麻风树生物燃料混合物

摘要

本发明公开了一种麻风树生物燃料混合物，是由麻风树油分别与不同型号的柴油混合，燃料混合物中加入醇及表面活性剂，本发明具有以下优点：具有优良的环保特性、较好的低温发动机启动性能、润滑性能；由于其闪点高，具有较好的安全性能；十六烷值高，使其具有良好的燃料性能；具有可再生性能；用麻风树生物燃料混合物的发动机即可使用普通柴油的发动机，无需作任何改动，并对驾驶无任何影响。本发明的燃料混合物减少了积碳、结焦、CO等有害气体的生成，同时也解决了麻风树植物油闪点、运动粘度、比重等一系列问题。通过实际应用，本发明的各项理化指标均达到或超过0#柴油的各项指标，具有很强的实用性，能够大规模地推广应用。

说明书

所属领域

本发明涉及柴油机用燃料，特别是一种麻风树生物燃料混合物。

背景技术

现有柴油机使用的主要燃料是石油柴油，由于其是由石油中得来，石油属于不可再生资源，随着柴油机数量的增加，石油资源在不断减少，并且柴油燃烧产物的释放引起大气污染，目前世界每年新车产量大约5000万辆，全世界汽车保有量大约7.5亿辆(含摩托车)。随着汽车工业的快速发展，汽油和柴油的用量随汽车保有量的增加而增加，同时也带来了汽车尾气污染等问题。近20年来，虽然在改善油品燃烧过程、尾气净化等方面都取得了很大进展，但仍然不能满足要求，这两方面的因素激励人们研究开发新的代用燃料，目前，美国、加拿大、英国、日本、巴西、新西兰等国都开展了植物油用作柴油机代用燃料的研究工作，并取得了一定成果，日本政府已批准生物柴油作为商品燃料由加油站提供，但是，一般而言，植物油直接用作柴油有如下困难：(1)植物油的粘度大，一般植物油的运动粘度比柴油高10倍，这将导致燃油在柴油机内输送困难，经过喷嘴时雾化不良，燃烧不完全，在现有柴油机中燃烧时易积碳，使活塞粘结，滤清器滤芯阻塞，不能长期使用；(2)植物油的闪点比柴油高，挥发性差，不利于柴油机汽缸中混合气的形成，会出现着火困难现象；(3)植物油的浊点高，导致冷启动困难；(4)未燃烧和燃烧不完全的植物油沿汽缸壁和润滑油接触，使润滑油受污染而变质，引起零部件摩擦加剧，这就需要对现有柴油机发动机做较大的改进，要得到普遍的推广较为困难。

从二十世纪三十年代开始，生物柴油已经被认为是石油基柴油的替代品，在一些情况下已经尝试将植物油加到石油柴油中，通过对植物油进行化学加工，可缓和石油柴油的能源危机及环境污染等问题，同时也可解决上述植物油做柴油机燃料的诸多困难，目前生物柴油的主要问题是成本高，植物油如大豆油、油菜籽油、棕榈油和葵花籽油均为食用油，将食用油广泛用于柴油机燃料，缺乏现实意义，而且栽种这些植物一般需要占用大面积耕地，对于耕地土地较为缺乏的地区不利于推广。据统计，生物柴油制备成本的75％是原料成本，因此采用廉价原料及提高转化从而降低成本是生物柴油能否实用化的关键。

中国专利88102687公开了一种柴油机用新型燃料，它是用一种植物油梓油单独作为柴油机燃料或与不同型号的柴油混合作为柴油机的燃料用于柴油机，但是当梓油与不同型号的柴油混合时，使用所要求的温差较大，介于-12℃～25℃之间，而且对于柴油机的运转时间也有限定，这些都使得这种柴油机用新型燃料使用起来有很大的局限性。

目前所知，麻风树果实的最高含油量约为60％，超过油菜和大豆等我国常见的油料作物。据了解，每亩地平均可产麻风树干果650公斤，可提取加工出约180公斤麻风树油。科研人员将利用生物技术改良麻风树品种，提高果实的含油量。为此，专家已着手收集来自世界各地不同的麻风树资源，构建该植物的基因库。由于麻风树对环境适应能力强，专家认为，它可用于干旱地区的植树造林。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有技术的缺点，提供一种制备成本低廉，不改变现有石油柴油使用的发动机的麻风树生物燃料混合物，它采用的麻风树原料能够广泛地种植，不需占用耕地，产量高。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：麻风树生物燃料混合物，是由下述重量百分比的组分组成的：麻风树油5～30％，柴油94～60％，醇1～10％。以麻风树油20％，柴油77％，醇3％为佳。上述的柴油可以是0^#柴油、10^#柴油、20^#柴油、5^#重柴油、10^#重柴油、20^#重柴油。燃料混合物中加入的醇为链烷醇，该链烷醇为甲醇或乙醇。    

燃料混合物中在加入醇后，需加入表面活性剂，麻风树生物燃料混合物与表面活性剂的重量比为0.5～50∶1000。麻风树生物燃料混合物中加入的表面活性剂由油酸、乳酸乙酯、二乙醇酰胺、硝酸异辛酯组成，它们的重量百分比为油酸25％、乳酸乙酯15％、二乙醇酰胺5％、硝酸异辛酯55％。

通过上面的叙述可以看出，本发明具有以下优点：

(1)具有优良的环保特性。替代部分矿物柴油，主要表现在由于麻风树生物燃料混合物中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，麻风树油含有10％内氧，同时燃烧时产生的悬浮粒子、挥发性有机化合物、聚芳香烃和二氧化碳等污染物的数量也比矿物柴油少，在标准化试验中，麻风树油生物降解为小有机分子、二氧化碳和水。

(2)具有较好的低温发动机启动性能。

(3)具有较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低，使用寿命长。

(4)具有较好的安全性能。由于闪点高，麻风树生物燃料混合物不属于危险品。因此，在运输、储存、使用方面的优势是显而易见的。

(5)具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃烧性好于柴油，燃烧残留物呈微酸性使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。

(6)具有可再生性能。作为可再生能源，与石油储量不同，其通过农业和生物科学家的努力，可供应量不会枯竭。麻风树油是可再生能源，有利于缓解大气的温室效应，一方面麻风树的生长固定了太阳能，吸收了大气中的二氧化碳，从植物的生长分析，当植物生长总量与植物油总消耗量相等时，大气中的二氧化碳量不会因燃用植物油而增加，当生长量大于消耗量时，大气中的二氧化碳量会因此降低；另一方面麻风树栽种与繁殖有利于水土保持。

(7)用麻风树生物燃料混合物的发动机即可使用普通柴油的发动机，无需作任何改动，并对驾驶无任何影响，驾驶者根本无法区分两者的驾驶动力差别。加之麻风树油燃料混合物所用麻风树随着规模种植价格日趋低廉，使生产成本逐步下降，与常规柴油的价格正在缩小。

(8)在麻风树油与柴油的混合物中加入醇及表面活性剂，使较高粘度的混合植物油在汽缸中实现二次雾化，麻风树油燃料混合物在燃烧过程中，随着“微爆”现象的发生，使柴油更加充分地燃烧，增加了热量，减少了积炭、结焦、CO等有害气体的生成，同时也解决了闪点、运动粘度、比重等一系列问题。

(9)通过国家权威检测机构检测，本发明的各项理化指标均达到或超过0^#柴油标准，具有很强的实用性，能够大规模地推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的描述

实施例1：生物燃料混合物的重量百分比的组分组成为：麻风树油20％，柴油77％，甲醇3％，所述的柴油为0^#柴油，生物燃料混合物中在加入醇后，需加入表面活性剂，表面活性剂由油酸、乳酸乙酯、二乙醇酰胺、硝酸异辛酯组成，它们的重量百分比为油酸25％、乳酸乙酯15％、二乙醇酰胺5％、硝酸异辛酯55％。麻风树生物燃料混合物与表面活性剂的重量比为10∶1000。

将上述比例配制的麻风树油燃料混合物与0^#柴油进行对比试验：根据国家权威机构质量监督检验站将含20％的麻风树油的生物燃料混合物与市场购买的0^#柴油进行对比试验，结果表明，麻风树生物燃料混合物能保证柴油机正常工作，麻风树生物燃料混合物与0^#柴油作为燃料相比：其功率平均减少2％，负荷特性燃油耗(比油耗)平均增加3％，排气温度平均降低2％，通过上面的试验可以得出结论：20％的麻风树油的生物燃料混合物与使用0^#柴油作为燃料时，柴油机动力性能及经济指标较为接近，20％的麻风树油的生物燃料混合物可以替代0^#柴油。

试验条件：发动机型号ZS1115柴油机，型式卧式、单缸、四冲程，燃烧室型式直接喷射，活塞行程*汽缸直径115*115，活塞排量1.1945L，标准功率12.6KW/2200r/min，冷却方式水冷蒸发式，喷油器型号PF68S19，喷油泵型号AK型单体分裂式；测试条件：大气温度24～27℃，大气压力94.7～95.0kPa，相对湿度80～90％。

表1  麻风树生物燃料混合物与0^#柴油进行对比试验列表

试验时间：2004年5月27日

         检验项目    单位      0^#柴油麻风树生物燃料混合物(麻风树油20％)       油量限定功率     kW      15.6    15.6    外特性最低燃油耗   G/(Kw.h)      248.0    259.0        扭矩储备率     ％      26    26   烟度 油量限定功率     FSU      2.54    2.39   最大扭矩      3.92    2.54 废气排放 油量限定功率  NO：700～800ppm  CO：0.08～0.15％      HC：0  CO₂：4.0～5.0％    NO：600～750ppm    CO：0.08～0.1％    HC：0    CO₂：4.0～5.0％  最大扭矩    NO：600～700ppm    CO：0.8～0.85％    HC：0    CO₂：5.5～6.0％    NO：600～700ppm    CO：0.8～0.95％    HC：0    CO₂：5.0～6.0％  2200r/min  负荷特性   燃油耗  标定功率    100％   g/(Kw.h)         243.4       247.7    90％         236.7       243.4    80％         233.8       242.8    75％         234.2       244.3    60％         244.6       250.6    50％         255.1       262.6    25％         339.1       355.1  1600r/min  负荷特性   燃油耗  标定功率    100％   g/(Kw.h)         256.4       264.5    90％         238.4       244.9    80％         227.2       237.0    75％         227.5       234.9    60％         222.4       233.3    50％         227.2       236.6    25％         276.2       285.6                   Db(A)         108.7       107.3

表2

由国家权威机构质量监督检验站提供的各项技术检验指标值

检验时间：2004年5月20日

  序号            检验项目 0^#柴油标准规    定指标麻风树生物燃料混合物(麻   风树油20％)实测指标    1馏程  50％回收温度 C 不高于  90％回收温度 C 不高于  95％回收温度 C 不高于    300    355    365        290.0        341.5        343.5        硫含量％(m/m) 不大于    0.2        0.08    3    10％蒸余物残炭％(m/m) 不大于    0.3        0.27    4    灰分％(m/m)           不大于    0.01        0.019    5    水分％(V/V)           不大于    痕迹        痕迹    6      运动粘度(20C)mm2/s    3.0～8.0        7.706    7    铜片腐蚀(50C 3h)级    不大于    1        1b    8            机械杂质    无        无    9    凝点C                 不高于    0        -3    10    冷滤点C               不高于    4        +1    11    闪点(闭点) C         不低于    55    62    12    十六烷值             不小于    45    49    13          密度(20C)kg/m³    实测    853.3    14    色度 号              不大于    3.5    2.0    15    酸度，mgKOH/100ml    不大于    7    6.3

实施例2

生物燃料混合物的重量百分比的组分组成为：麻风树油30％，柴油60％，乙醇10％，所述的柴油是0^#柴油，燃料混合物中在加入醇后，需加入表面活性剂，表面活性剂由油酸、乳酸乙酯、二乙醇酰胺、硝酸异辛酯组成，它们的重量百分比为油酸25％、乳酸乙酯15％、二乙醇酰胺5％、硝酸异辛酯55％。麻风树生物燃料混合物与表面活性剂的重量比为50∶1000。

将上述比例配制的麻风树生物燃料混合物与0^#柴油进行对比试验：经质量监督检验站将含30％的麻风树油的生物燃料混合物与市场购买的0^#柴油进行对比试验，结果表明，麻风树生物燃料混合物与0^#柴油作为燃料相比：其功率平均增加2％，负荷特性燃油耗(比油耗)平均增加2％，排气温度平均降低2％，排气烟度、排气污染基本不变。

试验条件：发动机型号ZS1115柴油机，型式卧式、单缸、四冲程，燃烧室型式直接喷射，活塞行程*汽缸直径115*115，活塞排量1.1945L，标准功率12.6KW/2200r/min，冷却方式水冷蒸发式，喷油器型号PF68S19，喷油泵型号AK型单体分裂式；测试条件：大气温度24～27℃，大气压力94.7～95.0kPa，相对湿度80～90％。

表3麻风树生物燃料混合物与0^#柴油进行对比试验列表

试验时间：2004年5月27日

            检验项目    单位          0^#柴油  麻风树生物燃料混合   物(麻风树油30％)          油量限定功率    kW         15.6         16.6        外特性最低燃油耗    G/(Kw.h)         248.0         255.0          扭矩储备率    ％         26          23    烟度 油量限定功率    FSU         2.54         2.18   最大扭矩         3.92         3.41   废气排放 油量限定功率   NO：700～800ppm   CO：0.08～0.1 5％   HC：0   CO₂：4.0～5.0％   NO：800～900ppm   CO：0.10～0.15％   HC：0   CO₂：4.0～5.0％   最大扭矩   NO：600～700ppm   CO：0.8～0.85％   HC：0   CO₂：5.5～6.0％   NO：900～1000ppm   CO：0.8～1.20％   HC：0   CO₂：5.0～6.0％  2200r/min  负荷特性   燃油耗   标定功率    100％    g/(Kw.h)        243.4        235.2    90％        236.7        237.3    80％        233.8        234.2    75％        234.2        236.8    60％        244.6        248.6    50％        255.1        264.0    25％        339.1        368.8   1600r/min   负荷特性   燃油耗  标定功率    100％    g/(Kw.h)        256.4        256.0    90％        238.4        233.2    80％        227.2        227.6    75％        227.5        227.8    60％        222.4        233.5    50％        227.2        243.7    25％        276.2        289.3                     Db(A)        108.7        109.2

表4

由国家权威机构质量监督检验站提供的各项技术检验指标值检验时

间：2004年5月20日

  序号    检验项目  0^#柴油标准规     定指标麻风树生物燃料混合物(麻  风树油30％)实测指标    1馏程  50％回收温度 C 不高于  90％回收温度 C 不高于  95％回收温度 C 不高于    300    355    365    292.0    340.0    344.5    2    硫含量％(m/m)  不大于    0.2    0.07    3    10％蒸余物残炭％(m/m)  不大于    0.3    0.28    4    灰分％(m/m)            不大于    0.01    0.01    5    水分％(V/V)            不大于    痕迹    痕迹    6    运动粘度(20C)mm2/s    3.0～8.0    7.3    7    铜片腐蚀(50C 3h)级     不大于    1    1b    8    机械杂质    无    无    9    凝点 C                 不高于    0    -3    10    冷滤点 C               不高于    4    +1    11    闪点(闭点) C           不低于    55    50    12    十六烷值               不小于    45    50    13    密度(20C)kg/m³    实测    851.4    14    色度号                 不大于    3.5    2.5    15    酸度，mgKOH/100ml      不大于    7    6.7

实车行车试验：通过选用两辆5吨载重车，即东风EQ1186GD114、东风EQ1116G18D，一辆小客车依维柯4010型用麻风树生物燃料混合物(麻风树油20％)代替0^#柴油进行实车载重运输实验，三辆车累计行驶里程约20000公里。

实验结论：各汽车的动力性、着火性和经济性与0^#柴油相比无差异，其冒黑烟程度与0^#柴油相比都有明显下降，三辆柴油车工作平稳，运行可靠，试验结束后，柴油机拆机检查，主要零件磨损正常，无积碳现象。