專利名稱：生物助溶柴油乙醇混合燃料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種混合燃料，特別是涉及一種柴油乙醇混合燃料。
背景技術(shù)：
能源節(jié)約與資源綜合利用是中國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)長遠(yuǎn)戰(zhàn)略方針。國家制定的節(jié)約和替代燃料油“十五”規(guī)劃中將“節(jié)約和替代燃料油”作為解決國家石油資源短缺、緩解石油供需矛盾、保障國家經(jīng)濟(jì)安全的重大戰(zhàn)略措施。節(jié)約和替代燃料油將會(huì)加快我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時(shí)也是解決我國“資源戰(zhàn)略”中的突出問題、保障國家經(jīng)濟(jì)安全、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。
乙醇作為可再生能源之一，其燃燒過程所排放的CO和含硫氣體均低于汽油、柴油，燃燒所產(chǎn)生的CO2和作為原料的生物源生長所消耗的CO2的數(shù)量上基本持平，因而使用乙醇燃料與使用汽油、柴油等化石能源相比，可減少向大氣中排放CO2的絕對數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零排放的目標(biāo)，對減少大氣污染及抑制“溫室效應(yīng)”意義重大，燃料乙醇也因此被稱為“清潔燃料”。在國際上，美國、巴西等國推行燃料乙醇給國家?guī)淼木薮缶C合收益，如刺激農(nóng)業(yè)、維護(hù)糧價(jià)、完善能源安全體系、改善燃油品質(zhì)及大氣環(huán)境質(zhì)量等，均為世界所共認(rèn)。目前，許多農(nóng)業(yè)資源國如英國、荷蘭、德國、奧地利、泰國、南非等國政府均已制定規(guī)劃，積極發(fā)展燃料乙醇工業(yè)。中國對推廣使用乙醇燃料也非常重視，目前已把推廣使用車用乙醇汽油作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程正積極加以策劃和推廣，并在搞好試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，逐步向全國推廣。
在柴油中加入乙醇具有與汽油中加入乙醇同樣的環(huán)保效益，據(jù)初步的試驗(yàn)，柴油機(jī)的煙度排放可減少20％以上，因而可有效地改善柴油機(jī)的排放性能，減輕對大氣的污染。由此可見，開發(fā)應(yīng)用乙醇柴油混合燃料對節(jié)約能源、開發(fā)利用可再生能源、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展同樣都具有積極的推動(dòng)作用。
中國是柴油消費(fèi)大國，柴油機(jī)動(dòng)力在各種動(dòng)力機(jī)械中占有相當(dāng)大的比例，2001年中國汽車產(chǎn)量233萬輛，其中柴油車73.4萬輛，占31.5％；農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力5.5億kW，大部分是以柴油為燃料的柴油機(jī)，這些機(jī)械年消耗柴油6250萬t，占中國年石油凈進(jìn)口量(2000年為7000萬t)的約90％，預(yù)計(jì)到2005年將達(dá)8700萬t。而煉油行業(yè)的生產(chǎn)柴汽比低于消費(fèi)的柴汽比。推廣乙醇汽油后，汽油的產(chǎn)量相應(yīng)增加，柴油資源不足的矛盾更加突出。若每年消費(fèi)的柴油中，有20％的柴油是含乙醇15％的乙醇柴油，將消化燃料乙醇187.5萬t，可轉(zhuǎn)化糧食近600萬t，同時(shí)可以減少等數(shù)量的柴油消耗，有效地緩解石油緊缺的矛盾，減輕石油進(jìn)口所需外匯的壓力。因而進(jìn)行乙醇柴油的試驗(yàn)研究，對擴(kuò)大燃料乙醇的市場容量、推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有積極的意義。
乙醇和一定比例的汽油混合(目前國家推廣應(yīng)用乙醇汽油，燃料乙醇的加入量，初步確定從10％起步)作汽油機(jī)的燃料在技術(shù)上已經(jīng)成熟，再加上政府在政策上給予積極的扶持，因此乙醇汽油將會(huì)被逐步推廣使用。而將柴油(Diesel fuel)與乙醇(Ethanol)混合組成柴油—乙醇混合燃料(diesel-ethanolfuel-DEF)作為柴油機(jī)的燃料在國內(nèi)研究尚不多，其主要原因首先是柴油與乙醇的混合不易解決。在常溫下乙醇與柴油摻和時(shí)，由于二者的密度相差較大，所以容易引起分層，即乙醇漂浮在柴油之上。二是乙醇與柴油的物理性能直觀上不像乙醇與汽油那樣接近。乙醇的辛烷值高，其研究法辛烷值(RON)可達(dá)111，馬達(dá)法辛烷值(MON)達(dá)91，但十六烷值低，因而從直觀的物理性能上看作為汽油機(jī)的燃料具有明顯的優(yōu)勢，而直接在柴油機(jī)上使用比較困難。
國外從上世紀(jì)80年代起就開始重視乙醇作為柴油機(jī)代用燃料的試驗(yàn)研究工作，目前處于小范圍的試驗(yàn)、試用階段。日本的洋馬公司經(jīng)多次試驗(yàn)已基本解決了乙醇與柴油混合的分層問題，正著力進(jìn)行柴油——乙醇混合燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)使用試驗(yàn)。美國ADM公司已開展了乙醇柴油的研究工作，含乙醇15％、其它添加劑5％、柴油80％的乙醇柴油已在柴油車上進(jìn)行了386km的行車試驗(yàn)。泰國科學(xué)技術(shù)和環(huán)境部、泰國國家石油公司與美國福特汽車公司合作研究開發(fā)生物乙醇燃料用于柴油車。
國內(nèi)在柴油機(jī)燃用乙醇、柴油燃料的試驗(yàn)研究方面雖然從上世紀(jì)90年代早期已經(jīng)起步，但其基本途徑是對柴油機(jī)改進(jìn)后，采用柴油與乙醇分別供給的方式進(jìn)行雙燃料試驗(yàn)，并取得了可行的結(jié)論。如賈元華等在《佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)》(2001年9期Vol19.No.3)發(fā)表的論文“乙醇—柴油混合X195柴油機(jī)燃料性能試驗(yàn)研究分析”中采用的是“在柴油油路上和乙醇燃料用的壓力油路之間設(shè)置一個(gè)單向閥，使兩種燃料進(jìn)入噴油器之前混合。也有采用助溶劑解決乙醇與柴油的互溶問題的，如大連理工大學(xué)許鋒等在2003年4期《車用發(fā)動(dòng)機(jī)》上發(fā)表的“在柴油機(jī)上燃用乙醇柴油的實(shí)驗(yàn)研究”中，采用的方法是“柴油加入一定量的正丁醇或汽油作為助溶劑，……在不同的室溫時(shí)加入不同量的助溶劑，使乙醇與柴油完全互溶”。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種互溶性好、不分層的生物助溶柴油乙醇混合燃料及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種生物助溶柴油乙醇混合燃料，按容積比含有70％～96％的柴油、3.65～29.6％的乙醇、0.35％～0.4％的植物油。
植物油為豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油、棕櫚油或葵花油。
其制備方法是先將乙醇與植物油按比例混配成混合劑，混配時(shí)使兩者在容器內(nèi)充分晃動(dòng)均勻，之后將混配好的混合劑按比例加入柴油混合均勻即可。
本發(fā)明選用植物油作為助溶劑，使乙醇可與柴油在一定的溫度范圍內(nèi)以在一定的比例條件下互溶，且在助溶劑加入極少量的情況下，便實(shí)現(xiàn)了柴油與乙醇的互溶，混配成的混合燃料為長期穩(wěn)定的鮮紅色透明液體。在柴油中摻入乙醇后，其蒸發(fā)性好，易于和空氣形成可燃混合氣，有利于在低溫下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在噴射時(shí)容易形成較細(xì)油滴，因而發(fā)火延遲期可以縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，而且蒸發(fā)性良好的燃料燃燒迅速完全。本發(fā)明采用的助溶劑則是一種可再生的自然資源—植物油，其燃燒產(chǎn)物無污染，來源廣泛，使用方便，價(jià)格較低。
以下結(jié)合本發(fā)明混合燃料的主要物理特性和發(fā)動(dòng)機(jī)使用混合燃料的性能試驗(yàn)進(jìn)一步說明本發(fā)明的積極效果1、本發(fā)明混合燃料的主要物理特性用SYP1001--1電爐加熱開口閃點(diǎn)測定器，SYP1002--1閉口閃點(diǎn)測定儀，恩氏黏度計(jì)、石油密度計(jì)等對混合油的主要理化指標(biāo)進(jìn)行了測試。取混合劑與柴油的五種不同配比的混合燃料做試驗(yàn)，測得其主要的物理特性見表1。隨著乙醇摻入量的增加，混合燃料的比重、黏度、燃點(diǎn)均逐漸降低。一般要求柴油機(jī)用燃料的恩氏黏度為1.15-1.76°E20，乙醇—柴油混合燃料的黏度為1.20-1.27°E20，符合柴油機(jī)用油黏度的要求。
在柴油中摻入乙醇后，其蒸發(fā)性好，易于和空氣形成可燃混合氣，有利于在低溫下啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在噴射時(shí)容易形成較細(xì)油滴，因而發(fā)火延遲期可以縮短，發(fā)動(dòng)機(jī)工作平穩(wěn)，而且蒸發(fā)性良好的燃料燃燒迅速完全。但是燃料餾分過輕時(shí)，在延遲期中蒸發(fā)的數(shù)量過大，當(dāng)燃料發(fā)火時(shí)幾乎所噴射的燃油全部參加燃燒過程，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致壓力增長過速，發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，而且將出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象。因此，要控制柴油中的摻醇量。
表1混合燃料的主要物理特性序號 1 2 3 4 5柴油∶乙醇助溶96∶4 88∶12 82∶18 77∶23 70∶30劑比重/(g/cm-3) 0.832 0.828 0.826 0.824 0.821恩氏黏度/°E201.27 1.211.231.211.20閃點(diǎn)(開口)/℃ 23.6 -- -- -- --燃點(diǎn)/℃45.5 21.221.821.819.82、發(fā)動(dòng)機(jī)使用混合燃料的性能試驗(yàn)2.1發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能試驗(yàn)所用儀器為FZD發(fā)動(dòng)機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，HZB油耗測量儀，ZH100B型柴油機(jī)(標(biāo)定功率11.03kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速2200r/min)，D110B型水力測功器，NHA-500廢氣分析儀，NHT-1不透光度計(jì)。
在不改變或少許改變柴油機(jī)供油提前角的前提下，結(jié)果表明柴油機(jī)在燃用乙醇柴油混合燃料時(shí)，同燃用純柴油相比，其動(dòng)力性能沒有明顯的變化，燃油消耗率沒有明顯增加，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷特性曲線變化平緩，提高了柴油機(jī)較低油耗率的工作范圍，但在超負(fù)荷時(shí)略有下降。
2.2排放試驗(yàn)柴油機(jī)的排放污染物主要是碳煙顆粒、CO、HC、NOx。在對發(fā)動(dòng)機(jī)不做任何改動(dòng)的條件下，柴油中加入一定比例的乙醇，可大幅度降低排氣煙度，改善排放特性。但并不隨摻混比提高而呈單調(diào)關(guān)系，存在一個(gè)最佳摻混比，使排放有大幅度改善。在燃用乙醇柴油混合燃料時(shí)，稍微改動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)整參數(shù)(噴油提前角)的情況下，柴油機(jī)排放特性并不隨噴油提前角減小而呈單調(diào)關(guān)系(隨供油提前角減小，HC排放濃度也減小)，存在一個(gè)最佳噴油提前角，此時(shí)排放大幅度的降低。但是，燃用乙醇柴油混合燃料會(huì)出現(xiàn)NOx排放特性的惡化，而且隨著乙醇摻混量的增加，排氣中乙醛濃度上升，未燃乙醇也成倍地增長。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1柴油70％、乙醇29.6％、大豆油0.4％。
實(shí)施例2柴油82％、乙醇17.62％、蓖麻油0.38％。
實(shí)施例3柴油88％、乙醇11.63％、大豆油0.37％。
實(shí)施例4柴油77％、乙醇22.6％、蓖麻油0.4％。
實(shí)施例5柴油96％、乙醇3.65％、蓖麻油0.35％。
上述實(shí)施例中的比例均為容積比。
植物油除可選用大豆油、蓖麻油外，還可選用菜籽油、花生油、葵花油、棕櫚油或其他植物油，其中以大豆油、蓖麻油為優(yōu)。
制備時(shí)，先將乙醇與植物油按比例混配成混合劑，混配時(shí)使兩者在容器內(nèi)充分晃動(dòng)均勻，之后將混配好的混合劑按比例加入柴油混合均勻即可。
權(quán)利要求
1.一種生物助溶柴油乙醇混合燃料，其特征在于，按容積比含有70％～96％的柴油、3.65～29.6％的乙醇、0.35％～0.4％的植物油。
2.如權(quán)利要求1所述的混合燃料，其特征在于，植物油為豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油、棕櫚油或葵花油。
3.制備權(quán)利要求1所述混合燃料的方法，其特征在于，先將乙醇與植物油按比例混配成混合劑，混配時(shí)，使兩者在容器內(nèi)充分晃動(dòng)均勻，之后將混配好的混合劑按比例加入柴油混合均勻即可。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物助溶柴油乙醇混合燃料，按容積比含有70％～96％的柴油、3.65～29.6％的乙醇、0.35％～0.4％的植物油。植物油為豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油、棕櫚油或葵花油。其制備方法是先將乙醇與植物油按比例混配成混合劑，混配時(shí)使兩者在容器內(nèi)充分晃動(dòng)均勻，之后將混配好的混合劑按比例加入柴油混合均勻即可。本發(fā)明選用植物油作為助溶劑，使乙醇可與柴油在一定的溫度范圍內(nèi)以在一定的比例條件下互溶，且在助溶劑加入極少量的情況下，便實(shí)現(xiàn)了柴油與乙醇的互溶，互溶性好，不分層。本發(fā)明采用的助溶劑是一種可再生的自然資源—植物油，其燃燒產(chǎn)物無污染，來源廣泛，使用方便，價(jià)格較低。
文檔編號C10L1/00GK1640998SQ20041001001
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月6日
發(fā)明者李冠峰, 胡知, 崔巖 申請人:李冠峰, 胡知, 崔巖