一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/仲丁醇混合燃料
技术领域
本发明涉及内燃机可再生替代能源领域，具体涉及一种适用于柴油机的新型混合燃料。
背景技术
棕榈油是由油棕树上的棕榈果压榨而成。棕榈油具有与其它植物油一样的氧化稳定性和挥发性相对较低的优点，但是棕榈油的高粘度与密度成为其作为燃料应用的突出缺陷。因此，长期使用棕榈油会导致发动机耐久性问题，如喷油嘴的结焦、燃料雾化不良、较高的NOx排放以及活塞环的粘附。由于其高粘度的限制，棕榈油作为柴油替代燃料的使用进展缓慢。
目前将棕榈油作为燃料的主要方法是通过转酯化处理制备生物柴油。比如，刘淑娟等以精制棕榈油、无水乙醇为原料，NaOH为催化剂，制备得到一种新型生物柴油。采用正交试验研究了反应物配比、催化剂用量、温度、反应时间等因素对产物产率的影响，得出了最佳合成条件：醇油摩尔比为8：1，催化剂加入量为0.6％，反应温度40℃，反应时间为1h，反应转速为1300r/min。按此最佳条件进行验证试验.所得生物柴油的产率为98.03％。参考{刘淑娟.棕榈油制备生物柴油的研究[J].热带作物学报,2011,32(3):544-549.}王天任等人以酸值123.04mg KOH/g的棕榈油脱臭馏出物(PFAD)为原料,在带压反应器中,用浓硫酸为催化剂,采用一步法催化酯化反应制备生物柴油。当催化剂用量为0.5％(质量分数)、醇油物质的量之比7∶1、在130℃反应90min后,生物柴油的最高收率达到88.1％。参考{王天任,崔国民,马溢,et al.高酸值油料一步法制备生物柴油研究[J].太阳能学报,2019(3):838-842.}
但上述燃料生产方式依旧依赖与制备生物柴油。在此制备过程中会造成一定的能量损失且制备步骤繁琐。现有方法不能避免因转酯化反应造成的燃料制备过程中的原料油损耗，且在制备生物柴油的反应过程中也需要消耗相应的催化剂。为了避免这类损耗，寻求直接应用生物柴油原料油的方法是十分必要的。
由于乙醇具有较低的密度和粘度，较高的蒸发潜热和低热值，因此添加乙醇可以降低棕榈油燃料体系的密度与粘度以及燃烧温度，从而减少氮氧化物排放。然而，由于乙醇的十六烷值相对较低，将棕榈油与乙醇混合会降低十六烷值且二者的互溶能力并不显著。仲丁醇作为一种十六烷值改进剂可以很好的满足我们降低燃料体系密度与粘度，并且可以提高体系十六烷值的需求。但目前针对于含仲丁醇混合燃料的研究还仅局限于生物柴油及柴油领域，还未有将之应用于棕榈油/乙醇燃料体系的相关报道。
目前未见到棕榈油/乙醇/仲丁醇混合燃料的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种有利于降低CO、HC、PM排放的适用于柴油机的棕榈油/乙醇/仲丁醇混合燃料。
本发明的一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/仲丁醇混合燃料，由以下体积分数的组分组成：
乙醇41％～65％ 棕榈油26％～41％ 仲丁醇 3％～18％；
所述棕榈油为市售一级24度棕榈油；
所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％；
所述仲丁醇质量百分比浓度大于等于99.0％。
本发明提供的适用于柴油机的新型混合燃料具有以下优点：
1、将仲丁醇加入棕榈油、乙醇两组分燃料中，配制成棕榈油/乙醇/仲丁醇三种燃料混合的新型混合燃料。仲丁醇作为助溶剂能有效解决棕榈油/乙醇不完全互溶问题。仲丁醇作为助溶剂能有效解决玉米油/甲醇不完全互溶问题。仲丁醇易燃，燃烧产物清洁，且可以由谷物淀粉为原料，经发酵、分离制得，来源广泛，一定程度上降低对石油资源的依赖。
2、乙醇与棕榈油混合燃料作为可再生能源，其使用能一定程度上解决对石油基燃料资源的过度依赖。二者的高挥发性能够促进着火前的油气混合过程，低粘度能够降低棕榈油作为燃料过高的粘度，且乙醇自身也含氧，有利于降低排放。
3、该燃料粘度、密度以及十六烷值与传统柴油燃料更为接近，是柴油机新型替代燃料。
附图说明
图1为在40℃下不同比例的棕榈油/乙醇/仲丁醇的互溶情况。
具体实施方式
以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供的一种适用于柴油机的棕榈油/乙醇/仲丁醇混合燃料，由以下体积分数的组分组成：
乙醇41％～65％ 棕榈油28％～41％ 仲丁醇 3％～18％
所述棕榈油为市售一级24度棕榈油，符合棕榈油GB/T 15680-2009。
所述乙醇质量百分比浓度大于等于99.5％。
所述仲丁醇质量百分比浓度大于等于99.0％。
优选的各组分含量为：乙醇41％，棕榈油41％，仲丁醇18％。在此配比下，整个燃料体系中仲丁醇的相对含量较高，有利于体系整体十六烷值的提高，进而提升发动机燃烧稳定性及效率。
优选的各组分含量为：乙醇58％，棕榈油39％，仲丁醇3％。在此配比下，体系整体粘度满足传统柴油燃料要求，但整体密度相对较高，使燃油喷射过程中的压力波传递更快，从而提高能量发动机输入能力和动力性能。
优选的各组分含量为：乙醇65％，棕榈油28％，仲丁醇7％。在此配比下，整个燃料体系因乙醇比例较高，具有较高的含氧量，从而有利于降低柴油机燃烧过程中的烟气排放。
本发明燃料的制备方法包括以下步骤：按照体积配比量取各成分，先将乙醇加入棕榈油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将仲丁醇加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。本混合燃料推荐在30℃-60℃的温度范围下进行掺混。
本发明提供的含乙醇的新型混合燃料的运动粘度为2.14-4.29mm2/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围2.0-4.5mm2/s。
本发明提供的新型混合燃料，棕榈油/乙醇/仲丁醇具有良好的互溶性，所得混合燃料长期存放无分层。
在40℃下，当乙醇掺混比例在10％-90％之间，无法实现棕榈油与乙醇互溶。但从图1可以看出，通过滴定仲丁醇能实现低碳醇与棕榈油体系的互溶。
显然，棕榈油/乙醇/仲丁醇的各自比例需满足互溶的原则。
实施例1
乙醇20.5L，棕榈油20.5L，仲丁醇9L。
所述棕榈油为市售一级24度棕榈油；
所述乙醇质量百分比浓度为99.5％。
所述仲丁醇质量百分比浓度等于99.0％。
配置方法：先将乙醇加入棕榈油中形成不完全互溶的混合液，之后在搅拌下将仲丁醇加入混合液中混合均匀，即得调和混合燃料。
经测试：运动粘度为4.29mm2/s，满足柴油机使用要求。
实施例2
乙醇29L，棕榈油19.5L，仲丁醇1.5L。
所述棕榈油为市售一级24度棕榈油；
所述乙醇质量百分比纯度99.5％。
所述仲丁醇质量百分比浓度大于等于99.0％。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为3.83mm2/s，满足柴油机使用要求。
实施例3
乙醇32.5L，棕榈油14L，仲丁醇3.5L。
所述棕榈油为市售一级24度棕榈油；
所述乙醇质量百分比纯度为99.8％。
所述仲丁醇质量百分比浓度等于99.5％。
配置方法同实施例1
经测试：运动粘度为2.32mm2/s，满足柴油机使用要求。
将实施例1-3中三种不同比例的混合燃料进行运动粘度测定，结果表明本发明提供的新型混合燃料在乙醇的低、中、高比例下，调和剂仲丁醇的添加量呈现出中间高两端低的趋势，所获得的混合燃料的粘度随乙醇比例的提高呈现出单调递减的趋势且得到显著改善。在加入调和剂仲丁醇之后燃料体系的粘度变化程度幅度高达89.3％-94.7％，且在棕榈油含量较高的体系下，粘度改善的更为明显。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
