新型抗積碳劑在復配生物柴油產生積碳的應用

劉 凱，蔡 靜，龐莎莎，梁 渠

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059）

新型抗積碳劑在復配生物柴油產生積碳的應用

劉 凱，蔡 靜，龐莎莎，梁 渠*

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都 610059）

以植物油為原料通過機械除雜過后，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到柴油燃燒性能，得到的復配油稱之為生物柴油。使用復配生物柴油在柴油機上燃燒發現，其產生積碳比較嚴重。合成一種新型有機抗積碳劑，添加到復配生物柴油中。積碳的測定方法以 GB/509—1988方法來測定，結果表明新型抗積碳劑在積碳防治方面具有較優作用，有效降低積碳35.12%。

生物柴油；積碳；機理

在能源危機和環境問題的不斷挑戰下，發展可再生能源是協調好資源、環境和人類這三者之間的一種必然選擇。發展可再生能源，研究資源充沛的生物質能更具有潛力，作為柴油機燃料使用，因其不飽和度高等問題，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，嚴重影響柴油機的長期使用［1-2］。柴油機長時間燃用生物柴油發現柴油機噴油嘴、氣門和氣缸等處產生了嚴重的積碳，模擬柴油機使用燃燒的復配生物柴油，發現生物柴油作為燃料在柴油機上燃燒產生積碳比石化柴油更為嚴重，解決生物柴油產生積碳問題，是可再生生物質能源進一步發展的前提。

1 實驗部分

1.1 主要試劑及儀器

試劑：復配生物柴油，聚醚胺，TDI，2，5-二叔丁基對苯二酚，對叔丁基苯酚均為分析純。

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

1.2 實驗方法

1.2.1 抗積碳劑的制備

合成原理如圖1所示。

圖1 新型清凈劑反應路線圖

1.2.2 積碳的測定方法

膠質是用來表示柴油產品的蒸發過程中所形成的粘稠膠狀物質。而膠質是產生積炭的主要物質，故膠質的大小可用以反映柴油在使用過程中生成積炭的傾向大小。本文采用實際膠質法（GB/T 509）對復配生物柴油的膠質進行了測定，來評價新型抗積碳劑在復配生物柴油產生積碳防治作用。

1.3 實驗步驟

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，繼續攪拌讓其反應0.5h。然后緩慢升溫到60℃，控制溫度，保持反應8h。反應結束，對產品進行分離、純化，得到目標產物。

1.3.2 試驗樣品的測定

取樣品25mL到干燥好的無嘴燒杯中，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；一直保持通氣狀態下，當油氣不再冒出，燒杯底部有干燥殘留物，樣品蒸發完畢，在干燥條件下冷卻30min，冷卻，稱重；重復處理，直到連續稱量間差數0.000 4g為止。

1.4 新型抗積碳劑產品表征

采用FTIR對新型抗積碳劑的表征。

2 結果與討論

2.1 新型積碳劑產物的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伸縮振動基峰，3 000～3 500cm-1之間的小尖峰為N—H伸縮振動峰，1618cm-1為仲酰胺基伸縮振動峰，1384cm-1烷烴的C—H彎曲振動峰，1 117cm-1是苯環C—H面內外區振動峰，由此證明新型抗積碳合成成功。

2.2 實際膠質測定

通過實際膠質的方法來評價抗積碳的效果發現，不添加抗積碳劑的復配生物柴油產生的實際膠質為2 511mg/100ml，而添加抗積碳劑1.2%（質量分數）的復配生物柴油產生的實際膠質為1 530mg/100mL，產生的實際膠質將下降率為39.07%，可見新合成的抗積碳劑在抗積碳方面具有較好的效果。

3 結論

1）通過紅外表征證明新型抗積碳劑合成成功。

2）將此類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.碳的成因危害預防與清除方法［J］.天津汽車，2009，（2）.

［2］ 楊有為，敬坤.淺析柴油機噴油器常見故障排除及檢修［J］.實用汽車技術，2013，（10）.

式中：D為介質的流速，單位m/s；B為溫度檢測元件保護套管端部直徑，單位m。

3 驗證依據

對于溫度檢測元件保護套管來說，當溫度檢測元件保護套管的固有頻率fn接近喚醒頻率fs時，振動愈厲害；當溫度檢測元件保護套管的固有頻率fn等于喚醒頻率fs時，卡門渦流與溫度檢測元件保護套管發生共振，溫度檢測元件保護套管和溫度元件將由于強烈的振動而損壞。為避免共振的產生，防止溫度檢測元件保護套管和溫度檢測元件損壞，應使溫度檢測元件保護套管的固有頻率fn和喚醒頻率fs滿足一定的關系，在ASME PTC 19.3中對溫度檢測元件保護套管的固有頻率fn和喚醒頻率fs的關系做了明確規定，即：

4 調整措施

在具體工程的溫度檢測元件保護套管設計選型過程中，經過計算，如果表明所選溫度檢測元件保護套管需要調整設計。根據影響溫度檢測元件固有頻率fn和喚醒頻率的因素，通常主要采取措施：（a）減小溫度檢測元件保護套管的長度，以提高固有頻率fn；（b）選用彈性模量更大的套管材質，以提高固有頻率fn；（c）加大溫度檢測元件保護套管的端部直徑，以減小喚醒頻率fs；（d）改變溫度檢測元件保護套管的安裝位置，以減小喚醒頻率fs。

5 實例驗證計算

國內某乙烯項目公用工程內一工藝管道設計壓力2.0MPa，設計溫度200℃，工藝管道尺寸DN150mm，工藝介質流速12m/s，設計選用根部外徑Ф22mm，端部外徑Ф18mm，內徑Ф6.5mm的錐形整體鉆孔溫度檢測元件保護套管，保護套管材質316SS，保護套管插入深度200mm，計算驗證該溫度檢測元件保護套管設計選型是否合理。

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

6 結語

在石油化工裝置的設計過程中，溫度儀表的設計選型數量很多而且地位也很重要，為了盡可能準確地反映被測介質溫度以及保護溫度檢測元件和保護套管免受被測介質對其沖擊和腐蝕，就必須對溫度檢測元件保護套管的設計選型進行針對被測介質流速狀況下的驗證計算，對于不合理的設計選型依據文中4條調整措施進行調整重新設計選型，以保證溫度檢測元件安全、準確地投入使用。對于靜止狀態的被測介質溫度檢測，則不需要對溫度檢測元件保護套管進行振動計算。

參考文獻

［1］ 陸德明，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊［M］.第三版.北京：化學工業出版社，2000：28-30.

［2］ 吳加倫，吳方亮，劉彬.增強溫度計套管抗振頻率的措施［J］.石油化工自動化，2008，（6）71-76.

［3］ GB 50316—2000，工業金屬管道設計規范［S］.

［4］ API 551.Process Measurement Instrumentation.

［5］ ASME PTC 19.3，Part 3 Temperature Measurement.

［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，主要研究方向為有機合成及鹽湖鹵水鋰鎂分離。

梁渠（1957—），男，重慶渠縣人，教授，主要研究方向為有機合成。