第3期(總第212期)No. 3(Serial No 212)2014年6月VEHICLE ENGINEJun.2014乙醇-正丁醇-柴油混合燃料的互溶性試驗(yàn)研究夏舜午,孫平,鄔齊敏,馮浩杰,杜小鵬(江蘇大學(xué)汽車與發(fā)動(dòng)機(jī)排放硏究所,江蘇鎮(zhèn)江212013)摘要:選擇正丁醇作為助溶劑添加到♂醇-柴油中進(jìn)行相溶性試驗(yàn),繪制♂醇-正丁醇-柴油在不冋溫度下的溶解度曲線,硏究正丁醇添加量和含水體積分教對(duì)混合燃料穩(wěn)定性的影響。硏究得到正丁醇作為乙醇-柴油混合燃料添加劑的合理添加范圍:若要滿足十六烷值大于40,乙醇的體積摻混比極限值為20%6,此時(shí)為保持燃料混合均勻,只需加入5%的正丁醇即可。混合燃料中每多溶解θ.1%體積的水,需要使溫度升高20℃左右或者多添加2%正丁醇關(guān)鍵詞:柴油;乙醇;正丁醇;互溶性;混合燃料DOI:10,3969/isn.1001-222.2014.03.01中圖分類號(hào):TK421.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1001-222(2014)03-0043-03石油資源匱乏和全球環(huán)境惡化已成為當(dāng)今世界用。乙醇和正丁醇是含氧燃料,加入到柴油中能提的兩大難題。為了減少內(nèi)燃機(jī)對(duì)日益短缺的石油基高混合燃料的含氧量,但醇類的十六烷值較低,會(huì)降燃料的依賴,各國都在努力提高內(nèi)燃機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)低混合燃料的十六烷值。柴油的十六烷值為50,而性、降低排放的同時(shí)進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)代用燃料的硏究工乙醇的十六烷值只有8,正丁醇的十六烷值為12。作:。大量試驗(yàn)表明,在柴油中添加含氧燃料乙醇混合燃料的十六烷值可通過經(jīng)驗(yàn)公式(1進(jìn)行估算:能夠有效地控制發(fā)動(dòng)機(jī)污染物的排放,但是乙醇與Ne= aNd+ bNe2+(1-a-bNe3(1)柴油直接混合穩(wěn)定性較差極易分層,需要添加助溶式中:N,N,N,N分別為混合燃料、乙醇、正丁劑以保證混合燃料的穩(wěn)定性。采用正丁醇作為醇、柴油的十六烷值;a,b分別為乙醇和正丁醇所占助溶劑添加到乙醇柴油中可以形成均勻混合溶液,的體積分?jǐn)?shù)。并且這種狀態(tài)能夠保持一個(gè)半月以上,能滿足柴油表1試驗(yàn)燃料的理化性質(zhì)機(jī)的使用要求。如果混合燃料中含有少量水分,物性參數(shù)號(hào)柴油乙醇丁醇這些微量的溶解水將以微滴狀從燃料中游離出來,密度g:cm-30,8350,81影響燃料的穩(wěn)定性。混醇柴油作為內(nèi)燃機(jī)代用燃黏度(20℃)/mPa·s2.95料,它們的互溶臨界溫度越低越好,希望在常溫下低熱值/MJ·kg特別是冬季)也能夠混溶,從而避免混合氣形成和十六烷值燃燒不均勻。本研究對(duì)乙醇-正丁醇柴油體系在不閃點(diǎn)(閉口)/℃同溫度下的互溶性以及微量水分對(duì)正丁醇添加量的汽化潛熱/kJ·kg-1影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%4,821.6試驗(yàn)燃料及試驗(yàn)儀器壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的十六烷值一般在40以上1.1試驗(yàn)燃料才能保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作。從式(1)可以算出,乙醇柴油為車用市售國ⅣO號(hào)柴油,乙醇和正丁醇體積中國煤化工料的十六烷值下降約均為分析純(99.9%)。表1列出了3種燃料的理4.2CNMH數(shù)每增加10%,混合燃化性質(zhì)。從表1可以看出,正丁醇不僅可以作為乙料的人烷世降到3.8個(gè)單位?？紤]到燃料的著醇-柴油的助溶劑,還能夠?qū)σ掖疾裼推鸬秸{(diào)質(zhì)作火性能,乙醇的摻混比應(yīng)控制在20%6以下收稿日期:2013-12-30;修回日期:2014-06-09作者簡介;夏舜午(1991—),女,碩士,主要研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)替代燃料及排放控制; xias hun126.cm,44車用發(fā)動(dòng)機(jī)2014年第3期12試驗(yàn)儀器·bX=m2·lX。試驗(yàn)使用的儀器主要有:XODC低溫恒溫槽,式中:w和w2分別為液相b和液相b量程-30~100℃,溫度波動(dòng)度士0.01℃;KQ3200在乙醇體積分?jǐn)?shù)不大于10%的范圍內(nèi),相分離超聲波均質(zhì)機(jī);各種玻璃儀器如量筒、移液管、燒杯、溫度能夠保持在8℃以下;乙醇含量繼續(xù)增大,相分滴管和100mL試管等離溫度迅速升高,體積分?jǐn)?shù)為20%時(shí),相分離溫度13試驗(yàn)方法達(dá)到了23℃;當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大約在50%時(shí),出現(xiàn)a)無水乙醇正J醇柴油混合燃料的互溶性試驗(yàn)最髙臨界互溶溫度30.2℃。因此,為了改善柴油與設(shè)定低溫恒溫槽溫度分別為θ℃和15℃,將乙醇的互溶情況,本次硏究在乙醇柴油中添加正丁E10,E20∴…E90共9份樣品靜置在恒溫環(huán)境下,使醇促溶,進(jìn)行ξ醇-正丁醇-柴油在不同溫度下的三用移液管往各個(gè)樣品中滴加正丁醇,觀察樣品的分元液系溶解度研究層現(xiàn)象,并繪制三液相圖對(duì)其互溶性進(jìn)行分析。2.2乙醇正丁醇-柴油混合燃料的互溶性b)水分對(duì)乙醇-正丁醇-柴油混合燃料互溶性影乙醇與柴油的互溶性較差,但卻能與正丁醇完響試驗(yàn)全互溶,而根據(jù)相似相溶原則,正丁醇具有親水親油考慮到混合燃料的著火性能,本硏究選擇乙醇基團(tuán),表面活性使得乙醇柴油形成穩(wěn)定體系。在柴體積摻混比為20%的乙醇柴油(E20)進(jìn)行試驗(yàn)研油和乙醇組成的兩相混合物中加入正丁醇,能增大究E20中混有極少量水,比例分別為0.1%,0.2%,柴油和乙醇間的互溶度,正丁醇越多,互溶度越大0.3%時(shí),對(duì)助溶劑正丁醇添加量的影響。當(dāng)加入正丁醇到某一數(shù)量時(shí),柴油和乙醇能夠完全2試驗(yàn)結(jié)果分析互溶。圖2示出乙醇-正丁醇柴油體系在0℃和15℃下的三液相圖。從圖2可以看到,只需添加少2.1乙醇柴油混合燃料的互溶性量的正丁醇就可以使乙醇與柴油以任意比例混合圖1示岀無水乙醇與國Ⅳo號(hào)柴油的互溶度與在相同乙醇摻混比下,正丁醇的添加量隨溫度升高溫度的關(guān)系,帽形線上方為互溶區(qū),下方為醇、油分層減少。在0℃時(shí),正丁醇體積添加量的峰值為區(qū)。圖1表明,在溫度為t的條件下,向柴油中加入12%,出現(xiàn)在乙醇體積摻混比為50%左右的位置;少量乙醇時(shí),如α點(diǎn),為乙醇在柴油中的不飽和溶液,若要滿足十六烷值大于40,確定乙醇的體積摻混比繼續(xù)加入乙醇形成b相,為乙醇在柴油中的飽和狀極限值為20%,為使燃料混合均勻,只需加入5%體態(tài)。從點(diǎn)b到點(diǎn)b形成二層共軛溶液,上層是被柴積的正丁醇即可油飽和了的乙醇層,下層是被乙醇飽和了的柴油層由共軛溶液在定溫定壓下的吉布斯相規(guī)律可得:15℃∫=K-g+0=2-2=0。式中:K為組分?jǐn)?shù);g為項(xiàng)數(shù)柴油0.5050正丁醇互溶區(qū)1△0.75乙醇圖2乙醇正丁醇柴油體系三液相圖過混合燃料互溶性的影響乙醇體積分?jǐn)?shù)/%中國煤化工,又含有羥基,所以,醇類現(xiàn)CNMHG且隨著含碳量的減少圖1乙醇與柴油的互溶度曲線親水性變強(qiáng)。只要體系中含有少量水分,在低溫情只要物系點(diǎn)X落在lk水平線上,共存兩相的況下,混合燃料的耐水性變差,這些微量的溶解水將相點(diǎn)恒為和,當(dāng)X自左向右移動(dòng)時(shí),b相和b以微滴狀從燃料中游離岀來,從而顯著降低臨界互相的互比量應(yīng)服從杠桿規(guī)律,則溶溫度。體系含水量越大,要保持乙醇與柴油混合2014年6月夏舜午,等:乙醇正丁醇-柴油混合燃料的互溶性試驗(yàn)硏究45穩(wěn)定所需正丁醇的量也越大。圖3示出水含量對(duì)臨含量繼續(xù)増大,相分離臨界溫度迅速升高,需要添加界互溶溫度的影響,圖中柴油與乙醇的體積比為助溶劑80:20。由圖3可以看出,混合燃料中每多溶解b)乙醇正丁醇-柴油混合燃料對(duì)水分非常敏0.1%體積的水,需要使溫度升高20℃左右或者多感,燃料中每多溶解0.1%的水,需要使溫度升高添加2.5%體積的正丁醇才能互溶。這是因?yàn)楫?dāng)溫20℃左右或者多添加2.5%正丁醇;為使混合燃料度上升或者加入醇時(shí),混合燃料溶解水的能力增大,能長期保持穩(wěn)定,在儲(chǔ)存過程中應(yīng)盡量與空氣隔絕,原來的飽和含水燃料變?yōu)椴伙柡?可以溶解更多的避免摻入水分水。當(dāng)混合燃料中含水量極少,水分含量僅為0.1%,助溶劑正丁醇的體積添加量為6.5%時(shí),即參考文獻(xiàn):使溫度降低到0℃,混合燃料未達(dá)到飽和狀態(tài),仍然口1周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].3版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社未出現(xiàn)分層現(xiàn)象。2]何邦全,王建昕,閻小光,柴油機(jī)含氧燃料的研究進(jìn)展水體積分?jǐn)?shù)隔%門J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2003,13(1):134-138〔3]黃齊飛,宋崇林.乙醇-柴油混合燃料的相溶性及對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的研究[J]燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2001,35(3)4 Li D, Zhen H, Xingcai L,et al. Physico-chemieal properties of ethanol-diesel blend fuel and its effect on Performance and emissions of diesel engines [J].RenewEnergy,2005,30:967-976正丁醇體積分?jǐn)?shù)%5]劉曉,熊云·低比例乙醇柴油性能硏究[.汽車工程學(xué)報(bào),2011(2):112-121圖3水含量對(duì)臨界互溶溫度的影響6]呂興才,楊劍光,張武高,等.乙醇柴油混合燃料的理化特性研究[].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2004(4):289-2953結(jié)論7]李會(huì)芬,李雙定.室溫下正丁醇作為乙醇-柴油混合燃a)乙醇與柴油直接混合的臨界互溶溫度受摻料助溶劑的試驗(yàn)研究].裝備制造技術(shù),2007(11):4-6混比影響較大,在乙醇體積分?jǐn)?shù)小于10%的范圍8]李雙定,乙醇柴油混合燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)研究[].南內(nèi),可以配制出乙醇柴油直接混合穩(wěn)定的溶液;乙醇寧:廣西大學(xué),2008Mutual Solubility of Ethanol-n-butanol-diesel blended fuelXIA Shun-wu, SUN Ping,WU Qi-min, FENG Hao-jie, DU Xiao-pengJiangsu University Zhenjiang 212013, ChinaAbstract The mutual solubility test of blended fuel was conducted by adding n-butanol cosolvent into ethanol-diesel solutionThe solubility curves of ethanol-n-butanol-diesel at different temperatures were drawn. The influence of n-butanol addition andwater volume content on the stability of blended fuel was researched. Finally the reasonable addition of n-butanol additivehanol-diesel blended fuelcquired. 5%0 n-butanol addition could make the blended fuel uniform if the cetane numberlarger than 40 and the maximum mixing volume fraction of ethanol was 20%. While the water volume content increased by0. 1%, the temperature of the blended fuel needed to increase by about 20C, otherwise 2% n-butanol should be added to thesolutonKey words: diesel ethanol; n-butanol; mutual solubility blended fuel中國煤化工編輯:袁曉燕]CNMHG