甲醇柴油乳化燃料的研究

甲醇柴油乳化燃料的研究 罗坛荣 教授 (山束工业大学 ) 张纪元 工程师 (山东 摊坊柴油机厂 ) 摘要 本文较系统地论述了甲醇柴{}}【的乳化技术 不仅对传统的复 品进行了箍 还J十1度丁以台 成共聚物为基础的新的专用乳化剂SG一1。后者对甲醇柴油的乳化特另4有效。本文还进『 了涡流宣 式和直喷式柴油机燃用甲醇柴油乳状液的大量试验．得出了各种配【土的甲醇柴油乳化燃科的使用嫂 果。并以示功图为依据探讨了不同比例的甲醇柴油乳状液的燃烧特性。 l 前 言 作为碳氧矿物燃料的补充，在内燃机中 掺烧甲醇具有长远的意义。在柴油机 中掺烧 甲醇的方法之一是用甲醇乳化柴油。国内有 些单位(例如天津大学，华中理工大学等)考 察了烧甲醇柴油乳状液的发动机性能，对其 可行性都给予肯定。但是对在乳状液中占有 核心地位的乳化剂很少进行专题 研 究 。再 者，由于不同研究者的试验机型及乳液质量 的差异，使试验结果相差很大，例如，文献(1) 燃用甲醇柴油乳状液的热效率的较佳值比纯 柴油提高 3．46％，文献(2]提高迭 10．4％， 而文献(3]与纯柴油的相当。废气排放的成份 差异更大。 本文的 目的是，通过对乳化剂和乳化方 法作进一步探讨，制备一种效率较高的乳化 剂’考察涡流室式和直喷式柴油机燃用由此 乳化剂制得的甲醇柴油乳状液的性能和燃烧 特性。 2 甲醇柴油的乳化 乳状液为一种液体分数于另一不相混溶 的液体中形成的多相分散体系，分油包水型 (w／o)和水包油型(o／w)两种。乳化剂是 双 亲分子，既亲油又亲水。亲油亲水的程度可 用HLB值来衡量，HLB具有加和性 。 紫油机 1991卑簟6期 2．1 常翔乳化嗣曲乳化试验 2．1．1 甲醇柴油乳化 试验中发现，与水柴油乳化相比，甲醇 柴油的乳化较困难。 许多对水柴油乳化效果较好的乳化荆都 不能使甲醇柴油乳化。作者用上海M801，青 岛MDT-2，山东高唐JY-'I~水柴油乳化剂 进行甲醇柴油乳化试验，结果未能实现乳化。 用Span80(HLB=4．3)和 Tvreen80 (HLB=15)作乳化剂，分散相占2O％(体 积比)，乳化剂量分别为 2％和5 ，HLB =4．5、5，5．5和6，因此共有 8个 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。结 果表明，所有方案采用试管手摇震荡法都能 使水乳化，但不能使甲醇乳化。 2 的乳化 剂量，采用机械搅拌时也不能使甲醇乳化。 2．1．2 用Span85、Span80和 TvreenS0作 乳化剂 取0号柴油24roL，甲醇6mL(~度98％)， 乳化剂中Tween80和Span80的比例为1；2， 并与Span85(HLB—1．8)按一定比例混合就 得到了表1所列的HLB值。采用如下的乳化 步骤。 首先将乳化剂与柴油混合。采用四叶玻 璃捧搅拌器在较低转速下搅拌，然后将甲醇 慢慢加入，再在l 500r／mln下搅拌；lmin。 a．乳化剂量为5 ，HLB在 2～6变化 实验结果绘成图 1。由 图 可 知，乳 液 一 ：6一 维普资讯 http://www.cqvip.com 的稳定性不仅与乳化剂的量而且与乳化荆的 配方(即HLB值)有关。HLB在 3附近较佳。 b．HLB=3，乳化剂量(2～5) 实验结果绘成图 2 可以看出，稳定时 间与乳化剂量并非成线性关系，开始一段 比 较平坦，因此要制得稳定的乳状液需加入足 够量的乳化剂。 崮 l 稳定 时 同与HLB 图 2 稳定 时坷睡 乳化 剂 鼗的关系 - 量 的我化 因此p-j得出结论，胡传统氯化剂，经过 适当的复配，可以将甲醇柴油乳化。但是乳 化剂用量多，为此自制了一种效率较高的乳 化剂，定 名为SG-1型乳化剂。 2．2 SG—l型乳化帮 sG一1乳化剂由两种物质构成，一 种 是 自制的共聚物CP(Copo[ymer)另一1种 是 传统乳化剂Span85。 2．2．1 CP的合成 合成CP的原料盛12一羟基硬 脂 酸 和 聚 乙=醇，它们是常用的化工原料。反应装置 为一带有冷凝器、水分离器、搅拌器和氮气 管的四口烧瓶。温度控制在210±10℃反 应 需要2．5～3．5h 反应产物冷却后呈半固体 状态，为一混台物，作为乳化剂之用不需进 行纯化处理，因此合成工艺非常简单。 2．2．2 乳化荆SG-l的乳化效果 乳化的一般步骤如下： 将Span85与共聚物CP按1；1混合，混合 物就是乳化剂SG一1。乳化剂加热熔 化 ， 然 后将乳化剂溶子柴油中。在低速搅拌下，将 甲醇慢慢加入，再在较高 转速 下 ( 1 600～ 1 700r／mia)搅拌1．5~-2mla。 试验结果如表 1。 ～ 26 一 盎 1 乳 化 剂 0号柴油 甲醇 稳定时D 甲醇量 谪 mL Ml0 4(约0．4 ) 2"1 3 5～ 7 M20 1O(约 l ) z4 6 10～14 M30 12(约1．3 ) 21 9 1～ 2 由表 1可见，与传统乳化剂相比，SG-1 乳化剂用最少稳定时间长。例如，乳化剂量 同样为 1 ，传统乳化剂基本上不能使 M20 甲醇柴油体系乳化，而SG-1乳化剂采用机械 搅拌法在试管中的稳定时问为10~14天。 2．3 关于乳化工艺 (方法 ) 作者采用了手擂震荡和机械搅拌两种方 法配制乳液，其特点是设备简单 ， 操 作 方 便，只是乳液的分散度和均匀性较差。 用SG—l作乳化荆宜采用剂在油中法，即 将乳化剂溶解到油中，因为Span85~CP都 是油溶性的，在甲醇中的分散度较低。 配制乳液时，柴油的温度不要超过40℃， 否则会发生絮凝破乳。当配制大量乳液时， 先将乳化剂溶解在小部分柴油中，然后再与 大部分柴油混合。乳化剂的配方原则上随着 甲醇含量的不同而改变。 对于特定的甲醇柴油体系，存在一个合 适的搅拌速度 (1 600~1 700r／min)粑时间 (1．5~2min)。速度太低分散度不够。 过 高也不好，因乳化剂吸附到新形成的液珠表 面需要一定 的时间。 2．● 乳状液的性质 2．4．1 乳状液的类型 MlO～M30甲醇柴油乳 状 液 是 +／o型 的。能被柴油所稀释，而不能被甲醇所稀释。 2．4．2 外观与颗粒均匀度 M10~M30甲醇柴油乳状液的大致颜 色 如表 2。经放大150倍显微镜观察颗粒 大 小 和均匀性差别不显著，经48小时后观察表明 乳液的稳定性较好，颗 粒平均直径 在 4 p,m 左右。 《纂油机 》1 991卑摹8期 维普资讯 http://www.cqvip.com 袭2 蚺l ～M30乳艟装柏瓿色 Ml0 J MlS 桔红色 l 桔黄色 M20 J M3D 很院桔黄色 l 乳白色 2．4．3 粘度 作者用恩氏糨嫂计测量了几种燃科的粘 度，如表 3。可见，乳液粘度都高于柴油和 甲醇的，而且随甲醇含量增加粘度增大，稳 定 乳液的稍高予非稳定乳液的。 襄j 几种燃料曲轱度 3 甲醇柴油乳化燃料在涡流 室 式柴油机上的应用 3．1 燃用甲醇紫油乳化燃料的结果 试验是在一台195型柴抽机上进行的。乳 液采用手摇法$ 备。坝4定了5种燃料 (纯柴 油，MlO、M15、M2O和M30)，两种供 油 角 (16℃A和2O℃A)，在两种转 速 (1 600 r／rain和2 000r／~in)下的负荷特性。 图3为各种燃料在供油角为16℃A， 转 速为1 600r／rain时的负荷特性，发动机未作 任何变动 M30燃料按热值的折合油耗率与 纯柴油的相近，其余均较纯柴油为低，排温 的规律也是如此。M10燃科在所试验的负荷 范围l勾其油耗率比纯柴油低(2～3) 。 圈4为各种配比燃料在供油角为16℃A， 转速为2 000r／min时的负荷特性， 与 1 600 r／mln的情形相比，M10~M30燃料的折 台 油耗率相对于纯柴油的上移了。在所试验的 工况，M30的折台油耗率比纯柴油的高(1～ 2) ，M2o与纯柴油的相当，M10比纯柴 油 的低。 《紫油机 *1991年第6期 目 3 1 600r／m 静负荷转他 ℃ 图 4 2000r／~in的负荷特 性 表4为各种燃料在标定工况和超负荷时 的烟度。掺浇适量甲醇后，排烟有了不同程 度的改善，M10~M30的烟度依次升高。因 为在同一供油角下，随甲醇台 量：增加，着火 越来越迟，即使甲酵的燃烧遮度较高，但目 燃烧过迟，热量也褥不到有效利用，因此就 出现了M10~M30燃油耗率和烟度较有规律 的试验结果。 将供油角从16℃A提高到2O℃A， 重新 考察2 000r／mi~的负荷特性。M10靴M20出 现了预期的结果，而M30爆燎严重，燃油耗 率井未得到改善。 维普资讯 http://www.cqvip.com 袅4各种燃料在标盎工提釉超l蠢搪工况的蛔度 ? 纯柴油 MIO M1S M20 M30 r 标定工况 1．2 口．6 0． 0．8 1．i ．82kW／2000rlmin 超负荷 工况 1．9 1，2 l，2 1． 2．0 9 E6kW／2 000rjtain 8．2 燃烧压力和放热率 示功图 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明，在同一供油角下 (如 16℃A)。随甲醇含置增如，着 火 越 来越 迟，示功图上出现 “平台一现象，最高燃烧 压力相应降低 (例如主燃室最高压力由纯柴 油的5．9MPa降为M20的{，69MPa)，最 高 燃烧压力出现的时刻也有所推迟。但最大压 升率却不因此而减小，压力图的 平台 现 象因供油角调前而消失。 放热率的计算表明，在同一供油角下， 随甲醇含量的增加，涡流室累计放热占总放 热的比例下降，总放热率最大值 增 高并 推 迟，预混燃烧占总燃烧量的百分地增加。 4 甲醇柴油乳化燃料在直喷式 柴油机上的应用 试验是在一台单缸试验机上进行的，其 缸径130ram，行程150ram，压缩L~,16， 额 定转速2 200r／rain，燃烧室为短圆柱形。直 喷式柴油机上乳状液的制备方法与涡流式的 不同。此处在输油泵后安装了一套超声波髓 车乳化器，以得到比较稳定的乳状液，保证 发动机稳定工作。 试验证实，纯柴油和M2O燃料在1 800r／ rain，19．85kW 时的最 佳 供 油 角 分 别 为 25℃A和28℃A。另外，试验对MIO燃料的 供油角与纯柴油的相同，M30燃料 的 供 油 角与M20的相同。1 500r／rain和1 800r／mla 的负荷特性趋向一致 。 1 800r／min时甲醇掺烧比与折合燃油耗 一 一 宰的关系如图5所示。在所试验的负荷范围 内，M20燃料的有效热效率平均比纯柴油的 提高约(2～4) ，排温比原机低io~25℃。 凰5 1 800r／mia~ 荷特性 5 结 论 8．与水相比，甲醇的乳化较困难， b．用传统的乳化荆经过适当的复 配 可 以将甲醇柴油乳化，但是乳化剂用量多，至 少高于3 } c．新开发的SG-1乳化剂合成 工 艺 简 单，原料是常用的化工原料，有较高的乳化 效果，例如 1 乳化剂量采甩机械搅拌法形 成的乳液在试管中的稳定时间选lO～14天} d．乳液的稳定性不仅与乳化荆量 而 且 与乳化剂的配方 (即HLB数 )有关 。 稳定 时间并非与乳化剂的量成线性关系。乳液的 稳定性与乳化工艺关系密切。采用机械搅拌 时，搅拌速度和时间必须造定适当， e．在柴油机中燃用一定量的甲醇(不大 于3O )，可使发动机性能育所改善，饲如 直喷式柴油机燃用M2O乳化燃料，热效率提 高(2～4) ， f．无论在涡流室式或直喷式柴油机上。 甲醇含量超过3o ，将使燃烧性能恶化，因 此，在柴油机上燃甩超过M3O的乳化燃料是 困难的， (下转第32页 ) 禁油机 1991年算0期 维普资讯 http://www.cqvip.com 裹3 三功艟单缸囊油泵簟机试验结果 ～ — 最配 AKs桑配 懿 1100A 禁油机 扭矩储备率 14．S 12．9 1S．8 最大扭糖点转速 i900 1 950 1 900 min 最大扭糖点转速与标定 73 75, 68．2 转遘比 ，； 标定工况胜i由消耗牢 一 ． 硝9．3 描 3．3 盈l4．3 glkw ·h 最大扭矩点燃油拣耗牢 8．2 2曲 ．3 2钾 ．S g，kW ·h 垒负荷速度特性上最大 4．2 3．7 2．9 烟虚 Bq鼻ch单位 6 小 结 三功能单缸喷油泵的研制成功，说明由 聩油泵来实现单缸荣油机的扭矩校正、功率 限制及起动加浓是完全可能的。试验表明， 三功能单缸喷油泵的性能 可靠性和耐久性 图 8 】批 1+叩 JiJO l埘 " 瑚 口 nt T， nI 丑一I柴油机转速 t，一排气温度 g。一燃油消耗率 荷速度特性 Ne—柴油机功率 Me一柴油机扭矩 R一烟度 完全满足单缸柴油机的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 我们研制的NS，AS、AKS型单缸喷油 泵，其扭矩校正采用节流式出油阀偶件来实 现，当j由泵参数通过试验确定后，油量校正 及最大扭矩点转速即由油泵制造来保证，柴 油机试车时不再需要调整，在需要时对标定 油量进行微调即可。这为柴油机采用扭矩校 正及袖基限制提供了很大方便。 (上接第28页) g．在同一供油角下，燃用甲醇柴 油乳 化燃料的最高燃烧压力降低，但 压 升率 提 高。直喷式柴油机在最佳 供油角下燃用纯柴 油和乳化燃料，后者的最高燃烧温度并不比 纯柴油的低’ h．乳化燃料的最高放热率比纯柴 油的 太，预混燃烧的比重也大。 参 考 童 穗 (1] 史绍熙等-甲醇用作柴油机代用 燃 料 的 研 究，《第十五届国际内燃机会议论文集， (柴油机部分)》，第七研究院第七一一研 究所，1989，I8～25j (2) 华中工学院 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 -机械乳化及文特 I管怯掺 烧甲醇的试验研究，1995 (8] E．E,~gene Echl~ad et al,~tate一0f—t —art R印 0ft啦 ±k U搴e of Alcohols证 D el Em n∞，sAE 840118 (4] 赵国玺· 《表面活性剂物理化学》，北京大 学出舨社1981年 《荣油机 》1 991卑簟B舟 维普资讯 http://www.cqvip.com