柴油_生物柴油混合燃料互溶性与溶胀性研究

柴油-生物柴油混合燃料互溶性与溶胀性研究

魏秋兰

(陕西交通职业技术学院,陕西西安710018)

摘要:柴油-生物柴油混合燃料的互溶性与燃烧性能密切相关,其溶胀性是燃料腐蚀性的主要性能之一;研究温度对生物柴油与石化柴油混合燃料互溶性的影响以及掺混比例对橡胶件溶

胀性能的影响具有重要意义。文中说明了柴油-生物柴油混合燃料的配制方法,分析了温度、时

间及掺混比例对其互溶性和溶胀性的影响。

关键词:汽车;生物柴油;石化柴油;混合燃料;互溶性;溶胀性

中图分类号:U473.1文献标识码:A文章编号:1671-2668(2008)05-0011-02

近来年,生物柴油在国际上引起了人们的特别关注。它是以植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等为原料,与醇类(甲醇、乙醇)经改性反应制成的脂肪酸单酯,包括脂肪酸甲酯、乙酯或丙酯等,供柴油机使用。大力发展生物柴油对经济的可持续发展、推进能源替代、减轻环境压力、控制由汽车尾气引起的城市大气污染具有重要意义。

由于纯粹燃烧生物柴油受到原料供应的限制,需要与石化柴油按不同比例混合燃烧。张恬等认为生物柴油与石化柴油可以以任意比例混合,但是没有考虑温度的影响。生物柴油与石化柴油的化学性质相似,但是如果互溶性差、燃烧性能不同、不能同步燃烧,会出现动力小、爆震、油耗大、燃烧不充分等情况。而互溶程度又随温度的变化而变化,所以研究生物柴油与石化柴油在不同环境温度下的互溶性很有必要。

另外,发动机燃料供应系统中许多部件都是由橡胶、塑料制成的。燃料中的酸性成分可能会对某些橡胶和塑料部件产生一定的腐蚀、溶胀作用。塑料制品会溶胀、变粘,橡胶制品会发生溶胀、变硬、变脆或软化等现象,垫片会逐渐软化而导致漏油。生物柴油属于有机物的一种,故其与石化柴油的混合燃料会对常用的汽车供油系中非金属零件(如油封、垫圈等)产生一定的溶胀作用,使其硬度下降、质地软化、龟裂,进而失效。所以有必要进行混合燃料溶胀性实验,以检验生物柴油对橡胶和塑料部件是否有腐蚀、溶胀作用。

1混合燃料的配制与测试方法

本研究采用常规的商业柴油(10#和0#柴油)和以大豆为原料生产的生物柴油。实验中生物柴油分别与10#和0#柴油按体积比例掺混,如BD30表示生物柴油的体积占30%,石化柴油占70%。确定的掺混比例为BD0、BD5、BD10、BD15、BD20、BD25、BD30、BD50、BD80和BD100。实验仪器主要有BCD-153T、实验用精密冰箱和ZH12-328TGA分析天平。

互溶性的实验方法是把按比例准备好的油样混合均匀,分别取50m L置于干净透明的试管中,并将试管放置于可控温冰柜中,在不同温度下静置,仔细观察,详细记录试管中液体的流动性、颜色和互溶等情况。

溶胀性实验时,将汽车中常用的橡胶件分别浸泡在密封的BD0、BD30、BD50和BD100油样中,隔天用电子分析天平称量非金属件的质量,观察时间为1个月。实验前,清洗、测量橡胶件,记录其原始尺寸、观察其原始形状、确认其材料,然后继续分别放入原油样中密封浸泡,隔天称量时观察瓶底是否有沉积物,也可以此作为橡胶件老化的证据。

2温度对混合燃料互溶性的影响

不同比例10#和0#柴油与生物柴油混合燃料的互溶温度实验结果如图1、2所示。

本实验油样中没有添加助溶剂,在图1中,掺混比小于50%时,生物柴油是溶质,10#柴油是溶剂,温度增大,生物柴油在10#柴油中的溶解度越大,混合燃料的互溶性越好;掺混比大于50%时,生物柴油是溶剂,10#柴油是溶质,温度增大,10#柴油在生物柴油中的溶解度越大,混合燃料的互溶性越好。生物柴油与10#石化柴油的互溶温度随着掺混比例

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总第128期H ighw ay s&A utomotive A p p lications

图1 温度对10#

柴油与生物柴油互溶性的影响

图2 温度对0#柴油与生物柴油互溶性的影响

的增大而下降,互溶温度介于混合燃料凝点与冷滤点之间,变化趋势与混合燃料的凝点随掺混比例的变化趋势基本相似。10#柴油本身的凝点为9e 、冷滤点为13e ,而生物柴油的凝点只有-1e 、冷滤点为1e ,二者混合后随着温度的降低,10#柴油会先析出并凝固。所以BD5与BD10的互溶温度同为12e ,BD15比BD10低1e ,为11e ,和BD20的互溶温度相同,这是因为生物柴油所占比例小,说明只有生物柴油含量达到一定比例时才会使10#柴油溶解。

在图2中,掺混比小于50%时,0#柴油是溶剂,生物柴油是溶质。随着温度升高,生物柴油在0#柴油中的溶解度增大,原因是生物柴油的凝点比0#柴油高,两者混合后,生物柴油会先析出并凝固。掺混比大于50%时,0#柴油是溶质,生物柴油是溶剂。随着温度升高,0#柴油在生物柴油中的溶解度增大。实验期间观察发现,两种油未分层前均会先出现浑浊现象,分层后凝固部分变成蜡状,颜色减淡,当温度进一步降低时,油样全部凝固失去流动性,且看不出分层。

3 时间和掺混比对混合燃料溶胀性的影响

不同时间和掺混比时,柴油和生物柴油的溶胀

性实验结果如图3、4所示。从图3可以看出,在同

一燃料油样中,橡胶件的质量增加率只是略微增加。但是在柴油中加入生物柴油时,燃料对橡胶件的溶胀性明显增大,而且随着生物柴油掺混比例的增加,

溶胀性增大。因为纯生物柴油对天然橡胶有劣化作用,会降低与其接触的天然橡胶制成的胶管和垫圈的寿命。BD100的溶胀性能最强,实验过程中发现,随着时间的增加,浸泡在BD100油样中的橡胶管明显变软。生物柴油中所含的微量甲醇和甘油会

使与之接触的橡胶零件如橡胶膜、密封圈、油管(即燃烧泵中的各种橡胶配件)等逐渐降解。对这些零件的材料可以用聚四氟乙烯进行替换,或采用常规橡胶与四氟乙烯共聚的材料。

图3 橡胶件质量增加率随时间的变化关系

图4 掺混比例对橡胶件溶胀性的影响

从图4可以看出,随着时间的增多,纯柴油对橡胶件几乎不腐蚀,橡胶件的质量增加率在0.05%以下;生物柴油掺混比例增大,橡胶件的质量增加率增加,在掺混比例为50%的混合燃料中浸泡30d 时,橡胶件的质量增加约0.45%;纯生物柴油对橡胶件的溶胀作用明显增强,10d 时,橡胶件质量增加率约0.5%,30d 时的质量增加率约0.6%。

4 结 论

1)温度对石化柴油与生物柴油混合燃料的互溶性影响很大,温度升高,混合燃料互溶性增强,温度降低,混合燃料互溶性变差。所以混合燃料温度

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第5期2008年9月