植物油醚基酯清洁替代燃料研究

植物油是柴油机潜在的优质可再生能源，具有广泛的来源。本项目首次提出以植物油醚基酯为柴油机清洁替代燃料的新思路。前期研究表明：植物油醚基酯诸多理化性质与柴油接近，且因分子中含有醚基团，着火性能突出，排放性能优越，减少碳烟70%-90%。既可单独用作柴油机清洁燃料，又可作为柴油清洁添加剂和十六烷值助剂。本项目采用植物油与乙（丙）二醇醚类物质为原料，通过酯交换反应，制取植物油醚基酯。通过一系列试验研究获取植物油醚基酯十六烷值与其醚基官能团的种类和数量的关系；获得其醚基官能团种类和数量、含氧量对柴油发动机燃烧性能与排放特性的影响与规律，得出作为柴油添加剂其醚基官能团和燃料含氧量对发动机燃烧性能和排放特性的影响规律。从分子水平上完成植物油醚基酯超清洁燃料的设计。探讨植物油醚基酯燃烧机理与有害排放物生成机理。本项目方法科学、依据充分，目标明确、并已具备所需各项试验研究条件，各项工作均可按计划顺利进行。

本项目按计划进行，完成了任务书指定的主要研究内容，增加了“植物油醚基酯理化性能研究”部分，以及植物油醚酯与乙醇掺和燃料对发动机燃烧性能和排放特性的影响，取得了一批重要学术成果，植物油醚基酯燃烧过程与有害排放物生成的机理有待进一步探讨。研究生培养、论文发表和会议交流任务超额或悉数完成。基于廉价植物油和醇醚原料和KOH或金属钠催化剂，采用酯交换法，按正交试验优化的合成条件，制取了棉籽油乙二醇甲醚酯、棕榈油乙二醇乙醚酯和麻风树油乙二醇丁醚酯等12种植物油醚酯，对其粗产物进行了精制提纯，并采用FT-IR、1H NMR、GPC和元素分析技术表征了精制产物为植物油单酯的结构。取得了醚基团数和醚基团种类对植物油醚酯诸理化性质影响规律：随着醚基团数增多，纯棉籽油醚酯、50%和10%棉籽油醚酯的柴油混合燃料密度、运动粘度、烟点和凝点均不断增高，且二者之间线性相关；棕榈油乙二醇烷基醚酯中随烷基的亚甲基数增多，密度呈线性规律下降、粘度和热值呈线性规律增大，凝点呈二次函数规律升高。植物油醚酯作为柴油添加剂，随其体积含量增大，燃料密度、粘度、闪点和烟点线性增高，而热值线性降低，但不同植物油醚酯影响的线性规律有所不同。植物油醚酯十六烷值（y）随其醚基团数(x)和醚基团种类不同而变化，对于棉籽油醚酯其关系可表述为：y= -1.6x2 + 11.84x + 59.74；对于棕榈油乙二醇烷基醚酯，十六烷值随烷基中亚甲基数增多而增大，但增加幅度逐渐减小，当亚甲基数增加至3时，十六烷值反而出现下降。取得了燃用植物油醚酯对发动机性能影响规律，（1）着火延迟期缩短，着火时刻提前，致使压力示功图、压力升高率曲线、放热率曲线均比燃用柴油前移了2~6度，前移程度随醚基团数的增多而增大，醚基团数相同时其种类影响并不十分显著；（2）缸内峰值压力，峰值压力升高率和峰值放热率降低；（3）燃油经济性改善，有效热效率随植物油醚酯的醚基团数和含氧量提高而线性增大；（4）发动机碳烟排放大幅度降低，降低幅度随醚基团数、含氧量增高而线性增大；（5）NOx、CO和HC排放减少，减少程度随醚基团数和含氧量增高而总体上增大；（6）作为柴油添加剂，随着植物油醚酯含量增大，混合燃料含氧量的增高，有效热效率增大，烟度降低，但变化呈多项式关系。十六烷值和排放性能随醚基团数、含氧量而增高的规律证明植物油醚基酯是植物油甲酯不能比拟的清洁替代燃料。