麻疯树生物柴油，废塑料驱动DI发动机的绿色转化
文 |惊奇阿sir
编辑 |惊奇阿sir
引言
近年来，环保和可持续发展成为全球关注的焦点，为了应对传统能源对环境的负面影响，科学家们不断寻找新的替代能源，在这个背景下，一项关于麻风树生物柴油驱动DI柴油发动机的实验，引起了广泛的关注。
生物柴油和回收塑料衍生燃料
全球气温上升和化石燃料的稀缺性，使寻找可替代品变得迫切，在可替代品领域，生物柴油和回收塑料衍生燃料，都是可行的选择，生物柴油是一种类似于传统柴油的可再生能源，相比化石燃料替代品具有多种优势。
由于其含氧量较高，生物柴油的废气排放更低，具有增强的润滑性能和无毒成分，在采用柴油、植物油和正丁醇组成的三元混合物的发动机中，几个制动输出参数下降，其中包括热效率、扭矩和平均有效压力，而油耗增加。
使用从大豆油中提取的生物柴油，在发动机中可以减少颗粒物、一氧化碳和碳氢化合物的排放，但一氧化二氮排放有所增加，研究人员还发现，将废生物柴油与柴油混合，以及添加不同种类的高级醇，可以增加一氧化碳的排放，减少一氧化氮的排放。
一些实验还表明，将植物油和柴油混合使用时，可以降低颗粒物、碳氢化合物、一氧化碳和一氧化二氮的排放，研究发现，将1-戊醇与柴油混合后，在传统柴油发动机上进行测试，可以观察到一氧化氮排放量的降低，但同时碳氢化合物和一氧化碳排放量会增加。
生物柴油的粘度受分子结构的影响，包括位置、数量、链长度、双键形状，以及含氧混合物的成分，随着不饱和脂肪化合物链长度的增加，粘度、熔点、燃烧热和十六烷值反比增加，增强的润滑性不是由结构物质引起的，而是由于不饱和酸的存在。
一些实验结果显示，在不同负载情况和固定速度下，使用废弃的油甲酯与高级醇混合，可以降低制动热效率，同时减少一氧化碳和氮氧化物的排放，与甲酯相比，乙酯表现出更好的润滑性能。
生物柴油作为可替代化石燃料的选择，在环境友好性和可持续发展方面具有潜力，然而，对于不同混合物的研究结果各不相同，需要进一步的研究和实验来确定最佳的组合，和使用条件。
当使用脂肪酸烷基酯作为柴油发动机燃料时，氮氧化物排放随着烷基链的长度，以及不饱和度的增加而增加，即使生物柴油中的游离脂肪化合物，具有较高的十六烷值，使用生物柴油作为CI发动机燃料时，也需要注意氮氧化物的排放。
尽管生物柴油具有许多优点，但其主要缺点是粘度增加和氮氧化物排放增加，支链酯的结构、链的长度和定位，对生物柴油的物化性质产生显著影响，从而影响其性能和排放特性，塑料在住宅和工业环境中广泛使用，因其价格合理和适用性。
这种广泛使用导致塑料废弃物的快速积累，全球各地的研究人员，现在致力于研究塑料废弃物解聚产生的燃料，由回收塑料制成的燃料，具有许多类似柴油的特性，因此被认为是传统柴油的有前途替代品。
废塑料燃料含有55%的芳香族化合物，研究表明使用纯废塑料燃料启动发动机，会产生更多的烟灰，有人建议将废塑料燃料与重油混合使用，废塑料柴油和生物柴油，都可以作为CI发动机的燃料，而无需进行修改。
每种方法都有其优点和缺点，而研究人员将废塑料燃料与柴油混合燃料的特性、性能和排放，以及传统柴油燃料进行评估了比较。
塑料解聚反应器
研究人员使用专用反应器，对废旧塑料进行解聚，得到具有附加价值的副产品，这个过程需要特殊的催化剂和少量的氧气在高温下进行反应。
在前的设施中，每批次的大小在25公斤到50公斤之间变化，冷凝器通过循环水进行冷却，材料处理会产生气体，然后在排气管处进行燃烧，废物被称重并装入设施中，并通过恒温器缓慢加热，当温度达到150摄氏度以上时，产生的气体经过催化剂破裂。
气体经过排气管后，通过冷凝器分离出水和液体燃料，冷凝器中积聚的液体被清空，将塑料垃圾转化为可用的液体燃料，需要4小时30分钟，每个周期结束时，剩余物被收集、分类和量化。
其中高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯的转化率是最好的，从一公斤废物中可以产生大约一升液体燃料，而其他塑料的转化率是每公斤800毫升，工厂产生的能量比转换过程所需能量少约八倍。
该工厂自给自足，不需要额外的电源，而是利用转换过程中产生的废气为动力。另外有一种叫做麻疯树生物柴油的可再生燃料，由南方在线生物技术有限公司生产。研究人员使用磁力混合器将废塑料衍生燃料、麻疯树生物柴油和柴油混合。
然后研究它们对混合物特性、效率和排放属性的影响，混合过程中的温度为35摄氏度。每个样品的体积为三升，经过剧烈摇晃一小时，第一组样品是由旧柴油和废塑料燃料混合而成，废塑料垃圾的比例在总燃料中占20%到30%。
第二组样品以废弃塑料衍生燃料、柴油和麻疯树生物柴油混合而成，比例为20:70:10、20:60:10和30:40:30，这样做是为了研究麻疯树生物柴油作为添加物的影响，还准备了标准柴油样品，用作其他燃料样品结果的比较基准。
每个燃料样品在室温下静置21天后，进行稳定性测试，以确定其是否能保持稳定，根据相关标准对燃料样品进行分类和标记，燃料样品通过“M/s Elementar的Vario EL III”进行“CHNS检查”的分析，燃烧温度保持在950摄氏度。
氦气被用作运输气体，液体燃料样品通过使用岛津公司红外光谱仪，在4000-400厘米的范围内，进行红外光谱分析，在FTIR过程中，一小滴混合燃料放置在两个KBr板之间，以识别和分析其中的化合物。
为了区分燃料样品中存在的各种化合物，采用了“气相色谱-质谱”的分析方法，该方法结合了液相色谱和气相色谱的优点，使用Jeol，AccuTOF GCV和NIST软件，对燃料样品进行色谱分析，并仔细检查色谱图的峰。
还安装了一台高超技术的电力测功机，用于测量发动机在不同条件下的功率输出，一个精确固定在进气箱上的U形压力计，通过测量流入发动机的空气量，提高了测量精度，存在一个圆柱形坦克，一侧固定了滴定管。
通过关闭连接到油箱的阀门，可以让燃油混合物通过校准的滴定管过滤器进入发动机，从而帮助准确计算油耗，转速表用于测量发动机的转速，通过计时器精确监控所使用的燃料量，采用先进的排放分析仪，并将检测探头指向排气管口，来测量废气产生水平。
发动机以每分钟1500转的速度稳定运行，这是发动机制造商推荐的最大转速。进行了一系列测试，从柴油驱动的发动机开始，然后逐步过渡到废弃塑料衍生燃料、生物柴油，以及生物柴油和柴油的混合物。
研究人员在实验中的燃料特性，其中粘度是一个重要特性，粘度越高，液滴尺寸越大，从而导致能源效率降低、发动机性能下降和烟尘产生增加，所以，为了确保最佳性能，粘度应该尽可能高。
实验表明，WPF20D60JB20的粘度最低，而WPF30D70在所有测试燃料中粘度最高，含有麻疯树生物柴油，与废塑胶燃料和柴油混合的燃料样本的粘度，低于单独使用柴油，而将废弃的塑料燃料与含有麻疯树生物柴油的柴油混合，只会导致燃料粘度的轻微变化。
这些发现对燃油效率、发动机性能和环境影响，具有重要意义，因为粘度会影响液滴尺寸、燃烧效率和排放产生，为了调节喷射到柴油发动机中的燃油量，采用了体积计量系统，随着燃料密度的增加，给定体积中可以存储的能量也会增加。
进入发动机的燃料质量速率，随着燃料密度的上升而增加，在满负荷下，由于密度更高、混合物更丰富，排气量增加，WPF20D80表现出最大的密度，而将麻疯树生物柴油掺入废弃的塑料燃料和柴油混合物中，会导致密度降低。
在燃料运输和储存的安全措施中，闪点是一个关键参数，不容忽视，它提供了与燃料相关的可能火灾隐患的信息，闪点表示燃料蒸气在受到外部点火源时，可以燃烧的最低温度，因此，全面了解闪点对于防止任何不幸事件至关重要。
为了寻求完美的燃料，废弃塑料燃料与柴油的混合物，被证明是一种更安全的选择，其点火温度比柴油本身更高，将麻疯树生物柴油引入混合物可能有点棘手，因为它可能会导致闪点略有降低或显著增加，具体取决于使用的百分比。
热值表示燃料相对于其质量可以产生多少热量，在WPF30D40JB30的情况下处于最低水平，燃料混合似乎是一种微妙的平衡行为，需要仔细考虑各种特性，才能达到预期的结果，对于燃料质量在低温条件下的评估，冷滤器堵塞点和倾点是关键参数。
在寒冷的操作环境中，燃油流动可能受到限制，导致燃油泵、管道和喷油器受阻，倾点定义为机油保持流动性的最低温度，而临界故障点是指燃油系统在不发生故障的情况下，可以运行的最低温度。
在分析的燃料中，柴油表现出最高的倾点和CFPP值，突显了其在寒冷天气条件下，对性能问题的敏感性，在选择燃料时，这些低温参数也是需要仔细考虑的重要因素，燃料的酸值是衡量其中酸性成分的指标，这些成分可能是添加剂或降解产物。
存在于各种石油和生物柴油混合物中，高酸值与增加橡胶部件的腐蚀，以及在发动机内部积累沉积物有关，柴油在各种燃料中表现出最低的酸值，这意味着它对发动机的有害影响倾向较低。
而混合燃料WPF20D60JB20的酸值是同类燃料中最低的，这表明它可能最大限度地减少酸性成分对发动机造成的损害，在评估燃料质量时，通常需要计算“十六烷值”，但这过程可能耗时昂贵。
研究人员开发了一种替代方案，称为柴油指数，它与燃料的碳氢化合物含量和密度有关，该指数与燃料的点火质量相关，N-石蜡具有优越的点火质量，而芳烃具有较低的点火质量，柴油指数与苯胺点存在内在联系，苯胺点是指可以混合等体积汽油和苯胺的最低温度。
作为燃料中芳烃含量的指标，随着燃料中芳烃浓度的增加，苯胺点也会相应降低，柴油中较高的十六烷值，有助于提高其可燃性和快速发热，点火延迟影响着发动机的峰值燃烧压力和温度，而点火延迟取决于燃料的十六烷值。
十六烷值在了解燃料性能和发动机燃烧特性方面非常重要，在废塑料燃料-柴油混合物中添加10%或20%的麻疯树生物柴油后，柴油指数保持相对稳定，当在这些混合物中添加30%的麻疯树生物柴油时，柴油指数显著下降。
傅立叶变换红外光谱研究，对燃料样品产生了有价值的结果，下图显示了各种混合油的FTIR光谱，特别关注不同的组分，研究结果表明，包括废弃塑料油与柴油、废弃塑料油与柴油-麻疯树生物柴油，以及柴油在内的各种混合物表现出某些共性。
关于点火温度的调查显示，麻疯树强化混合物的点火温度较传统柴油高，这表明这些混合物，可以安全地运输和储存，掺入高达20%的麻疯树生物柴油，可降低混合燃料的闪点，但添加30%的麻疯树生物柴油，则会使闪点高于废塑料燃料柴油混合物。
将麻疯树生物柴油掺入废塑料燃料混合物中会降低酸值，从而减轻发动机腐蚀和酸性沉积物的可能性，尤其是含有高达20%麻疯树生物柴油的混合物，其酸含量降低了26%，在废塑料燃料柴油混合物中，加入高达20%的麻疯树生物柴油，对柴油指数的影响可以忽略不计。
柴油指数是评估燃料点火性能的关键指标，含有高达30%的麻疯树生物柴油的混合物对柴油指数有显著影响，建议不要在这些混合物中，使用超过20%的麻疯树生物柴油，以保持燃料的良好点火性能。
傅里叶变换红外光谱分析显示，柴油、生物柴油，以及它们的混合物，都具有相似的官能团，这使它们成为高质量燃料的潜在选择，通过气相色谱-质谱分析发现，这些混合燃料具有成为有效和可靠燃料替代品的潜力。
结语
麻疯树生物柴油驱动DI柴油发动机的实验评估，展示了一种潜在的环保替代能源方案，废塑料资源化利用和生物柴油技术的结合，为人们提供了一条绿色发展道路，既减少了废塑料对环境的影响，又减少了对传统能源的依赖。
这项实验的成功，为未来绿色动力的发展，提供了有益的启示和思路，也标志着环保科技不断推陈出新的里程碑。
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