燃料乙醇混合原料发酵技术研究进展

生产燃料乙醇的淀粉质原料受储存周期及运输半径等因素的影响,不同种类原料的价格会因时因地出现较大差别。由于原料在燃料乙醇生产综合成本中占比较大,动态优化原料种类及比例、实时降低综合生产成本的混合原料发酵技术,自然受到了乙醇行业及其科研机构的广泛关注。混合原料发酵技术不仅有助于燃料乙醇行业的良性发展,还可以消化“问题粮”,为原料区域平衡和国储定期轮换提供蓄水池。

异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的试验研究和分析(英文)

在一台改制的发动机上进行了异辛烷、乙醇及其混合燃料HCCI燃烧的研究。发动机性能用缸内压力评估,研究用的参数包括放热率、平均指示压力和热效率。试验结果表明,乙醇着火时刻早于异辛烷;在乙醇中加入异辛烷可以推迟着火,并导致平均指示压力和热效率的降低;对某种特定燃料,HCCI燃烧的发生主要取决于进气充量温度,初始充量温度的增加将导致HCCI燃烧提前;充量温度低或发动机转速低时,混合气形成质量差,对HCCI燃烧有不良影响;指示热效率为30%~43%,其值高于火花点火发动机;预燃室的存在有利于稳定的HCCI燃烧;超稀充量运行可以显著降低NOx排放。

甲醇—异辛烷/正庚烷混合燃料滞燃期特性的数值研究

基于甲醇、异辛烷和正庚烷的详细化学动力学机理,对甲醇、异辛烷、正庚烷及其构成的混合燃料的滞燃期进行了计算研究。研究表明:温度对滞燃期的影响最大,异辛烷和正庚烷燃烧有着明显的负温度系数现象,而甲醇燃烧则没有这一特征;对于甲醇—异辛烷/正庚烷混合燃料,当初始温度小于1000 K时,混合燃料滞燃期随甲醇含量的增加而延长,当初始温度大于1000 K时,混合燃料滞燃期随甲醇含量的增加而缩短;随着混合燃料中甲醇含量的增加,燃料滞燃期的负温度系数特性明显减弱,当甲醇摩尔分数大于85%时,混合燃料滞燃期的负温度系数现象消失;压力对滞燃期的影响也比较明显,在不同的初始温度下,压力对异辛烷和正庚烷滞燃期的影响程度不同;当量比对甲醇、异辛烷和正庚烷的影响特性不同,甲醇的滞燃期随当量比的增加而缩短,当初始温度小于1200 K时,异辛烷和正庚烷的滞燃期随当量比的增加而缩短,当初始温度大于1200 K时,其滞燃期随当量比的增加而延长。根据滞燃期的计算值,对滞燃期公式进行了改进,提出了可以准确计算异辛烷和正庚烷不同当量比燃烧时的滞燃期公式和可以计算甲醇、异辛烷、正庚烷混合燃料滞燃期的经验公式。

甲醇—异辛烷混合燃料滞燃期研究

对Curran的异辛烷详细化学动力学机理和Li的甲醇化学动力学机理进行了甲醇着火滞燃期特性对比研究,发现Curran异辛烷机理基本能反映甲醇的自燃着火过程。基于此,利用Curran异辛烷机理对甲醇—异辛烷混合燃料在初始温度为600 K^1 600 K、压力为1.0 MPa^4.0 MPa、当量比为0.3~1.5范围内的着火滞燃期特性进行了计算研究,分析燃料特性和初始条件对混合燃料滞燃期的影响。结果表明,初始温度对甲醇—异辛烷混合燃料的滞燃期影响较大,当初始温度增加时,滞燃期大幅缩短;部分掺醇混合燃料(掺醇率低于25%)中甲醇含量对燃料滞燃期的影响因温度范围的不同而不同,在850 K以下甲醇比率增加使混合燃料滞燃期延长,在850 K以上甲醇比率增加使其滞燃期缩短。

乙醇喷雾/氨气/甲烷三元燃料的燃烧特性

采用旋流喷雾燃烧器,通过分析燃烧时的火焰结构、OH^(*)和NH_(2)^(*)的荧光信号、火焰光谱以及污染物排放,探究了甲烷、乙醇和氨气3种燃料在不同当量比、摩尔分数和不同雾化空燃比(ALR)下对燃烧的影响和燃烧后烟气中NO、NO_(2)、CO含量的变化趋势。虽然氨气的使用会产生高氮氧化物的排放,但采用三元燃料掺混燃烧(特别是在乙醇占比较高)时,CO和NO的排放量相对较低,燃烧效果最佳。在0.45~0.70当量比范围内,提高ALR有助于喷雾雾化以产生更小的液滴粒径,促进液雾和气体的混合及燃烧,从而降低CO排放。通过三元燃料掺混对燃料的改性,以及燃烧工况的调控作为氨燃烧组织优化的手段,对工业上高效使用氨燃料和减少污染物排放具有指导意义。

掺混乙醇对菜籽油/柴油混合燃料燃烧及排放特性的影响

为改善发动机燃用高比例生物质混合燃料的性能,在中等比例的菜籽油/柴油混合物(VD50)中分别添加10%、20%和30%体积比的乙醇,在助溶剂的作用下制备了菜籽油/柴油/乙醇混合燃料(VD50E10、VD50E20和VD50E30),并对其主要性能进行测试。在1 800 r/min不同负荷条件下,研究乙醇掺混比对中等比例菜籽油/柴油混合燃料燃烧和排放特性的影响,并将其与柴油进行对比。结果表明,在低负荷时,随着乙醇掺混比的增加,混合燃料的燃烧开始时间延迟,缸内峰值压力和瞬时放热率峰值逐渐减小,其中VD50E30最小;在高负荷时,混合燃料的瞬时放热率峰值增加,VD50E30的缸内峰值压力略高于其他试验燃料,柴油的缸内峰值压力最小。随着乙醇体积分数的增加,混合燃料CO和HC的排放量增加,而碳烟和NOx的排放量减小。在某些负荷工况下,VD50E30的碳烟排放量甚至低于柴油。

高温下乙醇/异辛烷混合物着火特性的反应动力学研究

为探究高温条件下在异辛烷中掺混乙醇对其着火滞燃期的影响,对乙醇/异辛烷混合燃料的自着火特性进行了实验和理论研究。通过反射激波管平台和数值模拟计算研究了异辛烷掺混不同摩尔分数的乙醇后在初始压力为0.2或1 MPa、温度范围为1 100 1 900 K、当量比为1.0下的着火特性和化学反应机理。研究结果表明,乙醇/异辛烷混合燃料的滞燃期随乙醇掺混量的增加和随压力的升高而减小,在高温下滞燃期随温度的升高而减小,且滞燃期的对数和温度的倒数近似呈线性关系。通过多元线性回归法拟合了滞燃期的Arrhenius公式,验证了 Nour Atef机理与本实验的吻合性;通过反应路径和滞燃期敏感性分析,从化学动力学角度可知,掺混乙醇对着火滞燃期的影响本质上是由于掺混乙醇产生的大量OH活性基促进了反应,从而缩短了混合燃料的着火滞燃期。

基于M-QSPR的乙醇-汽油参比燃料混合物辛烷值的理论预测

从分子结构角度出发,针对乙醇-汽油参比燃料混合物的辛烷值开展混合物的定量结构-性质相关性(M-QSPR)研究,建立相应的理论预测模型。采用原子碎片描述符对乙醇-汽油参比燃料混合体系的结构特征进行表征,应用遗传-多元线性回归算法从上述描述符中优化筛选出与其辛烷值最为密切相关的特征结构描述符,建立相应的两参数线性预测模型。模型复相关系数为0.987,预测平均绝对误差为1.478。模型内外部验证及稳定性分析结果表明,所建模型具有较强的稳健性及外部预测能力。对模型进行机理解释,揭示了影响乙醇-汽油参比燃料混合物辛烷值的特征结构因素及其影响规律。该研究为工程上提供了一种根据分子结构预测乙醇-汽油参比燃料混合物辛烷值的新方法。

异辛烷掺混乙醇在高温下层流预混燃烧特性的研究

利用高速纹影摄像系统,在定容燃烧弹上对异辛烷掺混乙醇的层流预混燃烧特性进行了研究,获得了两组压力为0.1、0.5MPa,5组乙醇体积掺混比为0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0,初始温度为433K下的层流火焰速率。为了去除火焰面拉伸作用的影响,数据处理采用非线性方法进行推导。研究结果表明,在不同当量比条件下,异辛烷/乙醇混合燃料的层流火焰速率均随初始压力的增加而降低,随乙醇体积掺混比的增加而逐渐增大。根据一步总反应假设理论,对该实验规律进行了分析,并且计算了热力学参数、输运特性参数和总体活化能,发现了化学反应动力学因素对层流燃烧速率的变化所起的主导作用。利用Chemkin软件,对预混层流燃烧速率进行了数值模拟,结果表明,Dagaut模型对异辛烷/乙醇混合燃料的预测效果更好。另外,采用Dagaut模型,对总体反应路径和火焰面结构进行了分析,发现乙醇的替代作用是乙醇掺入后对混合燃料层流燃烧速率起促进作用的原因。

乙醇-柴油混合燃料的燃烧与排放特性

研究了柴油机燃用不同掺混比的乙醇 -柴油混合燃料对排气烟度以及 NOx 气体排放成分的影响 ,分析了尾气排放中甲醛、乙醛以及未燃乙醇的含量。研究结果表明 ,加入一定比例的乙醇可改善缸内燃烧过程 ,大幅度降低排气烟度 ,提高燃油经济性。随着乙醇掺混比的提高 ,尾气中 NOx 含量。

乙醇柴油混合燃料的制备工艺和废气的排放特性

为降低柴油机排放对环境造成的污染 ,用乙醇部分替代柴油 ,探索了乙醇柴油混合燃料的制备方法 ,研究了掺混乙醇及助溶剂对柴油机排放的影响 .结果表明 :无水乙醇可以和柴油以任意比例混溶 ,但痕量水 ( 0 2 %)的添加即导致混合物分层 ,合成的有机助溶剂可保证乙醇 柴油 痕量水体系的稳定性 .基于台架实验 ,考察了掺混1 0 %、2 0 %、3 0 %乙醇对燃料排放性能的影响 .乙醇的最佳掺混比为 2 0 %.在额定工况点 (功率为 1 3kW ,转速为1 5 40r/min)时 ,掺混 2 0 %乙醇的混合燃料可降低烟度 5 5 %,降低HC排放 70 %,降低CO排放 45 %.不添加助溶剂时 ,乙醇的掺混导致排放尾气中产生乙醇、微量乙醛等有机物 .而添加非金属离子助溶剂可使HC、乙醇。

不同配比乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性

为了研究乙醇柴油混合燃料的经济性和排放性,该文在双缸直喷式柴油机和在用的柴油轿车上分别进行了发动机台架试验和整车底盘测功机试验。结果表明,在不调整柴油机条件下,使用乙醇柴油混合燃料能够在一定程度上改善发动机燃油经济性和降低排气烟度和NOX排放,但HC排放增加。适当减小供油提前角有利于改善乙醇柴油混合燃料发动机经济性和排放特性。对于试验车辆,燃用E10有利于降低汽车在中、高速时的等速工况燃料消耗量和常温下冷起动后PM、NOX排放量。该研究结果对于改善乙醇柴油混合燃料的燃油经济性和排放性具有实用价值。

乙醇-柴油混合燃料的理化特性研究

对乙醇 柴油燃料直接影响发动机性能和燃料的使用、存储和运输的几种基本物理化学性质进行了研究。通过对不同比例(乙醇含量分别0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、15%、20%、25%、75%)的混合燃料的密度、粘度、闪点、表面张力、十六烷值、稳定性和磨损性等理化性质的测试和研究,总结出了乙醇含量对混合燃料物性参数的影响规律,归纳出各种参数随温度变化的规律。以密度为特征参数,拟合出混合燃料粘度、表面张力随密度变化的关系,得到了具有较高精度的乙醇 柴油混合燃料的理化特性经验关系式。

乙醇-柴油混合燃料的理化特性的研究

为了有助于开展乙醇柴油混合燃料在发动机上的应用研究,本文开展了不同乙醇掺混比例柴油乙醇混合燃料的主要理化特性的研究。采用数值计算的方法研究了不同乙醇掺混比例对混合燃料的低热值、十六烷值的影响;开展燃料的蒸馏特性试验、粘温特性试验,研究了不同乙醇掺混比例(E0,E10,E20,E30)对混合燃料的蒸馏特性、粘温特性的影响,并对混合燃料的粘温特性试验结果进行数值回归;采用相溶特性试验研究了不同乙醇掺混比例的混合燃料(E0-E100)的相溶特性,以及助溶剂对混合燃料相溶特性曲线的影响。研究结果表明:随着乙醇掺混比例的增加,混合燃料的低热值、十六烷值、粘度逐渐降低,混合燃料的低温蒸馏特性较强,助溶剂可有效解决乙醇柴油的相溶问题。

柴油机供油提前角对乙醇/柴油混合燃料经济性的影响

该文对比分析了乙醇、柴油混合组成乙醇柴油混合燃料的方法,采用生物质作助溶剂配制了乙醇柴油混合燃料。在单缸柴油机上分别使用纯柴油和乙醇柴油混合燃料,进行了改变供油提前角对发动机燃料经济性影响的试验。结果表明:使用乙醇柴油混合燃料时,供油提前角的改变对燃料经济性的影响比较敏感,且相对使用纯柴油,适当减小供油提前角对提高燃料经济性有利。

柴油/乙醇混合燃料的性质及其对发动机性能的影响

研究了不同掺混比例的柴油/乙醇混合燃料的主要理化特性,并结合发动机台架实验考察该混合燃料对发动机性能的影响.实验结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,混合燃料的低热值、十六烷值、粘度逐渐降低;混合燃料的低温蒸馏特性较强;助溶剂可有效解决乙醇柴油的相溶问题.发动机实验结果表明,随着乙醇掺混比例的增加,发动机动力性呈现下降趋势;CO、碳烟排放逐渐改善,NOx、HC排放逐渐恶化;燃料的能量消耗率在外特性和负荷特性高负荷工况下逐渐改善,在中小负荷工况恶化.

木薯乙醇—汽油混合燃料生命周期评价

利用生命周期评价理论,对E10、E22、E85和E100等木薯乙醇—汽油混合燃料进行了生命周期能源、环境及经济性评价,并提出木薯乙醇—汽油混合燃料推广可行度指标。结果表明:与汽油比较,所有木薯乙醇—汽油混合燃料生命周期的整体能源消耗增加,石油消耗降低;生命周期CO、CO2和HC排放降低;生命周期成本增加,并需要政府补贴政策支持。从平衡能源消耗、环境影响和经济性角度考虑,E10是较合适的推广应用形式。

乙醇-柴油混合燃料对柴油机性能及排放的影响

通过对乙醇含量分别为500、1000、1500和2000的混合燃料及纯柴油5种油品的对比实验,研究了燃用乙醇 柴油混合燃料时,柴油机燃油经济性、功率及排放特性的变化规律.实验结果表明,燃用乙醇 柴油混合燃料,柴油机的能量消耗率在乙醇含量为1500时最佳,功率有所下降,但由于乙醇添加量较小,总体来说对发动机性能影响不大.在排放特性方面,NOx的比排放量基本随着乙醇掺烧比例的增加而减少;HC、CO的比排放量基本上随着乙醇掺烧比例的增加而增加;随着乙醇掺入比例的增加,发动机的可见烟度和滤纸式烟度均有显著的降低,干碳烟(DS)的比排放量也呈下降趋势.

以醇类为助溶剂的乙醇柴油混合燃料的试验研究

为了研究醇类在乙醇柴油混合燃料中的助溶效果,以及添加醇类助溶剂后,柴油机燃用乙醇柴油混合燃料的排放性能,分别做了助溶试验和排放性能试验。助溶试验时,选择碳原子数依次增大的正丁醇、正庚醇、正癸醇作为助溶剂,按柴油、乙醇、助溶剂的体积比为75∶20∶5的比例,分别在温度为0、10、20、30℃的恒温条件下配制混合燃料,摇匀静置,观察互溶情况和分层时间,结果发现,柴油乙醇直接混合会立即产生分层;加入助溶剂后会提高互溶效果,过一段时间才会分层;10℃以上环境均能保证柴油乙醇燃料稳定互溶15 d以上;随温度的升高和助溶剂碳原子数的增加稳定互溶时间有增大趋势。排放试验在一台YC6 J170-21车用柴油机上进行,在100%负荷率下,分别测试不同助溶剂的柴油乙醇燃料的CO、HC、NOx和碳烟的排放,结果表明,与纯柴油相比,柴油乙醇燃料的CO排放没有增加;中高转速下,HC和碳烟排放明显下降;NOx排放全程下降;以正丁醇为助溶剂的柴油乙醇燃料的CO、HC、NOx和碳烟的排放最低。

乙醇/柴油混合燃料的相溶性及对发动机性能影响的研究

利用助溶剂解决乙醇/柴油的相溶性问题,讨论了混合燃料中乙醇和助溶剂添加量对相溶性的影响,并使用助溶剂体积分数为1.5%、乙醇体积分数分别为5%、10%、15%的混合燃料及-20号纯柴油(分别表示为E5、E10、E15和E0)在发动机台架上进行了性能和排放试验。研究结果表明,柴油的烃组成是决定相分离温度的决定性因素;对全部测试油品,乙醇体积分数在10%、助溶剂添加体积分数为1.5%时,混合燃料相溶性较好。台架试验显示,随着混合燃料中乙醇掺烧比例的增加,发动机的燃油消耗率逐渐增加,而发动机的额定功率和最大扭矩逐渐降低,但最大扭矩降低的幅度较小;此外,随着乙醇掺烧比例的增加,CO比排放量减少,HC、NOx和PM的比排放量逐渐增加,但NOx和PM的比排放量增加幅度不大。10%体积分数的乙醇添加量是乙醇/柴油的最佳掺烧比。