新型抗积碳剂在复配生物柴油产生积碳的应用

刘 凯，蔡 静，庞莎莎，梁 渠

（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 610059）

新型抗积碳剂在复配生物柴油产生积碳的应用

刘 凯，蔡 静，庞莎莎，梁 渠*

（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都 610059）

以植物油为原料通过机械除杂过后，再利用物理方法在植物油中添加十六烷值和低碳醇使其达到柴油燃烧性能，得到的复配油称之为生物柴油。使用复配生物柴油在柴油机上燃烧发现，其产生积碳比较严重。合成一种新型有机抗积碳剂，添加到复配生物柴油中。积碳的测定方法以 GB/509—1988方法来测定，结果表明新型抗积碳剂在积碳防治方面具有较优作用，有效降低积碳35.12%。

生物柴油；积碳；机理

在能源危机和环境问题的不断挑战下，发展可再生能源是协调好资源、环境和人类这三者之间的一种必然选择。发展可再生能源，研究资源充沛的生物质能更具有潜力，作为柴油机燃料使用，因其不饱和度高等问题，易造成其燃烧不完全形成积碳，由于零部件上的积碳常使其散热性能下降、磨损也加大等，严重影响柴油机的长期使用［1-2］。柴油机长时间燃用生物柴油发现柴油机喷油嘴、气门和气缸等处产生了严重的积碳，模拟柴油机使用燃烧的复配生物柴油，发现生物柴油作为燃料在柴油机上燃烧产生积碳比石化柴油更为严重，解决生物柴油产生积碳问题，是可再生生物质能源进一步发展的前提。

1 实验部分

1.1 主要试剂及仪器

试剂：复配生物柴油，聚醚胺，TDI，2，5-二叔丁基对苯二酚，对叔丁基苯酚均为分析纯。

仪器：FTIR（德国BRUKER TENSOR 27）、无嘴烧杯，恒温水浴锅，电动搅拌器等玻璃仪器。

1.2 实验方法

1.2.1 抗积碳剂的制备

合成原理如图1所示。

图1 新型清净剂反应路线图

1.2.2 积碳的测定方法

胶质是用来表示柴油产品的蒸发过程中所形成的粘稠胶状物质。而胶质是产生积炭的主要物质，故胶质的大小可用以反映柴油在使用过程中生成积炭的倾向大小。本文采用实际胶质法（GB/T 509）对复配生物柴油的胶质进行了测定，来评价新型抗积碳剂在复配生物柴油产生积碳防治作用。

1.3 实验步骤

1.3.1 新型抗积碳剂的合成

在三颈烧瓶中加入8g PEA和 3.32g TBHQ溶于 50mLTHF，搅拌使其完全溶解，在冰水浴中，用恒压漏斗滴加3.48gTDI，待TDI滴加完之后，继续搅拌让其反应0.5h。然后缓慢升温到60℃，控制温度，保持反应8h。反应结束，对产品进行分离、纯化，得到目标产物。

1.3.2 试验样品的测定

取样品25mL到干燥好的无嘴烧杯中，然后将杯置于250℃的油浴凹槽中，在浴盖中央处安置三通管，调整三通管，使其管下端距离样品液面2.5～3.5 cm；向烧杯中通气，在前20min 内将气流速度从 20L/min 左右逐渐增加到（55±5）L/ min，注意不能使样品溅出；一直保持通气状态下，当油气不再冒出，烧杯底部有干燥残留物，样品蒸发完毕，在干燥条件下冷却30min，冷却，称重；重复处理，直到连续称量间差数0.000 4g为止。

1.4 新型抗积碳剂产品表征

采用FTIR对新型抗积碳剂的表征。

2 结果与讨论

2.1 新型积碳剂产物的FTIR图谱

图2 新型清净剂红外谱图

如图2所示，3 485cm-1峰为—OH伸缩振动基峰，3 000～3 500cm-1之间的小尖峰为N—H伸缩振动峰，1618cm-1为仲酰胺基伸缩振动峰，1384cm-1烷烃的C—H弯曲振动峰，1 117cm-1是苯环C—H面内外区振动峰，由此证明新型抗积碳合成成功。

2.2 实际胶质测定

通过实际胶质的方法来评价抗积碳的效果发现，不添加抗积碳剂的复配生物柴油产生的实际胶质为2 511mg/100ml，而添加抗积碳剂1.2%（质量分数）的复配生物柴油产生的实际胶质为1 530mg/100mL，产生的实际胶质将下降率为39.07%，可见新合成的抗积碳剂在抗积碳方面具有较好的效果。

3 结论

1）通过红外表征证明新型抗积碳剂合成成功。

2）将此类抗积碳剂的生物柴油抗积碳剂能够有效减少积碳约35.12%。

［1］ 金军平.碳的成因危害预防与清除方法［J］.天津汽车，2009，（2）.

［2］ 杨有为，敬坤.浅析柴油机喷油器常见故障排除及检修［J］.实用汽车技术，2013，（10）.

式中：D为介质的流速，单位m/s；B为温度检测元件保护套管端部直径，单位m。

3 验证依据

对于温度检测元件保护套管来说，当温度检测元件保护套管的固有频率fn接近唤醒频率fs时，振动愈厉害；当温度检测元件保护套管的固有频率fn等于唤醒频率fs时，卡门涡流与温度检测元件保护套管发生共振，温度检测元件保护套管和温度元件将由于强烈的振动而损坏。为避免共振的产生，防止温度检测元件保护套管和温度检测元件损坏，应使温度检测元件保护套管的固有频率fn和唤醒频率fs满足一定的关系，在ASME PTC 19.3中对温度检测元件保护套管的固有频率fn和唤醒频率fs的关系做了明确规定，即：

4 调整措施

在具体工程的温度检测元件保护套管设计选型过程中，经过计算，如果表明所选温度检测元件保护套管需要调整设计。根据影响温度检测元件固有频率fn和唤醒频率的因素，通常主要采取措施：（a）减小温度检测元件保护套管的长度，以提高固有频率fn；（b）选用弹性模量更大的套管材质，以提高固有频率fn；（c）加大温度检测元件保护套管的端部直径，以减小唤醒频率fs；（d）改变温度检测元件保护套管的安装位置，以减小唤醒频率fs。

5 实例验证计算

国内某乙烯项目公用工程内一工艺管道设计压力2.0MPa，设计温度200℃，工艺管道尺寸DN150mm，工艺介质流速12m/s，设计选用根部外径Ф22mm，端部外径Ф18mm，内径Ф6.5mm的锥形整体钻孔温度检测元件保护套管，保护套管材质316SS，保护套管插入深度200mm，计算验证该温度检测元件保护套管设计选型是否合理。

由表1可以查得Kt=2.08；由表2可以查得E=1.83×108kPa；保护套管材质316SS的密度ρ=8 027.2kg/m3，保护套管插入深度U=200mm，介质流速=12m/s，保护套管端部外径B= 18mm。

6 结语

在石油化工装置的设计过程中，温度仪表的设计选型数量很多而且地位也很重要，为了尽可能准确地反映被测介质温度以及保护温度检测元件和保护套管免受被测介质对其冲击和腐蚀，就必须对温度检测元件保护套管的设计选型进行针对被测介质流速状况下的验证计算，对于不合理的设计选型依据文中4条调整措施进行调整重新设计选型，以保证温度检测元件安全、准确地投入使用。对于静止状态的被测介质温度检测，则不需要对温度检测元件保护套管进行振动计算。

参考文献

［1］ 陆德明，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册［M］.第三版.北京：化学工业出版社，2000：28-30.

［2］ 吴加伦，吴方亮，刘彬.增强温度计套管抗振频率的措施［J］.石油化工自动化，2008，（6）71-76.

［3］ GB 50316—2000，工业金属管道设计规范［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

刘凯（1990—），男，陕西宝鸡人，在读研究生，主要研究方向为有机合成及盐湖卤水锂镁分离。

梁渠（1957—），男，重庆渠县人，教授，主要研究方向为有机合成。