本文選題：生物柴油　切入點(diǎn)：燃料設(shè)計　出處：《浙江大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：面對日益嚴(yán)重的石油安全問題和環(huán)境污染問題,開發(fā)高效清潔的柴油替代燃料是世界各國應(yīng)對這些問題的有效手段之一。生物柴油作為傳統(tǒng)柴油的替代燃料,具有清潔、可再生、燃燒特性和排放特性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),受到越來越多的關(guān)注。本文研究了基于產(chǎn)率最高的大豆油生物柴油的最優(yōu)制備工藝,并分析了各個因素的重要度、交互作用及其機(jī)理；從燃料設(shè)計角度研究了生物柴油的理化特性和噴霧特性；同時研究生物柴油混合燃料在內(nèi)燃機(jī)上的燃燒與排放特性。具體研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下：1.生物柴油制備工藝優(yōu)化研究。選取大豆油作為生物柴油制備原料,按U12(46)的均勻設(shè)計試驗(yàn)方案試驗(yàn),以甲醇,催化劑,反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間等4個因素作為研究對象。通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、有約束優(yōu)化、小波分析等方法處理,確定了大豆油生物柴油的最優(yōu)制備工藝。在因素的作用機(jī)理研究時,根據(jù)“數(shù)據(jù)先小波消噪-后回歸分析”得到的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行分析,結(jié)果表明,上述4個因素對生物柴油產(chǎn)率具有重要的影響,且甲醇和催化劑,甲醇和反應(yīng)溫度,催化劑和反應(yīng)時間之間存在對抗效應(yīng)。甲醇和反應(yīng)時間,反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間之間存在協(xié)同效應(yīng)。2.生物柴油的物性影響到其燃燒過程及排放。本文根據(jù)燃料設(shè)計概念,選用生物柴油和柴油以不同比例互溶互混,研究了混合燃料理化特性參數(shù),并給出了這些參數(shù)與生物柴油體積分?jǐn)?shù)的擬合函數(shù)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),混合燃料絕大多數(shù)理化特性與生物柴油體積分?jǐn)?shù)呈線性關(guān)系。生物柴油的粘度比礦物柴油大,生物柴油混合燃料的粘度隨生物柴油含量的增加而直線增加,其粘溫曲線與石化柴油相似,按雙曲線函數(shù)變化�；旌先剂系谋砻鎻埩﹄S著生物柴油含量的增加而直線增加,隨著溫度升高而下降。生物柴油的潤滑性能明顯優(yōu)于礦物柴油,但生物柴油中殘存的甲醇、甘油等物質(zhì)會導(dǎo)致其極限承載能力下降。生物柴油對丁腈橡膠有溶脹作用,對銅管及含銅金屬部件有腐蝕作用。3.生物柴油的噴霧特性也是其燃燒過程及排放的重要因素。通過對生物柴油和石化柴油的噴霧特性研究發(fā)現(xiàn)：在相同壓力條件下,由于生物柴油密度較大,導(dǎo)致質(zhì)量流量比石化柴油高；并且由于其較大的粘度使臨界空穴條件更嚴(yán)格,空穴強(qiáng)度低于石化柴油,從而使得其霧化比石化柴油差。噴油器開始噴霧后,由于生物柴油密度、粘度和表面張力均高于柴油,導(dǎo)致生物柴油的噴霧細(xì)長,噴霧貫穿距離較大。而柴油的噴霧較寬,噴霧貫穿距離較小。在噴霧宏觀特性上,生物柴油與柴油差別十分明顯。在相同背壓下,隨著混合燃料中生物柴油含量的增加,噴霧貫穿距離變大,噴霧錐角變小,霧化質(zhì)量變差。在高噴射壓力下,隨著噴射壓力的增加,各種混合燃料的噴霧錐角差別不大。4.在研究了生物柴油制備、物性及噴霧特性后,重點(diǎn)研究了生物柴油及其混合燃料在內(nèi)燃機(jī)上的燃燒與排放特性。(1)采用DEWE-800發(fā)動機(jī)多通道燃燒分析儀測取了490B柴油機(jī)缸內(nèi)瞬時燃燒壓力及其相位,并計算了放熱規(guī)律。結(jié)果顯示,隨著混合燃料中生物柴油含量的增加,缸內(nèi)燃燒壓力峰值和壓力升高率峰值均降低。與柴油相比,混合燃料的缸內(nèi)燃燒壓力峰值相位提前1-2°CA,瞬時放熱率的峰值降低且相位提前2-3°CA。低負(fù)荷時,混合燃料的燃燒始點(diǎn)晚于柴油6-8°CA,燃燒終點(diǎn)比柴油延后29-38°CA左右,燃燒持續(xù)期比柴油增加21-32°CA左右。高負(fù)荷時,混合燃料的燃燒始點(diǎn)略微提前約0.3-0.9°CA,燃燒終點(diǎn)比柴油延后5-8°CA左右,燃燒持續(xù)期比柴油增加6-8°CA左右。低負(fù)荷時,B100的燃燒始點(diǎn)與柴油接近,燃燒終點(diǎn)比柴油提前23°CA,燃燒持續(xù)期比柴油縮短22°CA左右。高負(fù)荷時,B100的燃燒始點(diǎn)與柴油接近,燃燒終點(diǎn)比柴油延后0.7°CA左右,燃燒持續(xù)期比柴油增加1.6°CA左右。(2)采用Y380S型測功器測取了490B柴油機(jī)的扭矩、功率、及燃油消耗率等參數(shù)來評價內(nèi)燃機(jī)的工作性能。結(jié)果顯示,生物柴油混合燃料的有效功率和有效扭矩整體低于柴油(B20的有效功率和扭矩相對較高)�；旌先剂系娜加拖牧考叭加拖穆示笥诓裼�,且其差距隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而加劇。有效熱效率明顯低于柴油(外特性試驗(yàn)時規(guī)律相反)�；旌先剂系呐艢鉁囟鹊陀诓裼�,且其差距隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的增加而加大。(3)采用AVL SESAM-FTIR多組分分析儀和NHT-6型不透光度計測取了490B柴油機(jī)的常規(guī)及非常規(guī)排放。結(jié)果顯示,B100的甲醛(HCHO)、乙醛(MECHO)、1,3-丁二烯(C4H6)排放相對高于柴油,高負(fù)荷下,甲酸(HCOOH)排放也相對較高。B100的芳香烴(AHC)、 NO、NOx、CO2、SO2、異氰酸(HNCO)、甲烷(CH4)和碳煙排放相對較低。與柴油相比,混合燃料的各類碳?xì)浠衔?HC)排放較低,且以B20、B50和B75的降低幅度最為明顯。但是,在高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速下,B100的各類碳?xì)浠衔?HC)排放比柴油高。隨著生物柴油含量的增加,混合燃料的NO、NOX、CO2、SO2、碳煙、甲烷(CH4)、丙烷(C3H8)、乙醛(MECHO)、乙炔(C2H2)、甲腈(HCN)和芳香烴(AHC)排放隨之降低�；旌先剂现�,B20的乙醛(MECHO)、甲腈(HCN)、甲酸(HCOOH)、異氰酸(HNCO)及各類碳?xì)浠衔?HC)排放量基本為最低。
[Abstract]:In the face of increasingly serious problems of oil safety and environmental pollution , it is one of the most effective ways to develop high - efficiency clean diesel oil instead of fuel . As a substitute fuel for traditional diesel oil , biodiesel has the advantages of cleaning , regeneration , combustion characteristics and discharge characteristics . It has been paid more and more attention . This paper studies the optimal preparation process of soybean oil biodiesel based on the highest yield , and analyzes the importance , interaction and mechanism of each factor .
The physical and chemical characteristics and spray characteristics of biodiesel were studied from the fuel design angle .
The combustion and emission characteristics of biodiesel mixed fuel on internal combustion engine were studied . The results were as follows : 1 . The optimal preparation technology of biodiesel was studied by using four factors , such as methanol , catalyst , reaction temperature and reaction time .
The combustion and emission characteristics of bio - diesel and its mixed fuel in the internal combustion engine have been studied . The results show that the combustion start point of the mixed fuel is about 0 . 3 - 0 . 9 擄 CA , the combustion end point is about 0 . 7 擄 CA at the same back pressure . The results show that the emission of hydrocarbons ( HC ) of B100 is relatively lower than that of diesel oil . The results show that the emission of various hydrocarbons ( HC ) of B100 is lower than that of diesel oil . The results show that the emission of hydrocarbons ( HC ) of B100 is lower than that of diesel oil .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE667

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;生物柴油[J];廣西輕工業(yè);2000年04期

2 許俊霞;美軍開始使用生物柴油[J];石油煉制與化工;2001年11期

3 ;21世紀(jì)的清潔能源──生物柴油[J];北京工商大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年04期

4 ;生物柴油[J];技術(shù)與市場;2001年08期

5 譚天偉,王芳,鄧立,徐家立,王麗娟;生物柴油的生產(chǎn)和應(yīng)用[J];現(xiàn)代化工;2002年02期

6 冀星 ,郗小林 ,劉洪;海南正和生物能源公司開發(fā)的生物柴油通過專家鑒定[J];中國工程科學(xué);2002年12期

7 朱曾惠;重新活躍起來的生物柴油[J];化工新型材料;2002年08期

8 ;保加利亞開始使用“生物柴油”[J];交通環(huán)保;2002年02期

9 柏杰;發(fā)展生物柴油大有可為[J];中國科技產(chǎn)業(yè);2002年09期

10 李一;棕油新用途[J];世界熱帶農(nóng)業(yè)信息;2002年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 ;海藻基生物柴油最新進(jìn)展[A];節(jié)能減排論壇——福建省科協(xié)第八屆學(xué)術(shù)年會衛(wèi)星會議論文�？痆C];2008年

2 黃鳳洪;危文亮;郭萍梅;;我國生物柴油原料選擇與制造技術(shù)發(fā)展對策[A];2008中國生物質(zhì)能源技術(shù)路線標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)論壇論文集[C];2008年

3 樓狄明;;生物柴油在車用柴油機(jī)上的應(yīng)用研究與示范[A];2008中國生物質(zhì)能源技術(shù)路線標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)論壇論文集[C];2008年

4 趙鵬;;生物柴油的生產(chǎn)應(yīng)用及發(fā)展綜述[A];中國汽車工程學(xué)會燃料與潤滑油分會第13屆年會論文集[C];2008年

5 王永紅;劉泉山;周旭光;徐小紅;;生物柴油基本性能研究[A];中國汽車工程學(xué)會燃料與潤滑油分會第13屆年會論文集[C];2008年

6 張治林;;生物柴油的生產(chǎn)及應(yīng)用[A];中國石油和石化工程研究會第八屆年會文集[C];2004年

7 蘇有勇;戈振揚(yáng);張無敵;施衛(wèi)省;;生物柴油的研究生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集第四分冊[C];2005年

8 曹文明;;生物柴油國內(nèi)外研究應(yīng)用綜述[A];上海市糧油學(xué)會2005年學(xué)術(shù)年會論文匯編[C];2005年

9 ;美國公司稱用“光合作用”直接造出生物柴油[A];第五屆(2012)中國油脂化工行業(yè)年會論文集（補(bǔ)充）[C];2012年

10 蘭昊;魏東盛;邢來君;李明春;;采用真菌油脂制備生物柴油的研究[A];中國菌物學(xué)會第四屆會員代表大會暨全國第七屆菌物學(xué)學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 張小明;生物柴油:綠色產(chǎn)業(yè)[N];中國工業(yè)報;2004年

2 邱美輝;福建生物柴油產(chǎn)業(yè)化基地建成[N];中國化工報;2002年

3 孫俊波;生物柴油：未來能源的理想選擇[N];中國化工報;2003年

4 姚鶴;生物柴油需求將迅速增長[N];中國化工報;2003年

5 郝穎;生物柴油研發(fā)步入快車道[N];中國化工報;2004年

6 郭新文;巴西推廣生物柴油[N];中國環(huán)境報;2004年

7 本報記者 劉曉星;專家看好生物柴油發(fā)展前景[N];中國環(huán)境報;2005年

8 薛冬;發(fā)展生物柴油具有戰(zhàn)略意義[N];中國汽車報;2003年

9 葛蘊(yùn)珊;生物柴油能否在我國推廣[N];中國汽車報;2003年

10 韓德奇 徐國英 徐公林 劉惠麗;生物柴油發(fā)展空間巨大[N];中國石化報;2002年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 劉夢琪;鈣基非均相堿催化酯交換生產(chǎn)生物柴油的性能與機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2015年

2 馬桂霞;固體催化劑的制備及其催化轉(zhuǎn)化普通小球藻制備生物柴油的研究[D];山東大學(xué);2015年

3 吳學(xué)華;竹炭基固體酸—磁性固體堿兩步法催化多花小桐子油制備生物柴油的研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

4 李一哲;兩步法制備生物柴油隨機(jī)動力學(xué)模型及低溫流動性改進(jìn)評價研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

5 張庭婷;中國微藻生物柴油全生命周期“2E&W”分析[D];上海交通大學(xué);2014年

6 馬英群;以餐飲廢油為原料制備生物柴油及其副產(chǎn)物利用的研究[D];北京科技大學(xué);2016年

7 張昆明;酸法催化生產(chǎn)生物柴油過程的幾個關(guān)鍵問題研究[D];天津大學(xué);2015年

8 王鑫;正丁醇—生物柴油雙燃料燃燒過程數(shù)值模擬研究[D];天津大學(xué);2015年

9 周桂雄;磁性全細(xì)胞催化劑的制備及其催化餐飲廢油制備生物柴油的應(yīng)用研究[D];天津大學(xué);2013年

10 楊森;微生物聯(lián)合蠅蛆轉(zhuǎn)化固體有機(jī)廢棄物和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張龍云;丁醇萃取發(fā)酵耦聯(lián)生產(chǎn)“改良型”生物柴油過程的性能優(yōu)化研究[D];江南大學(xué);2008年

2 劉津;生物柴油在直噴式柴油機(jī)上的燃燒和排放特性研究[D];長安大學(xué);2008年

3 張琦;生物柴油添加比例對輕型柴油機(jī)性能及排放影響的研究[D];吉林大學(xué);2009年

4 徐元浩;生物柴油的實(shí)用性研究[D];武漢理工大學(xué);2005年

5 李忠亮;大豆生物柴油的制取及其在柴油機(jī)上的試驗(yàn)研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

6 蔡櫻英;生物柴油的制備及其臺架驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

7 丁相城;不同大氣壓力下增壓中冷柴油機(jī)燃用生物柴油的工作過程研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

8 陳貴升;高原環(huán)境下車用柴油機(jī)燃用生物柴油的試驗(yàn)研究[D];昆明理工大學(xué);2009年

9 肖行川;應(yīng)用生物柴油修復(fù)原油污染海灘的模擬研究[D];青島理工大學(xué);2010年

10 劉淑娟;乳化生物柴油的研制及其性能研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

，

本文編號：1679737