生物助溶柴油乙醇混合燃料

摘要

本发明涉及一种生物助溶柴油乙醇混合燃料，按容积比含有70％～96％的柴油、3.65～29.6％的乙醇、0.35％～0.4％的植物油。植物油为豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油、棕榈油或葵花油。其制备方法是先将乙醇与植物油按比例混配成混合剂，混配时使两者在容器内充分晃动均匀，之后将混配好的混合剂按比例加入柴油混合均匀即可。本发明选用植物油作为助溶剂，使乙醇可与柴油在一定的温度范围内以在一定的比例条件下互溶，且在助溶剂加入极少量的情况下，便实现了柴油与乙醇的互溶，互溶性好，不分层。本发明采用的助溶剂是一种可再生的自然资源—植物油，其燃烧产物无污染，来源广泛，使用方便，价格较低。

说明书

技术领域

本发明属于一种混合燃料，特别是涉及一种柴油乙醇混合燃料。

背景技术

能源节约与资源综合利用是中国经济和社会发展的一项长远战略方针。国家制定的节约和替代燃料油“十五”规划中将“节约和替代燃料油”作为解决国家石油资源短缺、缓解石油供需矛盾、保障国家经济安全的重大战略措施。节约和替代燃料油将会加快我国能源结构的调整，促进能源结构优化，同时也是解决我国“资源战略”中的突出问题、保障国家经济安全、促进经济社会可持续发展的有效途径之一。

乙醇作为可再生能源之一，其燃烧过程所排放的CO和含硫气体均低于汽油、柴油，燃烧所产生的CO₂和作为原料的生物源生长所消耗的CO₂的数量上基本持平，因而使用乙醇燃料与使用汽油、柴油等化石能源相比，可减少向大气中排放CO₂的绝对数量，进而实现零排放的目标，对减少大气污染及抑制“温室效应”意义重大，燃料乙醇也因此被称为“清洁燃料”。在国际上，美国、巴西等国推行燃料乙醇给国家带来的巨大综合收益，如刺激农业、维护粮价、完善能源安全体系、改善燃油品质及大气环境质量等，均为世界所共认。目前，许多农业资源国如英国、荷兰、德国、奥地利、泰国、南非等国政府均已制定规划，积极发展燃料乙醇工业。中国对推广使用乙醇燃料也非常重视，目前已把推广使用车用乙醇汽油作为一项系统工程正积极加以策划和推广，并在搞好试点的基础上，逐步向全国推广。

在柴油中加入乙醇具有与汽油中加入乙醇同样的环保效益，据初步的试验，柴油机的烟度排放可减少20％以上，因而可有效地改善柴油机的排放性能，减轻对大气的污染。由此可见，开发应用乙醇柴油混合燃料对节约能源、开发利用可再生能源、促进经济的可持续发展同样都具有积极的推动作用。

中国是柴油消费大国，柴油机动力在各种动力机械中占有相当大的比例，2001年中国汽车产量233万辆，其中柴油车73.4万辆，占31.5％；农业机械总动力5.5亿kW，大部分是以柴油为燃料的柴油机，这些机械年消耗柴油6250万t，占中国年石油净进口量(2000年为7000万t)的约90％，预计到2005年将达8700万t。而炼油行业的生产柴汽比低于消费的柴汽比。推广乙醇汽油后，汽油的产量相应增加，柴油资源不足的矛盾更加突出。若每年消费的柴油中，有20％的柴油是含乙醇15％的乙醇柴油，将消化燃料乙醇187.5万t，可转化粮食近600万t，同时可以减少等数量的柴油消耗，有效地缓解石油紧缺的矛盾，减轻石油进口所需外汇的压力。因而进行乙醇柴油的试验研究，对扩大燃料乙醇的市场容量、推动农业产业结构调整具有积极的意义。

乙醇和一定比例的汽油混合(目前国家推广应用乙醇汽油，燃料乙醇的加入量，初步确定从10％起步)作汽油机的燃料在技术上已经成熟，再加上政府在政策上给予积极的扶持，因此乙醇汽油将会被逐步推广使用。而将柴油(Diesel fuel)与乙醇(Ethanol)混合组成柴油—乙醇混合燃料(diesel-ethanolfuel-DEF)作为柴油机的燃料在国内研究尚不多，其主要原因首先是柴油与乙醇的混合不易解决。在常温下乙醇与柴油掺和时，由于二者的密度相差较大，所以容易引起分层，即乙醇漂浮在柴油之上。二是乙醇与柴油的物理性能直观上不像乙醇与汽油那样接近。乙醇的辛烷值高，其研究法辛烷值(RON)可达111，马达法辛烷值(MON)达91，但十六烷值低，因而从直观的物理性能上看作为汽油机的燃料具有明显的优势，而直接在柴油机上使用比较困难。

国外从上世纪80年代起就开始重视乙醇作为柴油机代用燃料的试验研究工作，目前处于小范围的试验、试用阶段。日本的洋马公司经多次试验已基本解决了乙醇与柴油混合的分层问题，正着力进行柴油——乙醇混合燃料的发动机使用试验。美国ADM公司已开展了乙醇柴油的研究工作，含乙醇15％、其它添加剂5％、柴油80％的乙醇柴油已在柴油车上进行了386km的行车试验。泰国科学技术和环境部、泰国国家石油公司与美国福特汽车公司合作研究开发生物乙醇燃料用于柴油车。

国内在柴油机燃用乙醇、柴油燃料的试验研究方面虽然从上世纪90年代早期已经起步，但其基本途径是对柴油机改进后，采用柴油与乙醇分别供给的方式进行双燃料试验，并取得了可行的结论。如贾元华等在《佳木斯大学学报》(2001年9期Vol19.No.3)发表的论文“乙醇—柴油混合X195柴油机燃料性能试验研究分析”中采用的是“在柴油油路上和乙醇燃料用的压力油路之间设置一个单向阀，使两种燃料进入喷油器之前混合。也有采用助溶剂解决乙醇与柴油的互溶问题的，如大连理工大学许锋等在2003年4期《车用发动机》上发表的“在柴油机上燃用乙醇柴油的实验研究”中，采用的方法是“柴油加入一定量的正丁醇或汽油作为助溶剂，……在不同的室温时加入不同量的助溶剂，使乙醇与柴油完全互溶”。

发明内容

本发明的目的是提供一种互溶性好、不分层的生物助溶柴油乙醇混合燃料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种生物助溶柴油乙醇混合燃料，按容积比含有70％～96％的柴油、3.65～29.6％的乙醇、0.35％～0.4％的植物油。

植物油为豆油、蓖麻油、菜籽油、花生油、棕榈油或葵花油。

其制备方法是先将乙醇与植物油按比例混配成混合剂，混配时使两者在容器内充分晃动均匀，之后将混配好的混合剂按比例加入柴油混合均匀即可。

本发明选用植物油作为助溶剂，使乙醇可与柴油在一定的温度范围内以在一定的比例条件下互溶，且在助溶剂加入极少量的情况下，便实现了柴油与乙醇的互溶，混配成的混合燃料为长期稳定的鲜红色透明液体。在柴油中掺入乙醇后，其蒸发性好，易于和空气形成可燃混合气，有利于在低温下启动发动机，在喷射时容易形成较细油滴，因而发火延迟期可以缩短，发动机工作平稳，而且蒸发性良好的燃料燃烧迅速完全。本发明采用的助溶剂则是一种可再生的自然资源—植物油，其燃烧产物无污染，来源广泛，使用方便，价格较低。

以下结合本发明混合燃料的主要物理特性和发动机使用混合燃料的性能试验进一步说明本发明的积极效果：

1、本发明混合燃料的主要物理特性

用SYP1001--1电炉加热开口闪点测定器，SYP1002--1闭口闪点测定仪，恩氏黏度计、石油密度计等对混合油的主要理化指标进行了测试。取混合剂与柴油的五种不同配比的混合燃料做试验，测得其主要的物理特性见表1。随着乙醇掺入量的增加，混合燃料的比重、黏度、燃点均逐渐降低。一般要求柴油机用燃料的恩氏黏度为1.15-1.76°E₂₀，乙醇—柴油混合燃料的黏度为1.20-1.27°E₂₀，符合柴油机用油黏度的要求。

在柴油中掺入乙醇后，其蒸发性好，易于和空气形成可燃混合气，有利于在低温下启动发动机，在喷射时容易形成较细油滴，因而发火延迟期可以缩短，发动机工作平稳，而且蒸发性良好的燃料燃烧迅速完全。但是燃料馏分过轻时，在延迟期中蒸发的数量过大，当燃料发火时几乎所喷射的燃油全部参加燃烧过程，结果会导致压力增长过速，发动机工作粗暴，而且将出现气阻现象。因此，要控制柴油中的掺醇量。

                表1混合燃料的主要物理特性

序号               1      2       3       4       5

柴油∶乙醇助溶

                   96∶4  88∶12  82∶18  77∶23  70∶30

剂

比重/(g/cm^-3)     0.832  0.828   0.826   0.824   0.821

恩氏黏度/°E₂₀    1.27   1.21    1.23    1.21    1.20

闪点(开口)/℃      23.6   --      --      --      --

燃点/℃            45.5   21.2    21.8    21.8    19.8

2、发动机使用混合燃料的性能试验

2.1发动机动力性能

试验所用仪器为：FZD发动机综合实验台，HZB油耗测量仪，ZH100B型柴油机(标定功率11.03kW，标定转速2200r/min)，D110B型水力测功器，NHA-500废气分析仪，NHT-1不透光度计。

在不改变或少许改变柴油机供油提前角的前提下，结果表明：柴油机在燃用乙醇柴油混合燃料时，同燃用纯柴油相比，其动力性能没有明显的变化，燃油消耗率没有明显增加，发动机负荷特性曲线变化平缓，提高了柴油机较低油耗率的工作范围，但在超负荷时略有下降。

2.2排放试验

柴油机的排放污染物主要是碳烟颗粒、CO、HC、NOx。在对发动机不做任何改动的条件下，柴油中加入一定比例的乙醇，可大幅度降低排气烟度，改善排放特性。但并不随掺混比提高而呈单调关系，存在一个最佳掺混比，使排放有大幅度改善。在燃用乙醇柴油混合燃料时，稍微改动发动机调整参数(喷油提前角)的情况下，柴油机排放特性并不随喷油提前角减小而呈单调关系(随供油提前角减小，HC排放浓度也减小)，存在一个最佳喷油提前角，此时排放大幅度的降低。但是，燃用乙醇柴油混合燃料会出现NOx排放特性的恶化，而且随着乙醇掺混量的增加，排气中乙醛浓度上升，未燃乙醇也成倍地增长。

具体实施方式

实施例1：柴油70％、乙醇29.6％、大豆油0.4％。

实施例2：柴油82％、乙醇17.62％、蓖麻油0.38％。

实施例3：柴油88％、乙醇11.63％、大豆油0.37％。

实施例4：柴油77％、乙醇22.6％、蓖麻油0.4％。

实施例5：柴油96％、乙醇3.65％、蓖麻油0.35％。

上述实施例中的比例均为容积比。

植物油除可选用大豆油、蓖麻油外，还可选用菜籽油、花生油、葵花油、棕榈油或其他植物油，其中以大豆油、蓖麻油为优。

制备时，先将乙醇与植物油按比例混配成混合剂，混配时使两者在容器内充分晃动均匀，之后将混配好的混合剂按比例加入柴油混合均匀即可。