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对使用各种生物柴油混合物的压燃式发动机NOX排放的综述
摘要
现在对于以生物柴油为燃料的柴油发动机的NOx排放仍存在一些挑战。由于日益严格的排放法规，已经采用了各种不同的方法来减少生物柴油燃烧的排放，例如改变发动机运行参数，使用抗氧化剂添加剂和混合燃料进行处理。一种有效的方法是使用双燃料或掺混燃料。目前，已经使用各种燃料例如汽油，氢气，天然气，沼气，不同类型的醇以及燃料添加剂来减少生物柴油的缺点。这项研究展示了不同燃料作为生物柴油燃料添加剂减少NOX排放的潜力。观察到生物柴油混合物中存在汽油，沼气和酒精时，NOx普遍减少。在所有发动机条件下生物柴油-氢，碘柴油-柴油或生物柴油CNG燃烧中NOX排放没有明显减少。此外，延迟主喷正时，使用较低的喷射压力，使用30％以上的EGR率可降低NOX排放量。但是，如果仅设定适当的喷射参数和燃料的混合比例，在所有工况下，将大多数燃料与生物柴油混合使用，似乎可以降低NOx排放量。
- 简介
柴油发动机有着低成本，高热效率，高稳定性以及在各种工况下较高灵活性的有点。如今，由于应用范围广泛，对于与化石燃料的需求正在增加。根据目前的消耗率，在不久的将来化石燃料将被耗尽。因此，对于替代性可再生、可持续和环境友好型的燃料，成为研究的热点。生物燃料是替代能源之一，具有能源，经济和环境安全的巨大潜力。与其他生物燃料相比，生物柴油由于在压燃式发动机中掺混燃烧或直接使用有希望成为化石燃料的替代品而在全球范围内受到越来越多的关注。由于当前的排放标准将重点放在减少NOX上，而不是其他排放，因此在本综述中考虑了使用不同生物柴油混合物燃料的压燃式发动机的NOX排放。
- 生物柴油特性
生物柴油是一种清洁的，可生物降解的，无毒的燃料，它是通过简单的化学过程由厨余废物和可再生资源生产的例如可食用、不可食用的废植物油，动物脂肪，微生物油和藻油。生物柴油的生产取决于当地脂质原料的供应，区域气候和地理位置。例如，热带气候如马来西亚和印度尼西亚的棕榈油，印度和东南亚的麻疯树，美国的大豆油，菲律宾的椰子油以及欧洲的菜籽油和葵花籽油。通常，菜籽油，低芥酸菜子油，大豆油，向日葵油和棕榈油是生物柴油生产的典型原料。生物柴油的来源很多，例如向日葵，大豆，油菜籽，花生，橄榄，低芥酸菜籽，棕榈，椰子，芥末，罂粟籽，大米，芝麻，高粱，小麦，燕麦，麻风树，乌桕，卡兰贾 ，印度楝树，蓖麻，玛花，水飞蓟，霍霍巴，亚麻籽，烟草种子，海棠木， 沙漠枣，杏仁，大麦，山茶花，花生，月桂树，羊油，棉籽，辣木，胡桐木，克拉贝，芒果，藻类油，废食用油，微生物油，废鱼油，微藻油，松树油和木棉花等。
专业术语
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CN |
十六烷值 |
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CP |
浊点 |
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CFPP |
冷滤点 |
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FAME |
脂肪酸甲酯 |
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CNT |
碳纳米管 |
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DEE |
乙醚 |
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EPS |
发泡聚苯乙烯 |
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EGR |
废气再循环 |
|
CS |
椰子壳 |
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DFC |
双燃料燃烧 |
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SFC |
单燃料燃烧 |
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IT |
喷射正时 |
|
IP |
喷射压力 |
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CNG |
压缩天然气 |
|
CI |
压缩点火 |
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NOx |
氮氧化物 |
目前，已经开发出许多用于生物柴油生产的方法，例如热解，乳化，超临界流体方法和酯交换。 酯交换法由于其技术简单性和效率，是最常用的方法，它可以增强生物柴油的燃料特性，使其类似于柴油。 实际上，生物柴油是衍生自植物油和动物脂肪的长链脂肪酸单烷基酯的多组分混合物。这些非常大的分子通过与醇（主要是甲醇）的酯交换反应转化为酯。通过油和醇之间的酯交换反应，可以生产分子量，粘度，熔点和沸点较低的生物柴油（见表1和2）。脂肪酸甲酯（FAME）的理化性质主要归因于燃料原料组成的显着差异，受烷基链长，支链、双键的数量，位置和几何构型、氢键以及其他能影响脂肪酸链的官能团。通常，生物柴油主要由C16-C18脂肪酸甲酯组成，它们是饱和FAME，分别为棕榈酸甲酯（C17H34O2，C16：0）和硬脂酸甲酯（C19H38O2，C18：0）。油酸甲酯（C19H36O2，C18：1），亚麻酸甲酯（C19H34O2，C18：2）和亚麻酸甲酯（C17H32O2，C18：3）作为不饱和FAME。实际上，C18不饱和脂肪酸甲酯（C18-UFAMEs：C18：1，C18：2和C18：3）是大多数生物柴油的主要成分，其质量分数一般大于70％：麻疯树-75.34％，黄连木-73.7％，山梨黄单胞菌82.1％，威尔逊草-80.6％，乌ap材-87.35％，福特草-84.41％，poly实76.42％，花椒花椒77.25％，西伯利亚杏-94.29％，大豆85.3％和油菜籽90.5％。油菜籽，大豆，向日葵，玉米，橄榄，棉籽，麻风树，亚麻籽和猪油生物柴油富含不饱和脂肪酸甲酯，而棕榈，椰子和牛脂生物柴油的特点是饱和脂肪酸甲酯含量高。生物柴油的不饱和度也是重要的参数，不饱和度受生物柴油组合物中双键数量的影响。 许多生物柴油的特性会随着其不饱和度的变化而变化。 不饱和度越高，纯脂肪化合物的倾点越低，十六烷值越低，氧化稳定性越差，燃烧热越低，低温流动性越好，氧含量越高，粘度越低。
表1 各种原料的生物柴油的理化特性
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|
生物柴油 |
运动粘度 （mm2/s） |
十六烷值 |
热值 （MJ/kg） |
浊点 （℃） |
倾点 （℃） |
闪点 （℃） |
密度 （kg/L） |
参考文献 |
|
卡兰贾甲酯 |
5.52-9.6 |
57.6-60.9 |
36.12-40.96 |
- |
-3～-1 |
187-230 |
0.876-0.89 |
[20-22] |
|
油菜籽甲酯 |
2.56-4.4 |
53.6-56.1 |
37.8-44.93 |
- |
-5～-1 |
170 |
0.88-0.9 |
[20,23] |
|
玉米甲酯 |
2.45-2.56 |
58.37-59.0 |
44.92-45.06 |
- |
-5～-2 |
- |
- |
[20] |
|
米糠甲酯 |
5.6 |
56.3 |
39.6 |
- |
- |
153 |
0.877 |
[24,25] |
|
水黄皮甲酯 |
5.3 |
55.4 |
36.05-39.14 |
- |
- |
147 |
0.886-0.89 |
[24,25] |
|
玛花油甲酯 |
3.98-5.8 |
51-62 |
36.8-39.91 |
3-5 |
1-6 |
127-208 |
0.865-0.916 |
[26-30] |
|
玛花油乙酯 |
6.2 |
55 |
41.6 |
5 |
2 |
164 |
- |
[30] |
|
霍霍巴甲酯 |
15.3-19.2 |
52.5-63.5 |
39.88-47.38 |
- |
- |
66-104 |
0.866-0.903 |
[31,32] |
|
麻风树甲酯 |
2.35-5.48 |
51-63.27 |
38.467-41.63 |
-2.9 |
-13.1～2 |
172-175 |
0.849-0.88 |
[20,33,34] |
|
牛脂甲酯 |
4.7 |
61 |
39.933 |
- |
- |
169 |
0.87 |
[34] |
|
棕榈甲酯 |
4.605 |
56.5-61.7 |
38.29-40.48 |
- |
- |
184.8 |
0.872 |
[25,34-36] |
|
大豆甲酯 |
4.1-4.5 |
45-57 |
33.5-39.8 |
4 |
- |
130-164.9 |
0.84-0.881 |
[15,34,37] |
|
椰子甲酯 |
4.02 |
56.7 |
39.92 |
4 |
3 |
145.5 |
0.856 |
[3] |
|
菜籽油甲酯 |
4.92 |
47.2 |
39.92 |
- |
- |
- |
0.89 |
[38] |
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