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二手干式复合机离子交换设备

文章作者:应用领域 上传时间:2020-01-27

  内燃机燃料的现状及其展望姚春德 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室 引言 我国已经成为汽车产销以及用车大国。据公布资料,去年我国汽车产销量超过1800 万台,跃居世界第一。预计今年的产销量与去年持平。另据今年9月份公布的信息,我 国机动车保有量超过2亿辆,其中近1亿辆是汽车。汽车是动力机械,需要将燃料的化 学能转化为热能,然后再将热能转化为机械能才能做功输出动力。巨大的保有量每年消 耗的燃料也十分可观。目前我国车用动力主要依靠石油作燃料。据工信部公布的资料, 我国自2008年以来我国石油对外依存度连续三年超过50%,2011年上半年达到了 55.2%。就是说,目前我国需求的石油一半以上是从国外进口。按照国际惯例,50%石 油依存度是该国石油安全线。因此,我国石油能源已经进入非安全运行状态。随着汽车 工业产销量持续增长,保有量不断增加,对燃料的需求也会随之增大。 化为机械能做功的职能。所以,内燃机的燃料只要符合可燃、易输运、易获得、资源充 足、价格便宜这些条件。都是可以作为燃料的。之所以石油在今天被大家认为是车用发 动机的当然的燃料,是因为石油除具备满足车用发动机燃料所有特征之外,就是人类获 得石油太容易了。 上世纪的40年代,人类在科威特发现大油田。1948年在沙特又发现更大的油田, 从此揭开人类大规模使用石油的历史。由于石油价廉、物美,迅速成为重要的战略资源。 同时也开启了中东的混乱局面。历经数十年,中东一直是地球上的最不稳定地域。可以 说,离子交换设备包括最近的利比亚之乱,无一不是与石油相关。事实上人类与石油的关系不过数十 年时间。经过这几十年的消耗,石油已经成为人类活动须臾不可缺的重要物品。由此可 见,中东之乱并非完全由石油资源枯竭带给人的担心引起,而是由于石油的战略地位太 重要。这种重要已经到了连世界最强大的美国都觉得难以长期维持,而不得不打起撤出 中东的主意。自大量石油发现后,中东便战火连年,绵延不断。因此,可以说,石油给 中东带来了财富,同时也带来的战争。上世纪70年代的石油危机,深刻的意义是便宜 获得石油的时代快要结束了。因此,人类必须要寻找新的燃料,以弥补逐渐枯竭的石油 资源。延长其使用期限,维持汽车经济的持续发展。 2内燃机非石油燃料的现状 总体来说,可作为车用燃料大体分为液体和气体两类。液体即以汽、柴油为主,非 石油类燃料则有醇类(甲、乙醇等)、生物柴油。气体燃料有天然气、生物质气(沼气等)、 液化石油气。另有一类燃料是平常为气态,使用时为液态而介于气液之间的有二甲醚。 2.1乙醇(CH3CH20H) 乙醇又称酒精,具有最早作为车用燃料的历史13】。因为是可以来自生物质,既有利 于可持续发展,又可以保证碳平衡,所以近年来得到高度重视。美国用于车用燃料的乙 醇年产量已经达到2000万吨左右,以10%的比例掺到汽油中使用。2002年美国政府计 划到2020年要生产3000万吨以上,以替代10%的汽油消耗。巴西地处亚马逊河流域, 具有得天独厚的地理环境,利用甘蔗及其滤渣年产乙醇近2000万吨。该国将乙醇用作 车用燃料的方式比较灵活,10%直至lOO%tg例含量的都有。我国尽管也是乙醇生产大 国,位居世界第三位,但是用于车用燃料每年仅150万吨左右。我国的乙醇主要是由粮 食生产,少量用木薯做原料。我国车用乙醇燃料也是以10%的比例直接掺到汽油中使用。 由于数量有限,仅在9个省市和地区应用。 近年来,美国的生产计划受到广泛的质疑,原因是生产原料玉米耗量过高。每年生 产乙醇需要近1亿吨的玉米。大量的玉米需求,造成粮食和饲料的价格上涨。联合国和 美国国内普遍质疑这种做法【4】。我国政府也于2006年底颁布政策,禁止再上任何以粮食 为原料的乙醇生产厂。采用秸秆等农业废弃物转换酒精的技术近年来有较大进展,但是 工业化生产,尚需时日。其它利用细菌等将生物质转化乙醇的研究仍在进行中。如果这 些技术能够获得突破,有望在乙醇应用上会有较大的增长。 7R 2.2甲醇(CH30H) 甲醇又称木醇,17世纪60年代被发现,19世纪被用作家用燃料,后曾被作为车用 燃料。由于最初甲醇产自生物质,主要是木材,20世纪初人工合成成功后,甲醇的生产 原料有了极大的发展。可生产甲醇的资源非常丰富,煤炭、天然气、生物质都可以。目 前世界上主要用天然气和煤炭作原料。国际上多以天然气和石油伴生气,我国则以煤炭 为主。生产甲醇的能量利用率很高,超过75%f引。约1.5吨煤可以生产1.0吨甲醇。由 于甲醇的生产资源丰富,生产技术成熟,所以在上世纪70年代全球发生第一次石油危 机后曾受到广泛重视,并在已定范围较为广泛应用。美国曾有数万辆甲醇燃料车,德国 也建立大量的甲醇加注站。但随着上世纪90年代初石油价格再次大幅度跌落,甲醇在 使用上缺少经济上驱动力,世界上甲醇的使用量又趋于减少。我国于上世纪70年代末 曾组织科研院所和企业,联合国际大企业如美国福特、德国大众等公司合作,共同对发 动机燃用甲醇开展研究,取得很好的成果。于2009年制定了M85甲醇燃料标准,部分 地区如山西一直坚持进行车用甲醇规模试验至今。目前国内采用不同比例甲醇汽油燃料 的车辆已有数以万计。 甲醇的特性与汽油接近并与汽油相溶,故甲醇在车上应用以点燃式发动机为主。但 是,甲醇与柴油不相溶,而且十六烷值仅为柴油1/16,难以压燃,几乎不能在柴油机上 应用。近年来天津大学在柴油机应用甲醇燃料上取得了重要的突破,提出的柴油甲醇组 合燃烧技术使压燃式发动机高比例、大量燃用甲醇真正成为可能。由于甲醇含氧、二手干式复合机高汽 化潜热,柴油机采用该技术后,微粒和NOx排放同时得到改善。解决长久以来,柴油机 微粒和NOx不能同时减少的世界性难题。整车道路试验表明,柴油车采用柴油甲醇双燃 料技术后,.甲醇对柴油的替代率、替换等热值柴油的甲醇用量低于理论值均超过30%。 甲醇应用到柴油机上不仅可以改善排放,而且也提高提高了功率和燃料的经济性。图1 给出安装柴油甲醇双燃料系统的发动机及其车辆。该种燃烧方式经过超过10台车的试 验,行驶里程数万公里,证明动力性增大、‘经济性提高、排放改善、工作可靠【5J。 2.3二甲醚(CH30CH3) 二甲醚(Dimethyl甜l,简称DME,是一种无毒含氧燃料,常温常压下为气态,常 温下可在五个大气压下液化,易于储存与输运。二甲醚能从煤、煤层气、天然气、生物 质等多种资源制取,目前我国二甲醚生产主要采用由甲醇脱水的间接制取法,大约1.45 份甲醇制取一份二甲醚。二甲醚的十六烷值高过柴油,容易压燃,被认为是柴油的替代 燃料。 1995年前后,由丹麦技术大学、Navistar、AVL公司等首先将二甲醚用做柴油机替 代燃料,研究结果表明,经对原柴油机的燃油系统进行一些改造后,可以保持原柴油机 热效率以及输出同样功率、扭矩并具有良好的燃油经济性。二甲醚燃料发动机技术已引 起到西方发达国家政府和专家重视,欧美日等发达国家都纷纷开展二甲醚燃料发动机与 汽车的研发。2008年9月,欧洲启动二甲醚示范项目并建立一支由14辆沃尔沃车组成 的车队。日本交通安全环境研究所以及韩国研究部门研制了燃用二甲醚燃料的卡车样车 79 和城市客车样车。 国内,由西安交通大学、上海交通大学【6】、天津大学等单位开展了有关二甲醚燃料 的系统的研究。上海交通大学联合上海柴油机股份有限公司,研制了国内城市客车二甲 醚发动机。组建了10辆二甲醚公交车车队,载客运行一年,行驶里程截止达45万公里, 对二甲醚汽车在安全性、可靠性、‘动力性和经济性进行了考核。西安交通大学研制了中 巴二甲醚汽车。开始了小范围的二甲醚/柴油混合燃料客车示范运营。 2.4生物柴油(Biodiesel) 生物柴油是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油 脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料【7J。 生物柴油是生物质能的一种,它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单 烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物。生物柴油具有优良的环保特 性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低,使得二氧化硫和硫化物的排放低,可减少约 30%(有催化剂时为70%);生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃,因而废气 对人体损害低于柴油。检测表明,与普通柴油相比,使用生物柴油可降低90%的空气毒 性,降低94%的患癌率;由于生物柴油含氧量高,使其燃烧时排烟少,一氧化碳的排放 与柴油相比减少约10%(有催化剂时为95%);生物柴油的生物降解性高。 生物柴油具 有良好的燃料性能。十六烷值高,使其燃烧性好于柴油,燃烧残留物呈微酸性,使催化 剂和发动机机油的使用寿命加长,并且具有较好的低温发动机启动性能。生物柴油具有 较好的润滑性能。使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率低,使用寿命长。生物柴油以 一定比例与石化柴油调和使用,可以降低油耗、提高动力性,并降低尾气污染。 但是,生物柴油是含氧的物质,在应用中也发现,存在如下问题,如发动机材料兼 容性不够好,NOx质量排放高,离子交换设备小颗粒数量排放高等缺点。而且,由于生物柴油具有 粘度高等特点,在发动机上应用也存在燃油喷射系统适应性问题。另外,生物柴油生产 过程能耗高,工艺较复杂,设备投入大。一定程度上影响了推广使用。因而,除美国之 外,其他国家生物柴油的混合比例都不超过5%。 生物柴油是清洁的可再生能源,它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油 料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃 料,是很好的石油柴油代用品。所以,生物柴油作为汽车的替代燃料已经在美国、欧洲、 东南亚等地区得到广泛应用。我国也建立数十万吨的生物柴油生产能力,由于专用发动 机、认识观念、原料资源和管理政策等方面因素,应用面还有待于进一步扩大。 2.5气体燃料 气体燃料的种类较多,如天然气、液化石油气、沼气、煤层气等,但是对于车用来 说主要是天然气。液化石油气(LPG)是一种在常温常压下为气态的烃类混合物,比空 气重,有较高的辛烷值,具有混合均匀、燃烧充分、不积碳、不稀释润滑油等优点。但 是液化石油气来自采油或炼制过程中伴生气,所以和石油密切相关。因而,液化石油气 除在部分城市如广州市等地区公交车上使用意在改进排放之外,其它场合已基本不用。 R0 一些甲烷含量高的煤层气,视其与天然气一样使用。沼气由于其产区分散,一般不作车 用。因此,车用气体燃料主要指天然气。 天然气的主要成分是甲烷。以单位质量计,天然气的热值甚至高过汽柴油。但是常 温常压下,天然气是气体。为了使其更好地满足车用需求,天然气一般以压缩状态(CNG) 或液化状态(LNG)使用。压缩天然气(CNG)汽车。压缩天然气是指压缩到20.7—24.8 MPa的天然气,储存在车载高压气瓶中。压缩天然气(CNG)是一种无色透明、无味、. 高热量、比空气轻的气体,主要成分是甲烷,由于组分简单,易于完全燃烧,加上燃料 含碳少,抗爆性好,不稀释润滑油,能够延长发动机使用寿命。液化天然气(LNG)汽 车。液化天然气是指常压下、温度为.162度的液体天然气,储存于车载绝热气瓶中。液 化天然气(LNG)燃点高、安全性能强,适于长途运输和储存峭】。 天然气在车上应用方式分为,只使用天然气作为燃料的专用燃料天然气汽车;既可 以使用天然气也可以使用汽油作为燃料的两用燃料天然气汽车以及可以同时使用液体 燃料和天然气的双燃料天然气汽车三类。 天然气作车用的优点主要有,(1)燃烧清洁。天然气汽车的排放污染大大低于以汽车 为燃料的汽车,一氧化碳降低80%,碳氢化合物降低60%,氮氧化合物降低70%[9】。 因此,许多国家己将发展天然气汽车作为一种减轻大气污染的重要手段。(2)经济效益好。 目前天然气的价格比汽油和柴油低得多,燃料费用一般节省50%左右。天然气车的数量 正在迅速增加,2011年,我国天然气汽车保有量将突破百万辆大关,随着国内汽车产销 量的持续增长,预计天然气汽车保有量还会迅速增加。天然气的发展主要限制因素是加 气站建设及其数量。由于天然气需要在压缩或液化的条件下使用,所以加注站的建设费 用相对较高。2011年3月底,二手干式复合机我国己建和在建的天然气加气站总数达1770座,其中, 传统的CNG加气站达1610座,液化天然气(LNG)加气站数量快速增长,总数达160 2.6新型燃料2.6.1丁醇 近来国外对丁醇(主要是正丁醇和异丁醇)的给予高度的重视u叭。丁醇既可以由生 物质原料制取也可由煤合成气合成,在西方一般由生物质制取,称为bio.butanol。相比 于甲醇和乙醇,丁醇的热值较高,即能量密度较高:挥发性不强,并可避免管路中气塞 现象的出现;辛烷值与汽油接近;除此之外粘度与柴油相当,润滑性较好;毒性及腐蚀 性比甲醇要低,可以用现有石油管道运输:与汽油互溶性好,故可以在对汽油机不做机 械改动的基础上灵活调整掺混比应用。但由于其气化潜热低,在作为进气喷射燃料时, 由于其进气温度比甲醇高,故其进气充量比采用甲醇小,同时较高的进气温度及较高的 热值会导致燃烧温度较高,从而不利于降低NOx排放,另外丁醇的火焰传播速度低于甲 醇但高于汽油。 目前丁醇一般作为与汽油的掺混燃料应用在点燃式内燃机中【23l,由于其物理性质与 柴油相近,也有与柴油掺混应用的例子【2引。在汽油中加入不同比例的丁醇时发动机的燃 烧特性,发现随着丁醇添加比的增加,缸压曲线上升阶段变陡,燃烧进程加快,最高爆发压力增加,燃烧持续期缩短。由于其有较强的吸水性,久置的丁醇吸收水分后可以增 加其辛烷值,并降低火焰燃烧温度,从而降低了爆震及NO。成的倾向,二手干式复合机但是会造成燃料 分层。虽然丁醇的未燃HC和CO低于汽油,但还是较甲醇和乙醇高,甲醛和乙醛是主 要的有毒污染物。此外,丁醇还可掺入柴油应用于柴油机,其抗分层能力强于乙醇。 国内对丁醇燃料的研究目前仅处于起步摸索阶段,由于丁醇还是作为化工原料在使 用,作为燃料尚在研究中。制约其发展的主要原因是生产原料来源以及生产成本。虽然 其生产原料可以来自生物,但是目前仍以淀粉发酵生产,其它生物原料生产尚未见到有 突破性的进展。所以,目前还不能对其作为燃料做出令人乐观的估计。 2.6.2 25.二甲基呋喃 呋喃从结构上来说,是一种环状的烯醚,过去一直是化工原料,在生物质燃料研究 的热潮中,2,5.二甲基呋哺作为一种以葡萄糖为原料生产的汽油代用燃料由于其低廉的 生产成本(Romdn.Leshkov等人声称其生产耗能仅为乙醇的1/3【ll】),较高的沸点(比 乙醇高20 K,故不易发生气阻),较高单位质量能量密度(是乙醇的1.4倍),不溶于水 的特性(不会污染地下水也不会吸水),辛烷值高,使其成为乙醇的优良替代品。2,5. 二甲基呋喃的喷雾特性和发动机排放性能【78】介于汽油和乙醇之间,但其NO排放较汽油 和乙醇均高,而HC排放更接近于汽油而远大于乙醇,故排放性能比乙醇差,这是其较 大的碳氧比所决定的。总而言之,与乙醇相比,2,5.二甲基呋喃有利有弊,但目前的研 究仅处于实验室阶段,还需进一步的优化,要成为车用燃料大规模生产和应用尚需时日。 2.6.3其它新兴燃料 主要有煤制油(coal.to.1iquids,CTL)和气制油(gas.to.1iquids,GTL)。煤炭和天然 气加氢制油,应用最广的是F—T法,即首先以煤炭,天然气,水蒸气为原料制取氢气和 一氧化碳,之后在催化剂的作用下将氢气和一氧化碳合成为长链烷烃或烯烃,煤制油和 气制油除了以上所指出的间接法外,还可以采用煤炭直接加氢的方法,其转化率可高达 63%'---68%,但对煤质要求苛刻,且制出的油十六烷值较低。我国的神华公司采用直接 液化法制油,已建成百万吨级的生产装置。目前主要还是采用F.T间接法【12】。 此外,生物质也可采用F.T法转化为“生物质油”(Biomass.to.1iquids.BTL)。CTL 和GTL的主要特点是十六烷值高,只含脂链烃而不含芳香烃,硫含量也低得多(已在 生产中脱除,不然会造成催化剂中毒)【3,这些特点决定其滞燃期短,CO和HC生成 趋势小。由于滞燃期短,燃烧温度会降低,从而使得NO排放降低,虽然不利于碳烟的 降低,但由于燃料不含芳烃,总体来说碳烟排放基本上较柴油低,通过进一步优化,可 使其热效率和排放均优于原柴油机。 应该说,CTL和GTL是一定程度上减轻石油供给压力的清洁燃料,然而,CTL和 GTL的发展目前主要受到政策的限制。由于这两种燃料仍是化石能源,且在生产中耗能、 耗水大,与二氧化碳的减排政策相悖。而在中国由于煤资源多处于环境较脆弱的地区, 煤制油大量生产造成的环境效应尚待评估[33】。目前煤制油属于国家控制发展技术,短 82 期内难见其作为车用燃料。而气制油则由于中国自身的天然气资源所限,发展前景有限。 3内燃机新型燃料的展望 随着汽车进一步发展,石油需求量进一步增加,我国的石油对外依存度也会随之增 长。我国是一个大国,不可能像某些国家那样完全依靠进口能源。所以,为了实现可持 续发展,自力更生、减少对外依存度是今后必然的。寻求新的非石油车用燃料更是当前 一个重要的工作。但是,我们要看到,我国的石油能源除了需求缺口较大之外,还存在 一个结构性不平衡的问题。从2006年以来,我国的燃料油始终存在柴油销量2倍于汽 油的情况。按照石油炼制的规律,单位石油生产的柴油和汽油存在一个固定比例,国际 上通常为1.8左右。而我国为了满足柴油的需求,已经将柴汽比调高,但仍低于2倍。 这样便造成一个结构不平衡的局面。如果满足国内柴油需求,则汽油过剩。但是出口到 国外的汽油,无利可图。因此,便经常出现国内柴油紧张的现象。。从2006年以来,已 经出现三次全国范围的“柴油荒”。最近,柴油调价后,柴油供应再次出现不愿见到的柴 油供应紧张的现象。因此,从我国石油燃料消耗的特点看,不仅要用替代燃料减少石油 的需求,更要解决存在的柴汽比不平衡的问题。因此,大幅度减少柴油消耗,将会是今 后非石油替代燃料的_个重要发展需求。 在目前列举的几种产能高、产量大、资源相对富足的几种非石油替代燃料中,要满 足替代柴油的需求,天然气、甲醇、二甲醚、生物柴油将是重要选择。目前天然气重卡 发展速度加快便说明了这一点。最近,科技部在选择未来即将开展的交通能源发展计划 中,便将上述几种非石油燃料作为首批出库项目候选,表明国家队减少柴油消耗的规划。 从国际的替代燃料发展情况看,只要选准方向:立足本国资源,减少石油消耗是完 全可以的。美国采用其丰富的页岩油资源,解决了页岩油变天然气的技术障碍,使其石 油对外依存度由2007年的67%降低到今年7月份时的53.5%。短短的3.5年时间,减少 了13.5%个百分点的事实就是一个很好的证明。 可以相信.在大力发展新技术厉行节约现有的石油燃料的前提下,只要替代燃料发 展方向正确,以我国自有资源为主实现替代,能源安全~定能够得到保障,可持续发展 也一定会实现。 参考文献: 【l】总理在2007年4月27日全国节能减排会议上讲话, http://www.gov.cn/ldhd/2007-04/29/content602 130.htm 【2】总理在20111年9月28日全国节能减排会议上讲话 http://politics.people.corn.cn/GB/l 024/l 5769840.html 戈佩特,GK.苏耶’普拉卡西,跨越油气时代:甲醇经济,化学工业出版社,2007年7月第一版,p147 【4】Haas FM,Chaos M,Dryer FL.Low intermediatetemperature oxidation ethanol-PRFblends:An experimental modelingstudy【J】.Combustion【and Flame,2009,1 56:2346—2350. 一【5】YAO Chunde,CHEUNG Chenshun,CHENG Chuanhui,et a1.Elyect Diesel/methanolcompound combustion Dieselengine combustion emissions【J].EneigyConversion Management?2008,49(6):1696-1 704. 【6】黄震,乔信起,张武高,等.二甲醚发动机与汽车研究【J】.内燃机学报,2008,26(S1): 115.125. 【7】生物柴油技术,http://baike.baidu.corn/view/4797613.htm 【8】Korakianitis T’Namasivayam AM,Crookes RJ.Natural—gas fueled spark—ignition(SI) compression—ignition(CI)engineperformance CombustionScience,201 1,37(1),89-】12. 【9J焦运景,张惠明,司鹏鸱,等.稀燃点燃式天然气发动机的燃烧特性【J】.燃烧科学 与技术,2009,80(6):541~545. 0]Atadashi-IM,:心oua MK,Aziz AA.High quality biodiesel itsdiesel engine application:A review[J】.Renewable SustainableEnergy Reviews,2010,14(7): 1999 2008. .【11】团国弘,徐宏明,DANIEL Ritchie,等.2,5一二甲基呋喃的喷雾特性及发动机适 应住【J】.汽车安全与节能学报,2010,1(2):132—140. [12】李琼玖,杜世权,廖宗富,离子交换设备,等.煤制油与煤气化制甲醇技术的比较与选择【J】.中外 能源,2009,1 4(7弘26.29.(in Chinese)

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