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第四章_内燃机的燃料与燃烧
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第四章 内燃机的燃料与燃烧
§4-1 发动机的燃料
§4-2 燃料的使用性能
§4-3 燃烧热化学
§4-4 燃烧的基本知识
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§4-1 内燃机燃料及其提炼
燃料是内燃机产生动力的来源,直接影响内燃机的发展、结构特点以及对环境的污染。
一、石油中烃的分类及性质
传统燃料:汽油、柴油?石油中提炼;
石油:碳氢化合物
主要成分:C,H;少量的S,O2,N2
分子式:CnHm——烃类
代用燃料:CNG、LPG、 DME、 H2、 醇类等
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1. 碳原子数的影响
由烃分子C原子数的不同,其分子量、沸点不同;
?构成不同性质的燃料。
燃料根据不同沸点分馏依次得到:
石油气?汽油?煤油?柴油?渣油(重油)
C1~C4:气态——石油气,相对分子质量16~58;
C5~C23:液态,其中:
C5~C11:50~200℃,汽油, 分子质量95~120;
C11~C19:180~300 ℃,煤油, 100~180;
C16~C23: 250~360, 轻、重柴油,180~200
C23以上:360 ℃以上,渣油,220~280
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表4-1 烃分子中碳原子数对烃性质的影响
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2. 分子的化学结构对性能的影响
碳,氢原子数和排列位置对燃料性质影很大:
1)烷烃:分子式:CnH2n+2 ;
化学结构:
直链特点:饱和开链式,含C越高结构越不紧凑,
常温下化学性质稳定,但热稳定性差,
高温易分解,自然性好—柴油的好成分;
2)烯烃: 分子式:CnH2n ;
化学结构:-C=C-; -C=C-C-C-
-C-C-C-C-;
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特点:非饱和开链式,自发火性差,汽油的成分;
常温下化学稳定性差,易氧化胶质;不易储存
3)炔烃:分子式:CnH2n-2 ;化学结构:—C?C—
特点:非饱和开链,热裂化产物,不存在原油中;
很不稳定,常温下易分解;不易作燃料。
4)环烷烃:分子式:CnH2n;
化学结构:
特点:饱和环状,不易分裂,热稳定性强,
汽油机的燃料,石油的重要组成部分。
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5)芳香烃:CnH2n-6;
基本化合物是苯:C6H6;
石油中含量少,分子结构坚固;
热稳定性高,
高温下不易破裂;
汽油的良好的抗爆剂;
石油炼制中产生。
其中,?-甲基萘:C11H10,
其抗爆性认为100%
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二、燃料的提炼方法及对燃料性能的影响
从石油原油中炼制燃料的典型工艺流程:
直馏法:将原油在炼油塔中进行加热蒸馏;
?不同分馏温度得到不同成分的燃油
?这一部分燃料油约占原油的25%~40%
裂解法:通过加温加压方法进行裂解;
催化重整:使用催化剂进行裂解;
加氢精制:
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热裂解:工艺简单;
但燃油的稳定性差,辛烷值低。
催化重整:使正构烷烃或环烷烃?异构物烃和
芳香烃;
副产品氢气可作为加氢工艺的氢气来源。
加氢精制:可使烯烃变成饱和烃,还可以脱碳,脱氮,脱氧以及脱金属等作用,满足油品的更高要求。
为获得高品质燃料,常采用加氢精制或催化重整工艺。
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三、代用燃料及其特性
1、气体燃料
NG:自由态或与石油共存的天然气,主要成分是
甲烷,CH4; 成为第三大支柱能源。
汽车上的应用:
压缩天然气(CNG),20MPa 存于高压气瓶中;
液化天然气(LNG),-162℃低温液化储存;
其密度为常态下气体密度的600倍;
行驶距离长;但成本高。
LPG: 天然石油气或石油炼制中产生的液化石油气
主要成分:丙烷/丙烯/丁烷/丁烯及其异构物。
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天然气燃料的优点:
主要成分是甲烷,CO、HC排放少,燃料中不含硫的成分,SO2
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