CN110791329A - 一种适用于柴油机的玉米油/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玉米油/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35℃‑45℃的温度范围下调和得到混合燃料。先将甲醇加入玉米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。甲醇的加入可以提高燃烧效率，降低氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放。PODE的添加可以对玉米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玉米油/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
植物油作为一种较为容易获取的有机大分子物质，已经被广泛研究。通过某些方法处理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。多种植物油已经被视为潜在的替代燃料，如大豆、油菜籽、玉米和棕榈油。其中玉米油是从玉米胚芽中提炼出的油，故也称为玉米胚芽油，而采用玉米油制取生物柴油的优越性是显而易见的：作为原料的玉米油易得，且来源广泛；利于土壤优化；副产品具有较高的经济价值；能够有效保护环境。然而，玉米油的高粘度与密度成为其作为燃料应用的突出缺陷。因此，长期使用玉米油会导致发动性能明显下降，还会带来一些问题如喷油嘴的结焦和燃料雾化不良以及较高NOx排放与活塞环的粘附。由于其高粘度的限制，成为了玉米油作为替代燃料的瓶颈。
目前玉米油作为燃料的主要方法是通过转酯化处理制备生物柴油。而混合所用的醇类也来源于植物制取，能够提供净能源收益，具有环境效益，具有经济竞争力，并在不减少粮食供应的情况下大量生产。比如Bajaj,A等人通过脂肪酶催化制取生物柴油，具体参见{Bajaj A,Lohan P,Jha P N,et al.Biodiesel production through lipase catalyzedtrans esterification:an overview.Journal of molecular catalysis b:enzymatic,2010,62(1):9-14.}(Bajaj A,Lohan P,Jha P等。脂肪酶催化酯交换法生产生物柴油：综述。分子催化杂志B：酶。2010,62(1):9-14N)其研究只涉及了酯交换的方法，酯交换过程中的能量损耗问题尚未得以解决。
Follegatti-Romero等人研究了多种植物油与醇类的混溶特性，实验表明大豆油，米糠油和棕榈油等植物油均与醇类部分互溶，且溶解性随温度升高，具体参见：{Follegatti-Romero L A,Lanza M,da Silva C AS,et al.Mutual solubility ofpseudo binary systems containing vegetable oils and anhydrous ethanol from(298.15to 333.15)K.Journal of Chemical&Engineering Data,2010,55(8):2750-2756.}(Follegatti-Romero L A,Lanza M,da Silva C AS,等。含植物油和无水乙醇的假二元体系的互溶性(298.15-333.15)K.化学与工程数据杂志，2010,55(8):2750-2756.)其研究表明在生物柴油的常规存放温度下，是无法完全互溶的，故有必要加适当的助溶剂使其完全互溶。
甲醇具有较高的含氧量，同时粘度和密度较低，且生产工艺成熟，成本较低。因此将甲醇与玉米油建立混合燃料体系是相对经济并且能显著改善玉米油高粘度与密度的缺陷。但是在常温下甲醇与玉米油难以完全互溶，同时由于甲醇的十六烷值相对较低，将玉米油与甲醇混合会降低混合燃料的十六烷值。而过低的十六烷值容易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我们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，还未有将之应用于玉米油燃料体系的相关报道。
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玉米油/甲醇/PODE混合燃料，该燃料可以不通过转酯化反应直接改善玉米油高粘度且与甲醇不易互溶，并使玉米油/甲醇/PODE混合燃料粘度，密度，十六烷值等特性接近柴油。
本发明提供的一种适用于柴油机的玉米油/甲醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的成分组成：
甲醇 30％～40％ 玉米油20％～35％ PODE35％～40％；
所述玉米油为市售一级玉米油；
所述甲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的十六烷值较高，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，使燃烧性能更接近柴油，还能使混合燃料含氧量提升，一定程度上降低尾气颗粒物排放。PODE作为调和剂有效解决了玉米油与甲醇不完全互溶的问题使得燃料能够以均一稳定的形式长期保存。PODE是一种可再生能源，其来源具有广泛的生物质背景，它的应用既能够减轻不可再生能源快速消耗的压力，又能减轻环境压力。
2、甲醇与玉米油混合燃料作为可再生能源，能够良好的替代柴油这样的不可再生能源以缓解能源短缺的问题。甲醇作为醇类的高挥发性，有助于着火前油气充分混合，而甲醇的低粘度能够降低玉米油作为燃料过高的粘度，且甲醇自身也含氧元素，燃烧过程中能够一定程度上降低颗粒物排放。
附图说明
图1为在40℃下不同比例的玉米油/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玉米油/甲醇/PODE混合燃料，由以下体积分数的成分组成：
甲醇 30％～40％ 玉米油20％～35％ 甲氧基二甲醚(PODE) 35％～40％；
所述玉米油为市售一级(GB/T 19111-2017)玉米油，所述甲醇质量百分比浓度大于等于99.5％；所述PODE为混合物，其结构式为CH3O–(CH2O)n–CH3，其中n为3～6，即PODE为CH3O–(CH2O)3–CH3、CH3O–(CH2O)4–CH3CH3O–(CH2O)5–CH3、CH3O–(CH2O)6–CH3的混合物。
优选的各组分体积分数含量为：甲醇30％，玉米油35％，PODE 35％；在此配比下，体系整体粘度尚且满足传统柴油燃料要求，同时整体密度相对较高，使燃油喷射过程中的压力波传递更快，从而提高柴油发动机的动力性能，运动粘度为4.35mm2/s。
优选的各组分体积分数含量为：甲醇40％，玉米油20％，PODE 40％；在此配比下，整个燃料体系的十六烷值更高，运动粘度为2.94mm2/s，较为适宜。
优选的各组分体积分数含量为：甲醇35％，玉米油30％，PODE 35％；在此配比下，整个燃料体系的各项数据更平均，运动粘度为4.16mm2/s，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，先将甲醇加入玉米油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将一定体积的PODE加入混合液中混合均匀，使其溶解，即得调和混合燃料。混合温度在35℃至45℃之间为宜。
通过计算本发明提供的含甲醇的新型混合燃料的运动粘度为2.24-4.44mm2/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，玉米油/甲醇/PODE具有良好的互溶性，所得混合燃料在40摄氏度下长期存放无分层。
在40℃下，当甲醇掺混比例在10％-90％之间，无法实现玉米油与甲醇互溶。但从图1可以看出，通过滴定PODE能实现甲醇与玉米油体系的互溶。
显然，玉米油/甲醇/PODE的各自比例需满足互溶的原则。本混合燃料推荐在35℃-45℃温度范围下使用。
实施例1
甲醇15L，玉米油17.5L，PODE 17.5L。
所述玉米油为市售一级(GB/T 19111-2017)玉米油。所述甲醇质量百分比浓度99.5％。所述PODE为PODE3-6的混合物。
配置方法：先将甲醇加入玉米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。混合温度40℃。
经测试：运动粘度为4.35mm2/s，满足柴油机使用要求。
实施例2
甲醇20L，玉米油10L，PODE 20L。
所述玉米油为市售一级(GB/T 19111-2017)玉米油。所述甲醇质量百分比浓度99.8％。所述PODE为PODE3-6的混合物。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为2.94mm2/s，满足柴油机使用要求。
实施例3
甲醇17.5L，玉米油15L，PODE 17.5L。
所述玉米油为市售一级(GB/T 19111-2017)玉米油。所述甲醇质量百分比浓度99.5％。所述PODE为PODE3-6的混合物。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为4.16mm2/s，满足柴油机使用要求。
实施例4
甲醇15L，玉米油16L，PODE 19L。
所述玉米油为市售一级(GB/T 19111-2017)玉米油。所述甲醇质量百分比浓度99.9％。所述PODE为PODE3-6的混合物。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为4.22mm2/s满足柴油机使用要求。
将上述实施例1-4中三种不同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所需的添加量大体呈现为中间多两边少，同时混合燃料的粘度随甲醇比例的提高而下降，粘度过高的问题得到显著解决。在加入调和剂PODE之后燃料体系的粘度降低幅度高达28.52％，且在玉米油比例相对较高的体系下，粘度改善的更为明显。
上述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做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玉米油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于由以下体积分数的成分组成：
甲醇 30％～40％ 玉米油 20％～35％ PODE 35％～40％；
所述玉米油为市售国家一级玉米油，所述甲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玉米油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：甲醇30％，玉米油35％，PODE 35％。
3.根据权利要求1所述的适用于柴油机的玉米油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：甲醇40％，玉米油20％，PODE 40％。
4.根据权利要求1所述的适用于柴油机的玉米油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：甲醇35％，玉米油30％，PODE 35％。
5.根据权利要求1-4之一所述的适用于柴油机的玉米油/甲醇/PODE混合燃料，其特征在于：所述的玉米油为转基因玉米油。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107513441A (zh) * 2017-09-27 2017-12-26 天津大学 一种适用于柴油机的混合燃料
CN109897678A (zh) * 2019-02-03 2019-06-18 天津大学 一种适用于柴油机的大豆油/甲醇/pode混合燃料

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Non-Patent Citations (1)

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杜伟娜: "《可再生的碳源——生物质能》", 31 August 2015, 北京工业大学出版社 *

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