[01634169]面向发动机燃料的氢化生物柴油制备与应用关键技术

柴油发动机以其功率范围宽、热效率高广泛应用于国民经济各个行业,尤其是大功率柴油机更是交通运输、工程机械、国防装备等不可替代的重要动力源。当前严峻的能源和环境问题对发动机的节能与降排提出了更高要求,清洁、可再生替代燃料的开发及其在发动机上的应用成为重要技术途径。而第一代含氧生物柴油的易氧化性导致的腐蚀性及不稳定性使其应用受到限制,研发类发动机燃料的新一代高品质生物柴油并实现发动机应用具有重大意义。 本课题组聚焦面向发动机燃料的氢化生物柴油研究开发并解决发动机应用的关键技术。本项目在国家自然科学基金、国家科技计划以及企业技术研发合作项目的资助下,加强学科交叉,联合企业共同攻关,从生物质热转化基础理论创新、氢化生物柴油制备技术创新,到氢化生物柴油在发动机机上应用关键技术突破,取得如下创新性成果： ① 氢化生物柴油研发思路及与柴油匹配混燃应用策略：针对一代生物柴油的不稳定性和腐蚀性及其在发动机使用中的诸多问题,创新提出以生物原油为基础,研发类柴油分子结构的稳定的、无腐蚀性氢化生物柴油的思路;结合氢化生物柴油的理化特性和喷雾燃烧特性,提出与商用柴油匹配混燃的发动机应用策略,突破氢化生物柴油在发动机应用的关键技术,实现产业化。 ② 生物油制备理论与方法的创新：基于源头组分调控和热转化过程调控提升生物油产量和品质。采用高斯密度函数量子化学理论,获取生物油制备的转化反应路径,探明产油原料的选择性的主要方向。提出催化及协同提出催化及协同反应机理,有效改善了生物油品质,获得了生物质直接液化制取生物油的关键技术,使生物油产率高达59.5%,高于常规技术的45%。 ③ 高品质加氢催化生物柴油的制备技术：创新提出了加氢催化生物柴油的一步催化制备工艺,解决了原两步催化制备工艺所带来生产成本高难以产业化的问题;针对废油脂、生物油等不同原料油,制备出具有自主知识产权的高效催化剂,获得了加氢催化生物柴油催化剂的制备工艺参数;制备出十六烷值指标高、稳定性强的类发动机燃料的饱和烷烃结构二代生物柴油。 ④ 氢化生物柴油的发动机应用技术：创新高品质氢化生物柴油及掺混燃油的喷射内流、喷雾、燃烧及碳烟测试实验平台、实验方法和数值模拟方法,揭示加氢催化生物柴油喷雾、燃烧特性及碳烟生成影响因素,同时反馈指导催化剂的优化及氢化生物柴油制备工艺的优化;基于燃油的匹配和混燃优化研究,实现了加氢催化生物柴油在发动机中的高效应用,结果表明降低原发动机油耗、PM及NOx排放分别高达1.56%、27.03%和21.8%。