掺混策略对聚甲氧基二甲醚/甲醇双燃料燃烧影响的可视化研究

基于一台单缸光学发动机,采用高速摄影和瞬态压力同步测量方法,开展了不同掺混策略对聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)/甲醇双燃料燃烧及火焰发展特性的影响研究,其中掺混策略包括P/M20(甲醇和PODE以2∶8的体积比掺混)燃料双喷射模式和缸内直喷PODE引燃预混甲醇混合气的反应活性控制压燃(reactivity-controlled compression ignition,RCCI)模式。结果表明,对于P/M20燃料双喷射模式,随着气道喷射比例增加,低温反应增强,滞燃期缩短,着火时刻显著提前,进而显著改善了燃烧稳定性;对于RCCI模式,随着气道喷射甲醇占比的增加,滞燃期延长,燃烧相位推迟,峰值压力和放热率均降低,并伴随着燃烧稳定性变差。燃烧可视化显示,两种掺混策略下,随着气道喷射比例的增加,蓝色预混火焰占比增大,最大火焰传播速度降低,由于末端未燃混合气浓度增加,火焰发展由明显的扩散燃烧逐渐转变为末端混合气不断出现新自燃点的顺序自燃模式。对比两种掺混策略可以发现,推迟缸内直喷时刻均能在一定程度上优化燃烧相位,显著改善指示热效率,然而其原因侧重点不同:对于P/M20燃料双喷射模式,提高气道喷射比例可以增强低温放热,促进着火,显著改善燃烧稳定性;对于RCCI模式,其燃烧过程主要位于上止点之后,燃烧相位更接近最佳燃烧相位,进一步减小了传热损失和循环负功,因此其具有更高的指示热效率,也更适合PODE/甲醇双燃料燃烧模式。

聚甲氧基二甲醚-2燃烧动力学模型及试验研究

采用试验研究与动力学建模相结合方法,对聚甲氧基二甲醚-2(polyoxymethylene dimethyl ethers-2,PODE_(2))的中低温燃烧特性进行了研究。基于二甲氧基甲烷(dimethoxymethane,DMM)详细反应机理,遵循基于反应类的速率准则构建了PODE_(2)详细化学反应动力学机理,并与文献试验数据进行了验证;在快速压缩机试验平台测量了PODE_(2)在温度范围为550~900 K,当量比为0.5、1.0、2.0时着火延迟时间,结合所构建的详细反应机理,对PODE_(2)中低温条件下自着火过程控制因素进行了分析。结果表明,所构建的PODE_(2)反应机理可以很好地再现试验测量的着火延迟时间,对文献中现有的试验数据均能给出合理的预测。PODE_(2)自着火过程呈现明显的两阶段着火现象,没有表现出负温度系数(negative temperature coefficient,NTC)行为;PODE_(2)第一阶段着火延迟时间在低温段随温度呈线性变化,在720~820 K的中温范围内呈“平台”状,几乎不随温度变化。PODE_(2)低温反应活性来自于3个替代性通道,由氧加成反应开启的典型低温链分支反应序列作用被抑制。

柴油/聚甲氧基二甲醚混合燃料匹配催化型颗粒捕集器的排放特性研究

使用柴油和聚甲氧基二甲醚(polymethoxy dimethyl ether,PODE)混合燃料进行了柴油机催化型颗粒物捕集器(catalytic diesel particulate filter,CDPF)的排放特性试验,研究分析了添加PODE对CDPF的过滤效率及CDPF前后端NO_(x)、CO_(2)和颗粒物排放变化的影响。结果表明:加入PODE提高了CDPF对颗粒物的过滤效率,使用90%体积分数的柴油与10%体积分数的PODE掺混(D90P10)可使CDPF的平均过滤效率提高3.6%。CDPF对核态颗粒物的过滤效率低于86.39%,CDPF对聚集态颗粒物的过滤效率高于91.32%,CDPF对核态的过滤效率低于聚集态。CDPF对不同粒径颗粒物的过滤效率不同,且随颗粒物粒径的增加而增加。两种燃料下,通过CDPF后的颗粒物的几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)均减小,NO_(x)排放降低,CO_(2)排放增加。

基于光学发动机的柴油/聚甲氧基二甲醚引燃乙醇对比研究

为了改善内燃机燃烧与排放,探究反应活性控制压燃(reactivity controlled compression ignition,RCCI)燃烧规律,在一台轻型光学发动机上对比了缸内分别直喷柴油和聚甲氧基二甲醚(polyoxymethylene dimethyl ethers,PODE)引燃进气道喷射乙醇的燃烧特性。通过调节缸内直喷的喷油时刻和喷油比例,对燃烧过程进行了可视化试验分析。结果表明:随喷油时刻不断推迟,缸内燃烧压力与放热率呈现先增后减的趋势,喷油时刻在上止点前20°时燃烧效果最好。随着缸内直喷燃油比例的增加,每循环燃烧压力峰值和放热率峰值不断增加,燃烧相位提前,燃烧更充分。利用高速成像技术获得的图片结果显示:两种引燃模式下火焰均发生于近壁区域并向四周扩散。火焰亮度最高和面积最大的时刻出现在燃烧始点附近。PODE引燃乙醇时火焰场中无曝光区域而柴油引燃乙醇时存在较多曝光区。PODE/乙醇燃料组合相对于柴油/乙醇燃料组合的缸压和放热率峰值更高,滞燃期和燃烧持续期更短,燃烧效率更高,碳烟生成量更少。

聚甲氧基二甲醚火(PODE_n)引燃时刻对HCII燃烧与排放的影响

为提高均质混合气引燃(HCII)的效率并降低由于引燃柴油预混不充分产生的碳烟排放,在一台HCII原理性单缸机上,分别使用体积分数为0%、50%和100%的聚甲氧基二甲醚(PODE_n)/柴油混合燃料作为引燃燃料研究了在不同引燃燃料喷油时刻下HCII燃烧的燃烧、排放特性和热效率。结果表明:在1 200 r/min,0.3 MPa指示平均有效压力(IMEP)工况下,向引燃燃料中添加PODE_n能够明显降低碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)排放以及循环变动(COV),提高指示热效率,100%的PODE_n作为引燃燃料时HCII燃烧模式的指示热效率达到甚至超过柴油直喷模式;在1 600 r/min,0.6 MPa IMEP工况下,向引燃燃料中添加PODE_n能够明显降低排气光吸收系数,提高指示热效率。

二甲醚/聚甲氧基二甲醚-3简化机理的构建及验证

采用基于误差的直接关系图法(DRGEP)、敏感性分析法以及同分异构聚合法对二甲醚/聚甲氧基二甲醚-3(DME/DMM3)的联合详细化学反应机理进行简化,最终构建了一个包括65个组分和308个反应方程式的DME/DMM3简化化学动力学机理.为了验证其可靠性,分别用二甲醚(DME)和聚甲氧基二甲醚-3(DMM3)详细机理及试验数据与DME/DMM3简化机理计算得到的着火延迟、层流火焰燃烧速度和组分摩尔分数等进行了比较,并分析了DME/DMM3反应路径.最后验证了柴油机转速为1600r/min,当量比为0.18和0.34,燃料DME与DMM3体积配比为1∶9时的仿真与试验的缸内压力和放热率以及CO、CO_(2)、NO_(x)和HC排放物.结果表明:该DME/DMM3简化机理的着火延迟时间、层流火焰燃烧速度及射流搅拌反应器(JSR)中组分摩尔分数、缸内压力、放热率以及CO、CO_(2)、NO_(x)和HC排放物与试验值吻合良好,验证了简化机理的可靠性.

聚甲氧基二甲醚使用性能研究

从聚甲氧基二甲醚使用性能的角度,对其材料相容性、贮存安定性、与柴油的互溶性等进行了系统研究。结果表明,聚甲氧基二甲醚与常见的铜、黄铜、钢、铸铁、铸铝和焊料等金属材料的相容性总体良好,体积分数为10%的聚甲氧基二甲醚调合柴油与聚酯型聚氨酯橡胶和氟橡胶的相容性相对较好,与丁腈橡胶和聚醚型聚氨酯橡胶的相容性相对较差;在16周的43℃贮存安定性实验中,聚甲氧基二甲醚表现出良好的贮存安定性;将聚甲氧基二甲醚按照体积分数为10%的比例与车用柴油掺混后,二者具有良好的互溶稳定性。总体来说,聚甲氧基二甲醚作为柴油调合组分表现出良好的使用性能。

山东能源集团榆林能化公司聚甲氧基二甲醚装置产出优质产品

2022年11月28日,青岛迈特达新材料有限公司技术许可的山东能源集团榆林能化公司10万t/a聚甲氧基二甲醚(DMMn)装置一次性打通全部工艺流程,产出优质DMMn产品。该项目是目前国内首套10万吨级的DMMn装置,也是青岛迈特达新材料有限公司成果转化的重要里程碑。该装置的顺利投产,将助力国家甲醇下游高附加值产业链延伸,推动煤化工产品结构转型升级。

聚甲氧基二甲醚与柴油混合燃料的燃烧与排放特性

聚甲氧基二甲醚（PODEn）是一种高含氧、高十六烷值的新型燃料。为了降低柴油机的颗粒物排放，该文在一台轻型柴油机和一台重型柴油机上对柴油和10％、20％PODE3-4／柴油混合燃料进行了燃烧、排放和热效率的测试。结果表明：添加20％的PODE3-4，轻型柴油机大负荷工况下的碳烟排放下降90％，指示热效率能够提高2％；重型柴油机欧洲稳态循环（ESC）的颗粒物（PH）排放下降36．2％，有效热效率上升0．8％。添加PODE3-4，在指示平均有效压力（IMEP）为0．2～0．6MPa时，对放热率曲线影响不大；在IMEP为0．8MPa时，使主喷放热的滞燃期延长，主喷放热峰值增加。因此，PODE。是很有前景的柴油添加成分。

聚甲氧基二甲醚研究进展

聚甲氧基二甲醚(PODME)是一种有潜力的柴油添加剂,其物化性质、合成方法和催化剂被总结和评述。

聚甲氧基二甲醚的研究进展及前景

聚甲氧基二甲醚是一种理想的新型绿色含氧柴油调和组分,实现该类物质的工业化生产及实际推广应用不仅可充分利用我国过剩甲醇产能部分替代石油,同时能有效缓解雾霾污染,具有重要的经济价值和环保价值。本文综述了国内外关于聚甲氧基二甲醚的研究历程及当前研究进展情况,其中重点介绍了合成聚甲氧基二甲醚的产业发展背景及意义以及该类产品物化特性及优势、定性及定量检测分析方法、合成方法、合成工艺路线及所采用的反应器装置等研究进展,同时介绍了聚甲氧基二甲醚的技术产业化现状,总结了各种方法的特点,分析了聚甲氧基二甲醚的应用拓展及前景,指出聚甲氧基二甲醚在作为柴油调和组分、溶剂和柴油低温流动性改进剂等方面具有很好的应用前景。

聚甲氧基二甲醚及其高比例掺混柴油混合燃料发动机燃烧与排放的试验研究

为研究聚甲氧基二甲醚(PODE)及其高比例掺混柴油混合燃料对发动机燃烧与排放的影响,在一台高压油泵柱塞直径加大的云内动力2102QB柴油机上开展了柴油、PODE及30%、50%质量比掺混柴油混合燃料的燃烧与排放试验研究。发动机燃用纯PODE时排气无烟,相对于柴油,其有效热效率最高提升9.67%,并使总未燃碳氢(THC)和CO排放分别降低了50%及60%,而NOx排放增加不超过10%,因此PODE可以单独作为柴油的替代燃料。30%、50%掺混时发动机经济性略有提升,同时排气烟度及CO、THC排放均有较大幅度的改善。缸压分析燃烧过程显示,柴油中添加PODE后燃烧性能改善,滞燃期和燃烧持续期略微缩短,发动机的有效热效率提高。研究结果还表明,PODE与柴油按质量比30%掺混,可以显著降低排气烟度和有害气体排放,而不需要改变发动机的燃油供给系统。

甲醇和甲醛催化合成聚甲氧基二甲醚

聚甲氧基二甲醚作为柴油添加剂,可以提高柴油的十六烷值(CN),提高燃油的利用率,作为甲醇大宗下游产品具有广阔的应用前景。在固定床管式反应器中,以改性大孔阳离子交换树脂为催化剂,在温度40～100℃、液相空速1.32～16.37h-1、甲醛/甲醇摩尔比1～4和反应压力0.1～3.0MPa下,以单因素实验和正交实验相结合的方式,系统地研究了甲醛与甲醇缩醛化工艺条件,获得了较佳的工艺条件,在温度70℃、甲醛/甲醇摩尔比3∶1、液相空速1.32h-1、反应压力2.0MPa的条件下,甲醇的转化率为69.72%,DMM3—8选择性为62.08%。

分子筛催化剂催化合成聚甲氧基二甲醚

以甲醇、甲缩醛和三聚甲醛为原料,考察了分子筛孔道结构、晶粒粒径、酸性及反应体系对合成聚甲氧基二甲醚反应性能的影响,并筛选出最佳反应条件.结果表明,HMCM鄄22分子筛具有良好的催化性能.在最佳反应条件下,以甲醇与三聚甲醛为原料,DMM2～8的选择性为65.1%;而以甲缩醛和三聚甲醛为原料,DMM2～8的选择性则达到90.6%.NH3鄄TPD结果表明,弱酸位有利于三聚甲醛解聚为甲醛,中强酸位促进长链分子生成,而强酸位导致DMM为主要产物.

聚甲氧基二甲醚合成工艺介绍

以聚甲氧基二甲醚合成原料为分类依据,介绍了几种聚甲氧基二甲醚合成工艺,分析了每种工艺的特点和存在的问题,指出无水生成和无水条件下反应以及原料价格是影响合成工艺能否顺利工业化的重要因素,采用甲缩醛与无水甲醛为原料合成聚甲氧基二甲醚工艺具有现实意义,开发新工艺降低原料成本应是今后的研究方向。

甲缩醛与三聚甲醛合成聚甲氧基二甲醚反应速率研究

为了探究反应条件对聚甲氧基二甲醚合成的影响,采用对甲基苯磺酸改性的强酸性阳离子交换树脂为催化剂,在固定床反应器中考察了甲缩醛和三聚甲醛合成聚甲氧基二甲醚的催化活性并研究了反应速率方程。结果表明,该催化剂具有较好的催化活性,三聚甲醛的转化率达到95%以上。根据连串反应机理,建立了幂函数反应速率方程,采用四阶龙格库塔方法对反应速率方程进行计算,使用粒子群算法(Particle Swarm Optimization)对反应速率方程参数进行了拟合回归。结果表明,该反应速率方程能较好地反映甲缩醛和三聚甲醛的转化率以及产物分布,为反应器模拟以及放大生产提供了基础数据。

聚甲氧基二甲醚合成技术的产业化进展

聚甲氧基二甲醚是煤化工行业中的一个新兴产品,该产品作为车用燃料调和组分具有诸多环保优势,已受到了国内外各行业的极大关注。本文综述了近年来聚甲氧基二甲醚合成技术的最新进展,根据聚甲氧基二甲醚反应原料的不同,分别简要介绍了以甲醇和三聚甲醛为原料、以甲缩醛和多聚甲醛为原料、以甲缩醛和甲醛气体为原料、以甲醇和甲醛为原料的4种主流技术的特色和国内产业化动态;对聚甲氧基二甲醚进入市场所需的支持性政策以及将面临来自于石油行业的抵制等问题进行了评述。最后对聚甲氧基二甲醚的下一步研究方向进行了展望,指出应该围绕"降低产品成本"来开展工作,重点解决以甲醇和甲醛为原料时反应体系中水的负面影响,同时还应该进一步优化催化剂的性能,控制产物分布,提升反应效率。

二甲醚氧化制聚甲氧基二甲醚的研究进展

采用二甲醚(DME)直接氧化合成聚甲氧基二甲醚(DMMx),具有流程短、投资省、CO_2排放低的特点,是一条非常有竞争力的煤基清洁燃料添加剂的合成路线。综述了近年来国内外DME氧化反应制备DMMx的合成方法和研究现状,重点介绍了杂多酸、铼氧化物和硫酸盐等典型催化体系在DME催化氧化反应中所取得的研究进展。对设计制备性能优异的新型催化剂和实现DME向丰富的高碳含氧化合物的定向转化进行了展望。

掺混聚甲氧基二甲醚对柴油机排放的影响

为研究聚甲氧基二甲醚(PODE)/柴油混合燃料对柴油机颗粒物(PM)粒径分布和各模态颗粒捕集效率的影响,将PODE按照体积百分比0%、10%、20%和30%与柴油混合,在不对柴油机做任何改动的情况下,进行排放测试,测量NO_x排放和DPF前后的颗粒粒径分布.结果表明:随着PODE掺混比提高,NO_x排放在10%~50%负荷工况下呈上升趋势,75%~100%负荷工况下呈先上升后下降的趋势;NO_2/NO_x随着PODE掺混比的提高呈上升趋势.PODE的添加可有效降低PM排放.与柴油相比,燃用PODE掺混比20%的混合燃料时,降低PM效果最好;100%负荷工况下,PM总数量浓度降低了18.93%,总体积浓度降低了31.27%.掺混PODE,使DPF对PM的捕集效果减弱,10%~50%负荷工况下较为明显,但捕集率依然可以达到95%以上.

无标样聚甲氧基二甲醚校正因子的测定

聚甲氧基二甲醚是一种理想的新型柴油添加剂。针对聚甲氧基二甲醚组分缺少标样的问题,研究采用气相色谱技术,依据质量守恒原理测定并计算了不同聚合度聚甲氧基二甲醚组分的质量校正因子,以实现各组分含量的准确定量分析。根据反应过程的CH2O守恒及混合过程的质量守恒,对质量校正因子的准确性进行了验证,应用该校正因子计算所得到的质量相对误差小于4%。用此方法测定的校正因子准确度高于有效碳数估算法所得校正因子。该测定方法操作简单,可满足企业生产及实验室研究中聚甲氧基二甲醚产物的定量分析要求。