江苏大学2012届本科毕业设计翻译 专业：动力机械及工程 学号： 姓名：
部分氢化大豆油甲酯与超低硫柴油混合燃料的废气排放和燃料特性a
Bryan R. Mosera, Aaron Williamsb, Michael J. Haasc, Robert L. McCormickb
文章信息：文章历史：收稿于2008年12月1日，收修订稿于2009年4月6日，接受于2009年5月1日
摘 要：测定了超低含硫量柴油（ULSD）中添加20%体积分数的大豆油甲酯（SME）和部分氢化大豆油甲酯（PHSME）后的重要燃料性能和排放特性，并与ULSD进行了比较。与纯ULSD相比，B20混合油（含20%体积分数的SME和PHSME）主要发生如下变化：良好的润滑性，高运动粘度，高十六烷值，低硫，较差的低温特性和氧化稳定性。与纯ULSD相比，B20混合油的PM和CO排放较低，PHSME混合油的THC排放明显降低，SME和PHSME两种B20混合油的NOX排放均略有升高，在掺混20%的条件下，PHSME不会由于双键减少而导致与SME的NOX排放出现显著差异。台架发动机对SME和PHSME的消耗大于纯ULSD，其中，PHSME消耗相对来说较小。
由Elsevier B.V.出版 关键词：生物油 燃料 排放 脂肪酸甲酯 物理性质 大豆油甲酯
1 简介
生物柴油，是一种由长链脂肪酸可再生植物油或动物油脂制备的脂肪酸单烷基酯组成的替代燃料，作为常规石油或柴油混合燃料（石油柴油）的替代品或者混合物的组成部分引起了重大的兴趣。生物油对于石油柴油具有显著技术优势，例如某种可再生家
表1 选定的超低硫柴油燃料生物柴油和标准规范。
庭原料的衍生品，可以取代进口石油，良好的润滑性，基本上不含硫，优异的着火点和生物降解性，以及能减少大部分的废气排放。生物柴油的主要缺点包括较差的氧化性，贮存稳定性和低温特性，较低的能源体积含量，以及在某些工况下，较高的氮氧化
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物（NOx）的排放。
在同类燃料之间，较高的十六烷值（CN）有
益于减少氮氧化物的排放量，这是有据可 a 美国农业部,农业研究服务，国家农业应用研究中心，美国伊利诺伊州皮奥里亚市大学街N1815号，邮编61604
b 美国能源部，国家再生能源实验室，再生油实验室，美国科罗拉多州80401金?科尔大道1617号，邮编80401
c 美国农业部，农业研究服务中心，东部地区研究中心，美国宾夕法尼亚州温德穆尔东莫枚德街600号，邮 编19038 1
2.3 超低硫柴油燃料性质和B20样本
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所有数据除特别注明外均在一式三份中，
C) 和
并有平均值报告（表2）。雾化温度 (CP, °
表2 ULSD和B20 SME和PHSME混合油的燃料特性。
表 3 康明斯柴油发动机规格。
诱导期（IP，h）是根据EN 14112 [32]利用美国Metrohm公司（佛罗里达州，Riverview）743 型Rancimat 仪器测量出来
的。流过7.5 ±0.1 g样品的空气流速为10升/小时。根据修正系数，
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图 1 使用康明斯ISB柴油发动机的8种模式测试循环。
2.4 发动机测试
ULSD，B20 SME，和B20 PHSME的测试是，
3.1 B20的SME和PHSME混合油的燃料
性能并与ULSD的比较
SME中却没有这些成分 [29]。
2.5 排放检测的种类
常规的排放测量使用与美国联邦法规代3
结果与讨论
表 4 ULSD认证燃油和混合燃油的废气排放。
表 5 油耗（FC）以及ULSD认证燃油和混合油的工作状况。
因为烯丙基双键沿着不饱和FAME脂肪酸的主干，生物油容易自动氧化。为了减少含硫量满足允许的范围 (﹤15 ppm S) ，加氢脱硫的石油同样可以消除ULSD的双键含量，形成了具有良好的氧化稳定性的燃料，尤其
是与生物油相比。以纯净的形式，SME展现
出不到3小时IP值，而PHSME产生了超过6小时的IP值[29]。与此相反，ULSD在目前的研究中显示出优异的氧化稳定性，并经28.9小时IP值的证明（表2）。ULSD中的值
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(分别 0.08 和 0.05 mg KOH/g), 根据ASTM D7467 这是满足要求的（最高限制为0.30 mg KOH/g, 表 1)。 的测试循环不是重型联邦测试程序组成部分中的重型（HD）瞬态循环，而是负载更高，不能在实质上显著减少氮氧化物的排放量。
3.2 氮氧化物废气排放和十六烷值 基线认证ULSD燃料的常规排放中氮氧化
物为3.17 g/bhp h (表 4). 请注意，使用
3.3 颗粒物的排放
常规颗粒物的排放量基本上与氮氧化物的排放量成反比，折中的结果是这些因素引
图 2 相对于认证的ULSD基准燃料的NOx, THC, CO, 和 PM 排放变化 (%)，以及燃料消耗
量（FC）和工作状况。
起氮氧化物的增加通常也会导致颗粒物的有较低的摩尔燃烧热(8.09 MJ/mol)，但当减少，氧化合物和PM的平衡关系。 用
一般来说，相似的碳氧比但较低的碳氢
3.4 其他废气排放
比的脂肪酸甲酯（即更多的氢）表现出更多
有几个因素可能会影响CO的产生，包括的能量含量。例如，在表6中碳氧比为9.5:1燃料的空燃比，燃料类型和成分，燃烧室设的FAME包括硬脂酸甲酯（碳氢比为1:2），计，雾化率，注射时间，发动机负载，转速油酸（碳氢比为1:1.90），亚油酸（碳氢比[44]。鉴于这台发动机的THC排放量非常低，为1:1.79）和乙醇丁酸酯（碳氢比为在这些已经很低的排放水平中，可以得出的1:1.68）。如表6所示，以燃烧热计量，硬主要结论是，与2007年认证的ULSD燃料比脂酸甲酯具有最高的能量含量，亚麻酸甲酯较，生物混合油没有可测量的影响。 则最低。这种趋势的结果是，较低的能量含
量是从逐步提高相同链长的FAME不饱和程
3.5 其他因素
度获得的。这种看法在目前的研究中已经证
尽管不是在目前的研究中直接测量，以前实，B20的SME(比ULSD多3.8%, 图 2)比的一些报告已经证实十六烷(47.12 MJ/kg)B20的PHSME (比ULSD多3.1%, 图 2)有更的能量含量大大超过棕榈酸甲酯(39.45 多的燃油消耗量。如前所述，SME比PHSMEMJ/kg, Table 6)。棕榈酸酯和甲基十二烷含有较多的多元不饱和FAME，这导致了较低(MW 170.33)之间的差别更加显著，后者具的能量含量和较多的燃油消耗量。ULSD的成
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分比部分FAME具有更多的能量含量，因为它们不含氧。因为燃烧是一个氧化过程，初始阶段FAME比碳氢化合物氧化程度更大，
这是因为化学绑定的氧的存在会导致燃烧热(MJ/kg)较少。
表6 选定的FAME和ULSD组成部分的标准燃烧热(ΔcHo, MJ/mol 和 MJ/kg)，碳氢比(C:H)
和碳氧比 (C:O)。
4 结论
混合了ULSD的SME和PHSME相比起纯ULSD燃油属性和排放量的不同也会有一定关系。
致谢
作者要向Mark Matlock及Archer
Daniels Midland Company的员工致谢，感谢他们提贷。
参考文献
[1] G. Knothe, J. Krahl, J. Van Gerpen (Eds.), The Biodiesel Handbook, AOCS Press,Champaign, 2005.
[2] M. Mittelbach, C. Remschmidt, Biodiesel—the Comprehensive Handbook, M.Mittelbach, Graz, 2004.
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