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窑产木材干馏焦油与柴油混合物的性能

日期:2008-11-06    来源:中国新能源网  作者:中国新能源网

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2008
11/06
09:40
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关键词: 窑产木材 干馏焦油 柴油

    从木料的慢热解生成木炭,是一种可以追朔到公元前3000年的工艺,今天大量木炭仍用这种传统技术生产。这种技术使用泥土顶盖的窑,在它里面是用来制造木炭的木原料,在缺氧或无氧的状态下,被慢慢地加热。在很多窑系统,它产生的气体,或不加处理地用作窑的热源,然后排放到大气,或被冷凝成为液体,从它可以提取防腐剂,芳香剂和树脂。冷凝液的另一个可能的用途是做柴油机的燃料。从全球看,相当大量这样的液体可能被生产出来。例如巴西,就有最大的以窑为基础的木炭工业。2003年从34.3百万吨木料生产出8.6百万吨木炭。虽然25%的木料到木炭转化率是低的,但从典型的传统窑,可能生产高达10GL的液体副产品。这样大量的可再生的和温室气体中性的燃料,值得研究它的特性,看是否能做柴油燃料的替代品。

    但是,不是全部木热解生成的液体都可能在柴油机使用。实验室规模的慢热解反应器的原料转化,在典型的情况下得到的产物中大约有30-40%固体,40-50%液体,其余是不可冷凝气体。液体可以分成两个不同的组成部分。一个是水性部分,叫做木酯酸。在典型的情况下它有高水含量,较低的元子碳浓度和很低的热值。第二部分是粘滞的、排水性的、焦油般的部分,它的特性是高碳浓度、较高的酸度和较高的热值。这种焦油通常占整个液相的10%。它是一种复杂的混合物,含有松节油、各种酸、酚、醚、酮和醛。这种液体在欧洲曾被用来做保护剂,后来用来做一些化学品的原料。这种叫做木馏焦油的液体还具有做柴油机燃料替代物的特性。

    这种木馏焦油的十六烷值小于轻柴油的1/5。它导致柴油机点火延迟,这只能用增加柴油机压缩比或预热气缸充气的方法克服。在典型的燃料输送温度下,木馏焦油的粘度是柴油的几倍。发动机用这种燃料连续运行,因此要求大很多的泵油能力,而这会增加燃料系统磨损。燃烧后的残余物会粘住运动零件,因此在停机前要求溶剂冲洗发动机和燃料系统。最后,这种燃料在发动机和燃料箱之间的连续流通,在典型的燃料输送温度下能加强燃料老化,从而使上述问题更加严重。许多问题固然可以用重新设计发动机的方法解决,但较为实际可取的方法是在没有改装的发动机使用这种燃料。实行这种做法的一个方法是把这种燃料同柴油混合,并非一切木生物质热解液体都可以用柴油燃料混合形成稳定混合液体。那些通常被称为生物油的由快热解生成的液体,为了同柴油混合,要求使用表面活化剂,因为它存在大量极性组分,包括水。至于慢热解生成的液体,把木酯酸分离出后,剩下的木馏焦油含很少或不含极性组分,这使它同柴油混合成为简单得多的事。

    报告发表在《Biomass and Bioenergy》一个研究,检测了传统木炭窑产生的木馏焦油应用于柴油发动机的潜在能力,采用的方法是把木馏焦油同轻汽车级柴油混合。实验使用的木馏焦油是松木炭工厂的副产物,该工厂使用各种传统工艺。这种木馏焦油是黑色粘性液体,代表原始松物质的5%左右。它的碳含量高,而氧含量不到由桉树的木馏焦油的一半,同由油菜籽和玉米穗轴制造的木馏焦油差不多。实验使用直接喷射式柴油发动机测试窑产木馏焦油和柴油的混合物的性能。燃料喷射温度超过120℃,在这种状况下焦油的粘度可能比柴油低,尽管焦油的原始粘度是高的。含20%和40%木馏焦油的混合燃料,在一台4气缸4冲程直接喷射式柴油机试验。这种混合燃料是稳定的,而且容易形成。同使用纯柴油相比,使用含20%木馏焦油的混合燃料时,柴油机的性能差别很小。使用含40%木馏焦油的混合燃料时,柴油机气缸内气体压力和温度明显升高。使用两种混合燃料时点燃滞后比使用柴油时长。在燃烧的前期混合阶段,燃料燃烧速率使用两处混合燃料时比使用柴油时大。在燃烧的扩散阶段,燃料燃烧速率使用混合燃料时则比使用柴油时低。

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