CN109897675A - 一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/pode混合燃料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的成分组成：乙醇30％～50％大豆油20％～30％PODE 30％～40％；本发明提供的新型混合燃料，大豆油/乙醇/PODE具有良好的互溶性，所得混合燃料长期存放无分层。

Description

一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料

技术领域

本发明涉及内燃机可再生替代能源领域，具体涉及一种适用于柴油机的新型混合燃料。

背景技术

随着中国经济的快速发展，燃料总需求越来越大。为了应对燃料短缺问题，全世界对寻找替代和清洁燃料资源的关注正在上升。替代燃料的主要条件是可持续的燃料供应生产。其中生物质通常被认为是所有植物和植物来源的材料，如油料作物、淀粉、糖和动物粪便等材料。这类材料目前被国际社会认可为地球上唯一的可再生资源。利用其合理开发新型燃料用于在必要时取代化石燃料，对于缓解中国石油燃料压力，降低内燃机排气污染，促进生物质能源的合理利用具有重要的意义。

植物油作为生物燃料的应用已被广泛研究。通过某些方法提取的油具有与柴油燃料接近的同源物理特性，这使得它们有可能被用作生物燃料。几种类型的植物油已经被用作潜在的替代燃料，如大豆、油菜籽、棉花和棕榈油。其中大豆油是从大豆种子中提炼出来的植物油中最高产的一种。大豆油具有与其它植物油一样的氧化稳定性和挥发性相对较低的优点。然而，大豆油的高粘度与密度成为其作为燃料应用的突出缺陷。因此，长期使用大豆油会导致发动机耐久性问题，如喷油嘴的结焦和燃料雾化不良以及较高NOx排放的活塞环的粘附。由于其高粘度的限制，大豆油作为柴油替代燃料的使用进展缓慢。

目前将大豆油作为燃料的主要方法是通过转酯化处理制备生物柴油。这类研究主要是在不同的反应条件下，采用不同比例的油醇混合物进行转酯化反应。比如，Zheng Z等人进行了生物柴油/乙醇双燃料RCCI(低温预混合燃烧模式)燃烧与排放试验研究，结果表明乙醇具有同时降低氮氧化物和烟尘排放的能力。参见{Zheng Z,Xia M,Liu H,Wang X,Yao M.Experimental study on combustion and emissions of dual fuel RCCI modefueled with biodiesel/n-butanol,biodiesel/2,5-dimethylfuran and biodiesel/ethanol.Energy2018；148:824-38.}(Zheng Z,Xia M,Liu H,Wang X,Yao M.以生物柴油/正丁醇、生物柴油/2，5-二甲基呋喃和生物柴油/乙醇为燃料的双燃料碾压混凝土燃烧与排放试验研究。能量2018；148:824-38.)但上述燃料生产方式依旧依赖与制备生物柴油。在此制备过程中会造成一定的能量损失且制备步骤繁琐。现有方法不能避免因转酯化反应造成的原料油损耗，且在制备生物柴油的反应过程中也需要消耗相应的催化剂。为了避免这类损耗，寻求直接应用生物柴油原料油的方法是十分必要的。。

由于乙醇具有较低的密度和粘度，较高的蒸发潜热和低热值，因此添加乙醇可以降低大豆油燃料体系的密度与粘度以及燃烧温度，从而减少氮氧化物排放。然而，由于乙醇的十六烷值相对较低，将大豆油与乙醇混合会降低十六烷值且二者的互溶能力并不显著。PODE作为一种十六烷值改进剂可以很好的满足降低燃料体系密度与粘度，并且提高体系十六烷值的需求。但目前针对于含PODE混合燃料的研究还仅局限于生物柴油及柴油领域，还未有将之应用于大豆油/乙醇燃料体系的相关报道。

目前未见到大豆油/乙醇/PODE混合燃料的相关报道。

发明内容

本发明的目的是不通过转酯化反应直接改善大豆油高粘度且与乙醇不易互溶等缺陷。提供一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，该燃料粘度、密度以及十六烷值与传统柴油燃料更为接近，是柴油机新型替代燃料。

本发明提供的一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的成分组成：

乙醇30％～50％大豆油20％～30％PODE 30％～40％；

所述大豆油为市售一级大豆油；

所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％。

所述PODE为PODE3-6的混合物。

本发明提供的适用于柴油机的新型混合燃料具有以下优点：

1、PODE具有较高的十六烷值，十六烷值在60左右，且自身氧含量很高，在47％左右。PODE不仅能提高混合燃料的整体十六烷值，且较高的氧含量能有效降低排放。PODE作为调和剂有效解决了大豆油与甲/乙醇不完全互溶的问题。PODE作为可再生能源，具有来源广泛的生物质背景，它的应用能够在一定程度上缓解能源危机以及环境问题所带来的压力，实现可再生替代燃料的方便获取。

2、乙醇与大豆油混合燃料作为可再生能源，其使用能一定程度上解决对化石燃料资源的过度依赖。乙醇作为醇类的的高挥发性能够促进着火前的油气混合过程，低粘度能够降低大豆油作为燃料过高的粘度，且乙醇自身也含氧，有利于降低排放。

附图说明

图1为在40℃下不同比例的大豆油/乙醇/PODE的互溶情况。

具体实施方式

以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的成分组成：

乙醇30％～50％大豆油20％～30％PODE 30％～40％；

所述大豆油为市售一级大豆油。优选的为市售转基因一级大豆油，转基因大豆油更为经济。

所述乙醇质量百分比浓度为大于等于99.5％。

所述PODE为混合物，其结构式为CH₃O–(CH₂O)_n–CH₃，其中n为3～6。优选的各组分含量为：乙醇30％，大豆油30％，PODE 40％。在此配比下，体系整体粘度满足传统柴油燃料要求，但整体密度相对较高，使燃油喷射过程中的压力波传递更快，从而提高能量发动机输入能力和动力性能。

优选的各组分含量为：乙醇40％，大豆油25％，PODE 35％。在此配比下，整个燃料体系的各项数据更平均，价格相对经济合理。

优选的各组分含量为：乙醇50％，大豆油20％，PODE30％。在此配比下，整个燃料体系因乙醇比例较高，具有较高的含氧量，从而有利于降低柴油机燃烧过程中的烟气排放。

本发明上述燃料的制备方法包括以下步骤：按照体积配比量取各成分，先将乙醇加入大豆油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将PODE加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。

通过测试本发明提供的含乙醇的新型混合燃料的运动粘度为2.79-3.95mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

本发明提供的新型混合燃料，大豆油/乙醇/PODE具有良好的互溶性，所得混合燃料长期存放无分层。

在40℃下，当乙醇掺混比例在10％-90％之间，无法实现大豆油与甲/乙醇互溶。但从图1可以看出，通过滴定PODE能实现低碳醇与大豆油体系的互溶。

显然，大豆油/乙醇/PODE的各自比例需满足互溶的原则。

实施例1

乙醇15L，大豆油15L，PODE 20L。

所述大豆油为市售转基因一级大豆油。所述乙醇质量百分比浓度为99.5％。所述PODE是PODE3-6的混合物。

配置方法：先将乙醇加入大豆油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将PODE加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。

实施例2

乙醇20L，大豆油12.5L，PODE 17.5L。

所述大豆油为市售转基因一级大豆油。所述乙醇质量百分比浓度为99.6％。所述PODE是PODE3-6的混合物。

配置方法同实施例1

实施例3

乙醇25L，大豆油10L，PODE 15L。

所述大豆油为市售转基因一级大豆油。所述乙醇质量百分比浓度为99.5％。所述PODE是PODE3-6的混合物。

配置方法同实施例1

将实施例1-3中三种不同比例的混合燃料进行运动粘度测定，结果表明本发明提供的新型混合燃料在乙醇的低、中、高比例下，调和剂PODE的添加量呈现出中间高两端低的趋势，所获得的混合燃料的粘度随乙醇比例的提高呈现出单调递减的趋势且得到显著改善。在加入调和剂PODE之后燃料体系的粘度变化程度幅度高达47.23％，且在乙醇比例适中的体系下，粘度改善的更为明显。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，其特征在于由以下体积分数的成分组成：

乙醇30％～50％大豆油20％～30％PODE 30％～40％；

所述大豆油为市售一级大豆油；

所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％；

所述PODE为PODE3-6的混合物。

2.根据权利要求1所述的适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，其特征在于：混合燃料由以下体积分数的成分组成：乙醇30％、大豆油30％，PODE 40％。

3.根据权利要求1所述的适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，其特征在于：混合燃料由以下体积分数的成分组成：乙醇40％、大豆油25％，PODE 35％。

4.根据权利要求1所述的适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，其特征在于：混合燃料由以下体积分数的成分组成：乙醇50％、大豆油20％，PODE 30％。

5.根据权利要求1-4之一所述的适用于柴油机的大豆油/乙醇/PODE混合燃料，其特征在于：所述的大豆油为市售转基因一级大豆油。