生物质热解提质燃油内燃机燃烧及排放试验研究

作     者：吴何来 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周劲松

授予年度：2014年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：生物油 超临界乙醇 提质 燃烧 排放 内燃机 

摘      要：生物质快速热裂解技术被广泛视为最有前景的生物质转化利用技术之一,其产物生物油具有替代或部分替代车用燃料的巨大潜力,但需要进行合理提质改性。超临界流体具有优良的传热传质能力及可调控特性,基于超临界介质的生物油催化改性技术开辟了生物油向内燃机用含氧液体燃料转化的全新路径,具有良好的应用前景。 本文基于生物质热解催化提质转化为稳定车用含氧液体燃料的技术路线,依托于国家重点发展计划(973计划)项目“生物质制取高品位液体燃料基础问题研究(2013CB228100)及“十二五国家科技支撑计划课题项目“生物质热裂解制取生物燃油成套化设备研制与千吨级示范(2011BAD22807),开展了超临界乙醇介质下生物油向内燃机用提质燃油的转化试验研究,并探究了提质燃油内燃机燃烧及排放特性,对开发内燃机用生物燃油、促进生物质能的综合利用以及缓解能源危机具有重要意义。 本文首先以稻壳生物油为原料,经减压蒸馏脱水处理,利用Pt-Ni/HZSM-5金属-酸双功能催化剂在超临界乙醇介质中开展了放大条件下的提质改性试验,对提质产物分离出的中质成分进一步分子筛脱水制得提质燃油。研究表明,提质燃油中,具备良好稳定性及燃烧性能的成分(酯类、醚类、醇类等)相对含量超过了95%,提质燃油挥发性突出,具有应用于汽油机的潜力,并获得了验证。 同时,本文还基于提质燃油的成分分析结果,配制了代表性可靠的模型油,在单缸汽油机上展开了燃油燃烧及排放特性的研究。仅对化油器调整适当增加进油量,发动机燃用模型油的动力性能相比汽油略微下降,下降幅度在5%以内,但能耗率同时下降了8.47%;HC、CO排放相比燃用汽油平均下降了42.97%和66.7%,但NOx排放呈现相反的趋势,相比燃用汽油上升了29.47%。对发动机不作任何调整,掺烧低比例的模型油对发动机的燃烧具有促进作用。模型油的试验结果显示生物提质燃油具有良好的汽油机应用潜力,但发动机供油、喷油及点火规律需要进一步优化。 提质燃油的成分组成与超临界提质改性深度具有良好相关性,配制了不同成分的模型油进行汽油机试验研究,并基于试验结果对合理提质燃油成分提出初步建议,为进一步制订生物燃油标准奠定基础。