质量分数表示。油品的灰分随原油的种类、性质和加工方法不同而异。油品中的灰分是不能燃烧的矿物质,呈粒状,非常坚硬。柴油中的灰分能在摩擦副之间起着磨料的作用,并具有腐蚀金属的作用,是造成气缸壁与活塞环磨损的重要原因之一。产生灰分的物质在调合燃料中以固体磨料、可溶性金属皂、生物柴油中未除去的催化剂三种形式体现。固体磨料和未除去的催化剂能导致喷射器、燃油泵、活塞和活塞环磨损,以及发动机沉积。可溶性金属皂对磨损影响很小,但却能导致滤网堵塞和发动机沉积。B10的灰分检测以柴油的国标分析方法GB/T 508石油产品灰分测定法作为依据,按照此方法测得所有B10样品的灰分结果都小于0.004%(表8)。ASTM D7467中规定B6?B20调合燃料的灰分含量不大于0.01%,因此本标准规定B10调合燃料的灰分含量不大于0.01%。
表8 调合燃料B10的灰分
项目
灰分(质量分数)/%
分析方法 GB/T 508
B10-1b 0.002
B10-2a 0.001
B10-3a 0.004
5.8 铜片腐蚀
由于酸或含硫化合物的存在能使铜片褪色,此试验可用来评测燃料系统中燃料对紫铜、黄铜、青铜部件产生腐蚀的可能性。我国生物柴油标准和柴油标准都要求铜片腐蚀不大于1级,分析方法GB/T 5096。经采集的生物柴油样品、柴油样品以及B10调合燃料样品的铜片腐蚀皆为不大于1级,因此本标准也将生物柴油铜片腐蚀标准定为不大于1级。 5.9 水含量
水会导致生物柴油的氧化并与游离脂肪酸生成酸性水溶液从而对金属产生腐蚀;而且水会促进生物柴油中微生物如酵母菌、真菌和细菌的生长,这些有机体可形成淤泥并有可能堵塞滤网。在与石油柴油的调合燃料中,水的存在还会引起相分离现象。因此需在标准中对最大水含量进行限制。
美国生物柴油标准将水分和沉积物含量合为一个标准,在纯生物柴油B100标准ASTM D6751和调合燃料B6-B20标准ASTM D7467中都规定水分和沉积物的体积分数不能超过0.05%。欧洲车用柴油标准EN 590:2004(含B5)要求水的质量分数不超过0.02%,生物柴油B100标准EN 14214要求1kg生物柴油中水的含量不超过500mg。我国国家标准中要求生物柴油BD100水质量分数不大于0.05%,B5调合
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燃料的水质量分数不大于0.035%,仲裁分析方法为SH/T 0246。用SH/T 0246方法分析了生物柴油和B10调合燃料的水含量,结果如表9所示。由表可见,生物柴油样品的水含量不大于0.05%,B10调合燃料的水含量不大于0.02%。根据我省气候特点,将水质量分数规定为不大于0.04%。
表9 生物柴油、调合燃料B10的水含量
样品 生物柴油1 生物柴油2 生物柴油3 水含量(质量分数)/% 0.048 0.05 0.04 样品 B10-1b B10-2a B10-3a 水含量(质量分数)/% 0.017 0.01 0.01 5.10 机械杂质
机械杂质指存在于油品中所有不溶于规定溶剂的杂质。机械杂质对发动机零部件的磨损以及运转是否正常都有严重影响。生物柴油B10调合燃料中不允许有机械杂质。所采样品按方法GB/T 511分析有无机械杂质。 5.11 运动黏度
运动黏度为相同温度下油品的动力黏度与密度之比。对于一些发动机而言,为了防止喷射泵和喷射器泄露而造成功率损失,需设定一个黏度最小值;另一方面,由于对发动机的设计尺寸、喷油系统的特性的考虑,限定了允许黏度的最大值。我国用于测定柴油运动黏度分析方法为GB/T 265。生物柴油一般测定的是40℃的数值,而石油柴油我国习惯上测定20℃的数值。本课题对B10样品在20℃和40℃下的运动黏度进行了测定,结果如表10所示。美国生物柴油调合燃料B6-B20标准ASTM D7467中测定的是40℃时的运动黏度,规定范围为1.9?4.1 mm2/s。本标准参照美国标准对调合燃料B10的运动黏度也测定40℃下的数据,指标根据我国生物柴油标准设定为1.9?6.0 mm2/s。
由表可见,经实验表明,虽然生物柴油在40℃运动黏度大于石油柴油,但含10%生物柴油的调合燃料B10的运动黏度与石油柴油的相当。
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表10 生物柴油、普通柴油和调合燃料B10的运动黏度
样品 生物柴油1 生物柴油2 生物柴油3 0号普通柴油a 0号普通柴油b B10-1b B10-2a B10-3a 运动粘度(40℃)/(mm2/s) 4.378 4.2 4.2 - 3.057 3.152 3.1 3.1 样品 0号普通柴油a 0号普通柴油b B10-1b B10-2a B10-3a 运动粘度(20℃)/(mm2/s) 4.8 4.9 5.018 4.9 4.9 5.12 闪点
闪点对于调合燃料B10的贮存和运输安全有着重要意义。纯生物柴油(BD100)即脂肪酸甲酯,其闪点都很高,GB/T 20828-2007规定其闭口闪点为130℃以上,石油柴油的闪点远低于生物柴油。按照GB/T 261——闪点的测定 宾斯基-马丁闭口杯法测得调合燃料B10样品的闭口闪点如表11所示,由表可见,调合燃料B10的闭口闪点仅稍高于相应0号普通柴油的闪点。因此将调合燃料B10的闪点规定为与0号普通柴油一样,即不低于55℃。
表11 生物柴油、普通柴油和调合燃料B10的闪点
样品 生物柴油1 生物柴油2 生物柴油3 0号普通柴油a 0号普通柴油b 闭口闪点/(℃) 188 150 161 65 64 样品 B10-1b B10-2a B10-3a 闭口闪点/(℃) 67 68 69 5.13 冷滤点、凝点
柴油在低温条件下的流动性能,不仅关系到柴油发动机燃料供给系统在低温下能否正常供油,而且与柴油在低温下的贮存、运输、装卸等作业能否进行都有密切关系。柴油的低温流动性能一般用冷滤点、浊点、凝点/倾点来衡量。美国使用浊点和倾点指标,其生物柴油标准也用浊点指标,但未规定具体值。冷滤点是
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规定条件下20mL试样开始不能通过过滤器时的最高温度,检测方法为SH/T 0248。0号普通柴油的冷滤点和凝点要求分别为不高于4℃和0℃。生物柴油的冷滤点和凝点差别较小,因此生物柴油BD100国家标准GB/T 20828-2007中对低温流动性以冷滤点来衡量。
鉴于冷滤点与燃料实际使用温度有很好的对应关系,对调合燃料的使用有实际指导意义,对生物柴油和调合燃料B10样品测试了冷滤点和凝点,结果如表12所示。不同冷滤点和凝点的生物柴油与0号普通柴油调配B10调合燃料后冷滤点≤4℃,凝点≤0℃,因此冷滤点和凝点的要求与0号普通柴油相同。
表12 生物柴油、普通柴油和调合燃料B10的冷滤点和凝点
样品 生物柴油1 生物柴油2 生物柴油3 0号普通柴油a 0号普通柴油b 冷滤点/℃ 3 4 2 -5 0 凝点/℃ - - - -15 -6 样品 B10-1b B10-2a B10-3a 冷滤点/℃ 0 -6 -8 凝点/℃ -4 -12 -14 5.14 十六烷值
十六烷值可以评价燃料油的点火性能、白烟影响及燃烧强度。十六烷值规格要求取决于发动机的设计尺寸,转速、负载变化特性以及初始和大气条件。十六烷值高的燃料,自燃点低,整个燃烧过程发热均匀,可降低发动机机械负荷、防止工作粗暴的发生,同时也使油品起动性能好,发动机轴承负荷低。十六烷值的测试方法为GB/T 386,按照该方法测得生物柴油和调合燃料B10的十六烷值见表13。
生物柴油的十六烷值一般都高于石油柴油。美国标准ASTM D975中规定其石油柴油十六烷值不低于40,在标准ASTM D6751中规定生物柴油B100的十六烷值不低于47,而在ASTM D7467中规定生物柴油调合燃料B6?B20的十六烷值不低于40。我国普通柴油标准GB 252规定柴油的十六烷值不能低于45,调合燃料B10的十六烷值与石油柴油接近,故本标准规定的十六烷值与普通柴油一致,即不低于45。
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表13 生物柴油和调合燃料B10的十六烷值
样品 生物柴油1 生物柴油2 生物柴油3 十六烷值 57.7 53.9 49.0 样品 B10-1b B10-2a B10-3a 十六烷值 54.1 45.2 45.4 5.15 馏程
馏程是评定液体燃料蒸发性的最重要的质量指标,它既能说明液体燃料的沸点范围,又能判断油品组成中轻重组分的大体含量,对生产、使用、贮存等各方面都有着重要的意义。对燃料蒸发性的要求取决于发动机设计、尺寸、行驶速度和负荷变化的特性以及启动和大气条件等。对于像公共汽车和卡车这样负荷和速度波动很大的车辆来说,易于挥发的燃料可以使发动机性能更好,特别是在黑烟和气味方面。但是燃油的重组分可以提供更好的燃料经济性。50%回收温度表示柴油中轻馏分的含量,它影响柴油的密度和黏度,此温度低,则馏分轻,蒸发和燃烧速度快,发动机易起动。90%回收温度和95%回收温度表示重质馏分的含量,此温度高,重馏分多,喷射雾化不良,蒸发慢,燃烧不完全,高温下发生热分解而生成积炭,使排气带黑烟,增加耗油量,同时使机械磨损增加。柴油馏程尾部越重会造成排放恶化,多生成烟炱、黑烟和颗粒物。馏程的分析方法为GB/T 6536,用该方法分析了0号普通柴油以及调合燃料B10的馏程,如表14所示。
由表18可见,调合燃料B10的馏程温度与石油柴油的类似。我国柴油标准和生物柴油调合燃料(B5)标准中对馏程的要求均是50%回收温度不高于300℃,90%回收温度不高于355℃,95%回收温度不高于365℃。经过检测调合燃料B10样品也满足此要求,因此将调合燃料B10的馏程要求定为与柴油标准相同。
表14 普通柴油和调合燃料B10的馏程
样品 0号普通柴油a 0号普通柴油b B10-1b B10-2a B10-3a
50%回收温度/℃
272 278 288 279 278
90%回收温度/℃
340 340 341 337 338
95%回收温度/℃
356 352 352 347 348
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