煤直接液化柴油的性质及发动机燃烧和排放_胡云剑
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.2 DDCL和 GB2D对十六烷值改进剂和润滑性 改进剂的感受性 2.2.1 对十六烷值改进剂的感受性
分别以 DDCL和 GB2D为基础油 , 添加不同质 量分数的 十六烷 值改 进剂后 其十六 烷值的 变化 如 图 3所示 。由图 3可见 , DDCL对十六烷值改进剂具 有很好的感受性 , 且略好于石油基柴油的感受性 。
性能和排放特点进行比较 , 为制定 DDCL及其与石 油基柴油调和油的产品质量标准提供技术支持 。
1 实验部分
1.1 原 料 DDCL, 由中国神华煤制油化工有限公司上海研
究分院 6 t/d煤直接液化装置 (PDU)生产 。 石油基 0#柴油 (记为 GB2D), 取自某石化公司 。
十六烷值改进剂和润滑性改进剂 , 均为目前市
石油学报 (石油加工 ) 2010年 10月 ACTAPETROLEISINICA(PETROLEUM PROCESSINGSECTION) 增刊 文章编号 :1001-8719(2010)增刊 -0246-07
煤直接液化柴油的性质及发动机燃烧和排放
Item DDCL-1
ρ20 / (kg· m-3)
866.8
w(Sulfur)/ (μg· g-1 )
<1.5
w(Nitrogen)/ (μg· g-1)
<0.2
Freezing point/℃
-54
Coldfilter plugging point/℃
-31
η20 / (mm2· s-1 )
3.02
煤制油作为石油替代途径 , 许多大型能源企业 与研究机构在这一领域开展了技术研发和生产示范
装置建设 。 2008年 , 神华集团采用现代煤直接液化 技术建成了当今世界上第一个百万吨级的工业化煤 制油示范装置 , 并获得一次投煤开车成功 [ 1] 。
笔者考察煤直接液化柴油 (DDCL)的性质特点 , 及其与石油基柴油的相溶性 , 针对 DDCL性质特点 选择适当的功能添加剂 , 考察其对添加剂的感受性 , 在柴油发动机台架上对石油基柴油 、 DDCL的 燃烧
不同质量分数的 DDCL与 GB2D调和后的调和 油凝点 、 冷滤点见图 1, 十六烷值及润滑性 (磨痕直 径 )见图 2。由图 1和图 2可见 , 调和油的凝点 、 冷 滤点 、 十六烷值及润滑性 (磨痕直径 )等与调和比例 不呈直线关系 , 即不符合加权规则 。石油基柴油中 加入 DDCL调和后 , 十六烷值高于加权值 , 磨痕直 径低于加权值 , 表现出调和正效应 。
中大型客车的国 Ⅱ排放水平的柴油机 。
度高 、 凝点及冷滤点低 。由于加氢深度较高 , DDCL
采用 APA404/8EU交流异步电力测功机测定发 几乎不含 硫 、 氮化合物 , 是环境友好的 清洁柴油 。
动机工 率 , 采用 AVL735S/753C型 油 耗仪 测 定 油 耗 。采用奥地利 AVL公司 CEBⅡ 汽车排气分 析仪
PROPERTIES, ENGINECOMBUSTIONANDEMISSIONOFDIESEL FROM DIRECTCOALLIQUEFACTION
HUYunjian, JINHuannian, LIKejian, MAHui, SHIYulin
(ChinaShenhuaCoaltoLiquidandChemicalCo.Ltd, Beijing100011, China)
2.3 十六烷值改进剂和润滑性改进剂对 DDCL性 质的影响 2.3 .1 十 六烷 值改 进剂 的影 响
DDCL润滑性 (磨痕直径 )和十六烷值随十六烷 值改进剂含量的变化如图 5所示 。从图 5可以看出 , 随十六烷值改进剂质量分数的增加 , DDCL的十六 烷值增加 , 磨痕直径也随之增加 , 即润滑性变差 。
图 1 不同质量分数的 DDCL(w(DDCL))与 GB2D 调和 后的凝点 (CFPP)和冷滤点 (FP)
Fig.1 Coldfilterpluggingpoint(CFPP)andfreezing point(FP)ofDDCL-GB2D blendswithdifferentmass
fractionofDDCL(w(DDCL)) (1)CFPP;(2)FP
DDCL具有很好的储存安定性 , 并优于市售常规石 油 基 柴 油 [ 3] 。 DDCL 润 滑 性 较 差 , 一 般 认
测定排放气体 , 采用 AVL439不透光烟度计测量排 为这是由于产品中硫 、 氮 、 氧等杂原子含量和芳烃
表 1 DDCL和石油基柴油 (GB2D)性质
Table1 ThepropertiesofDDCLandpetroleum-baseddieselfuel(GB2D)
Heatvalue/ w(PAH)1)/
(MJ· kg-1)
%
w(Total Distillation(ASTMD86)/℃
aromatics)/%
IBP/50% /95% / FBP
-
42.61
-
4.6
184.4/220.1/288.2/309.2
GB2D
407
43.9
45.3
42.66
7.7
34.4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.2.2 对润滑性改进剂的感受性 中分在 DDCL和 GB2D别添加不同质量分数润
滑性改进剂后其磨痕直径变化如图 4 所示 。 由图 4
图 5 DDCL的磨痕直径和十六烷值 (CN)随十六烷值 改进剂质量分数 (w(Cetaneadditive))的变 化
Fig.5 Grindingdefectdiameterandcetanenumber(CN)vs massfractionofcetaneadditive(w(Cetaneadditive)) forDDCL (1)Grindingdefectdiameter;(2)CN
167.8/250.9/338.5/350.1
1)PAHispolycyclicaromatichydrocarbon
含量低造成的[ 4] 。 由于 DDCL主要含环烷烃 , 链烷 烃含量较低 , 十六烷值较低 , 可以添加十六烷值改 进剂改善其燃烧性能 [ 5] 。
DDCL按 10%、 30%、 50%、 70%(质量分数 ) 的比例与 GB2D调和 , 调和油颜色始终均匀 、 透明 , 未发现分层 、 絮凝和沉淀现象 , 说明 DDCL与石油 基柴油具有很好的相溶性 。
Oxidation stability×10 -2 /
(mg· mL-1)
<0.1
GB2D Item DDCL-1
839.9
1300.0
Lubricity grindingdefect diameter(60℃)/μm
Cetane number
597
43.9
200.0
-22
-14
3.45
<0.1
Cetane number index
图 2 不同质量分数的 DDCL(w(DDCL))与 GB2D 调和后的十六烷值 (CN)与磨痕 直径
Fig.2 Cetanenumber(CN)andgrindingdefectdiameter ofDDCL-GB2D blendswithdifferentmassfraction ofDDCL(w(DDCL)) (1)Grindingdefectdiameter;(2)CN
Abstract:Thefuelpropertiesofdieselfromdirectcoalliquefaction(DDCL), themiscibilityofDDCLwith thepetroleum-baseddiesel, thesensibilityofDDCLtocetaneadditiveandthelubricantwerestudied.The combustionandemissioncharacteristicsofanenginefueledwithDDCLandpetroleumdiesel, respectively, werealsoinvestigated.ResultsshowedthatDDCLwaswelldissolvablewiththedieselfuelderivedfrom petroleumandgoodsensibilitybothtothecetaneadditiveandthelubricant.Comparedwiththepetroleum dieselfuel, theDDCLhadbetterdrivingpower, lessfuelconsumptionratioonmassbasis, andless pollutantemissions.TheregulatedemissionsofDDCLmeetChinaIIemissionstandard. Keywords:coalliquid;properties;combustion;emission;diesel
24 8
石油学报 (石油加工 ) 增刊
可见 , DDCL对 润 滑 性 改 进 剂 具 有 很 好 的 感 受 性 ;在考察的浓度范 围内 , DDCL对润滑性添加剂 的感受性好于 GB2D。 润滑性改进剂质量分数为 150 μg/g时 , DDCL的磨痕直径小于 460 μm。
油品调和实验在烧杯中 25℃下进行 , 采用电磁 搅拌 。 发动机台架试验用油在 200 L油桶中进行调
2 结果与讨论
和 , 采取滚桶搅拌方式 。
2.1 DDCL与石 油基 柴油 调和 后的 性能
1.2.2 发动机台架
表 1为 DDCL和石油基柴油 (GB2D)的性质参
采用型号 为 PHASER180Ti的用 于重型货车 或 数 。由表 1可以看出 , 与 GB2D相比 , DDCL的密
图 4 添加不同 质量分数润滑性改进剂 (w(Lubricant)) 的 DDCL和 GB2D的磨痕直径
Fig.4 Grindingdefectdiametervsmassfractionof lubricant(w(Lubricant))forDDCLandGB2D (1)DDCL;(2)GB2D
收稿日期 :2010-07-30 基金项目 :国家高技术研究发展计划 “ 863”计划项目 (2006AA11A1A5)资助 通讯联系人 :胡云剑 , Tel:010-58132639;E-mail:huyunjian@csclc.com
增刊 煤直接液化柴油的性质及发动机燃烧和排放
2 47
场上广泛使用的国外某公司产品 , 其中十六烷值改 放烟度 。 让一定流量的稀释过的发动机排气通过标
进剂为烷基硝酸酯 , 润滑性改进剂为脂类化合物 。
准试纸 , 使发动机排气 中的颗粒被过滤 到试纸上 ,
1.2 实验装置 1.2.1 油品调和
通过试纸的质量变化来测定颗粒物的质量 。 其他排 放测试按照 GB17691-2001标准 [ 2] 规定的方法 。
胡云剑 , 金环年 , 李克健 , 马 辉 , 石玉林
(中国神华 煤制油化工有限公司 , 北京 100011)
摘要 :对煤直接液化柴油 (DDCL)的性质进行全面分析 , 考察其与 石油基柴油 的相溶性以 及对十六 烷值改进剂 和润 滑性改进剂的感受性 ;在柴油发 动机台架上进行 DDCL和石油基柴油的燃烧及常规排放比较 。 结果表明 , DDCL与 石油基柴油有很好的相 溶性 , 对 十六烷值改进剂和润滑性改进剂具有较好的感受性 , 有很好的动力性 , 在单位质量 燃油消耗率方面稍有优 势 , 在排 放方面有较大优势 , 完全满足国 Ⅱ排放要求 。 关 键 词 :煤液化 ;性质 ;燃烧 ;排放 ;柴油 中图分类号 :TQ536.9;TK428.9 文献标识码 :A doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2010.z1.047
图 3 添加不同质量分数十六烷值改进剂 (w(Cetaneadditive)) 的 DDCL和 GB2D的十六烷值 (CN)
Fig.3 Cetanenumber(CN)vsmassfractionofcetane additive(w(Cetaneadditive))forDDCLandGB2D (1)DDCL;(2)GB2D
分别以 DDCL和 GB2D为基础油 , 添加不同质 量分数的 十六烷 值改 进剂后 其十六 烷值的 变化 如 图 3所示 。由图 3可见 , DDCL对十六烷值改进剂具 有很好的感受性 , 且略好于石油基柴油的感受性 。
性能和排放特点进行比较 , 为制定 DDCL及其与石 油基柴油调和油的产品质量标准提供技术支持 。
1 实验部分
1.1 原 料 DDCL, 由中国神华煤制油化工有限公司上海研
究分院 6 t/d煤直接液化装置 (PDU)生产 。 石油基 0#柴油 (记为 GB2D), 取自某石化公司 。
十六烷值改进剂和润滑性改进剂 , 均为目前市
石油学报 (石油加工 ) 2010年 10月 ACTAPETROLEISINICA(PETROLEUM PROCESSINGSECTION) 增刊 文章编号 :1001-8719(2010)增刊 -0246-07
煤直接液化柴油的性质及发动机燃烧和排放
Item DDCL-1
ρ20 / (kg· m-3)
866.8
w(Sulfur)/ (μg· g-1 )
<1.5
w(Nitrogen)/ (μg· g-1)
<0.2
Freezing point/℃
-54
Coldfilter plugging point/℃
-31
η20 / (mm2· s-1 )
3.02
煤制油作为石油替代途径 , 许多大型能源企业 与研究机构在这一领域开展了技术研发和生产示范
装置建设 。 2008年 , 神华集团采用现代煤直接液化 技术建成了当今世界上第一个百万吨级的工业化煤 制油示范装置 , 并获得一次投煤开车成功 [ 1] 。
笔者考察煤直接液化柴油 (DDCL)的性质特点 , 及其与石油基柴油的相溶性 , 针对 DDCL性质特点 选择适当的功能添加剂 , 考察其对添加剂的感受性 , 在柴油发动机台架上对石油基柴油 、 DDCL的 燃烧
不同质量分数的 DDCL与 GB2D调和后的调和 油凝点 、 冷滤点见图 1, 十六烷值及润滑性 (磨痕直 径 )见图 2。由图 1和图 2可见 , 调和油的凝点 、 冷 滤点 、 十六烷值及润滑性 (磨痕直径 )等与调和比例 不呈直线关系 , 即不符合加权规则 。石油基柴油中 加入 DDCL调和后 , 十六烷值高于加权值 , 磨痕直 径低于加权值 , 表现出调和正效应 。
中大型客车的国 Ⅱ排放水平的柴油机 。
度高 、 凝点及冷滤点低 。由于加氢深度较高 , DDCL
采用 APA404/8EU交流异步电力测功机测定发 几乎不含 硫 、 氮化合物 , 是环境友好的 清洁柴油 。
动机工 率 , 采用 AVL735S/753C型 油 耗仪 测 定 油 耗 。采用奥地利 AVL公司 CEBⅡ 汽车排气分 析仪
PROPERTIES, ENGINECOMBUSTIONANDEMISSIONOFDIESEL FROM DIRECTCOALLIQUEFACTION
HUYunjian, JINHuannian, LIKejian, MAHui, SHIYulin
(ChinaShenhuaCoaltoLiquidandChemicalCo.Ltd, Beijing100011, China)
2.3 十六烷值改进剂和润滑性改进剂对 DDCL性 质的影响 2.3 .1 十 六烷 值改 进剂 的影 响
DDCL润滑性 (磨痕直径 )和十六烷值随十六烷 值改进剂含量的变化如图 5所示 。从图 5可以看出 , 随十六烷值改进剂质量分数的增加 , DDCL的十六 烷值增加 , 磨痕直径也随之增加 , 即润滑性变差 。
图 1 不同质量分数的 DDCL(w(DDCL))与 GB2D 调和 后的凝点 (CFPP)和冷滤点 (FP)
Fig.1 Coldfilterpluggingpoint(CFPP)andfreezing point(FP)ofDDCL-GB2D blendswithdifferentmass
fractionofDDCL(w(DDCL)) (1)CFPP;(2)FP
DDCL具有很好的储存安定性 , 并优于市售常规石 油 基 柴 油 [ 3] 。 DDCL 润 滑 性 较 差 , 一 般 认
测定排放气体 , 采用 AVL439不透光烟度计测量排 为这是由于产品中硫 、 氮 、 氧等杂原子含量和芳烃
表 1 DDCL和石油基柴油 (GB2D)性质
Table1 ThepropertiesofDDCLandpetroleum-baseddieselfuel(GB2D)
Heatvalue/ w(PAH)1)/
(MJ· kg-1)
%
w(Total Distillation(ASTMD86)/℃
aromatics)/%
IBP/50% /95% / FBP
-
42.61
-
4.6
184.4/220.1/288.2/309.2
GB2D
407
43.9
45.3
42.66
7.7
34.4ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.2.2 对润滑性改进剂的感受性 中分在 DDCL和 GB2D别添加不同质量分数润
滑性改进剂后其磨痕直径变化如图 4 所示 。 由图 4
图 5 DDCL的磨痕直径和十六烷值 (CN)随十六烷值 改进剂质量分数 (w(Cetaneadditive))的变 化
Fig.5 Grindingdefectdiameterandcetanenumber(CN)vs massfractionofcetaneadditive(w(Cetaneadditive)) forDDCL (1)Grindingdefectdiameter;(2)CN
167.8/250.9/338.5/350.1
1)PAHispolycyclicaromatichydrocarbon
含量低造成的[ 4] 。 由于 DDCL主要含环烷烃 , 链烷 烃含量较低 , 十六烷值较低 , 可以添加十六烷值改 进剂改善其燃烧性能 [ 5] 。
DDCL按 10%、 30%、 50%、 70%(质量分数 ) 的比例与 GB2D调和 , 调和油颜色始终均匀 、 透明 , 未发现分层 、 絮凝和沉淀现象 , 说明 DDCL与石油 基柴油具有很好的相溶性 。
Oxidation stability×10 -2 /
(mg· mL-1)
<0.1
GB2D Item DDCL-1
839.9
1300.0
Lubricity grindingdefect diameter(60℃)/μm
Cetane number
597
43.9
200.0
-22
-14
3.45
<0.1
Cetane number index
图 2 不同质量分数的 DDCL(w(DDCL))与 GB2D 调和后的十六烷值 (CN)与磨痕 直径
Fig.2 Cetanenumber(CN)andgrindingdefectdiameter ofDDCL-GB2D blendswithdifferentmassfraction ofDDCL(w(DDCL)) (1)Grindingdefectdiameter;(2)CN
Abstract:Thefuelpropertiesofdieselfromdirectcoalliquefaction(DDCL), themiscibilityofDDCLwith thepetroleum-baseddiesel, thesensibilityofDDCLtocetaneadditiveandthelubricantwerestudied.The combustionandemissioncharacteristicsofanenginefueledwithDDCLandpetroleumdiesel, respectively, werealsoinvestigated.ResultsshowedthatDDCLwaswelldissolvablewiththedieselfuelderivedfrom petroleumandgoodsensibilitybothtothecetaneadditiveandthelubricant.Comparedwiththepetroleum dieselfuel, theDDCLhadbetterdrivingpower, lessfuelconsumptionratioonmassbasis, andless pollutantemissions.TheregulatedemissionsofDDCLmeetChinaIIemissionstandard. Keywords:coalliquid;properties;combustion;emission;diesel
24 8
石油学报 (石油加工 ) 增刊
可见 , DDCL对 润 滑 性 改 进 剂 具 有 很 好 的 感 受 性 ;在考察的浓度范 围内 , DDCL对润滑性添加剂 的感受性好于 GB2D。 润滑性改进剂质量分数为 150 μg/g时 , DDCL的磨痕直径小于 460 μm。
油品调和实验在烧杯中 25℃下进行 , 采用电磁 搅拌 。 发动机台架试验用油在 200 L油桶中进行调
2 结果与讨论
和 , 采取滚桶搅拌方式 。
2.1 DDCL与石 油基 柴油 调和 后的 性能
1.2.2 发动机台架
表 1为 DDCL和石油基柴油 (GB2D)的性质参
采用型号 为 PHASER180Ti的用 于重型货车 或 数 。由表 1可以看出 , 与 GB2D相比 , DDCL的密
图 4 添加不同 质量分数润滑性改进剂 (w(Lubricant)) 的 DDCL和 GB2D的磨痕直径
Fig.4 Grindingdefectdiametervsmassfractionof lubricant(w(Lubricant))forDDCLandGB2D (1)DDCL;(2)GB2D
收稿日期 :2010-07-30 基金项目 :国家高技术研究发展计划 “ 863”计划项目 (2006AA11A1A5)资助 通讯联系人 :胡云剑 , Tel:010-58132639;E-mail:huyunjian@csclc.com
增刊 煤直接液化柴油的性质及发动机燃烧和排放
2 47
场上广泛使用的国外某公司产品 , 其中十六烷值改 放烟度 。 让一定流量的稀释过的发动机排气通过标
进剂为烷基硝酸酯 , 润滑性改进剂为脂类化合物 。
准试纸 , 使发动机排气 中的颗粒被过滤 到试纸上 ,
1.2 实验装置 1.2.1 油品调和
通过试纸的质量变化来测定颗粒物的质量 。 其他排 放测试按照 GB17691-2001标准 [ 2] 规定的方法 。
胡云剑 , 金环年 , 李克健 , 马 辉 , 石玉林
(中国神华 煤制油化工有限公司 , 北京 100011)
摘要 :对煤直接液化柴油 (DDCL)的性质进行全面分析 , 考察其与 石油基柴油 的相溶性以 及对十六 烷值改进剂 和润 滑性改进剂的感受性 ;在柴油发 动机台架上进行 DDCL和石油基柴油的燃烧及常规排放比较 。 结果表明 , DDCL与 石油基柴油有很好的相 溶性 , 对 十六烷值改进剂和润滑性改进剂具有较好的感受性 , 有很好的动力性 , 在单位质量 燃油消耗率方面稍有优 势 , 在排 放方面有较大优势 , 完全满足国 Ⅱ排放要求 。 关 键 词 :煤液化 ;性质 ;燃烧 ;排放 ;柴油 中图分类号 :TQ536.9;TK428.9 文献标识码 :A doi:10.3969/j.issn.1001-8719.2010.z1.047
图 3 添加不同质量分数十六烷值改进剂 (w(Cetaneadditive)) 的 DDCL和 GB2D的十六烷值 (CN)
Fig.3 Cetanenumber(CN)vsmassfractionofcetane additive(w(Cetaneadditive))forDDCLandGB2D (1)DDCL;(2)GB2D