彳i 燃料为不可再生能源，终有耗尽之时；其次，燃烧化彳i 燃料而排放 的c 0 ：、c h 、n o 。、p m 等废气加速了气候变化和环境污染，这一趋势如果得不到扣转，人类 的生存环境将不断恶化。根据联合国开发计划署近期发布的数据，预计剑2 0 2 0 年，在城市 地区汽午数量将比1 9 9 5 年增长1 2 亿到1 5 亿辆，未来数十年汽币数量的增k 将更加加剧 目前十分严重的城市空气污染问题。我国2 0 0 6 年的汽布保有量是2 0 0 0 年的两倍多，汽布 数革急遮增k 带来的环境问题止在推动汽乍产业的技术进步。 近年来，世界各国能源战略都有一个明显的政策导向，鼓励开发新能源。这既是国际 市场原油价格高企压力所致( 2 0 0 8 、2 0 0 9 年国际原油价格宽幅震荡，从最高点1 4 7 美元 桶剑最低点3 4 美元桶) 也是人类可持续发展的客观需要。新能源开发利川从2 0 世纪7 0 年代的彳i 油危机时被提山，到近儿年由丁吖i 油价格逐步上升，各国提出开发新能源的战略 意图。目前，包括中国在内的世界各国都纷纷加人了对新兴汽午动力系统的研发投入，混 合动力汽车、氢能源汽屯、燃料电池汽印和纯电动汽币等新技术、新产品不断被推向市场。 在我国国家发改委的规划中提出，中国新能源汽印将坚持三方面的技术路线，一是开发和 推进先进的内燃机燃烧混合动力，推动动力技术的转删。同时对传统技术要继续提高，使 传统的发动机能够有一个技术转删的过程。二是要研发和| 应川气体燃料、煤基燃$ - i $ 1 生物 燃料，研究燃料混合技术。同时义有步骤的推山基础设施的转型。三要开展燃料电池汽币 利纯电动汽车研发、示范和产业化。研究输山功率的混合动力，促进新能源汽车的创新与 重点的跨越。 本文实验的目的是选择合适的彳i 油替代品，减少彳i 油的使川越，延长彳i 油枯竭期。可 再生能源替代吖i 化能源是发展的趋势，现行可再生资源有甲醇、乙醇、二甲醚、生物柴油 等，其中乙醇汽油已产业化应用。由丁生物柴油的物理特性比较接近彳i 化柴油。冈此考虑 柴油、乙醇、生物油混合燃烧。 1 1 柴油、乙醇、生物柴油的主要物化特性对比 乙醇主要以粮食作物或生物秸秆等为原料，经发酵、蒸馏制得，也可川乙稀、乙炔合 成。将乙醇进一步脱水后形成燃料乙醇。变性燃料乙醇是在燃料乙醇中添加变性荆而制得 的。将燃料乙醇、柴油、助溶剂按一定比例掺烧形成乙醇柴油。 生物柴油主要是植物油脂或动物油脂等可再生资源与甲醇进行基脂交换制得的清沾安 l 河南农业人学颂| j f 口f 究生论文柴油乙珩化生油混合燃料实验研究 全新型燃料，主要成分为脂肪酸。生物柴油具有可再生、燃烧污染物排放低、易丁生物降 解，与彳i 化柴油的生物特性相近等特点。 表1 1 几种燃料的主要物化特性比较 从表1 1 中可以看出，乙醇的低热值、密度、闪点、十六烷值比生物柴油、年i 化柴油 的低，自燃性能差。它作为燃料贝有以。卜特点： ( 1 ) 乙醇中的含氧量为3 4 7 3 ，它是燃油氧化时的增氧剂，可使燃烧充分达到1 y 能 和环保的目的： ( 2 ) 乙醇具有极好的抗爆性能，调和辛烷值一般1 2 0 左右，可作为汽油的高辛烷值组分 能有效的提高汽油的抗爆性： ( 3 ) 乙醇气化 许热犬，有利丁柴油机的进气和冷却； ( 4 ) 乙醇热值较低。只有柴油的6 2 8 ； ( 5 ) 乙醇的十六烷值底，乙醇柴油的混合要增加十入烷值改进剂。 生物柴油的低热值、闪点、粘度、十六烷值、辛烷值、理论空燃比、白燃温度笛物化 特性与彳i 化柴油比较相近生物柴油作为燃料具有以卜特点： ( 1 ) 生物柴油中的含氧鼙为1 0 ，高丁彳i 化柴油的含氧昔( 表1 1 ) ，在燃料的燃烧过程 中具有助燃作川，可以降低烟度的排放利微粒数，同时减少发动机有害气体排放； ( 2 ) 具有较好的润滑性能，可以减少柴油机机油的使朋苗，使柴油机在总功率不变的情 况卜，增人了柴油机的输出功率，同时减轻柴油机供油系统配件的磨损1 2 ； ( 3 ) 生物柴油的闪点高丁彳i 化柴油，便丁运输利储存； ( 4 ) 具有较好的低温发动机启动性能： 2 i i i 南农业人学缈! it t f ；, t , 生论文柴油乙酣化生油混合燃料实验 i j l = 究 ( 5 ) 生物柴油的可再生性蚶。植物柴油可以由植物的米糠、人豆、油菜仔、玉米、棉籽、 藻类中提炼；动物柴油可以从一l ：农业生产中有机废物、动物油脂、排泄物、废弃食物中提 取。 表1 2 使用生物柴油与纯柴油的发动机摊放对比 1 2 生物柴油、乙醇与石化柴油掺烧的应用效果对比 1 2 1 生物柴油、乙醇与石化柴油掺烧烟度p m 的变化 生物柴油和乙醇均为含氧原料，乙醇的含氧餐比较高，为生物柴油的含氧鼍的3 4 7 3 倍。生物柴油、乙醇与彳i 化柴油混合掺烧，由丁混合油含氧苗的增加，使燃料燃烧充分， 从而降低柴油机废气排放的烟度值、减小c 倪、c h 、n 0 、的排放”。 在柴油机参数相同的条件下，从柴油机排放的废气成分分析利p m 数值分析和比较乙 醇、生物柴油与= fi 化柴油分别掺烧，燃烧废气的排放情况。 l - 2 2c o 的排放 生物柴油与柴油掺烧在中低负荷情况下c o 排放降低，冈为生物柴油为含氧燃料，在中 低负荷情况下降低了总体空燃比，这样就改善了燃油的燃烧过程，l 灭l 此减少了c o 的排放。 另外生物柴油的十六烷值比柴油的十入烷值高，生物柴油与柴油掺烧提高了燃料的十八烷 值，使燃油着火性能提高，有利丁柴油机起动以及使更多的燃油完全燃烧，也可以减小c 0 的生成量。在高负荷的i ：况，发动机充鼙系数较低，汽缸喷油量人，所以造成缸内局部缺 氧严重，从而燃料不完全燃烧程度增加，c 0 排放较高- 旧1 m 1 。 乙醇与柴油掺烧，c 0 排放随着掺烧比例的增人而增人。由丁乙醇低热值低，随着乙 醇餐的增加，燃料着火延迟期延k ，燃烧速度变小，火焰温度降低，增加了不完全燃料的 趋势。此外乙醇沸点低，由丁蒸汽的冷却作川，使燃烧过程中出现淬火层，造成c o 的排放 随之增人。 1 - 2 3h c 的排放 生物柴油与彳i 化柴油掺烧，h c 排放减少明显。土要原冈为生物柴油中油酯的碳链比较 长，长链c 一般可以减少柴油机的排放；另外脂肪酸酯分子中含氧原子，而彳i 化柴油不含 氧原子，l 灭i 此h c 的排放减小m 1 。 燃烧乙醇柴油，在中小负荷情况卜h c 排放稍微增加，主要原冈是乙醇的蒸发i 杵热值较 小，掺烧燃烧时降低了燃烧室的温度，另外朱燃甲酯的产生也导致了h c 排放增加。在人负 荷时，随着负荷的增人h c 排放逐渐降低。 3 河南农业人学顾i j 研究生论义 柴油乙醇仡生油混合燃料实验i o d t 1 2 4n o x 的排放 生物柴油与彳i 化柴油掺烧n o x 的排放升高。n o x 的变化与生物柴油掺混比例毕线性关 系。n o x 排放的增加可能是由丁以下原冈：是生物柴油中油酯的能鼙含量较低，使燃油 掺烧后混合的燃烧温度相对柴油降低，n o x 排放增加；二是油酸甲酯( c 1 8 ：2 ) 不饱和程度 比较高，受燃油术饱和程度的影响，油酸甲酯的碘值比较高，增加了燃烧时缓燃期，造成n o x 排放比增人。另外烟度与n o x 之间在一定条件下存在t r a d e o f f 的关系，所以生物柴油含有 的氧在降低烟度的同时也促进了n o x 的形成“” 1 2 j 。 乙醇柴油燃烧，柴油发动机n o x 的排放减小。主要原因是乙醇的十六烷值较低，降底 了混合燃料的十六烷值，使着火延迟期增加，增加了滞燃期内喷入气缸的燃油量，n o x 排放 有增加的趋势，但由丁乙醇的汽化 许热比彳i 化柴油高，降低了气缸内最高燃烧温度，总体上 降低了n o x 排放旧1 。 1 3 国内外生物柴油、乙醇市场化分析 1 3 1 生物柴油 1 3 1 1 国外生物柴油生产现状 2 0 0 4 年1 1 月在德国沃尔大斯堡召开的首届合成生物燃料国际会议上，提出在2 0 1 0 年 起，生物燃料将有效地成为传统燃料替代品。在生物柴油的应川中，西欧各国主要加入菜 籽油和蓖麻油，美国为人豆油2 。卜1 2 i 盟l m 。 目前生物柴油的生产方法有生物酶法、化学法和。i ：科微藻法三种。加i ：艺不断改善， 化学法生物柴油的转化率已达7 0 昭引矧。 美国国家可更新实验室洲r e l ) 通过现代生物技术建成“j l ：样微藻”1 1 3 l 1 1 4 l ，即硅藻类 的一种“一l 程小环藻”。在实验室条件卜可使“j l ：程微藻”中脂质含量增加剑6 0 以上， 户外生产也可增加到4 0 以上。而一般白然状态。卜微藻的脂质含量为5 - - - 2 0 。利川“ji ： 程微藻”生产柴油具有重要生态意义和经济意义。由丁微藻生产能力高，川海水作为天然 培养基可。1 ，约农业资源：比陆生植物单产油脂高山儿十倍；生产的生物柴油不含硫，燃烧 时不排放有毒害气体，排入环境中也可被微生物降解，不污染环境。冈此国外专家提出发 展富含油质的微藻或者“：l ：科微藻”是朱米生产生物柴油的一人趋势。 法国彳i 油研究院开发山e s t e r f i p - h 。i ：艺生产生物柴油。e s t e r f i p - hj ：艺川尖品彳i 结 构的| i l i l 体碱作催化剂，采川多相催化反应米制备生物柴油憎1 。新l ：艺中不使川酸碱中和步 骤和洗涤步骤，废水和废渣排放较少。同时，副产品甘油纯度很高，超过9 8 。该i ：艺采 刚两段连续反应法，植物油和甲醇经过第一段同定床反应器后，部分闪蒸甲醇，并进行甘 油沉降和分离，上层粗酯和补充的甲醇一起进入第二二段l 州定床反应器1 1 。然后再闪蒸甲醇， 进行甘油沉降和分离，对上层粗酯进行减压蒸馏脱甘油，最后得剑纯度超过9 9 的生物柴 油，油酯转化率高。 1 3 1 2 我国生物柴油生产现状 4 i i | ：南农业人学顺l ：f 7 f 究生论文柴油乙聍仡生汕混合燃料实验研究 我国政府1 卜常重视生物燃料研究，并制定了相关政策。2 0 0 4 年科技部启动了“十五”国 家科技攻关计划“生物燃料油技术开发”项目；2 0 0 5 年1 月中国、l ：稗院第3 5 次科技论坛“2 0 0 5 中国生物i ：程论坛”在人民人会堂举行，讨论生物液体燃料及生物化1 ：制品在中国的可行 性，2 月2 8 日，十届全国人人义通过了可再生能源法。2 0 0 5 年由彳i 元春院十主持的国家专 项农林生物质i ：稃开始启动，规划生物柴油在2 0 1 0 年的产量为2 0 0 万t 年、2 0 2 0 年的产 量为1 2 0 0 万t 年。 我国生物柴油的研究人部分研究集中在甲酯化和催化剂的选择上，利川油料植物加工 生物柴油。国内现有的生物柴油生产厂家主要以粘度较低的植物油和油脚为原料，采用间 歇酯交换：i ：艺生产生物柴油。这种一l ：艺基本可行，但效率低、污染物排放鼙火、生产成本 高，所生产的生物柴油纯度不高。 1 3 1 3 生物柴油原料油生产现状 生物柴油是植物柴油利动物柴油的总称。植物柴油可以由植物的米糠、人豆、油菜籽、 玉米、棉籽、树林、藻类中捉炼；动物柴油可以由1 ：农业生产中有机废物，动物油脂，排 泄物、废弃食物中提取。目前我国的油料土要米白草本油料，并且人部分都川来生产食川 油。我国种植面积最j 油料作物土要有人豆、花生、芝麻、向日葵、蓖麻、苏子、油川弧 麻利人麻等。油脂的川途非常广。除供人们食川外，在l ：业、医约、国防等领域j 泛使川； 另外油饼是很好的饲料和肥料。冈此国家止在积极推j “油料作物种植，除发展儿种人宗油 料( 人豆、花生、油菜籽、蓖麻) 种植外，也在积极开辟新的油料途径，如发展油茶、核 桃、油橄榄、油桐、鸟桕等木本油料，使发展多种草本油料雨i 多种卜本油料种植同时并重。 中国统计部门对种植业的调查显示，2 0 0 8 年全国油料作物的种植面积( 不包括人豆) 将增 加至1 3 6 8 0 0 0 0 h m 2 ，比2 0 0 7 年增加7 0 0 0 0 0h m 2 。其中油菜籽种植面积将增加4 6 0 0 0 0h m 2 ， 达剑7 2 6 0 0 0 0h i l l 2 ；而花生的种植面积将增加1 0 0 0 0 0h m 2 ，达剑4 2 0 0 0 0 0h m 2 ；向日葵籽的 种植面积增加1 0 0 0 0 0h m 2 ，达到8 2 0 0 0 0h m 2 ：同时芝麻平弧麻籽的种植面积有所增加。据 中国农业专员估计，2 0 0 8 年中国油菜籽的产量为1 0 0 0 0 0 t ，比去年增长2 2 ，2 0 0 7 年油菜 籽的产量为8 2 0 0 0 0 0 t 。尽管种植面积增加，花生的产餐减少6 1 ，从1 9 9 8 年的8 5 0 0 0 0 0 t 减少为2 0 0 8 年的8 0 0 0 0 0 0 t 以下。向日葵的产量增加比较快，增加幅度为3 1 ，达到 1 2 2 0 0 0 0 t 。 受市场供求格局和生产敛益变化的影响，近年米河南农l 心对种值油料作物开始降温。 2 0 0 8 年河南省农调队对6 0 个县市3 0 0 0 个农户种植意向凋布结果是：已播油菜籽6 3 2 3 亩， 准备种植花生和芝麻分别为1 9 2 3 0 亩平4 9 6 8 亩，分别比上年减少0 9 、4 5 和3 4 。 据此推算，油菜籽种植面积4 0 9 0 万亩，花生种植面积l1 0 2 0 万亩，芝麻种植面积3 3 5 0 万亩，分别比2 0 0 7 年减少4 2 万亩、4 9 0 0 万亩和8 0 万亩。油料种植面积减少则是由丁连 年增产，供应充裕，调销不畅，价格一卜跌而致。2 0 0 8 年8 月河南省人氏政府办公厅印发了 i - - i 南省食川植物油生产倍增计划实施方案，决定住确保粮食稳定增产的基础上，适当恢 5 w 南农业人学硕i j 研究生论义 柴油乙孵化生油混合燃料实验研究 复或扩人油料作物种植面积。沙质十壤较多的县( 市、区) 适当扩人花生种植面积，传统芝 麻产区适当恢复芝麻种植面积，其他县( 市、区) 往不与小麦种植争地的前提下扩人油菜种 植面积。加强新晶种选育和新技术推“，抓好高产高油新品种的推7 “和技术服务，全面推 行测十配方施肥、防治病虫害、地膜覆盖等措施，努力提高单产。到2 0 1 0 年，力争全省油 料作物种植面积比2 0 0 7 年增k6 左右，单产提高2 0 ，总产量超过7 0 0 万t ，含油率提 高3 5 。加快“黄淮优质花生产业带”、“k 江中游优质油菜产业带”、“淮河流域优质 芝麻产业带”建设，实现区域化布局、规模化种植和产业化生产。在黄淮人花生区和豫两 南小花生区分别发展高油型人果花生和山口型小花生品种；引导产区对优质专用花生的种 植进行合理布局；在南日i 、驻马店、周口、商匠芝麻| 又：域带推j “优质纯白芝麻新品种：在 信丹l 、南丹i 、驻马店油菜集中产区人力推广“舣低”油菜新品种。 花生生产在我国有悠久的历史，自古以来就有“k 生果”的美誉。花生不仅为我国带 来了优质的花生油、休闲食品和蛋白饲料，而且还是我国为数不多具有市场竞争力的出口 创汇硝农产品之一。从全球范同来看，花生生产主要集中分布在洲、非洲、北美洲和南 美洲，其中中国、印度、尼日利弧、印度尼曲、美国和阿根廷是土要的花生生产国。从 国内米看，我国花生生产颇具规模，种植总面积在4 0 0 万h m ：以上，位居世界第二位。我 国花生的种植分布比较j ，主要集中在二人地区，一是山尔、河南、河北、安徽及江苏的 北部为土的黄河流域地区，面积1 1 i 全国总面积的5 0 以上，二是福建、，“东、j | 西、海南 地区，一i 种植面积的2 0 。三是四川、湖南、湖北为土的长江流域地区。中国花生产量io i 其油料总产的4 0 左右。花生含油量高达4 6 一- 5 2 ( 平均为5 0 ) ，高于油菜和人豆。 中国不仅是世界花生的生产人国和消费人国，也是贸易人国。 表1 3 世界各国花生生产情况 6 i l 南农业人学硕i ： i j f 究生论文柴油乙醇他生油混合燃料实验研究 花生是我国的主要油料作物，是油脂加i ：j ：业和副食品l ：业的重要原料，也是一种重 要的山口物质，在国比经济中i 叶有重要的地位。近年米，花生价格一直攀升，从2 0 0 1 年每 吨3 8 0 0 元到今年的5 6 0 0 元：花生亩产为2 0 0 k g 左以，而人豆在1 2 0 k g 左右；花生的含油 率为5 0 左右，人豆的含油率为2 0 左右，是人豆的2 5 倍；每亩花生所能生产出的食用 油数颦，是人豆的4 倍。同时，花生饼粕是优质高蛋白饲料，蛋白质含鼙在5 0 左右。另 外，花生属于可生物州氮作物，比较耐瘠薄和干旱，特别适合像黄河沿岸一些资源条什著、 农l 心收入水平低的地方发展。随着我国对食刖植物油的需求不断增长，油籽和食川油进口 数量将不段增人，进口数量折合食用油约l1 0 0 万t ，占食川油总量的5 0 。加强花生产业 发展，将大火减少油籽和食j l j 油的进口，提高国产食用油的白给率。花生油中的油酸含量 约为5 4 ，仅次丁橄榄油。油酸具有降低总胆f i i i l 醇和有害胆同醇而不降低有益h 日l 制醇的作 用。 1 3 2 燃料乙醇 1 3 2 1 国外燃料乙醇生产现状 美国燃料乙醇消费量2 0 0 6 年达剑5 5 0 万t ；巴两2 0 0 5 年消费量约9 7 0 万t ，i i 全国汽 油消费越的4 3 ，2 0 0 6 年超过1 0 0 0 万t 。 美、巴等国推行燃料乙醇给国家带来巨人的综 合收益，为世界所共认。目前，许多农业资源国如英国、荷兰、德国、奥地利、泰国、南 非等国政府均己制定规划，积极发展燃料乙醇i ：业。 美国主要以玉米为原料生产燃料乙醇，所耗玉米i 叶全关玉米总产量的7 - 8 。巴西政府 于1 9 7 5 年推行乍用乙醇汽油计划，以甘蔗、糖蜜、砂糖为主要原料生产燃料乙醇。目前巴 硝是世界上最人的燃料乙醇生产和消费国，也是唯一不使川纯汽油作为汽午燃料的国家。日 本从1 9 8 3 年开始实施燃料乙醇的开发计划，重点开发刖农、林产废物等未利川资源直接发 酵生产乙醇的技术。 1 3 2 2 我国燃料乙醇生产现状 随着国际彳i 油价格持续走高及人鼙使用彳i 油产品导致生态环境的恶化，发展替代能源 对丁我国经济和社会可持续发展的战略意义日茄增人。其中以燃料乙醇为土的生物能源是 替代能源中的一个重要鼎种。我国为解决陈化粮问题，在十五期间批准建设了4 个燃料乙 醇生产试点项目：吉林燃料乙醇有限公司、黑龙江华润酒精有限公司、河南大冠燃料集团 和安徽丰原燃料酒精股份有限公司。至2 0 0 5 年底，这4 家企业规划建设的1 0 2 万t 燃料乙 醇产能全部达产。按照八部委的部署和要求，1 0 2 万t 按1 0 的添加，建成了1 0 2 0 万t 的 混配乙醇汽油的能力。我国目前已成为仅次丁巴两和美国的全球第三人燃料乙醇生产国。 中国国家发展和改革委员会官员在北京举行的2 0 0 6 年国家生物燃料会议上表示，中国政府 将继续适度发展燃料乙醇行业，计划到“十一五”末，使乙醇汽油消费量- 叶全国汽油消费域 的比例由现在不足2 0 上升到5 0 以上。发改委官员表示，在坚持能源与粮食舣赢，确保 粮食安全的前提卜，国家会采取一些财税扶持政策，支持一部分粮食转化为燃料乙醇。“十 7 ；l f j 南农业人学硕i j 研究生论义 柴汕乙孵化生油混合燃： 实验硼究 一五”规划中关丁发展燃料乙醇的原! l ! u 有四条：一是把握全新定位，促进产业发展：二是突 出拉动作川，稳定政策支持；三是扩人发展规模，确定合理布局；四是严格市场准入，提 高发展素质。随着乙醇汽油住全国范同内的推广，陈化粮库存骤减，同时市场上玉米、小 麦价格猛涨，粮食乙醇路线遇剑了与儿争食的问题。 目前巴_ 两是川甘蔗生产燃料乙醇，美国用玉米生产燃料乙醇，由丁气候和十壤条件， 两国的甘蔗和玉米产量都能够满足其燃料乙醇生产的原料需求。但是我国并不具备人规模 使川甘蔗或者玉米生产燃料乙醇的条件，这就要求我们寻求其它的原料路线。我国的企业 已经在这方面进行了努力并取得了一定的成果。河南天冠集团年产3 0 0 0 吨的纤维乙醇项目 已经在镇平县奠基，这是国内首条千吨级纤维乙醇产业化试验生产线。此外j 。尔首条以卜 薯作原料的燃料乙醇生产线也落户j “东清远，而盛产糖蜜和小薯的广舶也止计划往南j 。利 贵港兴建两个乙醇燃料生产基地。 2 引言 2 1 课题的提出 乙醇与彳i 化柴油掺烧，由于常规条件卜混合物不互容、分层，且乙醇具有吸水性、十 六烷值低等问题。尽管可以加入互溶剂增加乙醇与彳i 化柴油的掺烧比例，加入十入烷值改 进剂提高混合物的十入烷值，从而改善乙醇与柴油掺烧的燃烧特性。但乙醇与彳i 化柴油的 掺烧比例不易太高，在国外，使川乙醇比较成熟的巴两，使川的乙醇柴油的最人值为e 2 0 。 生物柴油与彳i 化柴油的物化特性相近，冈此可以任意比例掺烧，考虑到生物柴油的掺 烧比率与有效燃油消耗率、n o x 、烟度p m 、h c 等增减性的关系。合适的生物柴油掺混比例 即可以保持柴油机的性能，义可有效地降低碳烟排放，且不引起n o x 排放的显著变化为宜。 根据对各实验数据对比分析，生物柴油与彳i 化柴油掺烧合适范闱在5 2 0 。 花生油可以作为生物柴油原料油，燃烧热值为3 9 3 3 ( m j k g ) 人于生物柴油的热值 3 6 9 ( m j k g ) ，且花生油与柴油互溶，所以柴油和生物柴油的混合可以由柴油和花生油替代 掺烧。乙醇粘度值为1 2 ( “e ) 低且易丁挥发，在柴油雨l 花生油混合油中加入适量乙醇， 可以改变混合液的粘度和雾化特性。 冈此本课题捉山柴油和花生油及乙醇的掺烧。 2 2 实验方案确定 2 2 1 柴油乙醇花生油的配比和主要物理特性的测量实验 1 ) 柴油乙醇花生油配比实验 2 ) 柴油乙醇花生油主要物理特性实验( 密度、粘度、闪点、燃点) 2 2 2 台架实验和排放实验 在标况( 出厂前的技术参数) f ，发动机的负荷实验利排放实验。 1 ) 柴油台架实验和排放实验 2 ) 柴油乙醇花生油台架实验利排放实验 8 i i l j 南农业人学顾i j 研究生论义柴油乙孵化生汕混合燃料实验研究 3 ) 柴油花生油台架实验利排放实验 改变柴油机的供油提前角下，发动机的负荷实验和排放实验。 1 ) 柴油有垫片台架实验利排放实验 2 ) 柴油乙醇花生油有垫片台架实验和排放实验 3 )柴油花生油有垫片台架实验利排放实验 3 原料油配制与原料油的台架、排放实验 3 1 原料油的配制 3 1 1 柴油乙醇花生油的配制 本实验所使川的乙醇为中国莱罔j 市化工有限公司生产，批号为2 0 0 6 0 4 0 8 3 ，质量分数 9 9 7 ；花生油为金龙鱼牌食川油，压榨、一级，产地为大津港保税区沣滨人道9 5 号； 纯柴油为中国彳i 化加油站购买的0 # 柴油。 为了研究出0 # 柴油、乙醇、花生油互溶的溶解能力，需作山在2 0 时0 # 柴油、乙醇、 花生油互溶性二相图。实验过程为：以0 # 柴油为基体油，取乙醇体积数分别为l o m l 、1 5 m l 、 2 0 m l 、3 0 m l ，同时取花生油体积数分别为5 m l 、5 m l 、l o m l 、l o m l ，然后滴加o 并柴油使形成 均匀稳定的混合燃料。算山0 # 柴油、乙醇、花生油彼此的溶解度，作山0 # 柴油、乙醇、花 生油且溶性二相图( 图3 1 ) 。折线上方为o # 柴油、乙醇、花生油共溶区，卜方为0 # 柴油、 乙醇、花生油不相溶区，折线为临界线。由实验可知，乙醇百分含量8 时，乙醇可以溶 解丁0 # 柴油，随着乙醇含量的增火，需要花生油助溶剂的体积鹫也增人，乙