CN110791332A

CN110791332A - 一种适用于柴油机的玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料

Info

Publication number: CN110791332A
Application number: CN201910967820.0A
Authority: CN
Inventors: 金超; 刘章浩; 刘海峰; 陈新宇; 孙天韵; 王烨昊; 耿振龙; 刘昕; 张曦媛
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2019-10-12
Filing date: 2019-10-12
Publication date: 2020-02-14

Abstract

本发明公开了一种适用于柴油机的玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料，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，之后在搅拌下将仲丁醇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。甲醇的加入可以改善玉米油的燃烧性质，降低氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放。仲丁醇的添加可以对玉米油与甲醇基础体系进一步改善，使排放的氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)进一步减少，并且在一定程度上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/仲丁醇混合燃料

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玉米油/甲醇/仲丁醇新型混合燃料。

背景技术

植物油作为生物燃料加入柴油中来替代一部分石油基燃料形成的混合燃料已有了很多研究，并且已具备一定的可行性。例如李亚聪等人研究的玉米油和柴油混合后的燃烧特性实验，具体参见：{李业聪,黄锦成,赖立强.玉米油-柴油生物混合燃料的试验研究[J].装备制造技术,2013(02):5-6+33.}表明混合燃料具有良好的燃烧性质并且植物油确实可以降低污染物的排放，但并没实现对柴油的完全替代，仍然存在对石油基燃料的依赖，只是起到了一定的缓解作用。李亚聪等人的实验同样表明玉米油本身就具有良好的燃烧性质，比如热值接近纯柴油、富含氧等。但玉米油存在运动粘度过大的问题。因此直接利用玉米油作为替代燃料是有可能，首先要解决粘度的问题。

可以选择用甲醇和玉米油混合来实现生物燃料的制备，因为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。但甲醇与玉米油在一般的环境温度下并不能够稳定互溶。因此不能单纯的混合使用。张德谨等人的研究表明玉米油和甲醇在以浓硫酸作为催化剂，微波辅助的条件下，可以达到较高的酯化率，制成玉米油基的生物柴油。具体参见：{张德谨,谢永,等.微波辅助玉米油基生物柴油制备及酯化反应动力学[J].过程工程学报,2018,18(04):845-850.}但在酯化的过程中会有原料的浪费，还会额外增加催化剂和能量的消耗。不经过酯化直接利用玉米油的方法还有待研究。丁醇及其异构体作为一种燃料改良剂，对其与石油基柴油混合后的燃烧性质已经有了一定的研究，但没有将其用于改善玉米油体系的相关报道。

目前未见到玉米油/甲醇/仲丁醇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玉米油/ 甲醇/仲丁醇混合燃料，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，且燃料粘度、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玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料，由以下体积分数的成分组成：

甲醇33％～43％玉米油10％～22％仲丁醇45％～47％；

所述玉米油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％，所述仲丁醇质量百分比浓度大于等于99.0％。

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、将仲丁醇加入大豆油、甲醇两组分燃料中，配制成大豆油/甲醇/仲丁醇三种燃料混合的新型混合燃料。仲丁醇作为助溶剂能有效解决玉米油/甲醇不完全互溶问题。仲丁醇易燃，燃烧产物清洁，且可以由谷物淀粉为原料，经发酵、分离制得，来源广泛。

2、甲醇与玉米油混合燃料作为可再生能源，其使用能一定程度上可以作为石油基燃料的替代品供柴油机使用。二者的高挥发性能够促进着火前的油气混合过程，低粘度能够降低玉米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℃下不同比例的大豆油/甲醇/仲丁醇的互溶情况。

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。

甲醇33％～43％玉米油10％～22％仲丁醇45％～47％；

所述玉米油油为市售一级玉米油(GB/T 19111-2017)，所述甲醇质量百分比浓度大于等于99.5％，所述仲丁醇质量百分比浓度大于等于99.0％。

优选的各组分体积分数含量为：甲醇33％，大豆油22％，仲丁醇45％；在此配比下，体系整体粘度已经可以满足传统柴油燃料要求，且甲醇添加量较少使得密度相对较高，使压力波在燃油喷射过程中传递的更快，从而使发动机输入能力和动力性能得到提高。经测试:运动粘度为4.13mm²/s。

优选的各组分体积分数含量为：甲醇38％，大豆油16％，仲丁醇46％；在此配比下，体系整体粘度和密度都较为适中。经测试:运动粘度为3.35mm²/s；密度为0.8000g/cm³。

优选的各组分体积分数含量为：甲醇43％，大豆油10％，仲丁醇47％；在此配比下，形成的混合燃料体系中甲醇的占比相较于其他优选配比要高，因此具有较高的含氧量，从而是燃烧更加完全，以减少颗粒物的产生。经测试:运动粘度为2.64mm²/s。

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，之后在搅拌的条件下将仲丁醇加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。混合温度在35℃～45℃之间为宜。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2.64～4.13mm²/s。而常规柴油机适用的柴油运动粘度为2.0-4.5mm²/s，因此本发明提供的含甲醇的新型混合燃料可以在柴油机中应用。

本发明提供的新型混合燃料，玉米油/甲醇/仲丁醇具有良好的互溶性，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，玉米油与甲醇无法稳定互溶。但从图1可以看出，通过滴定仲丁醇能实现甲醇与玉米油体系的互溶。

显然，玉米油/甲醇/仲丁醇的各自比例需满足互溶的原则。

本混合燃料推荐在35℃～45℃的温度范围下使用。

实施例1

甲醇16.5L，玉米油11L，仲丁醇22.5L。

所述玉米油为市售一级玉米油(GB/T 19111-2017)。所述甲醇质量百分比浓度99.5％。所述仲丁醇质量百分比浓度等于99.5％。

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，之后在搅拌下将仲丁醇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4.13mm²/s，满足柴油机使用要求。

实施例2

甲醇19L，玉米油8L，仲丁醇23L。

所述玉米油为市售一级玉米油(GB/T 19111-2017)。所述甲醇质量百分比浓度99.9％。所述仲丁醇质量百分比浓度99.5％。

配置方法同实施例1

经测试：运动粘度为3.35mm²/s，满足柴油机使用要求。

实施例3

甲醇21.5L，玉米油5L，仲丁醇23.5L。

所述玉米油为市售一级玉米油(GB/T 19111-2017)。所述甲醇质量百分比浓度99.9％。所述仲丁醇质量百分比浓度99.0％。

配置方法同实施例1

经测试：运动粘度为2.64mm²/s，满足柴油机使用要求。

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，调和剂仲丁醇的添加量呈现出中间高两端低的趋势，但差别不大，在整个体系下这个差别可以忽略不计，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。

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范围。

Claims

1.一种适用于柴油机的玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料，其特征在于由以下体积分数的成分组成：

甲醇 33％～43％玉米油 10％～22％仲丁醇 45％～47％；

所述玉米油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％，所述仲丁醇质量百分比浓度大于等于99.0％。

2.根据权利要求1适用于柴油机的玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：甲醇33％、大豆油22％，仲丁醇45％。

3.根据权利要求1适用于柴油机的玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：甲醇38％、大豆油16％，仲丁醇46％。

4.根据权利要求1适用于柴油机的玉米油/甲醇/仲丁醇混合燃料，其特征在于各组分体积分数含量为：甲醇43％、大豆油10％，仲丁醇47％。

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/仲丁醇混合燃料，其特征在于：所述的玉米油为市售转基因一级玉米油。