我國煤炭間接液化柴油在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研究

楊珂 任運(yùn)征 程倫

摘 要：文章簡要介紹了當(dāng)前我國的能源與環(huán)境局勢及煤炭間接液化在我國的發(fā)展現(xiàn)狀。主要討論煤炭間接液化柴油（F-T柴油）的性質(zhì)及其在柴油發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，指出煤炭間接液化柴油是一種良好的柴油機(jī)代用燃料，并將在我國得到更加廣泛的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤炭間接液化柴油;柴油機(jī);代用燃料

中圖分類號：U473.1+2? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）13-271-02

Research on the application of indirect coal liquefied diesel to engines in China

Yang Ke， Ren Yunzheng， Cheng Lun

（Changan University， Shaanxi Xian 710064）

Abstract： This article briefly introduces the current energy and environmental situation in China and the development status of indirect coal liquefaction in China. And mainly introduce the properties of indirect coal liquefied diesel and its application research status on diesel engines. It is pointed out that indirect coal liquefied diesel is a good alternative fuel for diesel engines and will be more widely used in China.

Keywords： Indirect coal liquefied diesel; Diesel engines; Alternative fuel

CLC NO.： U473.1+2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-271-02

引言

目前我國是世界上最大的發(fā)展中國家，國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步增長，造成資源不斷緊張。單就石油資源來講，隨著我國汽車工業(yè)發(fā)展，石油消耗量迅猛增加。目前我國原油對外依存程度高達(dá)70.9%，嚴(yán)重影響我國能源供給安全。此外近幾年我國汽車產(chǎn)銷量不斷增加，機(jī)動車造成的污染問題也日益嚴(yán)峻。

我國是一個“貧油、少氣、富煤”的國家，利用豐富的煤炭資源發(fā)展替代燃料，符合當(dāng)前的形勢。煤炭間接液化柴油可以在不改變柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)的情況下，直接燃用或摻混普通柴油，降低排放。目前我國煤炭間接液化技術(shù)成熟，具備大量應(yīng)用的基礎(chǔ)條件。本文主要介紹我國煤炭間接液化柴油的性質(zhì)及其在柴油機(jī)上的應(yīng)用研究狀況。

1 煤炭間接液化柴油

1.1 煤炭間接液化柴油簡介

煤炭間接液化柴油是將煤炭氣化生成煤氣，再經(jīng)過凈化轉(zhuǎn)化為以CO和H2為主的混合氣，然后在250～350℃的溫度下加入催化劑進(jìn)行費(fèi)托合成反應(yīng)制成。其工藝流程簡圖1所示：

早在二戰(zhàn)時期煤炭間接液化技術(shù)就已興起，尤其是南非SASOL公司發(fā)展最為順利，也是目前世界上該技術(shù)最為成熟規(guī)模最大的公司。我國煤炭間接液化技術(shù)起步較晚，但由于我國特殊的能源結(jié)構(gòu)，煤炭間接液化技術(shù)得到重視且大力發(fā)展。自2001年啟動煤制油重大科技項(xiàng)目至今，我國已經(jīng)掌握多項(xiàng)煤炭間接液化的核心技術(shù)。目前我國建設(shè)運(yùn)行的裝置主要有：寧夏神華集團(tuán)400萬噸/年、山西潞安集團(tuán)180萬噸/年以及內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)200萬噸/年等生產(chǎn)裝置均達(dá)到規(guī)定產(chǎn)量。

1.2 煤炭間接液化柴油與普通柴油性質(zhì)比較

煤炭間接液化柴油工藝流程簡單，對源頭煤要求不高。主要由飽和烴組成。具有密度小、碳?xì)湓颖鹊汀⑹橹蹈?、硫氮等污染物含量少、芳香烴含量低等特點(diǎn)。表1將煤炭間接液化柴油與尋常石油制柴油的主要性能參數(shù)進(jìn)行對比。

2 煤炭間接液化柴油的發(fā)動機(jī)實(shí)驗(yàn)

由于煤炭間接液化柴油具有飽和烷烴占比高，十六烷值高，硫氮含量低，且與石化柴油任意比例互溶，可以在不改變柴油機(jī)技術(shù)參數(shù)的情況下進(jìn)行使用的特點(diǎn)。近些年，國內(nèi)很多高校和企業(yè)都對煤炭間接液化柴油在發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

北京交通大學(xué)胡準(zhǔn)慶等人就在柴油機(jī)上使用F-T柴油分析了其燃燒和排放特性。試驗(yàn)燃料采用純F-T柴油以及其與0號柴油的混合物。結(jié)果表明，與燃用0號柴油相比，燃用摻混F-T柴油的混合燃料及純F-T柴油時的有效熱效率、經(jīng)濟(jì)性和排放特性顯著改善。其中與0號柴油相比含50%和75%F-T柴油的混合燃料以及純F-T柴油的有效熱效率分別提高4.92%、5.22%和6.38%，燃油消耗率分別降低2.15%、2.61%和2.87%[1]。

天津大學(xué)劉立東[2]和中汽研尹超，王鳳濱等人在高壓共軌柴油機(jī)上[3]除了研究國三柴油與F-T柴油摻燒的發(fā)動機(jī)性能和常規(guī)排放外，還針對配常規(guī)排放進(jìn)行了研究。劉發(fā)現(xiàn)隨著混合燃料中F-T柴油比例的增大，總羰基污染物排量也增大。且當(dāng)添加F-T柴油時，尾氣微粒中的PAHs（多環(huán)芳香烴）排放量均大幅下降，并且隨添加F-T柴油比例的提高，PAHs排放量逐漸降低。尹、王等發(fā)現(xiàn)，隨著混合燃料中F-T

柴油比例的提高，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)循環(huán)下顆粒物中的SOF（可溶性有機(jī)物）和PAHs均降低。

太原理工大學(xué)王鐵[4]等人還對增壓中冷柴油機(jī)燃用F-T柴油時的振動和噪聲特性及壓力振蕩特性進(jìn)行了研究。振動和噪聲特性試驗(yàn)表明：在0.5～2kHz測試工況條件下，F(xiàn)-T柴油的聲壓級達(dá)到峰值，噪聲級為86.7～99dB。相比于0號柴油，F(xiàn)-T柴油燃燒柔和、放熱慢、壓力升高緩慢、振動和噪聲較小。壓力震蕩特性試驗(yàn)表明：在燃用0號柴油和F-T柴油混合燃料時，隨著F-T柴油比例增加，燃燒壓力振蕩幅值減小，振蕩幅值對應(yīng)的相位提前;隨著混合燃料中F-T柴油比例增加，燃燒壓力振蕩逐漸趨于低頻段，振蕩聲壓級幅值降低，燃燒更加柔和。

除此之外還有很多高校和機(jī)構(gòu)對煤炭間接液化柴油進(jìn)行了發(fā)動機(jī)應(yīng)用試驗(yàn)，大部分是將煤炭間接液化柴油同常規(guī)柴油做對比亦或是研究兩者混合燃料的燃燒和排放特性，結(jié)果均表明燃用或摻燒煤炭間接液化柴油后發(fā)動機(jī)除動力性稍微下降外，燃燒和排放特性均得到顯著的提升。也有部分學(xué)者將煤炭間接液化柴油與各種含氧燃料如甲醇、乙醇、正丁醇、聚甲氧基二甲醚、碳酸二甲酯或者生物柴油進(jìn)行摻燒，也都取得了相應(yīng)的研究成果。

3 結(jié)論

相比于普通石油制柴油，煤炭間接液化柴油具有十六烷值高，硫氮含量低，氫炭比高，芳香烴含量低，燃燒和排放特性良好的優(yōu)點(diǎn)，而且同石油制柴油摻燒還可以彌補(bǔ)其密度小，體積熱值小的缺點(diǎn)。因此煤炭間接液化柴油是一種很好的柴油機(jī)清潔代用燃料。

煤炭間接液化柴油對原料煤的要求不高，隨著我國大力推進(jìn)煤制油技術(shù)，以及百萬噸千萬噸級煤制油項(xiàng)目的投建，煤炭間接液化柴油的市場將會逐漸擴(kuò)大，這不僅能緩解我國石油進(jìn)口壓力，而且會大大降低國內(nèi)對柴油的供需壓力，同時降低了CH、CO、NOx等污染物的排放。

綜上所述煤炭間接液化柴油未來必將成為我國一種重要的替代燃料，必將獲得更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡準(zhǔn)慶，張欣，劉建華.煤合成柴油（F-T柴油）在柴油機(jī)上的試驗(yàn)研究 [J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，20（4）：28-30，107.

[2] 劉立東，宋崇林，朱廣艷，等.煤炭間接液化柴油對電控高壓共軌柴油機(jī)性能及排放影響的研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2011，39（1）：75-80.

[3] 尹超，王鳳濱，李騰騰.高壓共軌柴油機(jī)燃用煤制柴油的性能和排放研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2016，37（1）：90-92.

[4] 汪恒，王鐵，王丁丁，等.煤炭間接液化煤制油對增壓中冷柴油機(jī)性能與排放的影響[J].車用發(fā)動機(jī)，2013，205（2）：65-69.