CN110591773A - 一种适用于柴油机的菜籽油/甲醇/pode混合燃料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于柴油机的菜籽油/甲醇/PODE混合燃料。通过掺混的技术手段，将各组分按照一定体积配比在40℃‑60℃的温度范围下调和得到混合燃料。先将甲醇加入菜籽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。所得混合燃料稳定且均相，同时体系整体粘度满足传统柴油燃料要求。甲醇的添加可以提高燃料体系的含氧量以减少不完全燃烧产物的排放，并且显著降低燃料体系的运动粘度。PODE的添加可以对菜籽油与甲醇基础体系的十六烷值起到一定程度的改善作用，并且提高燃料体系整体密度，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。

Description

一种适用于柴油机的菜籽油/甲醇/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
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。其中菜籽油是我国主要植物油之一，菜籽油作为一种可再生的植物油资源，如果对其相应的燃料特性进行优化，就有可能作为燃料使用。然而，菜籽油挥发性低、粘度高、密度高，限制了其作为柴油代用品的使用。因此，长期使用菜籽油会导致发动机耐久性问题，如喷油嘴的结焦、燃料雾化不良、较高的NOx排放以及活塞环的粘附。由于其高粘度的限制，菜籽油作为柴油替代燃料的使用进展缓慢。
目前将菜籽油作为燃料的主要制备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Kouzu等人研究了煅烧扇贝壳在菜籽油酯交换法制备生物柴油过程中的催化活性，并与煅烧石灰石进行了比较，具体参见{Kouzu M,Kajita A,Fujimori A.Catalytic activity ofcalcined scallop shell for rapeseed oil transesterification to producebiodiesel.Fuel,2016,182:220-226.}(Kouzu M,Kajita A,Fujimori A.煅烧扇贝壳对菜籽油酯交换制备生物柴油的催化活性。燃料,2016,182:220-226.)。在转酯化反应以及催化剂的制备过程中均需消耗一定的能量。
同时，Attaphong等人的研究表明，通过在生物柴油燃料体系中添加醇类，能够显著提高整个燃料体系的含氧量，从而减少柴油机燃烧过程中的烟气排放，也意味着燃烧更完全，具体参见：{Attaphong C,Singh V,Balakrishnan A,et al.Phase behaviors,fuelproperties,and combustion characteristics of alcohol-vegetable oil-dieselmicroemulsion fuels.International journal of green energy,2016,13(9):930-943.}(Attaphong C,Singh V,Balakrishnan A,等.醇-植物油-柴油微乳液燃料的相行为、燃料性质和燃烧特性。国际绿色能源杂志,2016,13(9):930-943.)上述对燃料体系含氧量改善的研究依旧是基于生物柴油燃料体系,在生物柴油原料油含氧量改善方面的研究并未进行。
甲醇具有较高的含氧量，较低的粘度和密度，且甲醇生产投资和生产成本低。因此将甲醇与菜籽油建立混合燃料体系是相对经济并且能显著改善菜籽油高粘度与密度的缺陷。但是甲醇与菜籽油的互溶特性并不喜人，同时由于甲醇的十六烷值相对较低，甲醇的加入到导致燃料体系十六烷值的降低。从而导致柴油机运转不稳定，如发动机爆燃、起动困难、油耗高等问题。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，还未有将之应用于菜籽油燃料体系的相关报道。
目前未见到菜籽油/甲醇/PODE混合燃料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种适用于柴油机的菜籽油/甲醇/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。
一种适用于柴油机的菜籽油/甲醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的组分组成：
甲醇 30％～40％ 菜籽油 20％～35％ PODE 35％～40％；
所述菜籽油为市售转基因一级菜籽油；
所述甲醇质量百分比纯度大于等于99.5％；
所述PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n的范围是3-6。
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87.7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菜籽油与甲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、甲醇与菜籽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。甲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，低粘度能够降低菜籽油作为燃料过高的粘度，且甲醇自身也含氧，有利于降低排放。
附图说明
图1为在40℃下不同比例的菜籽油/甲醇/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菜籽油/甲醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的组分组成：
甲醇 30％～40％ 菜籽油 20％～35％ 聚甲氧基二甲醚(PODE) 35％～40％。
所述菜籽油为市售转基因一级菜籽油，符合菜籽油GB 1536-2004。
所述甲醇质量百分比纯度大于等于99.5％。
所述聚甲氧基二甲醚PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n的范围是3-6。n是结构式中(CH2O)结构单元的重复次数，本方法所用PODE的n＝3-6。即聚甲氧基二甲醚为CH3O–(CH2O)3–CH3、CH3O–(CH2O)4–CH3、CH3O–(CH2O)5–CH3和CH3O–(CH2O)6–CH3的混合物。
优选的各组分含量为：甲醇30％，菜籽油35％，PODE 35％；优点是在此配比下，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：甲醇40％，菜籽油20％，PODE 40％；在此配比下，整个燃料体系的十六烷值更高。
优选的各组分含量为：甲醇35％，菜籽油30％，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。
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，先将甲醇加入菜籽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。本混合燃料推荐在40℃-60℃的温度范围下进行掺混。
通过测试本发明提供的含甲醇的新型混合燃料的运动粘度为2.41-4.19
mm2/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，菜籽油/甲醇/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，当甲醇掺混比例在10％-90％之间，无法实现菜籽油与甲醇互溶。但从图1可以看出，通过滴定PODE能实现甲醇与菜籽油体系的互溶。
显然，菜籽油/甲醇/PODE的各自比例需满足互溶的原则。
实施例1
甲醇15L，菜籽油17.5L，PODE 17.5L。
所述菜籽油为市售转基因一级菜籽油。所述甲醇质量百分比纯度99.5％。
所述聚甲氧基二甲醚PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n的范围是3-6。
配置方法：先将甲醇加入菜籽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。
经测试：运动粘度为4.19mm2/s。
实施例2
甲醇20L，菜籽油10L，PODE 20L。
所述菜籽油为市售转基因一级菜籽油。所述甲醇质量百分比纯度99.6％。
所述聚甲氧基二甲醚PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n的范围是3-6。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为2.41mm2/s。
实施例3
甲醇17.5L，菜籽油15L，PODE 17.5L。
所述菜籽油为市售转基因一级菜籽油。所述甲醇质量百分比纯度99.5％。
所述聚甲氧基二甲醚PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n的范围是3-6。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为3.50mm2/s。
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甲醇的低、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甲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降低幅度高达43.4％，且在菜籽油比例相对较高的体系下，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 (4)

1.一种适用于柴油机的菜籽油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于由以下体积分数的组分组成：
甲醇 30％～40％ 菜籽油 20％～35％ PODE35％～40％；
所述菜籽油为市售转基因一级菜籽油；
所述甲醇质量百分比纯度大于等于99.5％；
所述PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n的范围是3-6。
2.根据权利要求1所述的适用于柴油机的菜籽油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于:各组分体积分数为：甲醇30％、菜籽油35％，PODE 35％。
3.根据权利要求1所述的适用于柴油机的菜籽油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于:各组分体积分数为：甲醇40％、菜籽油20％，PODE 40％。
4.根据权利要求1所述的适用于柴油机的菜籽油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于:各组分体积分数为：甲醇35％、菜籽油30％，PODE35％。
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