第五章 石油产品的使用性能及其与化学组成的关系

nullnull第五章 石油产品的使用性能及其与化学组成的关系null不同的应用场合对石油产品提出了许多不同的使用要求，而油品的使用性能与其化学组成之间具有密切的关系。null在制定各种石油产品的质量指标时: 尽量满足有关部门提出的各种使用要求。 考虑石油及其经过相应的加工过程后所得产物的组成和性能。null随着社会经济情况的变化和科学技术水平的提高，石油产品的品种和质量指标也在不断变化之中。 现有石油产品约有千余种，我国现将石油产品分为6大类。 null5-0-1 我国石油产品的构成（1998年）null燃料（Fuel）： 汽油（Gasoline） 喷气燃料（Jet fuel） 柴油（Diesel oil） 燃料油（Fuel oil） 我国燃料约占石油产品的四分之三，而其中约80w%为各种发动机燃料。null润滑剂（Lubricant）： 润滑油（Lubricating oil） 润滑脂（Lubricating grease） 产量不多，仅占石油产品总量的2w%左右，但品种甚多。 null石油沥青（Petroleum asphalt）： 用于道路、建筑及防水等方面，其产量约占石油产品总量的2~3w% 。 石油蜡（Petroleum wax）： 是轻工、化工和食品等工业部门的原料，其产量约占石油产品总量的1w%。 null石油焦（Petroleum coke）： 可用以制作炼铝及炼钢用电极等，其产量约为石油产品总量的1~2w%。 溶剂和化工原料： 约有20w%的石油产品是用作溶剂和石油化工原料，其中包括制取乙烯的原料轻油以及石油芳烃和各种溶剂油。null第一节 汽油 一、汽油机的工作过程 1、汽油机的构造及其工作原理 汽油机又称点燃式发动机，主要用于 轻型汽车 螺旋桨飞机 快艇等nullnull图5-1-2 汽油机上止点与下止点示意图 null上止点：活塞在气缸中上行所能达到的最高位置，此时气缸中的容积为燃烧室的体积V2 。 下止点：活塞在气缸中下行所能达到的最低位置，此时气缸中的容积为气缸的总体积V1。 null压缩比: V1/V2，表征汽油发动机性能的一个重要指标。 冲程：从上止点到下止点的直线距离 。null汽油机的四冲程工作循环： 进气 压缩 燃烧膨胀作功 排气null图5-1-3 单缸四冲程汽油机工作循环 null进气过程 活塞由上止点运行到下止点 ，活塞上方的容积增大，气缸内压力降低； 汽油在喉管处与空气混合，然后进入混合室，此时汽油开始气化并与空气形成可燃性混合气。 null进气阀启开，可燃性混合气进入气缸，被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热至85～130℃。 null压缩过程 活塞由下止点 运行至上止点，进气阀与排气阀关闭，气缸内可燃性混合气被压缩，温度与压力逐渐升高 。 压缩终了时，可燃性混合气的温度与压力取决于压缩比，一般压力为0.7～1.5MPa，温度为300～450℃。 null做功过程（点火燃烧） 压缩终了时，火花塞发出电火花点燃混合气，开始剧烈燃烧，火焰以20～30m/s的速度向四周传播。 燃烧产生大量的热能，使气缸内的温度和压力骤增，最高温度可达2000～2500℃，最高压力可达3.0～4.0MPa 。null高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活塞的运动通过连杆使曲轴旋转而对外做功。 活塞达到下止点时，做功过程结束，燃气的温度降至900～1200℃，压力降至0.4～0.5MPa。 null排气过程 做功结束后，排气阀启开，活塞由下止点运行至上止点。 燃烧后的废气被排出气缸，排出的废气温度为700～800℃。 null汽油机经历四个过程之后完成一个工作循环，紧接着进入下一个工作循环，如此周而复始，往复进行。 一般汽油机都是由四个或六个气缸按一定顺序组合而连续进行工作的。 null汽油机对其燃料的要求： 蒸发性能良好； 燃烧性能良好，不产生爆震； 储存安定性好，生成胶质的倾向小； 对发动机没有腐蚀性。 null二、汽油的蒸发性 要求汽油在进入气缸之前，能迅速气化并与空气形成可燃性混合气。 在进气管的停留时间为0.005～0.05秒； 在气缸中的停留时间为0.01～0.03秒。 null汽油与空气形成均匀的可燃性混合气的必要条件： 汽油的蒸发性 汽油机的构造和操作条件 其中汽油的蒸发性是决定性的因素。null汽油的蒸发性太差，汽油气化不完全，冬季起动和加速都较困难。 汽油的蒸发性太强，汽油在输油管中因气化在夏季容易产生气阻，造成供油不足。 反映汽油蒸发性能的质量指标： 馏程 饱和蒸气压null1、 馏程10%的馏出温度，表示汽油中低沸点组分含量的质量指标。 与汽油机的起动难易程度有关。 与产生气阻有密切的关系。 null表5-1-1 汽油的10%馏出温度与发动机迅速 起动的最低温度的关系 10%馏出温度越低，汽油机起动温度越低，有利于冬季起动。 10％馏出温度越高，汽油机冬季起动困难。null表5-1-2 汽油10%馏出温度与开始产生气阻温度的关系 10%馏出温度越低，开始产生气阻的温度越低，夏季容易产生气阻。我国车用汽油10%馏出温度不高于70℃。 null50%的馏出温度，表示汽油平均蒸发性能的质量指标，与汽油机起动后升温时间长短以及加速是否及时有密切关系的质量指标。 null50%馏出温度低，在正常温度下汽油能较多地蒸发，起动时参加燃烧的汽油数量就多，发出的热量较多，可缩短汽油机的升温时间，即发动机预热较快，加速性能良好，运转平稳柔和，也不致熄火，同时耗油量也降低。null50%馏出温度过高，使汽油机在加速过程中的供油量急剧增加而导致大部分汽油不能气化，燃烧不完全，严重时还会突然熄火。 我国车用汽油50%馏出温度不高于120℃。 null90%馏出温度和干点（终馏点），表示汽油中重组分含量的的质量指标，与燃料的燃烧是否完全和发动机磨损有一定关系的质量指标。 null90%馏出温度和终馏点高： 表示重组分较多，它们不能完全蒸发和燃烧，容易形成积炭，排气冒黑烟，导致油耗增加，燃料的使用效率降低。 没有蒸发的汽油重组分流入曲轴箱稀释润滑油而加大汽油机活塞的磨损。 null表5-1-3 汽油干点与发动机活塞磨损及 汽油消耗量的关系null我国车用汽油规定90%馏出温度不高于190℃，干点不高于205℃。 null2、饱和蒸气压 定义：又称雷德蒸气压 （简称RVP），是气、液两相的体积比为4∶1时，在38℃下两相达到平衡时燃料蒸气的最大压力。 衡量汽油在汽油机燃料供给系统中是否易于产生气阻的指标，同时还可相对地衡量汽油在储存运输中的损耗倾向 。null蒸气压是由汽油中的轻质组分产生的。蒸气压越大，表明汽油中低沸点组分的含量越高，汽油的蒸发性越强，那么： 发动机容易冷起动 在油系统中容易产生气阻 在储存和运输过程中易产生蒸发损失 着火的危险性也较大 null我国车用汽油规定： 冬用型（9月16日～3月15日）： RVP≤88KPa 夏用型（3月16日～9月15日）： RVP≤74KPa。 null对航空汽油来说，由于高空气压低，燃料中轻质馏分更易蒸发，因此要求其饱和蒸气压比车用汽油的要低得多。 我国航空汽油质量标准中规定其饱和蒸气压为27~48kPa。 null三、汽油的安定性 油品在贮存和使用条件下保持其原有质量不变的性质，称为其安定性，包括： 物理安定性 化学安定性 汽油安定性的定义：汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力。 null安定性差的汽油，在储存和运输的过程中易发生氧化反应生成胶质，使油品颜色变深，并产生胶状沉淀，从而影响发动机的正常工作。 null安定性差的汽油导致的不良后果 ： 油箱、滤网、气化器中形成胶状物，影响供油 。 沉积在电火花塞上的胶质在高温下形成积炭而短路 。null安定性差的汽油导致的不良后果 ： 沉积在进、排气阀上的积炭，导致阀门关闭不严 。 沉积在气缸盖、活塞上的积炭，造成气缸散热不良，温度升高，以致增大爆震燃烧的倾向。null1、烃类的液相氧化机理 由于汽油的氧化安定性涉及烃类的液相氧化机理，烃类液相氧化的理论基础 ： 巴赫-恩格勒的过氧化物理论 谢苗诺夫的自由基链反应的理论null烃类液相氧化的定义：在低于烃类沸点的温度下烃类自身进行的氧化反应，通常是在常温下进行，因而也称自动氧化 。 烃类的液相氧化遵循自由基链反应机理。 nullnull链的延续 ： 自由基生成后会发生如下的反应：null自由基R与氧分子的加成反应速度很快，其反应活化能接近于零，而ROO与烃分子的反应速度则慢得多。随着反应产物的积累，ROO不仅与原始物质反应，而且更容易与氧化产物进行反应，使氧化反应不断深化。 null链的退化分支： 烃类氧化是一种具有退化分支的链反应，即生成的过氧化物ROOH继续分解。 生成的自由基如RO和R还可以引发新的链反应 。null过氧化物ROOH的反应活性大大低于自由基，因而还可以转化成稳定产物如醛、酮、醇等。 由于分支链反应的速度比较缓和，故称之为退化分支链反应。 null链的终止： 由于自由基相互之间结合而消失 。null图5-1-4 烃类液相氧化反应速率曲线 null烃类液相氧化分为三个阶段:诱导期（OA段） ：燃料与氧气接触后没有发生明显变化的一段时间，在此阶段氧化反应速度很慢，氧化产物生成较少。 加速期（AB段）：氧化反应加速进行，氧化产物迅速增加。 平缓期：氧化反应速度减缓或趋于停止。 null图5-1-5 烃类液相氧化产率曲线 null在诱导期，自由基较少，氧化中间产物ROOH浓度较低，氧化的退化分支反应链不多，氧化反应进行缓慢。 在加速期，自由基和过氧化物浓度较大，退化分支链迅速发展，氧化反应加速进行，氧化产物的浓度急剧增加。 在平缓期，由于反应物和过氧化物大量消耗，二者浓度降低，氧化反应速度减缓或趋于停止。 null2、汽油的化学组成与其安定性的关系 影响汽油安定性根本原因是其化学组成：烷烃、环烷烃、芳香烃不易发生氧化反应，安定性最好。 不饱和烃容易发生氧化、分解和聚合反应，是导致汽油不安定的主要根源。null直链的α-烯烃比双键位于中心附近的异构烯烃更不稳定。 共轭二烯烃、环二烯烃最不安定，除它们本身很容易生成胶质外，还会促使其它烃类氧化。 带有不饱和侧链的芳香烃也较易氧化。 不饱和烃产生胶质的倾向依下列次序递增：链烯烃＜环烯烃＜二烯烃。null含硫化合物特别是硫酚和硫醇，对促进生成胶质有很大影响。 含氮化合物的存在也会导致胶质的生成，使汽油在与空气接触中颜色变红变深，甚至产生胶状沉淀物。 null直馏汽油、催化重整汽油、烷基化汽油的安定性很好。 催化裂化汽油中虽含有烯烃，但二烯烃很少，因而性质较安定。 热加工汽油由于含有大量不饱和烃包括二烯烃以及其它非烃化合物，其安定性很差。 null要提高汽油的安定性就需要采取适当的方法加以精制，以除去其中不安定的组分。 目前汽油精制的主要方法是选择性加氢精制等工艺。 null3、外界条件对汽油安定性的影响 汽油的变质除了与本身的化学组成有关外，还与许多外界条件有关： 温度 金属表面的作用 与空气的接触面积 水分null（1）温度 温度升高，使分子运动速度增加，汽油中烃类分子与氧分子反应速度加快，过氧化物分解速度也加快，因而汽油诱导期缩短，生成胶质的倾向增大 。null （2）金属表面的作用 液体燃料在储存、运输及使用过程中，不可避免地要和不同的金属表面接触。汽油在金属表面的作用下，颜色容易变深，胶质的生成速度也特别快 。 null表5-1-4 金属表面对汽油氧化诱导期的影响 有金属存在时的诱导期原诱导期 %null在所列的各种金属中铜具有最大的催化活性，它使汽油的诱导期降低75%，铁、锌、铝、锡也能使汽油的诱导期缩短，安定性降低 。null在汽油的氧化过程中金属表面只是对燃料中存在的抗氧剂起消耗或破坏作用，而对纯烃类包括不饱和烃的氧化实际上没有影响。原因可能是抗氧剂被吸附在金属表面，从而限制了抗氧剂对燃料氧化的抑制作用。 null（3）与空气的接触面积 汽油的氧化变质开始于其与空气接触的表面。燃料与空气的接触面积越大，氧化的倾向自然也越大。 null（4） 水分的影响 汽油中的水分对其氧化变质有不良影响，如果汽油中含有水，胶质生成的速度比没有水要快得多。 null鉴于温度、光照以及与空气的接触状况均对汽油的安定性有明显的影响。因此在储存汽油时应采取避光、降温及降低与空气的接触面积等措施。 null4、评定汽油安定性的指标 （1）碘值 定义：利用碘与不饱和烃的加成反应，测定汽油中的不饱和烃含量。以100克样品消耗碘的克数来表示，即gI2/100g。 碘值越大，汽油中不饱和烃含量越高，其安定性越差。 null（2）实际胶质 定义：在150℃下，用热空气吹过100ml汽油表面，使它蒸发至干，所留下的棕色或黄色残余物的毫克数。 用来表征进气管道和进气阀上可能生成沉积物的倾向。 我国车用汽油的实际胶质要求不大于5mg/100mL 。null（3）诱导期 定义：把一定量的汽油放入标准钢筒中，充入氧气至0.7MPa，放入100℃的水中，从油样放入100℃的水中开始到氧压明显降低所经历的时间。 诱导期较长的汽油在储存时胶质的生成速度较慢，宜于长期保存 。 null表5-1-5 车用汽油诱导期与胶质变化的关系我国汽油的诱导期不小于480分钟。null四、汽油的抗爆性 抗爆性： 衡量燃料是否易于发生爆震的性质null（1）汽油机的正常燃烧 1、 汽油机的正常燃烧与爆震燃烧 null焰前反应：在汽油机的压缩过程中，可燃混合气的温度和压力上升很快，汽油开始发生氧化反应并生成一些过氧化物。 火花塞点火后，在火花附近的混合气温度急剧增加，出现最初的火焰中心。① 燃烧初期null火焰中心形成之后，火焰开始传播。 火焰的前锋逐层向未燃混合气推进，未燃混合气因受到热辐射而导致其温度升高，同时已燃混合气因燃烧膨胀而压缩未燃混合气导致其压力也升高。② 燃烧中期null这样火焰以球面形状向周围扩散，使燃料逐层发火燃烧，直到绝大部分燃料燃尽为止。 火焰传播速度为20～30m/s，压力变化也比较平缓。 null③ 燃烧后期由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能完全均匀，所以燃烧中期以后，仍然有少量的未燃气体或燃烧不完全的产物在继续燃烧，直到燃烧结束为止。 汽油机正常燃烧时，发动机工作平稳柔顺，动力和经济性能均较好 。null（2） 汽油机的爆震燃烧 null机身强烈震动，并发出金属敲击声。 发动机功率下降，排气管冒黑烟。 机件的损坏。① 爆震现象null② 爆震燃烧的特征 爆震波的推进速度：2000～2300m/s 燃气局部压力：10MPa以上 气缸内的局部温度：2000～2500℃ null③ 汽油爆震燃烧的原因原因之一：燃料的性质 产生爆震的内因 ，燃料抗爆性的好坏对产生爆震具有决定性的影响，燃料的自燃点越低，其抗爆性越差，产生爆震的倾向也就越大。 null原因之二：发动机的压缩比 发动机的压缩比愈大，压缩终了时气缸内混合气的温度和压力就愈高。这就加速了未燃混合气中过氧化物的生成和聚积，自燃的倾向增大，更易于发生爆震。 null④ 爆震燃烧产生的过程在燃烧过程的后期，火焰中心在气缸的传播过程中，未燃混合气因受到已燃混合气的热辐射和压缩，导致其温度和压力急剧升高，氧化反应的速度加快，形成大量的过氧化物并发生分解反应。null在最初的火焰前锋尚未到达之前，未燃混合气的局部温度已超过其自燃点而发生爆炸性燃烧，这样就出现两个或多个燃烧中心，火焰前锋不象正常燃烧时的那样逐层推进，而是对立推进，产生爆震波，同时气缸内局部的温度和压力急剧升高。 null⑤汽油爆震燃烧的危害爆震波撞击燃烧室壁、活塞顶、气缸壁，引起震动，并发出尖锐的金属敲击声，机件磨损增加，发动机因局部过热而被烧坏机件。null燃料燃烧不完全而冒黑烟，造成燃料的浪费，能耗增加，发动机功率降低 。 燃料燃烧不完全的产物排放到大气中后，会造成环境的污染。 爆震燃烧使发动机的功率和经济性降低。 null（3）正常燃烧与爆震燃烧之间的比较 null2、评定汽油抗爆性的指标 用辛烷值（Octane Number，简称ON）表示的汽油的抗爆性。 辛烷值越高，抗爆性越好。 null（1） 辛烷值的定义 人为规定： 异辛烷的ON=100（抗爆性很好） 正庚烷的ON=0（抗爆性很差）两种物质以不同的体积比混合可得到一系列的标准燃料，异辛烷的体积百分数就是标准燃料的辛烷值。 null将待测汽油与一系列辛烷值不同的标准燃料在标准试验用单缸发动机上进行对比，与所测汽油抗爆性相同的标准燃料的辛烷值就是所测汽油的辛烷值。 null（2）车用汽油辛烷值的表示方法 常用的表示方法： 马达法辛烷值（Motor method ON，简称MON） 研究法辛烷值（Research method ON，简称RON） null用研究法测定时，由于发动机的转速和混合气温度与马达法相比都较低，因而所得的RON比MON要高5～10个单位 。null其它表示方法： 道路辛烷值：用汽车进行实测或在试验机上模拟汽车的行车条件而测得的，它介于MON与RON之间。 抗爆指数：MON和RON的平均值，可近似表示汽车的道路辛烷值，也是衡量车用汽油抗爆性的指标之一。 null3、汽油的抗爆性与其化学组成的关系 （1）各族烃类的辛烷值汽油的抗爆性取决于其化学组成。 null表5-1-6 正构烷烃与异构烷烃的辛烷值 null表5-1-6 正构烷烃与异构烷烃的辛烷值 null表5-1-6 正构烯烃与异构烯烃的辛烷值 null表5-1-6 环烷烃的辛烷值 null表5-1-6 芳香烃的辛烷值 null同族烃类，辛烷值随碳数的增加而降低。 碳数相同时，不同烃类辛烷值的大小顺序为：芳香烃>异构烷烃和异构烯烃>正构烯烃和环烷烃>正构烷烃。 烷烃分子的碳链上分支越多、排列越紧凑，辛烷值越高。null烯烃比同碳数直链烷烃的抗爆性好，双键越接近分子链中间，抗爆性越好 ；异构化程度越高，辛烷值也越高。 环烷烃比同碳数正构烷烃的抗爆性好得多，但比异构烷烃差。带侧链的环烷环抗爆性变差，侧链越长其辛烷值越低，如果侧链上有支链，则其抗爆性有所改善。 null芳香烃的抗爆性在各类烃中是最好的，许多芳香烃的辛烷值超过100，带侧链芳烃的抗爆性稍差，其辛烷值随侧链的加长而降低。null混合烃类的辛烷值： 各种烃类组分互相调合时，其调合辛烷值并不一定与其调合比例呈线性关系。 烷烃与烷烃或烷烃与环烷烃的调合辛烷值与组成呈线性关系。 烷烃与芳烃或烷烃与烯烃的调合辛烷值与组成则不呈线性关系。null（2） 各种汽油的辛烷值 ① 直馏汽油的辛烷值表5-1-7 直馏汽油的辛烷值与馏分轻重的关系 null同一种原油的直馏汽油，馏分越轻，其抗爆性越好 。 不同基属原油的直馏汽油，石蜡基原油的辛烷值最低，环烷基原油最高，中间基原油的辛烷值介于二者之间。 null我国的原油大多为石蜡基和中间基，其直馏汽油的抗爆性一般都达不到车用汽油抗爆性的要求，必须与辛烷值较高的催化裂化和催化重整汽油以及高辛烷值汽油组分（烷基化油和甲基叔丁基醚等）进行调合后才能作为商品车用汽油。null② 催化裂化汽油催化裂化装置是我国炼油厂中仅次于常减压装置的原油二次加工装置，我国80%以上的车用汽油来源于催化裂化汽油，由于它含有较多的芳烃、异构烷烃和烯烃，因而其抗爆性较好，RON为88～90。 null③ 催化重整及烷基化汽油 催化重整汽油因含有较多的芳烃和异构烷烃，因而其RON可达90以上。 烷基化汽油的主要组分是异辛烷，因而其抗爆性很好，RON可达93～96。 null④ 热转化汽油 由于热转化（热裂化、延迟焦化、减粘裂化）过程的汽油含有较多的烯烃和二烯烃，其安定性相当差，抗爆性也不是很好，因而基本不用作车用汽油。 null4、汽油机的压缩比与爆震燃烧的关系 汽油机是否产生爆震燃烧，除了与汽油的抗爆性有关外，还与汽油机的压缩比有密切的关系。 null表5-1-8 汽油机压缩比对混合气温度和压力的影响注：压缩前混合气温度为100℃，压力为0.1MPa。 null汽油机压缩比与汽油辛烷值的关系null表5-1-9 汽油机压缩比与热效率和油耗的关系 压缩比越高，汽油机热效率越高，油耗越低。 汽车的发展方向是提高汽油机的压缩比，汽车的发展对于汽油的要求就是提高汽油的辛烷值。 null五、汽油的质量标准与牌号 自汽油问世的近百年以来，它的质量标准是不断变化的。null汽油质量不断变化的主要原因： 节能的要求，为了提高热效率，汽油机的压缩比不断地增大，相应地对辛烷值的要求也就越来越高。 环境保护的要求，控制汽车尾气中污染物的排放，限制汽油中的铅、硫、芳香烃和烯烃等的含量，并且越来越苛刻。 null1、汽油的无铅化由于直馏汽油中不含烯烃，芳香烃和异构烷烃的含量也不高，辛烷值很低。 热裂化汽油由于含有较多的烯烃，辛烷值较高，满足了当时的需要。 null但是随着汽油机压缩比的进一步提高，要求使用辛烷值更高的汽油。 1921年起，将添加四乙基铅作为提高辛烷值的重要手段。 由于四乙基铅本身剧毒，严重污染环境，危害人体健康。目前已经完全禁止使用含铅汽油。null2、新配方汽油 为了达到所要求的辛烷值，实际使用的汽油产品大多是由多种组分调合而成，这种多组分调合汽油的总成在国外形象地称为“汽油池”（gasoline pool）。 null图5-1-11 美国和中国的汽油组分构成，％null美国与中国汽油组成的差别： 在美国的汽油组分构成中，催化裂化汽油和催化重整各占三分之一左右，烷基化油的份额也高于10%。 中国的汽油组分构成比较单一，催化裂化汽油所占份额高达80%，催化重整汽油不足10%，而烷基化油低于1%。 null20世纪80年代以后，环境保护日益受到重视，为了解决随着汽车拥有量不断扩大而引起的日益严重的环境污染问，美国在1990年提出了清洁空气法修正案（Clean Air Act Amendments， 简称CAAA），推行所谓“新配方汽油”（Reformulated Gasoline, 简称RFG）。 null从保护环境的角度，对汽车排放的SOX、NOX、CO、挥发性有机化合物（Volatile organic compounds，简称为VOC）及微粒等污染物提出了更为严格的限制。要求显著降低汽油中苯、芳烃、硫、烯烃（尤其是戊烯）等的含量及汽油的蒸气压，而其抗爆指数仍需保持在87以上。 null近年来，各国政府都已意识到，环境保护与经济发展同样重要，因而对环保的要求也越来越高。 为了保护环境，必须限制汽油中的芳烃含量和禁止使用含铅汽油。null从2000年开始我国已禁止使用含铅车用汽油，对车用汽油中的芳烃含有也开始限制 ，规定汽油中的芳烃含量不得超过40v%，苯含量不能大于2.5v%，烯烃含量不能高于35v%，汽油的抗爆指数不能低于87。null为了满足汽油的质量达到从环境保护角度提出的苛刻要求，而且还具有良好的抗爆性能，美国首先提出了要使用新配方汽油。 采取的主要措施就是在汽油中加入一定量的醚类化合物，如甲基叔丁基醚（MTBE）、乙基叔丁基醚（ETBE）、叔戊基甲基醚（TAME）等。null表5-1-12 几种醚类化合物的性质null醚类化合物作为汽油组分具有如下的特点：优点： 辛烷值高； 燃烧性能良好，热效率高； 醚类的蒸气压低，挥发损失小； 醚类与烃类完全互溶； 具有良好的化学稳定性。 null缺点： 醚类的价格比汽油要高； 氧化物含量较高时，可能会增加氮氧化物和醛的排放。 我国车用汽油规定，加入有机含氧化合物后，其含氧量不得高于2.7w%。 null近年来又发现，虽然MTBE本身不具有毒性，并可有效减少空气污染，但是它对地下水和饮用水源会构成不可逆污染，因此有些国家和地区已禁止使用。 null3、清洁汽油 随着汽车数量的急剧增多，车用汽油的消耗量与日俱增，汽车排放的废气中污染物已成为大气污染的重要来源。为此必须对汽油的组成予以限定，从源头上控制污染物的生成。 null硫燃烧后生成的SOX散逸到大气中会形成酸雨，污染环境，破坏生态平衡。 烯烃在发动机高温部位会聚合生成胶质，氮燃烧生成的NOX等污染物具有较强的光化学反应活性，还会造成光化学污染。null芳烃会增加发动机燃烧室中的沉积物，并使尾气排放中NOX 、CO和苯增多，而苯更是致癌物质。 null尽管烯烃和芳香烃在汽油中属于辛烷值较高的组分，但从保护环境出发，仍须像硫一样对其含量加以严格限制，并且要求越来越苛刻。 null表5-1-13 汽油质量标准的演变情况 null4、我国汽油产品的品种和牌号汽油的分类（按其用途划分）： 车用汽油 航空汽油null车用汽油按其研究法辛烷值（RON）分为90号、93号、95号、97号及98号，它们分别适用于压缩比不同的各型汽油机。 null采用“辛烷值/品度”表示航空汽油的牌号，包括75、95/130及100/130三个牌号。75号航空汽油用于无增压器的小型活塞式航空发动机，后两种航空汽油用于有增压器的大型活塞式航空发动机。null六、醇类汽油机燃料 我国的石油资源相对短缺，目前已需要大量进口原油，2008年原油的进口量达到了1.8亿吨，目前还在以每年5％左右的速度增加。寻求替代燃料以缓解供需矛盾已刻不容缓。 null从长远看： 燃料电池有望替代车用汽油。 现阶段看： 液化石油气（简称LPG） 液化天然气（简称LNG） 压缩天然气（简称CNG） 醇类燃料（alcohol fuels）null实际上，除了使用醚类氧化物作为新配方汽油的调合组分外，长期以来醇类如甲醇和乙醇也是高辛烷值汽油的调合组分和汽油的替代燃料。 null1、醇类汽油机燃料的一般性质 甲醇和乙醇的辛烷值都相当高，甲醇的RON为114，乙醇为111，他们单独都可以用作汽油机燃料，但一般都是将甲醇或乙醇以一定比例掺入汽油制成的甲醇汽油和乙醇汽油，在点燃式发动机中，它们的动力性能接近于一般汽油。 null表5-1-12 醇类与一般汽油的性质 null醇类燃料的优点： 含氧量较高，燃烧更完全，不易生成积炭或冒黑烟，发动机较为清洁。 可显著降低尾气中CO和未燃烃等污染物排放，对保护环境有利。 null醇类燃料的缺点： 因含氧，低发热值比汽油的小很多。 甲醇与乙醇的沸点较低，易于蒸发，更容易产生气阻。 对金属有一定的腐蚀性，对橡胶及塑料部件也易产生不良影响。 null目前，国内外单纯用醇类作为汽油机燃料的情况还较少，但将醇类作为高辛烷值组分以一定比例掺入汽油以提高其抗爆性的情况则逐渐增多。含有醇类20%以下的汽油在原汽油机上（不需改造）就可使用。 null2、甲醇汽油 甲醇可从天然气或煤制取，我国则主要以煤为原料，通过气化过程煤转化为合成气（CO+H2），进而在催化剂作用下生成甲醇。 null甲醇汽油的开发和应用始于20世纪70年代，当时曾出现过以甲醇含量85%甚至100%的汽油作燃料的专用甲醇燃料汽车，而后来甲醇的含量则逐渐降低。 null甲醇对金属的腐蚀性和对橡胶的溶胀性较强，影响汽车使用的耐久性。 甲醇具有毒性，饮后会使人眼睛失明，严重时可以致死，即便是吸入甲醇蒸气或长期与甲醇接触也会引起中毒。 目前，在许多发达国家中已规定在汽油中不允许添加甲醇。主要原因：null我国也曾在局部地区使用过掺10%或15%甲醇，称为M10或M15的甲醇汽油，甲醇含量较低时，汽油机并不需要改装。但同样由于甲醇的毒性、腐蚀性和溶胀性，甲醇汽油在我国并没有大量应用。 null3、乙醇汽油 淀粉类，如谷物、玉米等。 含糖类，如甘蔗、甜菜等。 植物纤维类，如农作物的残余物、林业的木材、草类及有城市垃圾等。乙醇主要用发酵法制取，它是用资源极其丰富的生物质生产的可再生燃料，其原料有：null在20世纪初，美国曾经将乙醇用作汽车燃料。由于石油供需矛盾，世界上许多国家对乙醇汽油已经引起了足够重视。null巴西已成为世界上唯一不供应纯汽油的国家，车用燃料除为含20%乙醇的乙醇汽油外，还有纯燃料乙醇。 美国用作燃料乙醇年产能力已近千万吨，其中部分作为含10%乙醇的乙醇汽油，部分作为新配方汽油中MTBE的替代物。 null我国也已在部分省区中推广乙醇汽油，使用的范围还在不断扩大。我国的车用乙醇汽油国家标准中规定的乙醇含量为10%（体），按其RON分为90号、93号、95号和97号。null实践证明，含10%乙醇的乙醇汽油在使用时无需对汽油机进行改装，对金属基本没有腐蚀，对橡胶零件的溶胀也较轻微。经，变性燃料乙醇的加入可使汽油的燃烧更完全，汽车尾气排放中CO、NOX以及碳氢化合物等污染物显著减少。 null乙醇是一种可再生的替代能源，使用车用乙醇汽油不仅可部分缓解能源紧缺的矛盾，还有利于减少污染、保护环境，同时它又为农副产品的深度加工和综合利用提供了有效途径。 null第二节 柴油 1000r/min以上的柴油机使用轻柴油 1000r/min以下的柴油机使用重柴油柴油是压燃式发动机的燃料，根据柴油机的转速，应使用不同类型的柴油：null柴油机的应用范围： 农用机械、重型车辆、坦克、铁路机车、船舶舰艇、工程矿山机械等。 由于其在节能、环保和经济上的优越性，现也逐步用于中小型汽车。 null一、柴油机的工作过程 null柴油机和汽油机的工作循环一样： 进气 压缩 膨胀做功 排气null表5-2-1 柴油机与汽油机工作过程的比较null柴油与汽油的质量要求显著不同： 要求柴油的自燃点低 要求汽油的自燃点高null柴油机对燃料的使用要求 ： 良好的燃烧性能 良好的蒸发性能和雾化性能 适当的黏度和良好的低温性能 良好的安定性 对发动机没有腐蚀和磨损null二、柴油的自燃性 自燃性能的定义： 柴油喷入燃烧室内与空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间内发火自燃并正常地完全燃烧 。null1、柴油机内燃料的燃烧过程 柴油在柴油机内的燃烧过程大体分为四个阶段（从喷油开始到全部燃烧为止）： 滞燃期 急燃期 缓燃期 后燃期null图5-2-3 柴油机中气缸压力变化 1-滞燃期 2-急燃期 3-缓燃期 null （1） 滞燃期（发火延迟期） 指从喷油开始到混合气着火燃烧为止，即图中的A-B段，只有1～3毫秒，包含:物理延迟：在气缸中雾化、受热、蒸发、扩散、并与空气混合而形成可燃性混合气的过程。 化学延迟：受热后开始进行燃烧前的氧化反应，生成一些过氧化物，过氧化物达到一定浓度后便自燃着火。 null滞燃期时间长短对柴油机工作的影响： 由于滞燃期结束后，气缸内已积累了一定量的柴油，一旦开始自燃，燃烧速度极快 。null滞燃期过长： 发火前喷入的柴油过多，自燃开始后大量的柴油在气缸内同时燃烧，导致气缸内的温度与压力急剧升高，造成发动机工作粗暴，严重时还会敲缸。 null缩短柴油的滞燃期有利于改善柴油机的燃烧性能。这就要求： 柴油的自燃点低 发动机具有较高的压缩比 进气温度高 减小喷雾颗粒直径，改善雾化条件 null（2） 急燃期（速燃期）柴油开始燃烧到气缸内的压力不再升高为止，即图中的BC段，这个阶段是柴油的急燃阶段 。null在滞燃期的末期，气缸内喷入的大量柴油，被高度压缩的空气加热蒸发呈气体状态，与热空气发生氧化反应，当混合气的氧化反应达到一定程度时就开始着火燃烧，即转入急燃期。 null急燃期的特点： 燃料发火燃烧后，气缸内积累的燃料迅速燃烧，而且喷入的燃料也迅速参与燃烧，此时燃烧速度极快，单位时间内放出的热量很多，气缸内的温度与压力上升很快。null压力升高的速率对于发动机工作的影响： 如果压力升高速率太快，发动机工作就会出现粗暴现象，严重时气缸内会发出金属敲击声（敲缸）。 null敲缸给发动机带来的危害： 使发动机动力不足，功率下降； 排气冒黑烟，耗油增加； 曲轴连杆机构受到很大冲击，机件的磨损增加，严重时会影响发动机工作的可靠性和使用寿命。 null滞燃期短，压力上升平稳，发动机工作柔和； 滞燃期长，着火前喷入的柴油过多，一旦燃烧后，温度、压力急剧升高，发动机工作粗暴。 急燃期中压力升高的速率取决于柴油滞燃期的长短：null（3） 缓燃期（主燃期）指气缸内压力不再急剧升高到压力开始迅速下降的这段时间，为图中的CD段。 这是燃烧的主要阶段，约有50～60%的燃料是在这段时期内燃烧的。 null缓燃期的特点： 气缸内压力变化不大，Pmax=5～12MPa。 温度持续升高到最高值后开始下降，Tmax=2000℃。 null柴油在缓燃期中的燃烧： 压力和温度都很高，这时喷入的燃料发火延迟期大大缩短，几乎随喷随着火 。 大部分柴油在缓燃期内被燃烧，从而使柴油机获得较大的功率和较高的效率。 null改善柴油与空气的混合程度。 采用过量的空气，以提高燃料的燃烧速度，使燃烧反应趋于完全，以释放出最大的热量。 为了保证大部分柴油在缓燃期内燃烧，应采取如下的措施：null（4） 后燃期压力迅速降低到燃烧结束为止的这段时期，为图中的DE段，这是燃烧的最后阶段。null在后燃期，喷油虽已停止，但气缸内尚有未燃烧完的燃料仍在继续燃烧，此时的燃烧是在膨胀过程中完成的，因而压力和温度都在逐渐下降 。null显然，应使后燃期尽量缩短，避免过多的燃料在膨胀过程中燃烧。 因此后燃期中释放的热量不宜超过燃料燃烧释放的全部热量的20%。null（5） 柴油与汽油燃烧过程的比较柴油在柴油机中的燃烧与汽油在汽油机中的燃烧有本质的区别：汽油与柴油的启燃方式不同，前者是靠点燃，而后者是靠柴油本身的自燃。 对于燃料的要求，柴油的自燃点要低，容易自燃，汽油的自燃点要高，不易自燃。null发生敲缸的时间不一样，汽油的爆震燃烧发生在火焰传播过程中，而柴油的粗暴燃烧发生在燃烧的初期。 汽油自燃点过低，容易产生爆震燃烧；柴油的自燃点过高，造成滞燃期过长，急燃期内气缸的压力升高太猛，导致燃烧粗暴、敲缸。null（6） 汽油机爆震燃烧与柴油机工作粗暴性图5-2-4 汽油机爆震与柴油机工作粗暴性的比较 null表5-2-2 汽油机爆震燃烧与柴油机工作粗暴性的比较 null2、影响柴油燃烧的主要因素（1） 柴油的理化性质影响柴油在柴油机内燃烧的最重要因素之一是柴油的理化性质，主要指标包括： 发火性能 蒸发性能null（2） 柴油的雾化质量柴油的雾化质量良好，可以缩短燃料发火的物理延迟时间。影响柴油雾化质量的因素包括： 黏度 表面张力null（3） 气缸的热状态压缩终了时气缸内的温度和压力越高，发火延迟期较短。 气缸内压缩空气的温度和压力取决于： 发动机的压缩比null3、评定柴油发火性能的指标—十六烷值 十六烷值（Cetane Number，简称CN）是衡量柴油在压燃式发动机中发火性能的指标。null十六烷值高，自燃点低，滞燃期短，燃烧均匀且完全，发动机工作平稳。 十六烷值低，自燃点高，滞燃期长，发动机工作粗暴。 十六烷值过高，自燃点很低，燃烧过程中形成的过氧化物太多，自燃速度极快，燃料来不及燃烧就随废气排出 ，燃烧不完全且尾气冒黑烟。 （1） 柴油的十六烷值与其燃烧性能的关系 null（2） 十六烷值的定义标准燃料的十六烷值： 人为规定正十六烷的CN＝100，-甲基萘的CN＝0，将这两种标准燃料按不同的体积比混合，即可配成不同十六烷值的标准燃料，其正十六烷的体积百分数即表示该标准燃料的十六烷值。 null把待测燃料与标准燃料在标准的单缸试验机上进行比较，与发火性能相同的标准燃料的十六烷值即为所测燃料的十六烷值。 null为了保证柴油有良好的自燃性，高速柴油机所用燃料的十六烷值在45~55之间为宜。（3） 对于柴油十六烷值的要求null十六烷值高于55时，再继续提高对缩短滞燃期作用已不大。 十六烷值高于65时，由于滞燃期太短，燃料来不及与空气均匀混合即着火自燃，燃烧不完全，部分烃类热分解而产生游离碳粒随废气排出，造成发动机冒黑烟及油耗增大、功率下降。 十六烷值一般不能低于45 。null（4） 柴油十六烷值的经验计算 柴油指数DI柴油的苯胺点越高，表明烷烃含量越高， 柴油指数就越高。 相对密度越大，表明芳烃含量越高，柴油指数越低。 null十六烷指数CI t50为柴油的50%馏出温度（℃） 20为柴油在20℃的密度（g/cm3）null4、柴油十六烷值与其化学组成的关系（1）各族烃类的十六烷值null表5-2-3 烃类的十六烷值正构烷烃的十六烷值最高，而且相对分子质量越大，十六烷值越高。null续表5-2-3 烃类的十六烷值null碳数相同的异构烷烃十六烷值低于正构烷烃。 相对分子质量相同的异构烷烃，其异构化程度越高，支链数越多，十六烷值越低。null续表5-2-3 烃类的十六烷值null正构烯烃的十六烷值略低于相同碳数的正构烷烃。 异构烯烃的十六烷值低于同碳数的正构烯烃，分支越多，十六烷值越低。 环烷烃的十六烷值低于同碳数的正构烷烃和正构烯烃，带侧链的环烷烃十六烷值更低。null续表5-2-3 烃类的十六烷值null无侧链或短侧链的芳烃十六烷值最低，而且环数越多，十六烷值越低。 带有较长侧链的芳烃十六烷值相对较高，而且侧链越长，十六烷值越高。 带直链烷基侧链的芳烃十六烷值高于同碳数的带支链烷基侧链的芳烃。null（2） 各族烃类的自燃点表5-2-4 烃类的自燃点 null烷烃尤其是正构烷烃在高温下较易分解而生成自由基，进而发生剧烈的氧化反映，通过自由基分支链反应导致自燃，其十六烷值较高。 无侧链或短侧链芳香烃的热安定性显著较高，不易氧化，自燃点较高，其十六烷值低。null图5-2-3 十六烷值与自燃点的关系曲线 null（3） 柴油的十六烷值与其化学组成的关系 表5-2-5 柴油的族组成与十六烷值的关系 null含烷烃和环烷烃较多、芳烃含量较少的柴油十六烷值高。 芳烃含量较高、烷烃含量较低的柴油十六烷值较低。 null表5-2-6 各类原油直馏柴油馏分的十六烷值null对于直馏柴油而言： 石蜡基原油的柴油馏分十六烷值较高，而环烷基原油的柴油馏分十六烷值较低。 对于二次加工柴油而言： 减粘、焦化以及加氢裂化柴油十六烷值较高，催化柴油十六烷值较低。 null三、柴油的蒸发性 1、柴油的蒸发性对柴油机工作的影响柴油机正常工作和启动的前提条件： 柴油先气化，气化后的柴油蒸气与空气形成均匀的可燃混合气。null柴油机内形成可燃混合气的速度由柴油的蒸发速度决定，而影响柴油蒸发速度的因素包括： 柴油的馏程 燃烧室内空气的温度和压力，即柴油机的压缩比null柴油馏程的影响： 柴油馏分轻，蒸发速度快，柴油蒸气与空气形成可燃性混合气的速度也就快 。 柴油馏分过轻，极短的时间内形成大量可燃混合气发火燃烧，使气缸内的压力急剧上升，导致柴油机工作不稳定。null柴油馏分过重，蒸发速度太慢，在极短时间内无法形成可燃性混合气，而使燃烧不完全、油耗增加、功率降低、排气冒黑烟。 null所以柴油机使用的柴油馏分必须保证发动机在低温下容易起动，耗油量少，燃烧良好，同时又不能引起工作粗暴。 我国轻柴油的馏程控制在200～380℃。 null柴油机压缩比的影响： 压缩比越大，压缩终了时的压缩空气的温度与压力越高，则喷入的柴油蒸发速度越快，与空气形成可燃混合气的速度也越快 。null2、 评定柴油蒸发性能的指标评定柴油正蒸发性主要指标： 馏程 闭口闪点null（1） 馏程 主要指标： 50%馏出温度 90%与95%馏出温度null表5-2-7 柴油50%馏出温度与起动性的关系我国轻柴油的50%馏出温度不高于300℃null表5-2-8 柴油中<300℃馏分含量与耗油量的关系柴油中<300℃的馏分含量越高，柴油机的油耗越低。null90%和95%馏出温度越低，柴油中的重馏分越少，燃烧越完全。 我国轻柴油的90%馏出温度不能高于355℃，95％馏出温度不能高于365℃。 null（2） 闭口闪点 柴油的闪点太低，不仅其蒸发性太强，而且还不安全。 为了控制柴油的蒸发性不致太强，我国轻柴油闭口闪点不得低于45℃。null四、柴油的流动性 评定柴油流动性的物理性质： 黏度 低温流动性，其指标为凝点或倾点与冷滤点null1、黏度 柴油的黏度是影响柴油机中供油量的大小以及雾化的好坏关键因素。null黏度过小： 易从高压油泵的柱塞与泵筒之间的间隙回漏，喷入气缸的柴油减少，造成发动机的功率降低。 柴油雾化后的液滴直径太小，喷出的油流射程越短，与气缸中的空气混合不均，导致燃烧不完全。 null黏度过大： 泵送困难，导致供油不足。 雾化后油滴直径过大，喷出的油流射程太长，液滴的有效蒸发面积减小，蒸发速度减慢，混合不均匀、燃烧不完全、耗油量增加。null柴油的黏度与其化学组成有密切的关系： 石蜡基原油的柴油黏度较小 。 环烷基原油的柴油黏度较大。 null2、低温流动性 柴油的低温流动性是关系到柴油在低温下的供油、储存和运输等作业能否正常进行的性能。 柴油的低温流动性与其化学组成有关，正构烷烃、少支链异构烷烃或带正构长侧链的环烷烃含量越高，其低温流动性越差。 null为了使柴油具有良好的低温性能，柴油不能含有较多的正构烷烃；而只有一个或两个支链的异构烷烃的凝点较低，又具有较高的十六烷值，因而它是柴油的理想组分。 null评定柴油低温流动性能的指标： 凝点（或倾点）和冷滤点凝点和倾点是表示油品开始失去流动性的温度。 由于冷滤点的测定条件近似柴油的使用条件，因而可以用它来粗略判断柴油可能使用的最低温度。 null五、柴油的安定性、腐蚀性、洁净度 1、柴油的安定性 柴油的安定性包括： 储存安定性 热安定性null柴油储存安定性的定义： 储存和运输过程中抵抗氧化变质的能力。储存安定性良好的柴油实际胶质变化不大，不生成沉淀，宜于长期保存。null柴油的热安定性定义： 较高的温度下抵抗氧化变质的能力。热安定性差的柴油对使用的影响： 不安定组分氧化成缩合产物，在高压油泵、喷油嘴等处形成积炭，导致供油中断、柴油的雾化质量不良，金属零件的磨损加剧等危害。null柴油安定性的评定指标： 实际胶质 10%蒸余物残炭null（1）实际胶质 表5-2-9 柴油的实际胶质与燃烧室积炭和磨损的关系 实际胶质高，易造成喷油嘴和滤清器堵塞，气缸内沉积物增加，磨损加剧。null （2）10%蒸余物残炭 10%蒸余物残炭在一定程度上大致反映柴油在喷嘴和气缸中形成积炭的倾向 。null柴油安定性与其化学组成的关系：烷烃、环烷烃及单环芳烃的安定性较好。 不饱和烃、环烷芳香混合烃及非烃类是引起柴油储存安定性差的主要原因。 多环芳烃及非烃类是引起柴油热安定性不良的主要原因。 null2、柴油的腐蚀性 含硫化合物尤其是活性硫化物如硫醇对金属有腐蚀作用。 含硫化合物燃烧后生成的SO2、SO3不仅严重腐蚀高温区的部件，而且还与气缸壁上的润滑油反应，加速漆膜和积炭的生成。 null3、柴油的洁净度 表征柴油洁净度的指标： 水分，燃烧时降低发热值，在低温易结冰，堵塞燃料供给系统。 机械杂质，机械杂质会堵塞油路，加速磨损。 null六、 柴油的质量标准和品种牌号 1、国外柴油质量标准的演变为了保护环境，汽车排放的控制标准越来越苛刻，因而对柴油质量的要求也就越来越严格。 null尾气需要控制的关键污染物： 微粒 NOXnull影响污染物排放的主要因素： 十六烷值，提高十六烷值可降低尾气中NOX的含量。 多环芳烃，降低多环芳烃含量能减少微粒的排放。 馏程，馏程变轻也有利于减少尾气中的污染物。 硫含量，降低硫含量则不仅可以减少尾气中的SOX，还会使微粒减少。 null表5-2-6 柴油质量标准的演变情况 null2、我国车用柴油品种和牌号 我国的柴油品种： 轻柴油 车用柴油 重柴油 null轻柴油和车用柴油适用于高速柴油机，按凝点可划分为10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号和-50号七个牌号。 重柴油适用于中、低速柴油机，按其50℃运动黏度（mm2/s）划分为10号、20号、30号三个牌号。 null对于车用柴油而言： 硫含量不能大于0.05m% 十六烷值不小于45null直馏柴油的生产： 由石蜡基原油和含蜡较多的中间基原油可直接生产-10号、0号、10号轻柴油以及各牌号重柴油。 -35号和-50号轻柴油可由含蜡比较少的中间基原油和环烷基原油直接生产，也可用尿素脱蜡和加氢裂化等方法生产。null二次加工柴油的生产： 催化裂化柴油的十六烷值较低、安定性也较差，通过加氢改质可以提高其十六烷值和安定性。 热加工柴油的安定性更差，一般均需通过加氢精制。 加氢裂化柴油的十六烷值高，硫、氮含量低、安定性较好。 null七、生物柴油 世界各国加快开发柴油替代燃料： 石油资源的日益枯竭 人们环保意识的提高 20世纪90年代，生物柴油（Biodiesel）以其优越的环保性能受到各国的重视。 null生物柴油的来源： 植物油：大豆油、花生油、油菜籽油、棉花籽油、蓖麻籽油、棕榈油 动物油脂：猪油脂、牛油脂、羊油脂null生物柴油的生产方法： 动植物油脂与甲醇、乙醇等进行酯交换后，可以得到脂肪酸的甲酯或乙脂以及副产甘油。 null生物柴油的特点： 原料来源丰富。 性能与石油柴油很接近，柴油机无需改装即可使用。 其润滑性能好，可减轻发动机的磨损。 不含硫和芳香烃而含氧，其燃烧比较完全，所排放的污染物也较少。null生物柴油的应用现状： 美国主要以大豆为原料生产生物柴油，并投入了商业应用，年产量已达数十万吨。 欧洲各国的生物柴油产量更是突破了100万吨。 null第三节 喷气燃料 (航空煤油)一、喷气发动机的工作原理及其 对燃料的要求null点燃式航空发动机的缺陷： 二战以前，活塞发动机与螺旋桨的组合取得了极大的成就，但是螺旋桨在飞行速度达到900千米/小时，桨尖部分的跨音速流场使得螺旋桨的效率急剧下降，推力降低。null螺旋桨的迎风面积大，阻力也大，极大阻碍了飞行速度的提高。 随着飞行高度提高，大气稀薄，大气中的氧含量降低，使活塞式发动机的功率随之减小。因此只能在一万米以下的空域飞行。null喷气式发动机的基本原理： 喷气发动机吸入大量空气与喷气燃料形成可燃性混合气，燃烧后的尾气高速喷出，对发动机产生反作用力，推动飞机向前飞行。 null喷气式发动机的发明过程： 1913年，法国工程师雷恩·洛兰就提出了冲压喷气发动机的设计，但当时没有相应的助推手段和相应材料，喷气推进只是一个空想。null1930年，英国人弗兰克·惠特尔获得了燃气涡轮发动机专利，这是第一个具有实用性的喷气发动机设计。 1941年后弗兰克·惠特尔设计的发动机首次飞行，从而成为涡轮喷气发动机的鼻祖。 null喷气式发动机的应用： 近几十年来，喷气发动机在航空上得到了广泛的应用，已基本上取代了点燃式（螺旋桨）航空发动机 。null表5-3-1 点燃式航空发动机与喷气发动机的主要区别null1、涡轮喷气发动机的工作过程 图5-3-1 涡轮喷气发动机结构示意图 null涡轮喷气发动机实际上是一个很大的直筒，从前到后分为： 离心式压缩器 燃烧室 燃气涡轮 尾喷管 null直筒中间有一条轴： 前部连接离心式压缩器和发电机等设备。 后部连接到燃气涡轮叶片和尾喷管。null工作时前部的离心式压缩器把空气压进燃烧室，燃料通过喷嘴喷射到燃烧室内燃烧，燃烧后产生的强大热气流通过尾喷管喷出，形成很强的推动力。 null喷气式发动机的工作工程： 压缩 燃烧 燃气涡轮做功 排气 null（1） 压缩用离心式压缩器将进入发动机内的空气压缩至0.3～0.5MPa，温度达到150～200℃后，方可进入燃烧室。 空气压力越高，燃料热能的利用效率越高，发动机的推动力越大。null（2） 燃烧在燃烧室中，压缩空气与燃料形成可燃性混合气，起动时经电火花点火后可连续不断地燃烧。 燃烧室内的中心温度可达1900～2200℃，为了防止涡轮叶片烧坏，需要通入部分冷空气，使燃气的温度降至900℃以下。 null（3） 燃气涡轮做功 高温高压燃气推动涡轮高速旋转，将热能转化成机械能，涡轮的转速可达8000～16000转/分钟。