发动机燃用生物柴油燃料的试验研究讲解

1、纲要面对强烈的国际竞争，我国发展到了一个要点时期，急迫需要探究新的发展门路。同时开发生物质能源是解决全世界能源危机的方向之一，目前生界各国对生物质能的研发特别重视。此中重要的一项分支就是以油料作物等可重生资源为原料制成的生物柴油。因为生物柴油是一种可代替石化柴油的洁净安全的新式燃料，拥有优秀的环保特征和可重生性，属理想的“绿色能源”，因此在能源危机的今日备受重视。选择油料家产与能源家产的交错领域生物质能特别是生物柴油为切合点，研究油菜生产与生物柴油发展，不单为解决能源危机供应了新的视角，并且对于保障能源安全、保护生态环境、促进农业和制造业发展、提高农民收入等都拥有重要的战略意义。论文主要研究了

2、生物柴油的焚烧特征，和与柴油混淆焚烧的特征。本研究选择了乌桕籽来作为生物柴油的原料，并且自制了此类生物柴油用于试验研究。经过试验获取不一样燃料的焚烧时的气缸内压力和排放数据，进行剖析，进而获取不一样燃料的焚烧特征以及排放特征，为生物柴油的使用，以及减少排放平剖析供应试验依照。本文特点在于试验的数据很丰富，采纳了多工况，多种燃料进行试验，所以可对照方面好多，为此后者供应试验依照起到很好的作用。并且自制生物柴油，对于拓展生物柴油的根源，激励大家一同研究新的根源供应的依照。也表现了战胜困难坚持科研的精神。要点词：生物柴油；柴油机；气缸内压力；排放。IAbstractFacingthefiercein

3、ternationalcompetition,ourcountryhasdevelopedintoakeyperiod,andweneedtoexplorethenewapproachtodeveloptheoilindustryurgent.Itisoneoftheorientationsofsolvingtheglobalenergycrisistodevelopthebiomassenergy;thecountriesallovertheworldpaymuchmoreattentiontotheresearchanddevelopmentofbiomassenergyatpresent

4、.Oneofimportantbranchesisthebiodieseloilmadebytherenewableresourcesasrawmaterials,suchasoilcrops,etc.,itisakindofnew-typefuelwithsafecleannessthatcansubstitutethepetrochemicalindustrydieseloil,becauseithasfineenvironmentalprotectioncharacteristicandrenewable,belongstotheideal”greenenergy”.Theonestha

5、tchoosetoresearchthebiomassenergyoffields,especiallybiologicaldieseloil,whichcrossedthefieldsoftheoilindustryandtheenergyindustry,studyontherapeproductionanddevelopmentofbiodiesel,hasanimportantstrategicmeaningsfortheenergysecurity,theecologicalenvironmentprotection,promotingagricultureandmanufactur

6、ingindustrydevelopment,raisingpeasantsincome,etc.Thethesisstudiedthecombustioncharacteristicsof100%biodieselandbiodieselmixedwithdiesel.Inthestudy,thebiodieselofChinesetallowtreeseedsareself-madebio-dieselfortheexperimentalstudy.Accordingtotheexperiments,wecanreceivethedateofcylinderpressureandemiss

7、ionfromburningdifferenttypesoffuels,andthenanalysisofthedate,wecangetthecombustioncharacteristics,aswellasemissioncharacteristicsofthedifferenttypesoffuels.Thepurposeistoprovideexperimentalbasisfortheusingofbio-dieselandreducingemissions,etc.Inthethesisitisthefeaturethatthedataoftheexperimentisveryr

8、ich,usingmultiplestatusofworkingconditionsandavarietyoffuels,soitcanbecomparedinmanyaspectsandplayagoodroleforthelaterasamajorexperimentalbasis.Makingbio-dieselbyoneselfcanbeabasisforexpandingthesourcesofbiodieselandencouragingeveryonetostudynewsources.Italsoreflectsthespiritofovercomingdifficulties

9、andadheringtoscientificresearch.IIKeywords:bio-diesel;dieselengine;cylinderpressure;emission.目录纲要.IAbstract.II一绪论.11.1生物柴油概括.11.1.1生物能源与生物柴油.11.1.2生物柴油与柴油对比的优弊端.21.2外国生物柴油的研究和应用状况.31.2.1研究和生产.31.2.2生物柴油的竞争力不停提高.61.2.3政府对生物柴油的培植政策.71.2.4生物柴油的应用和销售.81.3国内发展生物柴油的背景.91.3.1能源发展的战略背景与挑战:.91.3.2石油成为能源安全的焦点

10、.111.3.3生物柴油的发展.111.4乌桕研究现状.12二生物柴油的制取.142.1制取原理.142.2生物柴油的制取工艺.172.2.1试验方法：固相碱催化法大批制取试验改进.18三试验装置以及丈量仪器.193.1装置表示图.193.2试验测功机、电动机和发动机主要参数.193.3丈量控制仪器.213.3.1控制装置.21III3.3.2丈量传感器.213.4试验数据收集.223.4.1试验台架改进和故障清除.223.4.2丈量记录.22四发动机燃用生物柴油特征研究.254.1放热率计算原理.254.1.1放热率计算基本理论.254.1.2内能.26（1）缸内某刹时工

11、质摩尔质量的变化.26（2）内能的计算.274.1.3功.274.1.4气缸周壁的传热.274.2柴油焚烧数据剖析.284.3生物柴油焚烧数据剖析.324.3.1缸压剖析.324.3.2放热率剖析.364.3.3排放剖析.394.4本章小结.41五全文工作总结和工作展望.435.1总结.435.2不足与展望.44道谢.45参照文件.46IV一绪论1.1生物柴油概括1.1.1生物能源与生物柴油生物质能是储藏在生物质中的能量，是绿色植物经过叶绿素将太阳能转变为化学能而储存在生物质内部的能量。煤、石油和天然气等化石能源也是由生物质能转变而来的。生物质能是可重生能源，往常包含以下几个方面:一是木材及丛

12、林工业荒弃物;二是农业荒弃物;三是水生植物;四是油料植物:五是城市和工业有机荒弃物;六是动物粪便。在世界能耗中，生物质能约占14%，在不发达地域占60%以上。全世界约25亿人的生活能源的90%以上是生物质能。生物质能的长处是焚烧简单，污染少，灰分较低;弊端是热值及热效率低，体积大而不易运输。直接焚烧生物质的热效率仅为10%30%。目前生界各国正逐渐采纳以下方法利用生物质能:1.利用油料植物生产出的生物柴油;2.生物化学变换法，主要指生物质在微生物的发酵作用下，生成沼气、酒精等能源产品;3.热化学变换法，获取木炭、焦油和可燃气体等品位高的能源产品，该方法又按其热加工的方法不一样，分为高温干馏、热

13、解、生物质液化等方法;4.把生物质压制成成型状燃料(如块型、棒型燃料)，以便集中利用和提高热效率。利用油料植物来生产生物柴油是生物质能利用的一个重要领域。生物柴油(Biodiesel)又称脂肪酸甲酷(FattyAcidEster)是以植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、荒弃的食用油等作原料，与醇类(甲醇、乙醇)经酷化反响(TransesterificationReaction)获取，即是利用动植物油脂为原料，经反响改性成为可供内燃机使用的一种燃料.生物柴油这一观点最早由德国工程师Dr.RudolfDiesel(1858-1913)于1895年提出，在1900年巴黎展览会上，Dr.Rudo

14、lfDiesel展现了使用花生油作嫩料的发动机。到20世纪90年月，跟着环境保护和石油资源枯竭两大难题愈来愈被关注，开发新的液体能源己成为保障石油供应安全的国家战略措施，生物柴油再次成为解决能源危机及环境污染最热点的研究课题，惹起西方先进国家的高度重视。生物柴油最初是由德国聂尔公司在1988年用菜籽油生产出生的，目前油菜仍在国际1生物柴油生产中占统治地位，这归因于欧洲是世界生物柴油的主要生产地，而油菜又是欧洲生物柴油的主要原料。目前欧洲地域生物柴油8M以上是用油菜生产的，而法国和德国生产的油菜籽分别就有27%和40%用于生产生物柴油.在世界油料作物中，不论是面积，仍是总产量，油菜都仅次于大豆，

15、位居第二。据报导，一些优秀油菜品种其种子含油量可超出50%(Wolfgang&Wilfriedl,1998)，但整体来说，世界油菜籽均匀含油量在40%左右，另含约40%蛋白。1000kg油菜籽除了可生产出400kg菜籽油外，还可获取600kg菜籽粕用作饲料(Kinast.2003)。中国油菜栽种面积和总产量均位居世界第一，但国内油菜单产仍低于世界均匀水平，品种含油量偏低。跟着科技进步，生物柴油为我国油菜家产的发展供应了更为宽广的舞台。1.1.2生物柴油与柴油对比的优弊端生物柴油以其优秀的环保性能可很简单达到“世界嫩油规范”的柴油II.m类标准要求。生物柴油特别能减少二氧化碳、颗粒物、硫化物和未

16、嫌烧的碳氢化合物的排放，可缩短二氧化碳生命周期78，比一般柴油减少空气中75%-90%的致癌毒素。表1.1为德国凯姆瑞亚斯凯特公司开发生产的生物柴油与一般柴油的主要性能比较.生物柴油在冷滤点、闪点、嫩烧功能、含硫盆、含氧里、嫌烧耗氧量及对水源等环境的友善程度上优于一般柴油，而其余指标与一般柴油相当。26。生物柴油的长处在于1-5:1.十六烷值较高，大于49(石化柴油为45)，抗爆性能优于石化柴油。2.生物柴油含氧量高于石化柴油，可达11%，在焚烧过程中所需的氧肚量较石化柴油少，焚烧、点火性能优于石化柴油。3.无毒性，系可重生能源，并且生化分解性优秀，健康环保性能优秀。除了供公交车、卡车等柴油机

17、的代替燃料外，又可供为大海运输、水域动力设备、地底矿业设备、燃油发电厂等非道路用柴油机的代替燃料。4.不含芬芳族烃类成份而不具致癌性，其实不含硫、铅、卤素等有害物质5.黑烟、碳氢化物、微粒子以及S02(二氧化硫)、CO(一氧化碳)排放量少。6.生物柴油拥有较高的运动粘度，在不影响燃油雾化的状况下，更简单在汽缸内壁形成一层油膜，进而提高运动机件的润滑性，降低机件磨损。7.不必变动柴油机，可直接增添使用，同时无需另添设加油设备、储藏设备、及人员的特别技术训练，(往常的代替燃料均须改正引擎才能使用)。8.生物柴油的闪点较石化柴油高，有益于安全运输、储藏。9.既可作为增添剂促进焚烧成效，其自己即为燃料

18、，而拥有两重成效。10.不含白腊，低温流动性好，合用地区宽泛。11.生物柴油以必定比率与石化柴油调解使用，能够降低油耗、提高动力性。1.2外国生物柴油的研究和应用状况1.2.1研究和生产生物柴油的研究最早是从20世纪70代开始的。美国、法国、意大利等接踵成立了特意的生物柴油研究机构，投入大批的人力物力。到了20世纪90年月，跟着环境保护和石油资源枯竭两大难题愈来愈被关注，特别在美国，生物柴油已成为新能源研制和开发的热点，惹起西方先进国家的高度重视。政府经过政策优惠手段，使生物柴油快速成为新经济家产的亮点。各国生物柴油在近十几年发展很快，1996年世界生物柴油的总生产能力为126.3万t,200

19、1年世界生物柴油总产量达到210万t,2003年世界生物柴油总产量打破300万t。目前，生物柴油家产主要集中在欧洲和美国等发达国家。为了保证生物柴油的质量，自1991年奥地利国家标准局公布了世界上第一个生物柴油标准(ONC1191)3以来，很多国家依据自己的实质状况接踵拟订了各自的生物柴油标准，见表1.2、表1.345生产和推行应用生物柴油的优胜性是不言而喻的:(1)原料易得且价廉。用油菜籽和甲醉为生产原料，能够从根本上挣脱对石油制取嫩油的依靠。(2)有益于土壤优化。栽种油菜可与其余作物轮种，改良土壤状况，调整均衡土坡养分，发掘土壤增产潜力。(3)副产品拥有经济价值。生产过程中产生的甘油、油酸

20、、卵磷脂等一些副产品市场远景较好。(4)环保效益明显。生物柴油焚烧时不排放二氧化硫，排出的有害气体比石油柴油减少70%左右，且可获取充分降解，有益于生态环境保护。别的生物柴油因为竞争力不停提高、政府的扶助和世界范围内汽车车型柴油化的趋向加快而远景更为广阔。1.2.2生物柴油的竞争力不停提高从世界范围来看，目前生界上含硫原油(含硫量0.5%2.0%)和高硫原油(含硫量在2.0%以上)的产量已占世界原油总产量的75%以上，此中含硫量在1%以上的原油占世界原油总产量的55%以上，含硫量在2%以上的原油也占30%以上。目前生界炼油厂加工的原油均匀相对密度是0.8514，均匀含硫量是0.9%;在2000

21、年此后，均匀相对密度将上涨到0.8633，含硫量将上涨到1.6%。炼油厂要在现有基础上，使柴油含硫量低、有优秀的6平定性及润滑性、较高的十六烷值和洁净性，一定在装置调整上投入大批资本，并由此带来油品生产成本的提高，在这方面，各发达国家的炼厂均投入了重金。从美国的状况看，美国从20世纪90年月初启动油品洁净化，已累计投入了300多亿美元。由此造成的油品成本提高使目前美国炼厂吨毛利仅在每桶1美元左右，保持微利状态，有的公司甚至损失;从欧洲的状况来说，欧洲炼油厂要达到2000年欧盟燃油规格，预计需要投资200亿300亿美元。欧洲石油工业协会预计的投资更高，该组织以为要达到2000年和2005年的柴油

22、规格，需要投资440亿-500亿美元。跟着生物柴油生产工艺的改进，使用生物柴油的发动机即可使用一般柴油的发动机(对有些机型仅需换密封圈和滤芯)，无需作任何变动，生物柴油可与一般柴油在油箱中以任何比率相混，并对驾驶动力无任何影响，驾驶者根本没法区分二者的驾驶动力差异。加之柴油代替燃料所用原料跟着规模栽种价钱日益便宜，使柴油代替燃料的生产成本逐渐降落，与惯例柴油的价钱正在减小，如美国生物柴油的价钱已从每升1.06美元降到0.33-0.59美元，这个价钱与一般柴油的价钱差不多。1.2.3政府对生物柴油的培植政策目前很多国家如美国、德国、法国、丹麦、意大利、爱尔兰和西班牙等对生物柴油采纳了相应的扶助政

23、策.为了进一步鼓舞使用生物柴油，美国农业部决定每年取出1.5亿美元补助生物柴油等生物燃料的使用，目前美国起码有5个州正在考虑制定税收鼓舞政策。目前在欧洲生产生物柴油可享遇到政府的税收政策优惠，其零售价低于一般柴油(如在德国加油站生物柴油的零售价钱目前为约1.45马克/L，而柴油为1.60马克/L。据FrostSullivan公司咨询公司最新发布的“欧盟生物柴油市场”报告，为实现“京都协议”规定的目标(在2008-2012年，欧盟将减少二氧化碳排放量8%)，欧盟马上出台鼓舞开发和使用生物柴油的新规定，如对生物柴油免征增值税7，规定灵活车使用生物动力燃料占动力燃料营业总数的最低份额。新规定的出台不

24、单有助于欧盟生物柴油市场的稳固，并且生物柴油营业额将从2000年的5.035亿美元猛增至24亿美元，均匀年增25%.在欧洲，1999年新购柴油轿车比率约为30%，法国甚至达到48%.2000年，欧洲市场上柴油轿车的销售量达到440万辆，比1995年翻了一倍。此刻经济型轿车主要生产厂商如大众、雷诺、欧宝和福特的顾客中，几乎有一半需要柴油车。目前，在欧洲轿车市场上，新式柴油轿车购置率达30%，专家预知:到2006年，欧洲每2辆新车中就有1辆是柴油车。在美国市场上，商用车(即我国所称的卡车、客车)的90%为柴油车;在日本，将7近10%的轿车是柴油轿车，38%的商用车为柴油车。美国、日本及欧洲的重型汽

25、车所有使用柴油机为动力。汽车车型柴油化趋向的加快主假如因为现代柴油机采纳了电控发动机控制系统、高压燃油直喷式焚烧系统以及废气排放控制装置，已完整战胜了传统柴油机的弊端，能够知足现行的国际排放标准，而这些装置和技术要求柴油含硫量低，有优秀的平定性及润滑性，较高的十六烷值和清净性等.跟着现代柴油机使用生物柴油燃料技术的成熟，目前在世界范围内出现的这类汽车车型柴油化趋向会进一步加快.据专家展望，在2010年从前，柴油需求年均增添3.3%，到2010年，世界柴油的需求量将从目前的38%增添到45%。而世界范围内柴油的供应量严重不足，给生物柴油留下广阔的发展空间。1.2.4生物柴油的应用和销售在德国，销

26、售生物柴油的公共加油站超出1500个，占总t的1/10。生物柴油己成为德国第1个全国销售的代替嫌料。在奥地利，有100多个公共加油站销售生物柴油，经过公共加油站网，生物柴油的市场将会不停扩大.AGQM的研究表示，大概”%的生物柴油是经过公共加油站销售的，65%的生物柴油卖给了大客户群或运输车队、出租汽车公司等。2001年合计销售生物柴油约45万t.2002年增添T约10万to依照欧盟支持非限制性货物贸易的内部市场规则，德国生物柴油生产商和批发销售公司能够作为生物柴油的出口商。可是，假如没有汽车制造商的合作，生物柴油要大规模进入市场是不行能的。德国已同意250-300万辆汽车使用生物柴油，是生物

27、柴油家产的“客户贮备”。生物柴油使用最多的是欧洲，份额己占到成品油市场的59/0。目前在欧洲用于生产生物柴油的原料主要为菜籽油，所以，生物柴油标准也主假如参照菜籽油的生物柴油标准质量制定的。目前在欧洲生产生物柴油可享遇到政府的税收政策优惠，其零售价低于一般柴油。别的，政府对生物柴油的销售也提出了要求，如德国规定在主要交通要道只准销售生物柴油(如在跨国高速公路设置的加油站。在美国，生物柴油的市场化主要集中在环保的敏感部门，约有350个部门车辆正式使用生物柴油，包含美国军队、公园服务、公共设备公司、学校和市政当局等。一般说，B100生物柴油主要用在一些公园等娱乐场所，B20生物柴油主要用在美国军事

28、部门。B2或B5生物柴油作为柴油机的增补嫩料，主假如利用生物柴油优秀的润滑性能，用生物柴油代替部分入口石油。运输公司是生物柴油主要用户。一家环旧金山运输公司的卡车使用B100生物柴油，绝大多半的运输公司使用B20生物柴油。为了进一步鼓舞使用生物柴油，美国农业部(DOA)决定每年取出1.5亿美元补助生物柴油等生物燃料，以支持生物柴8油的应用。按柴油价钱每升22美分，而B20生物柴油每升18.9美分计算，美国会车辆2002财年耗费173万L柴油燃料，花销38.33万美元，而相同数额的B20生物柴油却只要32.68万美元，相当于降低了14.7%的燃料成本。美国海军于2003年10月开始利用荒弃餐饮油

29、加工生产干净的生物柴油，供柴油车辆使用。目前，美国陆军、海军、空军和海军陆战队遍及国内的基地、兵站均使用B20生物柴油。生物柴油还可能用于外国履行任务的队伍，利用便携式生物柴油加工设备就地生产自用生物柴油燃料，既能够解决海军基地废物办理问题，又能供应洁净战备燃料。1.3国内发展生物柴油的背景1.3.1能源发展的战略背景与挑战:进入新世纪此后，中国的经济社会发展进入了全面建设小康社会的新阶段。进入此发展阶段此后，我国的经济社会发展表现出了明显的阶段性特点。1、花费构造快速升级。GDP达到人均1000美元此后，花费需求出现多元化趋向，整个社会的花费构造开始快速升级，要求进一步提高生活水平并且开始要

30、求提高生活质量。突出的表现就是居民花费构造由衣食占较大比重向住行比重提高进行升级和转变，居民个人开始成为住所、汽车等高增添行业的最后花费主体。花费构造的升级会促进家产构造升级，为一个较长时期保持快速增添供应了内在动力而连续快速的经济增添客观上就要求能源发展供应支撑:同时花费构造的升级、花费选择的多元化、花费需求的扩大，对能源的花费构造、花费内容、花费方式、花费需求等也必定发生深刻的影响，提出了更高的要求.2、重化工业比重增添。进入新世纪此后，我国的工业化进入中期发展阶段。在工业增添中，能源、交通和通讯设备的建设加快，电力、钢铁、机械设备、汽车、造船、化工、电子、建材等家产的份额提高，重化工业在

31、工业增添值中的比重“十五”时期都超出60%.重化工业比重增添，能源拘束的矛盾会更为突出。在上世纪一百年中，占世界人口15%的国家先后实现了工业化，但却耗费了世界80%的能源。在新世纪的一百年，此外85%人口的国家有相当一部分，包含中国、印度也要陆续达成工业化的任务，推动工9业化必定面对着能源支撑的挑战。经济社会发展中能源需求的扩大，对节俭使用能源、提高能源效率、增添能源供应、调整能源构造等一系列方面，都必定提出新的、更高的要求。3、城镇化加快推动.我国解放初城镇化水平为10.6%.2001年为36%.50年中城镇化水平均匀每年提高0.5个百分点。进入新世纪此后，我国的城镇化加快发展，城镇化率2

32、001年为37.7%,2002年为39.1%,2003年达到40.53%,2004年为41.8%,2005年超出43，均匀每年提高1.4个百分点左右。在城镇化的快速推动中，城镇规模不停扩大，城市基础设备建设必定加快，城镇人口必定快速增添，而城镇的能源花费大大高于乡村，城市基础设备建设需要能源支撑，城镇人口能源耗资数倍于乡村人口。城镇化的加快推动，对能源需求与供应、花费与生产、数目与构造等必定产生重要的影响，需要认真应付这一过程中所出现的矛盾。4、生态环境开始转型。在花费构造快速升级、重化工业比重提高和城镇化加快推动的同时，我国的生态环境也在实质上开始转型。从我国经济社会发展的实质状况来看，新中

33、国建国以来，或许改革开放以来，因为各种主观的和客观的原由，我国实质上仍旧连续了“先污染、后治理”的发展门路，充其量是“边污染、边治理”。所以，在进入新世纪之际，我国生态环境的整体局势是“局部改良、整体恶化”8。在新世纪的发展中，这类“局部改良、整体恶化”的趋向先要控制，而后是扭转，以后要转向良性发展的轨道。而生态环境的转型与能源发展有着十分亲密的关系，使能源发展与生态环境转型相适应，能源发展与整个国家的可连续发展相协调，明显是新阶段实现生态环境转型的一个必定要求。经过新中国建国50多年、改革开放20多年的发展，中国已经成为能源大国。就能源储蓄而言，我国是一个领土面积辽阔的大国，惯例能源总量资源

34、储量较为丰富，水能资源居世界第一，探明原煤储量居世界第三，探明日然气和原油储量居世界第十位左右，能够说是能源总量资源储蓄大国;就能源生产而言，2004年中国一次能源生产量达到18.45亿吨标准煤，是世界上第一大能源生产国;就能源花费而言，2004年中国能源花费总量19.7亿吨标准煤，是世界上第一大能源花费国。可是，在全面建设小康社会的过程中，特别是面向“十一五”及2020年，能源发展仍存在着很多深层次的问题，有些矛盾在新的局势下显得更为突出。主要表现为能源发展面对四大压力:能源供应的压力，能源需求的压力，能源节俭的压力和能源环保的压力9。101.3.2石油成为能源安全的焦点2007年11月，受

35、供应忧愁和美元走软等要素刺激，NYMEX原油期货盘中打破98美金大关，再创历史新高。有剖析家指出，假如美国军事打击伊朗，世界原油价钱将打破100美元;假如霍尔木兹海峡因战争被封闭，油价有可能打破150美元。摩根斯坦利首席经济学家斯蒂芬罗奇已替告“全世界化时代第一次石油冲击的到来对中国经济冲击更大”。据中国商务部统计，2006年中国石油对外依存度已达47%，入口部分的60%来自海湾地域10。目前伊朗和沙特是我国最大的两个石油根源国，一旦开战，我国石油入口将大幅减少。据美国世界安全研究所的剖析，假如中国减少60%的石油入口，GDP将猛降5.4%-8%。更为严重的是，油价猛涨可能以致输入性通货膨胀，

36、涉及我国的整个价钱系统。同时，还将降低就业水平、减小贸易顺差、引起股票市场的狂跌，降低我国经济的整体竞争力。因而可知，假如美国军事打击伊朗，中国极有可能遭到严重的“无妄之灾”。1.3.3生物柴油的发展最近几年来，我国已着手展开生物柴油的试验性研究开发工作，国家863等计划也已经展开了生物柴油的应用性研究，同时在生物柴油家产化方面获得了打破。国利用菜籽油、大豆油、米糠油脚料、小桐籽油等作原料，已成功研制经酷互换反响生产生物柴油的生产工艺11。依据2007年8月公布的可重生能源中长久发展规划(2008一2020)，近期要点发展以小桐籽、黄连木、油桐等油料作物为原料的生物柴油生产技术，逐渐成立餐饮等

37、行业的废油回收系统。从长久考虑，要踊跃发展以纤维素生物质为原料的生物液体燃料技术。在2011年前，要点在四川、贵州、云南等地建设若干个以小桐籽、黄连木、油桐等油料作物为原料的生物柴油试点项目。到2011年，生物柴油年利用量达到20万吨。到2020年，生物柴油年利用量达到200万吨。别的，海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和福建优秀新能源发展公司等公司接踵开发出拥有自主知识产权的生产技术，并接踵建成年产超出一万吨的生产厂，在海南等地还建成了生物柴油的加油站。国内己有生物柴油生产公司300多家12，除前述少量几家发展状况较好的生产公司外，大多半生物柴油生产公司生产规模不大，产质量量错落不齐

38、。为了促进国内生物柴油家产的健康发展，在2007年1月5日同意了GB/T20828一2007柴油机燃料调合用生物柴油(BD100)国家标准，并于2007年5月1日正式实行。同时为了扩展生物柴油在车11用和非道路柴油机方面的应用，对于B5、B10和BZO(体积混淆比为5%、10%和20%生物柴油调解油)的标准也在紧张的拟订中间。(此后章节出现BXXXX表示棍合燃猜中生物柴油的体积百分数，不再特别说明。)在规范生物柴油产品标准以后13，生物柴油能够顺利进入国内市场，更好地为中国的节能减排服务。做好生物柴油燃料资源的开发，配合国家有关的财税政策，国内的生物柴油家产必定能够健康可连续发展14。1.4乌

39、桕研究现状乌柏Sapiumsebiferum(L.)Roxb.，别名蜡子树、木油树，大戟科乌柏属，落叶乔木，在我国又有一千多年的种植历史，古代农书齐民要术和农政全书中均有种植和利用的记录。乌扣是一种很好的生物质，其种子含油量高，出油率高达40%，为我国四大木本油料植物(乌柏、油茶、油桐和核桃)之一。乌柏浑身是宝，仅从其种子中提获得来的乌柏油(乌柏油包含存在于乌柏种子外壳的蜡质油脂，简称乌柏皮油或柏脂，和存在于种子壳内的液体油脂，简称一乌柏梓油或柏油)可用作食用油源、工业油源，又可作为动力油源，是一种取之不尽的可重生油源(霍光彩，2005)。乌柏产于我国秦岭、淮河流域以南，东至台湾，南至海南岛，

40、西至四川中部海拔IOO0m以下，西南至贵州、云南等地海拔2000m以下，主要种植区在长江流域以南浙江、湖北、四川、贵州、安徽、云南、江西、福建等省。贵州有着丰富的乌柏资源，在铜仁沿河乌柏有着四宝之，的美名。贵州省也有对资源优势的乌柏脂的研究。鼎力栽种乌柏油料作物，发展成为生物能源供应地，对解决“二农”问题有重要的意义。对其开发应用拥有深远的经济效益和社会效益。表1.4为乌桕籽生物柴油与我国0#柴油标准的物性对照34。表1.4产质量量指标及其与我国0#柴油标准比较序号检测项目检测依照检测结果0#柴油标准1氧化平定性EN14112:20030.82.52硫含量%（m/m）GB/T17040-200

41、8未检出0.23酸值mgKOH/gGB/T264-19910.14674运动粘度20GB/T265-19885.6313.08.0510%增余物残炭%（m/m）GB/T268-19874.420.36水分%（m/m）GB/T260-1977印迹印迹127铜片腐化（50，3h），级GB/T5096-19851a18冷滤点SH/T0248-1992-1149闪电GB/T261-2008100.55510十六烷值GB/T386-199140.24511馏程：90%回收温度GB/T33636512密度（20）g/m3GB/T0.8890.80.913二生物柴油的制取2.1制取原理酯互换法是目前工业生产

42、生物柴油的主要方法15,16。用动物和植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇在酸性或碱性催化剂和高温(230250)下进行转酯化反响，生成相应的脂肪酸甲酯或乙酯，再经清洗干燥即得生物柴油，副产品是甘油。此中最为常用的醇是甲醇，这是因为甲醇的价钱较低，同时其碳链短、极性强，能够很快地与脂肪酸甘油酯发生反响，且碱性催化剂易溶于甲醇。甲醇越多产率越高，但也会给分别带来困难。该反响可用酸、碱或酶作为催化剂。此中酸性催化剂常用的是硫酸、磷酸或盐酸，碱性催化剂包含NaOH、KOH等。图2.1举例说了然将天然油脂转变为生物柴油的酯互换反响的过程17-20图2.1植物油与甲醇和催化剂KOH的酯互换反响的化学方程式从图中

43、，我们能够看到，经过酯互换反响后，一个植物油的分子被分红了三个独自的脂肪酸甲酯（或乙酯），这就是我们所称的生物柴油，酯互换反响将碳链长度减少为本来的1/3，进而大大降低了燃料的粘度，增添了流动性，并保持天然油脂的热值。同时也生成了副产物丙三醇（甘油），甘油是粘度很高的物质,而粘度过高的物质焚烧会发生喷嘴拥塞等问题,所以甘油不适于作为代替燃料使用，需要在酯互换反响后分别出去。生物柴油制备主流程21,22,23如图2.2所示，甘油回收及废水办理流程如图2.3所示24,25,26。原料油或废油脂经预办理除掉杂质和游离酸，并除掉水分，而后在催化剂作用下与甲醇发生酯互换反响。反响前，酯在上层，醇在基层；

44、反响结束后进行分层，上层为粗制甲酯，基层为甘油。粗制甲酯经蒸洗干燥精制即得脂肪酸甲酯。甘油回收流程和废水办理流程见图2.3，在基层的甘油中加入酸，以中和节余的催化剂，并蒸馏回收甲醇，得14到粗甘油，粗甘油再经蒸馏便能获取纯甘油。将反响过程中产生的废水内的甲醇和催化剂除掉，便可获取未经酯互换反响的油脂，这些油脂也可作为燃料油使用。图2.2生物柴油制备主流程图图2.3甘油回收及废水办理主流程图15生物柴油的制备工艺27:图5-1生物柴油工艺流程图Fig.5-1Processofthebio-dieselproduction1.甲醇罐5.生物柴油纯化妆置9.甘油脱色装置2.生物柴油反响器6.生物柴油

45、储罐10.树脂精制系统3.生物柴油储罐7.废水办理系统11.真空脱水装置甲醇精馏回收系统8.甘油罐利用乌桕油制备生物柴油的方法主要采纳酯互换反响将粘度高的原油经过酯基转移作用转变成低粘度的脂肪酸酯28,29。酯互换反响的方法包含：均相酸催化法、均相碱催16化法、酶催化法、超临界酯互换法、固相酸催化法、固相碱催化法等。每种方法各有其优弊端：均相碱催化法，生产设备及工艺简单、技术成熟，是目前工业化使用的主要方法，可是简单产生“三废”问题，与生物柴油的环保特点相违反；均相、固相酸催化法因为反响过程所需时间长，会以致能耗过大，所以只好特定用于游离脂肪酸含量高的原猜中；酶催化法的反响条件平和，可是酶的价

46、钱高并且在反响过程中催化剂简单无效；超临界法反响速度快，时间短，可是反响设备，工艺条件均要求高，不易实现。总之，在生产生物柴油的酯互换反响的催化方法及其工艺中，催化剂的种类、催化剂的用量、反响时间、温度、原料配比都起侧重要的作用。该项目以小油桐种子为原料生产生物柴油，采纳固相催化剂工艺一次转变，其一次转变率98，试制产品经德国国家威望检测机构测试，数据表示其性能基本达到欧3标准，国内重庆、深圳、广州三大测试中心测试报告也表示产品性能达到和超出国家0柴油有关指标标准。此外，在生物柴油生产过程中重要的副产品是甘油，既能够用作工业甘油销售，也能够在工厂增添一个精制装置，经深加工后成为医药用甘油产品，

47、提高其附涨价值，降低生物柴油的生产成本。2.2生物柴油的制取工艺2.2.1试验方法：固相碱催化法30试验物件：2L的锥形瓶、电子称、100ml或200ml的量筒、分液漏斗、气相色谱剖析仪、pH试纸等步骤：1.将两升锥形瓶洗净、烘干后挨次加入1kg的食用油、mol比为1/4的甲醇（大概为200ml）、质量比为1/100的KOH（约10g）。详细步骤：（1）.加入油时，将锥形瓶放在电子称上，清零；再迟缓加入油，直到需要的重量即可。（2）.加入甲醇时，要带一次性手套，且在抽风橱中进行，将抽风橱开到抽风，用量筒量取。施用量筒前，要冲洗量筒，先水洗再用甲醇润洗三遍以上。（3）.称量KOH时，去药品要对应

48、橱窗上的编号取用，用完按编号放好。称量时，17先放上称量纸，再清零，用擦抹干净的药勺加入KOH，直至所需。2.用薄膜遮住锥形瓶口，用皮筋封住。3.将锥形瓶放入仪器中震荡。仪器设定为温度60度、转速200n/min、时间3小时以上。4.三小时此后，取出锥形瓶，搁置一段时间后瓶内液体分层，上层为我们所需的生物柴油，基层为甘油。用分液漏斗将基层的甘油放掉取出生物柴油。5.将生物柴油放入开水中冲洗，用玻璃棒搅拌三到五分钟后，用分液漏斗将水放掉，并丈量生物柴油的PH值。6.重复五的操作，直到生物柴油的PH值到7邻近时停止冲洗。7.将生物柴油放入烘干机中烘干。8.用气相色谱剖析仪剖析成分。2.2.2大批制

49、取试验改进因为仪器的限制，不可以一次大批制取故采纳一些改进措施进行制备。从共同效率下手能够使用三个容器将混淆、冲洗、烘干工序分开进行。假定三个容器分别命名为A、B、C，则：寄存混淆震荡后反响结束了经过分液漏斗分液后的生物柴油；B：寄存经冲洗后需要烘干的生物柴油；C：寄存已经烘干制取好的生物柴油。这样三个流程不会扰乱。反响时间，烘干时间和冲洗时间能够合适不会扰乱，将耗时较长的反响和烘干独立出来，方便安排工作时间以及减少工作压力，提高共同合作的效率。从硬件条件下手(1)锥形瓶要多，因为我们能够一次放入多个锥形瓶到震荡仪中。(2)保证热水的不停供应，如采纳独自仪器烧水，增添冲洗速度。(3)增添烘干机

50、的数目，或增添烘干的温度，前提是安全靠谱。从反应原理下手查找文件联合试验发现，反响时间不需要三小时，当1.小时左右，反应基本就结束了，所以能够缩短反应时间，提高制油效率。18三试验装置以及丈量仪器3.1装置表示图单缸机直喷柴油机试验装置如图3.1所示。包含一个用来给发动机加载和控制转速的电涡流测功机，测功机一边经过万向节与发动机相连，另一边用轴与电动机相连；用于测倒托以及启动的电动机；一台丈量废气中CO、HC、NOx、CO2、O2等排放的排气剖析仪；为丈量发动机工作能否稳固，在冷却水管上装了水温传感器丈量冷却水温度；丈量发动机转数的转速传感器；为丈量排气温度，在排气管内装了一支排温传感器；流量

51、计用于丈量燃油耗费量；丈量气缸压力的缸压传感器；收集排温、水温、转速及缸压数据的收集箱；控制发动机和测功机的控制台。图3.1试验装置表示图3.2试验测功机、电动机和发动机主要参数试验的测功机是PowerLink.普联GW电涡流测功机，由长沙湘仪动力测试仪器有限公司自造，主要作用是给发动机供应一个负荷，模拟发动机带不一样负载下的工况。试验电动机是由南京中科机电有限公司生产的变频调速电动机，用于倒托试验，丈量机械损失、摩擦阻力等，也能够对上止点信号校正。没有启动电机是也可用来启动发动19机。表3.1变频调速电动机主要技术参数南京中科机电有限公司变频调速电动机型号YVF160L-4额定转矩95.5N

52、.M接法Y额定电压380V额定功率50HzF级绝缘IP54标称功率15KW恒转速调频范围2-50Hz标称电流30A恒功率调频范围50-100Hz编号505812010年5月重量130kg试验发动机为DLH1105单缸柴油发动机，其主要技术参数见表3.2：表3.2DLH1105单缸柴油发动机主要技术参数发动机机型单缸、四冲程、水冷、直喷缸径/行程/排量105mm/115mm/1.188L连杆长度/余隙高度1900.3mm/16.25mm压缩比18标定功率/标定转速12.1KW/2300r/min喷油提早角-25CABTDC喷孔数5喷孔直径2.8mm203.3丈量控制仪器试验主要的控制仪器就是PC

53、2000发动机自动测控系统，主要的丈量仪器是NI的数据收集卡和各样传感器，水温以及排温则是由两个仪表独自显示。3.3.1控制装置PC2000发动机自动测控系统（如图3.2）在设计过程中才用了国际最流行的单片机技术、现场中线技术和模块化技术，并将国际先进技术在发动机自动测控领域的成功经验与国内的实质状况相联合而精心设计的大型测控系统，该系统主要用于各样种类的柴油机、汽油机、天然气、液化气发动机性嫩试验，出厂试验及发动机标定，它可与国内外各样不一样的水力、电涡流、电力测功机配套，用于控制盒丈量发动机的转速、扭矩、功率、燃油（燃气）耗费量、温度、压力、流量等各样不一样种类的参数。3.3.2丈量传感器

54、主要传感器有缸压传感器、水温传感器、排温传感器、转数传感器等。我们采纳的是一款电荷传感器。在气缸上有一个专门打的孔就是放缸压传感器的，不需要丈量时可用螺栓堵住孔发动机可正常工作，需要丈量时则换上缸压传感器。缸压传感器丈量的是表压，当气缸内压力变化时，会影响传感器上电荷的变化，这类变化经过电荷放大器，如图3.3，放大后被收集箱（图3.4）收集。转速传感器（图3.5）为磁电式转速传感器，它采纳磁电感觉原理实现测速，当齿轮旋转时，经过传感器线圈的磁力线发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越高（0a段），输出频次与转速成正比。转速进一21步增高，磁路消耗增大，输

55、出电势已趋饱和（ab段），当转速超出b，磁路消耗加剧，电势锐减。线圈采纳特别构造，抗扰乱能力加强，获取宽泛应用。该传感器输出信号强，抗扰乱性能好，不需要供电，安装使用方便，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用。水温传感器是热电阻传感器。热电阻传感器是利用导体的电阻随温度变化的特征，对温度和温度有关的参数进行检测的装置。热电阻测温是鉴于金属导体的电阻值随温度的增添而增添这一特征来进行温度丈量的。大多半热电阻在温度高升1时电阻值将增添0.4%0.6%。热电阻传感器主假如利用电阻值随温度变化而变化这一特征来丈量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这类传感器比较合用。排温传感器是热

56、电偶传感器，利用塞贝克效应(Seebeckeffect)工作。热电偶的热电动热将跟着丈量端温度高升而增添，它的大小只与热电偶资料和两头的温度有关，与热电极的长度、直径没关，并且有装置简单，改换方便；压簧式感温元件，抗震性能好；丈量范围大（2001300）；机械强度高，耐压性能好；耐高温可达2800度等长处特别合适用于高温地区的丈量。3.4试验数据收集3.4.1试验台架改进和故障清除在试验前，对台架进行检查，加固紧固螺钉，对影响试验成效或许没法知足要求的地方加以改进对于保证数据的正确性是很有必需的。因为制造生物柴油有限，若采纳原有的油箱以及供油线路需要大批的生物柴油，所以改进供油系统是很有必需的

57、。经过自制的小型油箱和油箱架，我们改短了供油的长度，并且也使改换不一样燃料更为简单、便利。台架的冷却水箱存在漏水现象，这不单对试验的稳固性有影响并且破绽水很简单进入曲轴箱，对润滑油的寿命有影响，对其加固成效不理想后，改换了软管，解决了此问题，对照从前的试验结果，发现数据的稳固性有了很大的提高。3.4.2丈量记录22为了给生物柴油/柴油混淆燃油在柴油机上的优化使用及纯生物柴油发动机的优化控制供应基础，对照研究柴油机燃用生物柴油、石化柴油及不一样掺烧比的生物柴油/柴油混淆燃油的缸压、放热率、CO、HC、NOx等排放的变化规律。为了全面研究发动机燃用生物柴油及其混淆燃油的性质变化规律，柴油机不做任何

58、调整，对发动机分别燃用不一样试验油品进行测试。试验用燃油为一10#商品柴油(中石化)，生物柴油为乌桕籽生物柴油。将他们分别以0%、50%、100%配比成生物柴油/柴油混淆燃料。试验的大概步骤以下：（1）正确上止点对数据办理和放热率剖析有至关重要的作用，故第一要对齐上止点信号。这里我们采纳倒托法。利用电动机倒托发动机，并且丈量气缸内压力信号和转速传感器传过来的上止点信号，记录下来。将信号进行对照剖析，如图3.6,。因为发动机为四冲程发动机，所以两圈一个循环，故两个上止点峰值对应一个循环，并且有一个上止点峰值应当与缸压的峰值相对应。当着二者不对应时，有两种办理方法：（）采纳物理方法，将飞轮上的指针

59、偏移一段距离，这样不停的修正上止点信号。（）采纳软件方法，先计算二者之间的差值，在计算时候将这个差值去掉，及采纳软件方法是上止点信号对齐。确立好上止点后，才能够真实的开始试验了。自然，若不改变转速传感器和飞轮指针的地点时，确立后每次试验不需要再次确立，可是若检修时改变了二者的相对地点，则需23要再次对信号进行办理，保证试验结果的正确性和有效性。因为我们的试验为稳固性试验，故对稳固性的要求较高，每次记录数据时要保证处于所需的稳固状态，故每次都要用较长的时间进行热机。热机能够采纳怠速热机，可是为了保证试验结果赶快稳固方便收集数据，我们采纳的是在所需丈量的工况邻近进行热机（每日做的工况比较单调）。热

60、机时间长短视状况而定，环境，以及热机的功率都对其有较大影响，我们主要以冷却水的温度和排气的温度稳固为准。当二者的变化都不大，并且收集到的汽缸压力峰值变化也不大时，我们以为工况已经稳固，才对其排放和缸压数据进行收集，记录。收集过程中，有时我们需要改换燃油，进行不一样种类的燃油的数据收集。换油时要保证先前燃油只有极少部分节余，使后进的燃料不会和先前的燃料混淆，可是也不可以让油太少，油太少会以致气体进入供油系统，使得供油压力发生变化，而发动采纳的是机械供油泵，这样讲会影响到喷油压力，使得喷油不稳固，影响工况的稳固性。改换燃油后也要等候加长时间稳固，时间的长短由输油管的长度和节余的上种燃油量而定。待工