摘要：本文是對(duì)菜籽油制備的生物柴油的理化性能及燃燒性能進(jìn)行測(cè)試研究。以菜籽油為原料，通過酯交換法制備生物柴油，與0#柴油部分理化性能指標(biāo)的對(duì)比，通過對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)都已達(dá)到國(guó)家指標(biāo)，對(duì)三種摻混比例生物柴油混合燃料進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，結(jié)果表明:摻燒生物柴油的混合燃料時(shí)燃油消耗率、CO排放略有升高，HC排放明顯低于0#柴油。菜籽油制備的生物柴油可以滿足替代石化柴油的要求。

　　關(guān)鍵詞：菜籽油,生物柴油,柴油發(fā)動(dòng)機(jī),排放

　　0 引言

　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)民生活水平的提高，車輛在人們的日常生活當(dāng)中越來越普及，大量使用石化燃料的同時(shí)也帶來了許多問題，如石化柴油含有多有害物質(zhì)，通過燃燒后直接排入大氣層，對(duì)環(huán)境和人類的生存有著破壞作用，石化能源又是不可再生能源，面臨著能源枯竭等問題。各國(guó)相繼尋找清潔、安全、可再生、可替代石化柴油的新能源。生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工業(yè)微藻等水生植物油脂及動(dòng)物油脂、廢餐飲油等為原料，通過物理或化學(xué)的方法制成的甲脂或乙脂燃料，可用來替代石化燃料來滿足工業(yè)、民用等要求。國(guó)內(nèi)目前對(duì)生物柴油的生產(chǎn)和應(yīng)用也進(jìn)行了開發(fā)，已成功研制出利用菜籽油、光皮樹油、麻風(fēng)樹油、大豆油、米糠油腳料、工業(yè)豬油、牛油等作為原料，經(jīng)過甲醇預(yù)酯化再酯化作用，生產(chǎn)制備出的生物柴油，不僅可以作為代用燃料在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上直接使用，而且還可以作為柴油清潔燃料的添加劑。從生物柴油的理化性質(zhì)可以看出生物柴油對(duì)環(huán)境是友好的，生物柴油所含的雙鍵數(shù)目少，分子中含氧量較高，含碳支鏈數(shù)目少或沒有，這使得生物柴油有較好的燃燒特性，燃燒比較完全。石化柴油燃燒過程產(chǎn)生的主要污染物是：煙塵顆粒、SOX、CO、HC以及NOX等。與石化柴油相比，生物柴油的燃燒尾氣中除NOX濃度稍微升高外，煙塵顆粒、SOX、CO、HC的排放明顯下降[1,2]。此外，生物柴油中不含有芳香烴，燃燒后不會(huì)產(chǎn)生芳香烴和PAH。而且生物柴油還具有無毒、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)。

　　本文對(duì)菜籽油制成的生物柴油進(jìn)行理化性能指標(biāo)測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒試驗(yàn)，對(duì)排放性能進(jìn)行研究。從而進(jìn)行分析摻燒生物柴油尾氣成分，得出更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)境友好的摻燒比例。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)材料

　　市購(gòu)菜籽油、甲醇(分析純)、磷酸(分析純)、氫氧化鈉(顆粒狀)

　　1.2 實(shí)驗(yàn)原料和方法

　　1.2.1 生物柴油的制備

　　本試驗(yàn)采用酯交換法制備生物柴油[3]，即通過甲醇將原料油中的脂肪酸甘油酯的甘油基取代下來，形成碳鏈較短脂肪酸甲脂和甘油。

　　其反應(yīng)原理如下：

　　C3H5(RCO0)3+3CH3OH=3RCOOCH3+C3H5(OH)3

　　首先，取一定量的菜籽油置于燒杯中，水浴加熱至60℃，將按比例混合好的甲醇?xì)溲趸�鈉溶液倒入燒杯中，開始攪拌、并計(jì)時(shí)，待反應(yīng)結(jié)束后將燒杯在室溫的條件下靜置分層，上層為生物柴油與甲醇的混合物，下層為甘油與未反應(yīng)的脂肪酸甘油酯的混合物，收集上層液體并用磷酸溶液滴定至中性，加入溫水洗滌3—4次，靜置分層后除去下層的水相，將上層淡黃色液體在常壓下進(jìn)行蒸餾，以除去甲醇和水分,待蒸餾結(jié)束后，過濾除去雜質(zhì)，即得淡黃色的澄清液體生物柴油。

　　1.2.2 生物柴油理化性能指標(biāo)

　　試驗(yàn)設(shè)備：TSY—1109/1109A石油產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)黏度測(cè)定儀、TSY-1103A石油產(chǎn)品半自動(dòng)閃點(diǎn)測(cè)定儀、TSY—1115石油產(chǎn)品銅片腐蝕測(cè)定儀、TSY—1110原油和液體石油產(chǎn)品密度測(cè)定儀、TSY—1106A石油產(chǎn)品餾程測(cè)定儀等儀器。

　　試驗(yàn)方法：根據(jù)各個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器使用方法及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行測(cè)試。

　　1.2.3 生物柴油臺(tái)架試驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)裝置：ZX195柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、DSZ-2轉(zhuǎn)速數(shù)字顯示儀，D-150水力測(cè)功儀，F(xiàn)C2210智能油耗儀、NHA505廢氣分析儀、煙度計(jì)。

　　試驗(yàn)方法：本試驗(yàn)是在海拔1900m，相對(duì)濕度為60%，實(shí)驗(yàn)室溫度為25 ℃的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的，將柴油機(jī)油箱中注入0#柴油并進(jìn)行5分鐘熱機(jī)，讓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在2000r/min的轉(zhuǎn)速下改變發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，分別在0%、20%、50%、80%、100%五個(gè)階段通過所接儀器對(duì)HC、CO和油耗等測(cè)試，記錄所得數(shù)據(jù)，然后將油箱中的油全部放盡;將摻混10%生物柴油的混合燃料分別加入油箱中同樣空機(jī)運(yùn)行幾分鐘，保證混合燃料充滿整個(gè)油路，然后進(jìn)行測(cè)試、數(shù)據(jù)采集;同樣的方法將摻混20%生物柴油的混合燃料進(jìn)行試驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集;最后做100%生物柴油的試驗(yàn)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　2.1 部分理化性能指標(biāo)對(duì)比

　　從表二中可以看出B100生物柴油的部分理化性能指標(biāo)與0#柴油相接近，其中，運(yùn)動(dòng)黏度在石化柴油的范圍內(nèi)，接近于上限，所以霧化情況要略差于石化柴油;B100生物柴油的密度、銅片腐蝕接近于0#柴油;在閃點(diǎn)方面，生物柴油要高出0#柴油74℃，故在運(yùn)輸、儲(chǔ)存過程中要比0#柴油更加安全、穩(wěn)定。

 

　　2.2 燃油消耗率

　　從圖2中可以看出在2000r/min的工況下，摻混不同比例生物柴油的混合燃料燃油消耗率總體趨勢(shì)是隨負(fù)荷的升高而升高，當(dāng)負(fù)荷在100%時(shí)，B10、B20、B100生物柴油燃油消耗率比0#柴油燃油消耗率分別高出9.8%、9.8%、15.4%。造成這種情況是因?yàn)樯�物柴油的熱值要比石化柴油的低，在同一工況下?lián)交焐�物柴油的比例越高燃油消耗率越高�?/p>

 

　　2.3 HC排放

　　從圖3中可以看出HC排放在滿負(fù)荷情況下隨轉(zhuǎn)速增加而下降，且HC排放明顯低于0#柴油的排放，在2000r/min滿負(fù)荷的工況下B10、B20、B100HC排放比0#柴油分別低了48.7%、52.4%、66.8%，且隨著生物柴油摻混比例的升高而降低，造成這種現(xiàn)象是因?yàn)樯�物柴油中芳香烴含量很少，十六烷值比較高，理論上講芳香烴含量越少，則其滯燃期越短，HC排放越低;十六烷值較高時(shí)，燃油著火性能較好，滯燃期短，其未燃燒碳?xì)浜土呀馓細(xì)渚�少。另外，生物柴油含�?0%的氧，使生物柴油燃料比石化柴油更有利于燃燒，從而減少HC化合物的排放。因此，摻混生物柴油的混合燃料由于芳香烴含量減少、十六烷值高、含氧量增加，使得混合燃料在柴油機(jī)中燃燒的HC排放相對(duì)降低[5～8]。

 

　　2.4 CO排放

　　從圖4中可以看出摻混生物柴油比例越高時(shí)CO排放在2000r/min的工況下隨負(fù)荷升高而升高，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到100%時(shí)CO排放高于石化柴油，CO是燃油燃燒的中間產(chǎn)物，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)CO形成的機(jī)理[3,4]：當(dāng)混合氣過濃(大負(fù)荷時(shí)或者發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí))，將因缺氧所致;或者燃燒溫度過低(混合氣過稀)，CO進(jìn)一步氧化的速度減慢，雖然生物柴油含有10%的氧，但由于生物柴油的黏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于石化柴油，嚴(yán)重影響了生物柴油在柴油機(jī)中的霧化性能，使其燃燒不完全，從而造成CO排放增加。而且，當(dāng)燃用生物柴油和柴油混合燃料時(shí)，生物柴油里面仍有一定的甲醇、甘油和鈉鹽等雜質(zhì)未除凈，也會(huì)造成燃料燃燒的不充分。高負(fù)荷時(shí)，CO的排放急劇上升是因?yàn)樵诟哓?fù)荷高轉(zhuǎn)速時(shí)，柴油機(jī)的噴油量增加使局部缺氧加劇，燃油不能充分燃燒，從而生成更多的CO[9～11]，因而導(dǎo)致了在2000r/min滿負(fù)荷工況下混合燃料的CO排放比石化柴油的要高，且摻混比例越高排放比例也越高。

 

　　3 結(jié)論

　　1)通過部分理化性能指標(biāo)的對(duì)比，生物柴油閃點(diǎn)比0#柴油高，可以看出生物柴油在運(yùn)輸儲(chǔ)存方面要比石化柴油0#柴油安全;由于運(yùn)動(dòng)黏度比0#柴油的高，所以在霧化方面要比0#柴油差些。

　　2)通過ZX195柴油機(jī)燃用0#柴油和分別摻混20%、50%、100%生物柴油的混合燃料的排放對(duì)比試驗(yàn)可知：菜籽油為原料油制備的生物柴油在燃油消耗率方面比0#柴油略有升高;在HC排放方面明顯低于0#柴油，CO排放量略高于0#柴油，綜合測(cè)試顯示摻混比例為20%生物柴油的混合燃料最為理想[12,13]。

　　參考文獻(xiàn)：

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