生物柴油油品对柴油机排放特性影响研究

发布时间：2017-08-27 09:02

  本文关键词：生物柴油油品对柴油机排放特性影响研究

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【摘要】：生物柴油是一种可再生的柴油替代燃料,生物柴油的原料来源广泛,制备工艺和方法对生物柴油的品质具有较大的影响,生物柴油长期存储过程中,生物柴油的组分和理化性质会发生一定的变化,尤其是在环境温度较高的情况下,生物柴油极易发生氧化,产生大分子不溶性聚合物、酸等物质,影响了生物柴油的正常使用,对柴油机的性能产生一定的影响。论文依据生物柴油品质的变化情况,选取生物柴油氧化时间、十六烷值、醇含量和酯含量等指标,采用理论与试验分析相结合的方法,考察了生物柴油品质变化对其理化性能指标的影响,重点分析了生物柴油的高温挥发特性和氧化特性以及对柴油机排放污染物的影响。针对生物柴油长期存储的氧化过程,制备了720、2160小时高温加速氧化的生物柴油,分析了氧化时间对生物柴油理化指标的影响。依据生物柴油的不同来源,配制了不同十六烷值生物柴油,测量生物柴油的密度、运动粘度、表面张力、官能团和常温常压的着火点及着火延迟时间等,对常温环境中生物柴油理化指标和着火性能进行探讨。结果表明:随着生物柴油氧化时间的增加,生物柴油的密度和粘度增加,氧化720、2160h生物柴油红外光谱中双键吸收峰强度降低,生物柴油双键断裂,生成酸、醛等单键物。常温常压下氧化720、2160h生物柴油着火温度分别提高了7℃和13℃,着火延迟时间增加了0.02s和0.07s;添加十六烷值改进剂对油样密度、粘度和表面官能团影响不大,添加0.2%和0.4%十六烷值改进剂后,生物柴油着火温度分别降低了10℃和18℃,着火延迟时间减小了0.03s和0.10s。依据生物柴油制备过程中,酯交换反应进行不完全、醇分离不彻底的现象,配制了不同醇含量、酯含量的生物柴油,测量了生物柴油常温下密度、粘度、官能团、着火点、着火温度等参数,考察不同制备工艺对生物柴油理化指标和着火性能的影响。生物柴油中乙醇含量增加后,生物柴油/乙醇的密度和粘度降低,通过红外光谱分析得出,随着乙醇含量的增加,-oh吸收峰强度逐渐增强。常温常压下,乙醇体积分数增加至5%和10%时,生物柴油着火温度升高了3℃和8℃,着火延迟时间增加了0.02s和0.04s。随着甘油酯含量的增加,生物柴油的密度和粘度增加。甘油酯含量增加,生物柴油红外光谱无明显变化,甘油酯和脂肪酸甲酯的官能团无明显区别。生物柴油甘油酯含量增加3%和6%,着火点温度提高了1℃和2℃,着火延迟增加0.01s和0.03s。通过热重试验,分析生物柴油在高温氛围下的挥发热解和氧化燃烧特性。结果表明:氮气氛围下,生物柴油氧化720、2160h,失重曲线往高温方向移动,起始失重温度分别为204℃和207℃,随着氧化时间增加,生物柴油的高温挥发性变差。生物柴油十六烷值增加,挥发失重曲线变化不大,十六烷值对生物柴油的挥发性无明显影响。生物柴油/乙醇混合燃料tg曲线出现两个明显的失重过程,对应dtg曲线上的两个峰值。生物柴油甘油酯含量增加后,挥发性变差。氧气氛围下,氧化720、2160h的生物柴油起始失重温度增高,失重速率降低和失重带宽增加,失重过程平缓和分散。生物柴油十六烷值增加后,高温氧化起始温度降低,最大失重速率对应的温度降低,半峰宽减小,失重过程剧烈和集中。生物柴油中醇含量增加后,氧化失重曲线存在两个明显的失重过程,生物柴油/乙醇混合燃料的氧化速率增加,甘油酯含量增加后,生物柴油失重速率降低,失重带往高温区偏移。在柴油机上,考察不同品质生物柴油柴油机有效燃油消耗率和排放污染物变化规律,结果表明:(1)生物柴油氧化时间增加、醇含量和甘油酯含量增加,燃油消耗率增加,十六烷值提高,生物柴油燃油消耗率降低。(2)生物柴油氧化720、2160h,柴油机HC、CO和碳烟排放增加,NO_X排放降低;(3)随着生物柴油/乙醇混合燃料中乙醇比例的增加,柴油机HC排放增加,而CO、NO_X和碳烟排放降低;(4)生物柴油的十六烷值增加,柴油机HC、CO和NO_X排放降低,但随着十六烷值改进剂添加比例的进一步提高,HC、CO和NO_X排放均又有所回升,但碳烟排放变化不大,说明生物柴油十六烷值存在一个最佳值,过低或者过高都不利于降低生物柴油的排放污染物;(5)甘油酯含量增加后,柴油机HC、CO和烟度排放增加,而NO_X排放浓度降低。
【关键词】：柴油机 生物柴油 燃油品质 排放
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK421
【目录】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景和意义14-15
• 1.2 生物柴油制备和特点15-20
• 1.2.1 生物柴油来源及制备15-18
• 1.2.2 生物柴油品质与评价指标18-19
• 1.2.3 生物柴油特点19-20
• 1.3 生物柴油的油品及对柴油机排放影响20-24
• 1.3.1 生物柴油油品的影响因素20-23
• 1.3.2 生物柴油在柴油机上的应用23-24
• 1.4 本文主要研究内容24-26
• 第二章 生物柴油常温环境油品试验与分析26-39
• 2.1 理化指标测量与分析26-30
• 2.1.1 密度26-28
• 2.1.2 运动粘度28-29
• 2.1.3 表面张力29-30
• 2.2 生物柴油分子结构特征分析30-34
• 2.2.1 试验仪器及方案31-32
• 2.2.2 官能团结构分析32-34
• 2.3 生物柴油着火试验34-37
• 2.3.1 试验方案34-35
• 2.3.2 着火温度及着火延迟35-37
• 2.4 本章小节37-39
• 第三章 生物柴油高温热重特性分析39-55
• 3.1 生物柴油热重试验特征参数39-43
• 3.1.1 生物柴油着火氧化过程分析39-42
• 3.1.2 热重分析特征参数42-43
• 3.2 热重法试验设备与方法43-44
• 3.2.1 试验设备43-44
• 3.2.2 试验方法44
• 3.3 试验结果44-53
• 3.3.1 氧化时间44-47
• 3.3.2 十六烷值47-49
• 3.3.3 醇含量49-51
• 3.3.4 酯含量51-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第四章 生物柴油对柴油机排放的影响55-72
• 4.1 试验设备及方案55-56
• 4.1.1 试验装置55-56
• 4.1.2 试验方案56
• 4.2 经济性56-59
• 4.2.1 燃油消耗率56-59
• 4.3 排放试验结果与分析59-70
• 4.3.1 HC排放59-62
• 4.3.2 CO排放62-65
• 4.3.3 NO_X排放65-68
• 4.3.4 烟度68-70
• 4.4 本章小节70-72
• 第五章 全文总结与展望72-74
• 5.1 全文工作总结72-73
• 5.2 工作展望73-74
• 参考文献74-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文、参与项目80

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