第五章 发动机燃料与燃烧
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1、第五章第五章 发动机燃料与燃烧发动机燃料与燃烧5-1 发动机的燃料发动机的燃料5-2 燃料的使用性能燃料的使用性能5-3 燃烧热化学燃烧热化学5-4 燃烧的基本知识燃烧的基本知识 第五章燃料与燃烧 燃料是内燃机产生动力的来源，直接影响内燃机的发展、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。结构特点以及对环境的污染。5-1 内燃机燃料及其提炼内燃机燃料及其提炼一、石油中烃的分类及性质一、石油中烃的分类及性质传统燃料：汽油、柴油传统燃料：汽油、柴油石油中提炼；石油中提炼；石油：碳氢化合物石油：碳氢化合物 主要成分：主要成分：C，H；少量的；少量的S，O2，N2 分
2、子式：分子式：CnHm烃类烃类代用燃料：代用燃料：NG（LNG）LPG、醇类、醇类、 DME、 H2 和和生物柴油等生物柴油等结构和性质。此需要研究燃料的有关和燃料的性质有关，因是燃料的低热值uu0acmitcmit0a0u0mmime1HHLLRTHpppo第五章燃料与燃烧由烃分子由烃分子C原子数的不同，其分子量、沸点不同；原子数的不同，其分子量、沸点不同； 构成不同性质的燃料。构成不同性质的燃料。燃料根据不同沸点分馏依次得到：燃料根据不同沸点分馏依次得到： 石油气石油气汽油汽油煤油煤油柴油柴油渣油渣油 vC1C4：气态气态石油气，相对分子质量石油气，相对分子质量1658；vC5C23：液态
3、，其中：液态，其中： C5C11：50200，汽油，汽油， 分子质量分子质量95120； C11C19：180300 ，煤油，煤油， 100180； C16C23: 250360， 轻、重柴油，轻、重柴油，180200vC23以上：以上：360 以上，渣油，以上，渣油，2202801. 碳原子数的影响碳原子数的影响第五章燃料与燃烧表表5-1 烃分子中碳原子数对烃性质的影响烃分子中碳原子数对烃性质的影响C 原子数 沸点 品种 相对分子量 理化性质变化趋势 C1C4 C5C11 C11C19 C16C23 C23以上 常温 50200 180300 250360 360 以上 石油气 汽油 煤油
4、轻柴油 重油 1658 95120 100180 180200 220280 轻质轻质易挥发易挥发粘度增大粘度增大化学稳定性变好化学稳定性变好易自燃易自燃易点燃易点燃第五章燃料与燃烧碳，氢原子数和排列位置对燃料性质影很大：碳，氢原子数和排列位置对燃料性质影很大：1）烷烃：分子式：）烷烃：分子式：CnH2n+2 ； 化学结构：化学结构： 直链（正构物）特点：饱和开链式，含直链（正构物）特点：饱和开链式，含C越高结构越不紧凑，越高结构越不紧凑， 常温下化学性质稳定，但热稳定性差，常温下化学性质稳定，但热稳定性差， 高温易分解，自燃性好高温易分解，自燃性好柴油的好成分；柴油的好成分；支链（异构物）特
5、点：常温下化学性质稳定，但热稳定性好，支链（异构物）特点：常温下化学性质稳定，但热稳定性好，抗爆性好的汽油成分抗爆性好的汽油成分2）烯烃：）烯烃： 分子式：分子式：CnH2n ； 化学结构：化学结构：-C=C-; -C=C-C-C-C-C-C-C-；-C-C-C-C-CC支链支链(热稳定热稳定)直链直链2. 分子的化学结构对性能的影响分子的化学结构对性能的影响第五章燃料与燃烧特点：非饱和开链式，自燃性差，抗爆性差汽油的成特点：非饱和开链式，自燃性差，抗爆性差汽油的成分；分； 常温下化学稳定性差，易氧化胶质；不易储存常温下化学稳定性差，易氧化胶质；不易储存3）炔烃：分子式：）炔烃：分子式：CnH
6、2n-2 ；化学结构：；化学结构：C C特点：非饱和开链，热裂化产物，不存在原油中；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。很不稳定，常温下易分解；不易作燃料。4）环烷烃：分子式：）环烷烃：分子式：CnH2n; 化学结构：化学结构： 特点：饱和环状，不易分裂，热稳定性强，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。汽油机的燃料，石油的重要组成部分。-CC-CC-环丁环环丁环第五章燃料与燃烧5）芳香烃：）芳香烃：CnH2n-6； 基本化合物是苯：基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子结构坚固；石油中含量少，分子结构坚
7、固； 热稳定性高，热稳定性高， 高温下不易破裂；高温下不易破裂； 汽油的良好的抗爆剂；汽油的良好的抗爆剂； 石油炼制中产生。石油炼制中产生。 其中，其中， -甲基萘：甲基萘：C11H10， 其抗爆性认为其抗爆性认为100%第五章燃料与燃烧二、燃料的提炼方法及对燃料性能的影响二、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：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；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不同分馏温度得到不同成分的燃油 这一部分这一部分燃料油约占原油的燃料油约占原油的25%40%裂解法：通过加
8、温加压方法进行裂解；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；催化重整：使用催化剂进行裂解；加氢精制：加氢精制：将蒸馏后的重油等一些高将蒸馏后的重油等一些高分子成分用不同手段裂解分子成分用不同手段裂解为分子量较轻的成分。为分子量较轻的成分。第五章燃料与燃烧 表 4-3 不同炼制方法对油料性质的影响 油料 直馏法 热裂法 催化裂化法 汽油 稳定性好，含 90%95%的烷烃与环烷烃，芳香烃不超过 5%9%，不含不饱和链状烃，其 MON 辛烷值大致在 5070 含有较多的不饱和烃，储存 中易产生胶质，抗爆性比直 馏汽油好，其 MON 辛烷值 约为 5868 范围内 芳 香 烃
9、的 体 积 分 数 约32%40%， 烷烃为 50%60%，环烷烃为 8%10%，品质高，抗爆性好，辛烷值可达 7784，RON 可达 90 以上 柴油 含有20%30%的芳香烃具有较高的十六烷值 含有大量不饱和烃，十六烷值较低，一般用作中低速柴油机燃料 性能较好，可作高品质柴油使用，用于高速柴油机中 第五章燃料与燃烧 热裂解：工艺简单；热裂解：工艺简单； 但燃油的稳定性差，辛烷值低。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催化重整：使正构烷烃或环烷烃异构物烃和异构物烃和 芳香烃；芳香烃； 副产品氢气可作为加氢工艺的氢气来源。副产品氢气可作为加氢工艺的氢气来源。 加氢精制：可
10、使烯烃变成饱和烃，还可以脱碳，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，满足油品的更高脱氮，脱氧以及脱金属等作用，满足油品的更高要求。要求。 为获得高品质燃料，常采用加氢精制或催化重整为获得高品质燃料，常采用加氢精制或催化重整工艺。工艺。第五章燃料与燃烧三、代用燃料及其特性三、代用燃料及其特性1、气体燃料、气体燃料 NG：自由态或与石油共存的天然气，主要成分是：自由态或与石油共存的天然气，主要成分是 甲烷甲烷,CH4; 成为第三大支柱能源。成为第三大支柱能源。 汽车上的应用：汽车上的应用： 压缩天然气压缩天然气(CNG)，20MPa 存于高压气瓶中；存于高压气瓶中；
11、 液化天然气液化天然气(LNG)，-162低温液化储存；低温液化储存； 其密度为常态下气体密度的其密度为常态下气体密度的600倍；倍； 行驶距离长；但成本高。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：丙烷主要成分：丙烷/丙烯丙烯/丁烷丁烷/丁烯及其异构物。丁烯及其异构物。第五章燃料与燃烧天然气燃料的优点：天然气燃料的优点： 主要成分是甲烷，主要成分是甲烷，CO、HC排放少，燃料中不含硫的成分，排放少，燃料中不含硫的成分，SO2排放量低于电动汽车。排放量低于电动汽车。 辛烷值高达辛烷值高达130，可提高压缩比，可提高压
