車用生物質燃料（簡體書）

《車用生物質燃料》可供能源技術、動力機械工程、車輛工程等領域的科研院所的相關科技人員參考，也可供高等院校相關專業師生，以及對車用生物質燃料有興趣的技術和管理人員參考。

第1章生物質燃料概論
1.1能源與環境保護1
1.1.1能源1
1.1.2環境保護2
1.2生物質和生物質能2
1.2.1生物質2
1.2.2生物質能3
1.3發動機替代燃料5
1.3.1發動機替代燃料的分類6
1.3.2各種替代燃料的特點6
本章參考文獻8
第2章醇類燃料
2.1概述9
2.2醇的生產11
2.2.1甲醇的生產11
2.2.2乙醇的生產16
2.3醇燃料的性質18
2.3.1醇燃料的理化性質18
2.3.2醇燃料的熱物性19
2.4純醇燃料的燃燒和排放特性20
2.4.1甲醇燃料發動機的燃燒和排放特性20
2.4.2乙醇燃料發動機的燃燒和排放特性22
2.5純醇燃料在汽車上的應用24
2.5.1甲醇燃料在汽車上的應用24
2.5.2乙醇燃料在汽車上的應用26
本章參考文獻27
第3章摻醇汽油
3.1概述29
3.2摻醇汽油的制備29
3.2.1甲醇汽油的制備29
3.2.2乙醇汽油的制備32
3.3摻醇汽油的性質34
3.3.1甲醇汽油的性質34
3.3.2乙醇汽油的性質38
3.4摻醇汽油的燃燒和排放特性40
3.4.1甲醇汽油的燃燒和排放特性40
3.4.2乙醇汽油的燃燒和排放特性45
3.5摻醇汽油在汽車上的應用49
3.5.1甲醇汽油在汽車上的應用49
3.5.2乙醇汽油在汽車上的應用53
本章參考文獻54
第4章摻醇柴油
4.1摻醇柴油概述56
4.1.1摻醇柴油作為柴油機燃料的必要性和可行性56
4.1.2發動機摻燒醇類燃料的方式57
4.2摻醇柴油的制備及穩定性58
4.2.1助溶劑58
4.2.2乳化劑60
4.2.3一種復合添加劑62
4.2.4摻醇柴油的制備及穩定性試驗62
4.3摻醇柴油的性質67
4.3.1醇類燃料的性質67
4.3.2摻醇柴油的主要性質69
4.3.3摻醇柴油的主要性質檢測結果實例72
4.4摻醇柴油的燃燒特性、動力性和經濟性75
4.4.1摻醇柴油的噴霧、燃燒和冷啟動性能75
4.4.2發動機燃用摻醇柴油的動力性95
4.4.3發動機燃用摻醇柴油的經濟性97
4.5摻醇柴油的排放特性105
4.5.1發動機燃用摻醇柴油的常規排放特性105
4.5.2摻醇柴油的非常規排放特性118
4.6摻醇柴油在汽車上的應用126
4.6.1柴油／甲醇組合燃燒整車的道路試驗126
4.6.2柴油機汽車使用甲醇燃料的性能127
4.6.3柴油機汽車使用乙醇柴油混合燃料的性能129
本章參考文獻133
第5章生物柴油
5.1生物柴油概述136
5.1.1生物柴油的定義136
5.1.2生物柴油的原料來源136
5.1.3生物柴油的優點136
5.1.4生物柴油的缺點138
5.1.5發展生物柴油的意義138
5.1.6世界各國生物柴油的應用和發展139
5.1.7中國生物柴油的應用和發展140
5.2生物柴油制備方法142
5.2.1第一代生物柴油的工藝類型142
5.2.2第二代生物柴油的工藝類型144
5.2.3第三代生物柴油的工藝類型145
5.3生物柴油的理化性質146
5.4生物柴油在發動機上的應用148
5.4.1供油、噴油特性148
5.4.2噴霧特性149
5.4.3燃燒特性149
5.4.4動力性155
5.4.5經濟性156
5.4.6排放性156
5.4.7排溫性160
5.5生物柴油在汽車上的應用161
5.5.1啟動性能161
5.5.2經濟性161
5.5.3動力性162
5.5.4環保性162
5.5.5可靠性162
5.5.6橡膠制品的密封性163
5.5.7耐久性164
本章參考文獻164
第6章二甲醚燃料
6.1二甲醚概述165
6.2二甲醚的歷史和應用現狀167
6.3二甲醚制備168
6.3.1制備二甲醚的原料和原料氣的制備168
6.3.2二甲醚生產工藝169
6.4二甲醚燃料在汽車發動機上的應用173
6.4.1發動機供油系統的改進173
6.4.2供噴油特性175
6.4.3燃燒特性176
6.5二甲醚及二甲醚—柴油混合燃料的動力性、經濟型和排放性180
6.5.1外特性下二甲醚發動機和柴油機的扭矩和功率對比180
6.5.2外特性下燃油消耗率的對比181
6.5.3排放性181
6.5.4運行穩定性185
6.6二甲醚燃料在汽車上的應用186
6.6.1動力性和啟動性186
6.6.2經濟性186
6.6.3排放性能186
6.6.4噪聲分析187
6.6.5潤滑性187
本章參考文獻187
第7章車用生物質燃料生命周期評價
7.1生命周期評價概述189
7.1.1生命周期評價的概念189
7.1.2生命周期評價方法的發展189
7.1.3生命周期評價框架190
7.2車用生物質燃料生命周期評價192
7.2.1目的意義192
7.2.2評價方法193
7.3車用生物質燃料生命周期評價的實例197
7.3.1木薯燃料乙醇生命周期能源效率評價197
7.3.2木薯燃料乙醇新、舊生產工藝的能耗分析198
7.3.3木薯乙醇汽油生命周期評價201
7.3.4生物柴油生命周期評價202
本章參考文獻204

乙醇—柴油混合燃料的溶解度除了與乙醇中含有的水分和柴油中的芳香烴質量分數有關以外，還與乙醇比例和溶液的溫度有關。采用二元相圖表示不同乙醇比例下標準無水乙醇與—10號柴油構成的乙醇一柴油混合燃料的溶解特性。圖4—17顯示了不同乙醇比例下的乙醇與柴油溶解度變化曲線，圖4—17內帽形線上方是單一相，下方為二相共存區，這種液相不能完全相溶的體系成為部分相溶體系。由圖可知，隨著溶液溫度升高，共軛相組成越來越接近，當達到21.8℃時兩線相交于臨界點C。試驗結果表明，無水乙醇與—10號柴油構成的乙醇—柴油混合燃料的臨界點C出現在乙醇比例約為50％處[7]。
試驗所用的復合添加劑組分構成如下：異丁醇+低分子醚+高分子聚合物+硝酸異辛酯，體積比為1：3：1：1。圖4—18給出了由乙醇、柴油和復合添加劑構成的三元溶解度相圖及—10℃、0℃、5℃三條等溫線。由圖可知，添加微量復合添加劑的乙醇一柴油混合燃料的低溫相溶性顯著改善。例如在0℃下溶解15％乙醇僅需添加劑1％左右，即使在—10℃時，復合添加劑的用量也不超過2％；隨著溶液溫度升高，復合添加劑用量逐漸減少，臨界點C附近使用量最大，這與二元相圖的結論是一致的[7|。
乙醇與柴油在一定溫度條件下能實現互溶。當溫度降低時，乙醇與柴油的相溶性變差，并出現相分離現象，混合燃料的相分離溫度反映了乙醇與柴油的相溶性。圖4—19給出了乙醇比例與成品調和柴油的相分離溫度的關系。從圖中可以看出，市售成品油和調和油的相分離溫度隨著乙醇體積比的增加先升高后下降，在乙醇體積比50％左右達最高值；乙醇體積比小于10％時，相分離溫度低。
4.3.2.2密度
密度是發動機燃料最重要的參數之一，燃料的大部分物理化學性質與密度之間都存在某種內在關系，它可以提供一些很有用的關于燃料組成、功率輸出和排氣煙度等信息。密度越大說明燃料里的碳原子數目越多，意味著發動機輸出功率越大，同時產生碳煙微粒的可能性也增加。甲醇和乙醇的密度都比汽油大、比柴油小，甲醇或乙醇與柴油形成的混合燃料分層時，上面是醇下面是柴油；與汽油形成的混合燃料分層時則相反。試驗表明，當燃料的密度（15℃時）由0.84kg／L降至0.80kg／L時，PM平均下降了0.05g／（kW·h）。柴油中摻入甲醇或乙醇后必然導致混合燃料密度的下降，從排放方面反映了摻醇柴油降低發動機排氣煙度的效果明顯。
4.3.2.3 黏度
在柴油機中，燃料在供油系統中兼起著潤滑和防漏作用，燃料的黏度是內燃機燃料一個重要評價指標，然而燃料的黏度隨溫度變化關系（黏溫曲線）是燃料，特別是發動機替代燃料的重要品質特性。E0、E10、E20和E30等乙醇—柴油混合燃料的黏溫特性的試驗結果如圖4—20所示。由圖可知，隨著乙醇比例的增大，混合燃料黏度逐漸降低，并且隨著溫度的升高（約100℃），幾種混合燃料的黏度將和原柴油的黏溫曲線保持一致，這是因為乙醇的沸點為78.5℃，遠小于柴油的沸點。當混合燃料的溫度升高大于乙醇的沸點時，大量的乙醇從混合燃料中蒸發出來；當溫度達到100℃時，表明乙醇差不多蒸發完了，混合燃料中基本上只剩下柴油；當溫度超過100℃之后，幾種混合燃料的黏溫曲線基本重合。所以柴油機燃用乙醇—柴油混合燃料時應防止其供油系統因乙醇蒸發而發生氣阻和穴蝕現象。