新型抗積碳劑在復(fù)配生物柴油產(chǎn)生積碳的應(yīng)用

劉 凱，蔡 靜，龐莎莎，梁 渠

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610059）

新型抗積碳劑在復(fù)配生物柴油產(chǎn)生積碳的應(yīng)用

劉 凱，蔡 靜，龐莎莎，梁 渠*

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都 610059）

以植物油為原料通過(guò)機(jī)械除雜過(guò)后，再利用物理方法在植物油中添加十六烷值和低碳醇使其達(dá)到柴油燃燒性能，得到的復(fù)配油稱(chēng)之為生物柴油。使用復(fù)配生物柴油在柴油機(jī)上燃燒發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)生積碳比較嚴(yán)重。合成一種新型有機(jī)抗積碳劑，添加到復(fù)配生物柴油中。積碳的測(cè)定方法以 GB/509—1988方法來(lái)測(cè)定，結(jié)果表明新型抗積碳劑在積碳防治方面具有較優(yōu)作用，有效降低積碳35.12%。

生物柴油；積碳；機(jī)理

在能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題的不斷挑戰(zhàn)下，發(fā)展可再生能源是協(xié)調(diào)好資源、環(huán)境和人類(lèi)這三者之間的一種必然選擇。發(fā)展可再生能源，研究資源充沛的生物質(zhì)能更具有潛力，作為柴油機(jī)燃料使用，因其不飽和度高等問(wèn)題，易造成其燃燒不完全形成積碳，由于零部件上的積碳常使其散熱性能下降、磨損也加大等，嚴(yán)重影響柴油機(jī)的長(zhǎng)期使用［1-2］。柴油機(jī)長(zhǎng)時(shí)間燃用生物柴油發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)噴油嘴、氣門(mén)和氣缸等處產(chǎn)生了嚴(yán)重的積碳，模擬柴油機(jī)使用燃燒的復(fù)配生物柴油，發(fā)現(xiàn)生物柴油作為燃料在柴油機(jī)上燃燒產(chǎn)生積碳比石化柴油更為嚴(yán)重，解決生物柴油產(chǎn)生積碳問(wèn)題，是可再生生物質(zhì)能源進(jìn)一步發(fā)展的前提。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑及儀器

試劑：復(fù)配生物柴油，聚醚胺，TDI，2，5-二叔丁基對(duì)苯二酚，對(duì)叔丁基苯酚均為分析純。

儀器：FTIR（德國(guó)BRUKER TENSOR 27）、無(wú)嘴燒杯，恒溫水浴鍋，電動(dòng)攪拌器等玻璃儀器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 抗積碳劑的制備

合成原理如圖1所示。

圖1 新型清凈劑反應(yīng)路線(xiàn)圖

1.2.2 積碳的測(cè)定方法

膠質(zhì)是用來(lái)表示柴油產(chǎn)品的蒸發(fā)過(guò)程中所形成的粘稠膠狀物質(zhì)。而膠質(zhì)是產(chǎn)生積炭的主要物質(zhì)，故膠質(zhì)的大小可用以反映柴油在使用過(guò)程中生成積炭的傾向大小。本文采用實(shí)際膠質(zhì)法（GB/T 509）對(duì)復(fù)配生物柴油的膠質(zhì)進(jìn)行了測(cè)定，來(lái)評(píng)價(jià)新型抗積碳劑在復(fù)配生物柴油產(chǎn)生積碳防治作用。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 新型抗積碳劑的合成

在三頸燒瓶中加入8g PEA和 3.32g TBHQ溶于 50mLTHF，攪拌使其完全溶解，在冰水浴中，用恒壓漏斗滴加3.48gTDI，待TDI滴加完之后，繼續(xù)攪拌讓其反應(yīng)0.5h。然后緩慢升溫到60℃，控制溫度，保持反應(yīng)8h。反應(yīng)結(jié)束，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分離、純化，得到目標(biāo)產(chǎn)物。

1.3.2 試驗(yàn)樣品的測(cè)定

取樣品25mL到干燥好的無(wú)嘴燒杯中，然后將杯置于250℃的油浴凹槽中，在浴蓋中央處安置三通管，調(diào)整三通管，使其管下端距離樣品液面2.5～3.5 cm；向燒杯中通氣，在前20min 內(nèi)將氣流速度從 20L/min 左右逐漸增加到（55±5）L/ min，注意不能使樣品濺出；一直保持通氣狀態(tài)下，當(dāng)油氣不再冒出，燒杯底部有干燥殘留物，樣品蒸發(fā)完畢，在干燥條件下冷卻30min，冷卻，稱(chēng)重；重復(fù)處理，直到連續(xù)稱(chēng)量間差數(shù)0.000 4g為止。

1.4 新型抗積碳劑產(chǎn)品表征

采用FTIR對(duì)新型抗積碳劑的表征。

2 結(jié)果與討論

2.1 新型積碳劑產(chǎn)物的FTIR圖譜

圖2 新型清凈劑紅外譜圖

如圖2所示，3 485cm-1峰為—OH伸縮振動(dòng)基峰，3 000～3 500cm-1之間的小尖峰為N—H伸縮振動(dòng)峰，1618cm-1為仲酰胺基伸縮振動(dòng)峰，1384cm-1烷烴的C—H彎曲振動(dòng)峰，1 117cm-1是苯環(huán)C—H面內(nèi)外區(qū)振動(dòng)峰，由此證明新型抗積碳合成成功。

2.2 實(shí)際膠質(zhì)測(cè)定

通過(guò)實(shí)際膠質(zhì)的方法來(lái)評(píng)價(jià)抗積碳的效果發(fā)現(xiàn)，不添加抗積碳劑的復(fù)配生物柴油產(chǎn)生的實(shí)際膠質(zhì)為2 511mg/100ml，而添加抗積碳劑1.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的復(fù)配生物柴油產(chǎn)生的實(shí)際膠質(zhì)為1 530mg/100mL，產(chǎn)生的實(shí)際膠質(zhì)將下降率為39.07%，可見(jiàn)新合成的抗積碳劑在抗積碳方面具有較好的效果。

3 結(jié)論

1）通過(guò)紅外表征證明新型抗積碳劑合成成功。

2）將此類(lèi)抗積碳劑的生物柴油抗積碳劑能夠有效減少積碳約35.12%。

［1］ 金軍平.碳的成因危害預(yù)防與清除方法［J］.天津汽車(chē)，2009，（2）.

［2］ 楊有為，敬坤.淺析柴油機(jī)噴油器常見(jiàn)故障排除及檢修［J］.實(shí)用汽車(chē)技術(shù)，2013，（10）.

式中：D為介質(zhì)的流速，單位m/s；B為溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管端部直徑，單位m。

3 驗(yàn)證依據(jù)

對(duì)于溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管來(lái)說(shuō)，當(dāng)溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的固有頻率fn接近喚醒頻率fs時(shí)，振動(dòng)愈厲害；當(dāng)溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的固有頻率fn等于喚醒頻率fs時(shí)，卡門(mén)渦流與溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管發(fā)生共振，溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管和溫度元件將由于強(qiáng)烈的振動(dòng)而損壞。為避免共振的產(chǎn)生，防止溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管和溫度檢測(cè)元件損壞，應(yīng)使溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的固有頻率fn和喚醒頻率fs滿(mǎn)足一定的關(guān)系，在ASME PTC 19.3中對(duì)溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的固有頻率fn和喚醒頻率fs的關(guān)系做了明確規(guī)定，即：

4 調(diào)整措施

在具體工程的溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管設(shè)計(jì)選型過(guò)程中，經(jīng)過(guò)計(jì)算，如果表明所選溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管需要調(diào)整設(shè)計(jì)。根據(jù)影響溫度檢測(cè)元件固有頻率fn和喚醒頻率的因素，通常主要采取措施：（a）減小溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的長(zhǎng)度，以提高固有頻率fn；（b）選用彈性模量更大的套管材質(zhì)，以提高固有頻率fn；（c）加大溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的端部直徑，以減小喚醒頻率fs；（d）改變溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的安裝位置，以減小喚醒頻率fs。

5 實(shí)例驗(yàn)證計(jì)算

國(guó)內(nèi)某乙烯項(xiàng)目公用工程內(nèi)一工藝管道設(shè)計(jì)壓力2.0MPa，設(shè)計(jì)溫度200℃，工藝管道尺寸DN150mm，工藝介質(zhì)流速12m/s，設(shè)計(jì)選用根部外徑Ф22mm，端部外徑Ф18mm，內(nèi)徑Ф6.5mm的錐形整體鉆孔溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管，保護(hù)套管材質(zhì)316SS，保護(hù)套管插入深度200mm，計(jì)算驗(yàn)證該溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管設(shè)計(jì)選型是否合理。

由表1可以查得Kt=2.08；由表2可以查得E=1.83×108kPa；保護(hù)套管材質(zhì)316SS的密度ρ=8 027.2kg/m3，保護(hù)套管插入深度U=200mm，介質(zhì)流速=12m/s，保護(hù)套管端部外徑B= 18mm。

6 結(jié)語(yǔ)

在石油化工裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，溫度儀表的設(shè)計(jì)選型數(shù)量很多而且地位也很重要，為了盡可能準(zhǔn)確地反映被測(cè)介質(zhì)溫度以及保護(hù)溫度檢測(cè)元件和保護(hù)套管免受被測(cè)介質(zhì)對(duì)其沖擊和腐蝕，就必須對(duì)溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行針對(duì)被測(cè)介質(zhì)流速狀況下的驗(yàn)證計(jì)算，對(duì)于不合理的設(shè)計(jì)選型依據(jù)文中4條調(diào)整措施進(jìn)行調(diào)整重新設(shè)計(jì)選型，以保證溫度檢測(cè)元件安全、準(zhǔn)確地投入使用。對(duì)于靜止?fàn)顟B(tài)的被測(cè)介質(zhì)溫度檢測(cè)，則不需要對(duì)溫度檢測(cè)元件保護(hù)套管進(jìn)行振動(dòng)計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

［1］ 陸德明，張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：28-30.

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［6］ ASME Boiler and Pressure Vessel Code，Section VIII，Unfired Pressure Vessels.

Application of New Anti-Coke Agent Produce Carbon Used in Compound Biodiesel

Liu Kai，Cai Jing，Pang Sha-sha，Liang Qu

vegetable oil as raw material through after mechanical cleaning，re-use physical methods to add vegetable oils and lower alcohol to reach the cetane diesel combustion performance，resulting complex oil called biodiesel.Use complex found on biodiesel combustion diesel engine，which produces carbon more serious.Synthesis of a new organic anti-carbon deposition agent，added to the complex bio-diesel.Determination of carbon to GB/509-88 method to measure the results showed that the new anti-coking agent has a role in the prevention and treatment of optimum carbon，reduce carbon 35.12%.

biodiesel；carechbon；manism

TE667

A

1003-6490（2016）07-0140-02

2016-07-11

劉凱（1990—），男，陜西寶雞人，在讀研究生，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)合成及鹽湖鹵水鋰鎂分離。

梁渠（1957—），男，重慶渠縣人，教授，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)合成。