Влияние гидрогенизированного дизельного топлива и смеси H2O2 на производительность дизельного двигателя и характеристики выбросов выхлопных газов

May 02, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 836 (2023) Цитировать эту статью

1094 доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Кислородное гидродизельное топливо (OHD) получают из перекиси водорода (H2O2), ацетона и полисахарида морских водорослей. Было проведено долгосрочное исследование стабильности топливной смеси OHD в течение около года при различных температурах. Долговременная стабильность демонстрирует очень стабильные свойства, отсутствие легкого разрушения эмульсии и длительный период хранения. Испытание характеристик чистого дизельного топлива и топливной смеси проводилось при различных оборотах двигателя: 1700–3100 об/мин, дизельная смесь с 5 мас.% и 10 мас.%. % H2O2 показал лучшую фракцию для снижения дыма и выбросов. Смесь содержит 15 мас.% H2O2, что демонстрирует значительное снижение температуры выхлопных газов без учета производительности двигателя. Более того, характеристики OHD также показали экономию, снижая загрязнение окружающей среды и продлевая срок службы двигателя. Характеристики дизельного двигателя и экологическая оценка, ведущая к определению характеристик выбросов выхлопных газов (\({\mathrm{CO}}_{\mathrm{X}}\), \({\mathrm{SO}}_{\mathrm{X}} , {\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\) и другие). Результаты показывают, что различные концентрации H2O2 являются эффективным методом снижения выбросов дизельных двигателей. Также наблюдалось снижение содержания CO, SO2, несгоревших углеводородов и NO2 в процентах от H2O2. За счет увеличения содержания кислорода, воды и цетанового числа количество несгоревших углеводородов дизельного топлива при добавлении H2O2 уменьшилось. Таким образом, смесь OHD может значительно сократить выбросы выхлопных газов обычного дизельного топлива, что поможет снизить вредные выбросы парниковых газов из источников дизельного топлива.

В ископаемом топливе использование дизельного топлива весьма значительно, например, в транспорте, тяжелых и легких транспортных средствах, судоходстве, а также в многочисленных сельскохозяйственных и промышленных практиках1,2. Кроме того, из-за своего замечательного энергетического потенциала дизельное топливо также используется в крупных электростанциях и системах отопления жилых домов. Дизельный двигатель обычно считается самым мощным из всех типов двигателей внутреннего сгорания. Хотя теплотворная способность дизельного топлива по умолчанию может быть ниже, чем у других нефтяных видов топлива, оказалось, что оно имеет более высокую теплотворную способность в конструкции двигателя. Кроме того, дизельное топливо обладает исключительными возможностями управления, эффективной экономией топлива и значительно более длительным жизненным циклом и стабильностью3,4,5.

Независимо от топлива с лучшими эксплуатационными характеристиками, дизельное топливо является одним из наиболее значительных источников загрязняющих веществ, выделяемых дорожными и внедорожными транспортными средствами, а также крупногабаритными судовыми дизельными двигателями6,7. В результате большое внимание было уделено улучшению дизельного топлива, а также теоретическим и практическим исследованиям взаимосвязи между выбросами NOx, COx и углеводородов, а также выбросами конденсированных материалов, таких как твердые частицы (PM) и сажа8. Выбросы двигателя определяются условиями эксплуатации и типом используемого топлива, как показано в Приложении 1, в котором указаны основные выбросы дизельных двигателей, включающие NOx, SOx, CO, VOC, NO2, NO и CO26,9.

Тем не менее, помимо дополнительных коэффициентов выбросов, еще одним критическим фактором является содержание серы в дизельном топливе. Повышенные ограничения на дизельное топливо оказали значительное влияние на очистку выхлопных газов. Содержание серы в дизельном топливе теперь ограничено 15 частями на миллион (ppm), тогда как раньше оно достигало 400–550 ppm (дизельное топливо ЕВРО I и ЕВРО II)10,11. Рисунок 1 иллюстрирует текущие ограничения содержания серы в чистом дизельном топливе.

Недавние ограничения на содержание серы в чистом дизельном топливе11,12.

Важнейшим свойством дизельного топлива является его цетановое число, которое влияет на задержку воспламенения до сгорания13,14,15. Топливо с более высоким цетановым числом усиливает процесс сгорания во время работы16. Тем не менее, растущая озабоченность по поводу защиты окружающей среды и строгие правительственные правила в отношении выбросов выхлопных газов с целью снижения загрязнения вызвали значительный рост исследований в области разработки двигателей17. Снижение содержания твердых частиц (PM) и \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}}\), особенно в стандартах Евро VI, одновременно проблематично из-за обратной зависимости между \({\mathrm{NO}} _{\mathrm{X}}\) и PM18. Многочисленные исследователи занимаются разработкой новых или усовершенствованных технологий последующей обработки для сокращения выбросов \({\mathrm{NO}}_{\mathrm{X}},\) твердых частиц и неметановых летучих органических соединений (НМЛОС)19,20, 21,22. Селективное каталитическое восстановление (SCR) — это наиболее сложная технология активного контроля выбросов, эффективно используемая в автомобилях с дизельными двигателями23,24. В SCR используется монолитный катализатор для преобразования NOx в воду (H2O) и двухатомный азот (N2)7.