【摘要】：生物質(zhì)能是一種可以收集、儲存、運(yùn)輸和最接近常規(guī)化石燃料的可再生能源，從原料構(gòu)成到理化特性均與煤炭等化石能源相似，其不僅是綠色的潔凈能源，而且是可再生能源中唯一可以培育和轉(zhuǎn)化為液體燃料的碳資源，在6種可再生能源中占有重要的地位。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)是目前地球上最豐富、最廉價的生物質(zhì)資源，我國每年可作能源利用的農(nóng)林剩余物等木質(zhì)纖維素生物質(zhì)達(dá)7億噸以上，折合標(biāo)煤3.5億噸左右。木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為液體燃料，進(jìn)而可作為柴油機(jī)替代燃料，其對于增強(qiáng)我國石油安全、緩解能源和資源壓力、減輕生態(tài)環(huán)境污染、發(fā)展社會經(jīng)濟(jì)等具有現(xiàn)實(shí)意義。乙酰丙酸乙酯可由木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化獲得，在國外已有作為車用燃料的研究，但國內(nèi)對其在柴油機(jī)上燃燒動力及排放性能的研究幾乎為空白。因此，結(jié)合我國生物質(zhì)資源狀況，以玉米秸稈基乙酰丙酸乙酯為對象，分析其與柴油的混合燃料柴油機(jī)特性，找出適合我國柴油機(jī)使用的合理配比混合燃料，有利于生物質(zhì)基乙酰丙酸乙酯的推廣利用和我國生物質(zhì)資源的合理化、規(guī)�；�。 本文研究了生物質(zhì)中典型的玉米秸稈制取乙酰丙酸并進(jìn)行酯化工藝方法和反應(yīng)條件。分析了乙酰丙酸乙酯-柴油混合燃料的動力性性能，借助內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)臺架，進(jìn)行了混合燃料的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性試驗(yàn)，找到了適合我國柴油體系和柴油機(jī)系統(tǒng)的燃料混合范圍。以乙酰丙酸乙酯為中心，結(jié)合乙酰丙酸乙酯和生物柴油的各自理化特性特點(diǎn)，開展了乙酰丙酸乙酯、生物柴油與柴油的多種燃料配方的理化特性研究，優(yōu)選了滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的燃料配方，并對配方進(jìn)行了柴油機(jī)動力性能驗(yàn)證。對玉米秸稈為原料的生物質(zhì)基乙酰丙酸乙酯進(jìn)行了生命周期能耗、環(huán)境排放和經(jīng)濟(jì)性分析，針對相關(guān)環(huán)節(jié)提出了一定的建議。結(jié)果表明： (1)玉米秸稈纖維素和半纖維含量都較高，灰分含量較小，在水解制取乙酰丙酸平臺化合物方面具有較大的優(yōu)勢。玉米秸稈制取糠醛后的殘?jiān)捎糜谥迫∫阴１�，其較好的反應(yīng)溫度、硫酸濃度、固液質(zhì)量比、反應(yīng)時間等條件下，乙酰丙酸產(chǎn)率的可達(dá)70%。極性較強(qiáng)的吸附劑對乙酰丙酸水解液的分離效果較好，在合適的乙酰丙酸濃度、流量、填充柱的高徑比、洗脫鹽酸濃度情況下，乙酰丙酸收率為82.2%。酯化反應(yīng)時，選用固體酸催化劑，找到了乙酰丙酸與乙醇酯化反應(yīng)V酸:V醇、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、M催化劑:M酸等優(yōu)化條件。 (2)合適比例的乙酰丙酸乙酯-柴油混合燃料可在水平單缸四沖程壓燃式柴油發(fā)動機(jī)中正常工作；燃用這混合燃料與柴油的外特性的動力性變化趨勢相同，轉(zhuǎn)矩和功率較燃用純柴油略�。换旌先剂系娜加拖穆瘦^柴油略大，能量消耗率卻低于純柴油；混燃燃料的NO_x、CO_2等排放在柴油機(jī)輸出功率較大時較柴油排放濃度要高；CO和煙度排放在輸出功率較大時，隨乙酰丙酸乙酯含量的增加較為明顯地降低�；旌先剂喜裼蜋C(jī)利用過程中的油耗率受混合燃料的密度影響較大；NO_x、CO和CO_2等排放受混合燃料含氧量影響較大；HC排放和尾氣煙度受混合燃料的運(yùn)動粘度影響較大；混合燃料的含氧量是影響燃燒排放主要參數(shù)；尾氣煙度受燃料特性變化影響最為明顯。 (3)以乙酰丙酸乙酯為中心，開展乙酰丙酸乙酯、生物柴油和柴油不同配比混合燃料的理化特性研究，具體包括互溶性、低溫流動性、霧化及蒸發(fā)性、氧化安定性、防腐性、潔凈性、發(fā)火性、熱值等方面，研究配制了13種B5系列混合燃料配方，經(jīng)試驗(yàn)分析，有10種配方的滿足GB/T25199-2010生物柴油調(diào)合燃料(B5)的指標(biāo)要求。理化特性試驗(yàn)表明，乙酰丙酸乙酯和生物柴油的配合有一定的協(xié)同、相互促進(jìn)作用，以柴油為主體，同時合理比例添加乙酰丙酸乙酯和生物柴油能夠使燃料配方具有與柴油十分接近的理化特性等，較好地滿足替代柴油的理化特性。對篩選的4種混燃燃料進(jìn)行了柴油機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明，燃料配方在柴油機(jī)中燃燒的動力性基本不變，經(jīng)濟(jì)性略有提高，HC、CO、煙度等污染物排放比燃燒柴油有明顯降低，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。 (4)建立了玉米秸稈為原料制乙酰丙酸乙酯的生命周期能源消耗、排放和經(jīng)濟(jì)評價模型，考察了生物質(zhì)的生長、收集、預(yù)處理、水解酯化、燃料運(yùn)輸分配及柴油機(jī)利用，詳細(xì)討論各個單元過程，定義了車用燃料生物質(zhì)基乙酰丙酸乙酯生命周期的系統(tǒng)邊界，進(jìn)行了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化乙酰丙酸乙酯的相關(guān)數(shù)據(jù)收集，整理和評價。生物質(zhì)基乙酰丙酸乙酯生命周期中，乙酰丙酸乙酯的生產(chǎn)過程中水解和酯化過程的能耗最多，占到了總能耗的66%以上；玉米秸稈收集和預(yù)處理過程的能耗相當(dāng)，分別占總能耗的16.0%和15.5%，提高水解和酯化效率是生物質(zhì)轉(zhuǎn)換為乙酰丙酸乙酯的主要節(jié)能途徑和發(fā)展方向，減少玉米秸稈預(yù)處理和收集的能耗也是較為重要的節(jié)能途徑。相比傳統(tǒng)柴油，生物質(zhì)基乙酰丙酸乙酯的環(huán)境污染物排放中NOx、PM10、SO2和溫室氣體均遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)柴油。隨著乙酰丙酸乙酯價格和糠醛價格的升高，項(xiàng)目凈現(xiàn)值增加；隨著玉米秸稈價格、初投資費(fèi)、乙醇費(fèi)用、勞動力成本的增加，項(xiàng)目凈現(xiàn)值減少。其中，對凈現(xiàn)值影響最大的是乙酰丙酸乙酯價格。
【學(xué)位授予單位】：河南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TK6
【圖文】：

今世界人類面臨著經(jīng)濟(jì)增長、環(huán)境保護(hù)社會發(fā)展等多重壓力，改變能源的生產(chǎn)方式于建立可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善，具有重大意義展的經(jīng)濟(jì)中，化石能源還起著關(guān)鍵作用，然而，由于人類的過度開發(fā)和消耗，化石環(huán)境污染日益嚴(yán)重。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)綠色發(fā)展，成為世界經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的總趨在推動低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景，在 6 種可再生重要的地位。生物質(zhì)能是一種可以收集、儲存、運(yùn)輸?shù)淖罱咏Ｒ?guī)化石燃料的可再構(gòu)成到理化特性均與煤炭相似，其不僅是綠色的潔凈能源，而且是可再生能源中唯夠轉(zhuǎn)化為液體燃料的碳資源[3-4]。生物質(zhì)液體燃料技術(shù)是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化利用技術(shù)中發(fā)展生物質(zhì)液體燃料產(chǎn)業(yè)不僅對增強(qiáng)我國石油安全具有重要戰(zhàn)略意義，而且對于緩源壓力、減輕生態(tài)環(huán)境污染和發(fā)展社會經(jīng)濟(jì)等具有現(xiàn)實(shí)意義。石油燃料消耗加速國人均石油資源占有量只有世界平均水平的十分之一[5]，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展越來越大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源短缺的矛盾日益突出。2012 年我國原油進(jìn)口 2.7 億噸 56.4%[6]，從 2009 年以來我國石油對外依存度開始超過 50%的“國際警戒線”[7]，油進(jìn)口量及依存度逐年攀升(如圖 1.1 所示)，預(yù)計(jì) 2020 年對外依存度將達(dá) 65%以上

其在柴油機(jī)上燃燒動力及排放性能的研究幾乎為空白。乙酰丙酸乙酯的含是一種清潔的燃料。同時，乙酰丙酸乙酯具有較好的潤滑性，可使其與柴油好的潤滑性也延長了柴油發(fā)動機(jī)的壽命。以乙酰丙酸乙酯為添加燃料，綜合料的燃燒排放特性，找出適合柴油機(jī)使用的優(yōu)化配比改性混合燃料，將有利酯的推廣利用和木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的合理化、規(guī)�；谩；阴１峒磅ヮ惾剂涎芯楷F(xiàn)狀酸(Levulinic Acid，LA)，又名果糖酸、左旋糖酸，生物質(zhì)在水解條件下可酸是繼乙醇之后的新一代生物質(zhì)資源平臺化合物，其分子中包含了羰基和化還原、取代、聚合等多種反應(yīng)(圖 1.3)[37,38]，乙酰丙酸作為一種新型、綠們關(guān)注，經(jīng)過化學(xué)轉(zhuǎn)化它可以生產(chǎn)出許多高附加值產(chǎn)品，如琥珀酸、聚合香料、溶劑、增塑劑、防凍劑等[39]，除此之外，乙酰丙酸加氫生成甲基四燃料，乙酰丙酸與乙醇、丁醇等反應(yīng)生成乙酰丙酸乙酯、乙酰丙酸丁酯可生生物質(zhì)中獲取乙酰丙酸，進(jìn)而生成乙酰丙酸酯類等替代燃料的研究，越來

國乙酰丙酸生產(chǎn)廠家較少，在乙酰丙酸加氫合成甲基四氫呋喃的技術(shù)及工藝，國內(nèi)相關(guān)研究報(bào)道及專利很少，而在以乙酰丙酸乙酯生產(chǎn)柴油替面國內(nèi)幾乎是空白。酸研究現(xiàn)狀是該合成路徑的主要原料，其來源可以由糠醇催化水解法和生物質(zhì)直接前，生物質(zhì)直接水解法制備乙酰丙酸已成為制備乙酰丙酸的主要方法是建立在木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的基礎(chǔ)上，木質(zhì)纖維素生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乙酰丙包含了許多副產(chǎn)物和中間產(chǎn)物(圖 1.4)。半纖維素和纖維素是生物質(zhì)的物形式存在，可以水解情況下轉(zhuǎn)化為低分子量的糖類，并以此為途徑轉(zhuǎn)木質(zhì)纖維素生物質(zhì)無需經(jīng)過復(fù)雜的預(yù)處理，通過物理的或化學(xué)的方法直，常見的平臺化合物代表有糠醛、5-羥甲基糠醛和乙酰丙酸等。這些平，一般以無機(jī)酸為催化劑，在一定溫度、壓力反應(yīng)條件下，直接將木質(zhì)獲得。相比于其它轉(zhuǎn)化途徑，該轉(zhuǎn)化途徑具有工藝簡單，并且纖維素、，是生物質(zhì)開發(fā)利用有效方法之一[43]。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 支姝;魏秋蘭;王生昌;;生物柴油-柴油混合燃料的霧化蒸發(fā)性能研究[J];小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車;2008年04期

2 吳貴福;賈元華;邵東偉;;柴油機(jī)燃用生物柴油混合燃料排放性能試驗(yàn)研究[J];內(nèi)燃機(jī);2007年01期

3 覃軍;劉海峰;堯命發(fā);陳輝;;柴油機(jī)摻燒不同比例生物柴油的試驗(yàn)研究[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2007年04期

4 丁凱;王會明;亢淑娟;吳占華;尹克榮;;大豆生物柴油混合燃料性能試驗(yàn)研究[J];內(nèi)燃機(jī)與動力裝置;2009年04期

5 吳貴福;賈元華;姜東華;;柴油機(jī)燃用生物柴油混合燃料排放性能試驗(yàn)研究[J];內(nèi)燃機(jī);2009年06期

6 丁凱;王會明;亢淑娟;崔方方;;乙醇/生物柴油混合燃料性能試驗(yàn)研究[J];農(nóng)機(jī)化研究;2010年01期

7 馬林才;劉大學(xué);周志國;季永青;;生物柴油-柴油混合燃料的理化及排放特性研究[J];燃料化學(xué)學(xué)報(bào);2011年08期

8 包俊江;關(guān)敏;范嘉睿;付鐵強(qiáng);;直噴柴油機(jī)燃用生物柴油/柴油混合燃料適應(yīng)性研究[J];內(nèi)燃機(jī);2008年04期

9 張建春;金付強(qiáng);楊儒;李敏;郝新敏;張華;;燃用橡膠籽生物柴油柴油機(jī)的性能與排放特性[J];北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年02期

10 彭天鵬;文華;廖火木;;生物柴油_柴油混合燃料的性能及放熱規(guī)律試驗(yàn)研究[J];能源研究與管理;2009年04期

相關(guān)會議論文 前10條

1 王春陽;;試論我國生物柴油發(fā)展的法律完善和對策[A];資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會建設(shè)與環(huán)境資源法的熱點(diǎn)問題研究——2006年全國環(huán)境資源法學(xué)研討會論文集（二）[C];2006年

2 王賢華;陳漢平;邵敬愛;楊國來;張世紅;劉德昌;;國外生物質(zhì)能發(fā)展戰(zhàn)略對我國的啟示[A];2004年中國生物質(zhì)能技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展研討會論文集[C];2004年

3 王運(yùn)超;介石磊;;甲醇/汽油混合燃料在汽油機(jī)上的應(yīng)用性能研究[A];第三屆河南省汽車工程科技學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2006年

4 李玉柱;于海業(yè);;生物油與生物柴油的綜合比較[A];農(nóng)業(yè)機(jī)械化與新農(nóng)村建設(shè)——中國農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會2006年學(xué)術(shù)年會論文集（上冊）[C];2006年

5 張建社;郭慶杰;;流化床生物質(zhì)CO_2催化氣化模擬分析[A];中國化工學(xué)會2011年年會暨第四屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術(shù)論壇論文集[C];2011年

6 周斌;雷建國;魏然;;生物質(zhì)(秸稈)成型燃料制備技術(shù)應(yīng)用與市場需求展望[A];2011中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集（第四卷）[C];2011年

7 田原宇;梁鵬;蓋希坤;喬英云;;自混合下行循環(huán)流化床生物質(zhì)快速熱解制燃料油[A];2009全國可再生能源—生物質(zhì)能利用技術(shù)研討會論文集[C];2009年

8 王玉琪;;生物質(zhì)爐具:市場前景看好,更需政府支持[A];2009第三屆中國民用爐具研討會暨產(chǎn)品展示會、2009生物質(zhì)成型燃料加工設(shè)備及技術(shù)交流會會刊[C];2009年

9 孫鳳蓮;王雅鵬;;可持續(xù)發(fā)展理論對生物質(zhì)能源開發(fā)利用的影響研究[A];技術(shù)創(chuàng)新與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展[C];2009年

10 王革華;;生物質(zhì)能在能源系統(tǒng)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中的作用及發(fā)展戰(zhàn)略[A];21世紀(jì)太陽能新技術(shù)——2003年中國太陽能學(xué)會學(xué)術(shù)年會論文集[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 李正信;美國著手降低汽車油耗[N];經(jīng)濟(jì)日報(bào);2007年

2 美林集團(tuán)全球商品期貨期權(quán)中國部 蔡捍東 冀雪梅;能源因素對農(nóng)產(chǎn)品價格的影響[N];期貨日報(bào);2006年

3 倪永華;德科學(xué)家發(fā)明油水混合燃料[N];科技日報(bào);2004年

4 陳黎;F-22戰(zhàn)斗機(jī)完成使用合成混合燃料的首次飛行[N];中國航空報(bào);2008年

5 本報(bào)駐聯(lián)合國記者 王俊鳴;生物質(zhì)能真的節(jié)能嗎[N];科技日報(bào);2005年

6 中科院廣州能源研究所生物質(zhì)能中心主任 李海濱;生物質(zhì)能發(fā)展要洗好切入點(diǎn)[N];中國化工報(bào);2007年

7 徐啟生;在油價上漲面前[N];光明日報(bào);2008年

8 李俊　王春;生物質(zhì)能標(biāo)準(zhǔn)亟須制訂[N];科技日報(bào);2006年

9 顧鋼;生物質(zhì)能：一石三鳥的事業(yè)[N];科技日報(bào);2004年

10 任荃;7噸秸稈“變身”1噸汽車燃料[N];文匯報(bào);2006年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王志偉;生物質(zhì)基乙酰丙酸乙酯混合燃料動力學(xué)性能研究[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

2 李方成;醇類/柴油混合燃料羰基化合物排放特性及生成機(jī)理的研究[D];天津大學(xué);2010年

3 任毅;柴油機(jī)燃用柴油-含氧化合物混合燃料燃燒與排放研究[D];西安交通大學(xué);2007年

4 王金華;天然氣-氫氣混合燃料直噴燃燒特性和預(yù)混層流火焰研究[D];西安交通大學(xué);2009年

5 譚滿志;替代燃料理化性質(zhì)對柴油機(jī)燃燒和排放特性的影響規(guī)律[D];吉林大學(xué);2012年

6 梁晨;摻混二甲醚點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)燃燒與排放性能的試驗(yàn)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

7 耿莉敏;生物柴油/柴油混合燃料的理化性能分析與噴霧特性改善[D];長安大學(xué);2009年

8 祁東輝;混合噴射液化石油氣/柴油雙燃料發(fā)動機(jī)的研究[D];長安大學(xué);2003年

9 陳昊;生物柴油/柴油混合燃料及生物柴油摻水微乳化燃料性能研究[D];長安大學(xué);2008年

10 侯軍興;二甲醚—生物柴油混合燃料噴射及發(fā)動機(jī)燃燒研究[D];上海交通大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 崔淑華;醇汽油混合燃料發(fā)動機(jī)性能應(yīng)用試驗(yàn)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2010年

2 熊燕;能源稅收政策對中國生物柴油成本的預(yù)期影響[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2008年

3 馮丹華;非標(biāo)柴油/二甲醚混合燃料在增壓柴油機(jī)上的應(yīng)用研究[D];太原理工大學(xué);2011年

4 潘永方;直噴式柴油機(jī)燃用甲醇—柴油混合燃料的性能研究[D];河南科技大學(xué);2010年

5 杜標(biāo);乘用車柴油機(jī)燃用丁醇柴油混合燃料的試驗(yàn)研究[D];湖南大學(xué);2011年

6 李文;二甲醚柴油混合燃料燃油系統(tǒng)性能的試驗(yàn)研究[D];太原理工大學(xué);2010年

7 牛振華;HPB-V型生物質(zhì)成型機(jī)的改進(jìn)與試驗(yàn)分析[D];河南農(nóng)業(yè)大學(xué);2010年

8 朱孔遠(yuǎn);生物質(zhì)與煤共熱解實(shí)驗(yàn)研究[D];河南理工大學(xué);2010年

9 賀鵬;熱解溫度對生物質(zhì)焦油裂解率影響的實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

10 曹杰;粗二甲醚柴油混合燃料燃燒與排放的研究[D];太原理工大學(xué);2011年

本文編號：2765544