我國煤炭間接液化柴油在發動機上的應用研究

楊珂 任運征 程倫

摘 要：文章簡要介紹了當前我國的能源與環境局勢及煤炭間接液化在我國的發展現狀。主要討論煤炭間接液化柴油（F-T柴油）的性質及其在柴油發動機上的應用研究現狀，指出煤炭間接液化柴油是一種良好的柴油機代用燃料，并將在我國得到更加廣泛的應用。

關鍵詞：煤炭間接液化柴油;柴油機;代用燃料

中圖分類號：U473.1+2? 文獻標識碼：A? 文章編號：1671-7988（2020）13-271-02

Research on the application of indirect coal liquefied diesel to engines in China

Yang Ke， Ren Yunzheng， Cheng Lun

（Changan University， Shaanxi Xian 710064）

Abstract： This article briefly introduces the current energy and environmental situation in China and the development status of indirect coal liquefaction in China. And mainly introduce the properties of indirect coal liquefied diesel and its application research status on diesel engines. It is pointed out that indirect coal liquefied diesel is a good alternative fuel for diesel engines and will be more widely used in China.

Keywords： Indirect coal liquefied diesel; Diesel engines; Alternative fuel

CLC NO.： U473.1+2? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）13-271-02

引言

目前我國是世界上最大的發展中國家，國民經濟穩步增長，造成資源不斷緊張。單就石油資源來講，隨著我國汽車工業發展，石油消耗量迅猛增加。目前我國原油對外依存程度高達70.9%，嚴重影響我國能源供給安全。此外近幾年我國汽車產銷量不斷增加，機動車造成的污染問題也日益嚴峻。

我國是一個“貧油、少氣、富煤”的國家，利用豐富的煤炭資源發展替代燃料，符合當前的形勢。煤炭間接液化柴油可以在不改變柴油機技術參數的情況下，直接燃用或摻混普通柴油，降低排放。目前我國煤炭間接液化技術成熟，具備大量應用的基礎條件。本文主要介紹我國煤炭間接液化柴油的性質及其在柴油機上的應用研究狀況。

1 煤炭間接液化柴油

1.1 煤炭間接液化柴油簡介

煤炭間接液化柴油是將煤炭氣化生成煤氣，再經過凈化轉化為以CO和H2為主的混合氣，然后在250～350℃的溫度下加入催化劑進行費托合成反應制成。其工藝流程簡圖1所示：

早在二戰時期煤炭間接液化技術就已興起，尤其是南非SASOL公司發展最為順利，也是目前世界上該技術最為成熟規模最大的公司。我國煤炭間接液化技術起步較晚，但由于我國特殊的能源結構，煤炭間接液化技術得到重視且大力發展。自2001年啟動煤制油重大科技項目至今，我國已經掌握多項煤炭間接液化的核心技術。目前我國建設運行的裝置主要有：寧夏神華集團400萬噸/年、山西潞安集團180萬噸/年以及內蒙古伊泰集團200萬噸/年等生產裝置均達到規定產量。

1.2 煤炭間接液化柴油與普通柴油性質比較

煤炭間接液化柴油工藝流程簡單，對源頭煤要求不高。主要由飽和烴組成。具有密度小、碳氫原子比低、十六烷值高、硫氮等污染物含量少、芳香烴含量低等特點。表1將煤炭間接液化柴油與尋常石油制柴油的主要性能參數進行對比。

2 煤炭間接液化柴油的發動機實驗

由于煤炭間接液化柴油具有飽和烷烴占比高，十六烷值高，硫氮含量低，且與石化柴油任意比例互溶，可以在不改變柴油機技術參數的情況下進行使用的特點。近些年，國內很多高校和企業都對煤炭間接液化柴油在發動機上的應用進行了實驗研究。

北京交通大學胡準慶等人就在柴油機上使用F-T柴油分析了其燃燒和排放特性。試驗燃料采用純F-T柴油以及其與0號柴油的混合物。結果表明，與燃用0號柴油相比，燃用摻混F-T柴油的混合燃料及純F-T柴油時的有效熱效率、經濟性和排放特性顯著改善。其中與0號柴油相比含50%和75%F-T柴油的混合燃料以及純F-T柴油的有效熱效率分別提高4.92%、5.22%和6.38%，燃油消耗率分別降低2.15%、2.61%和2.87%[1]。

天津大學劉立東[2]和中汽研尹超，王鳳濱等人在高壓共軌柴油機上[3]除了研究國三柴油與F-T柴油摻燒的發動機性能和常規排放外，還針對配常規排放進行了研究。劉發現隨著混合燃料中F-T柴油比例的增大，總羰基污染物排量也增大。且當添加F-T柴油時，尾氣微粒中的PAHs（多環芳香烴）排放量均大幅下降，并且隨添加F-T柴油比例的提高，PAHs排放量逐漸降低。尹、王等發現，隨著混合燃料中F-T

柴油比例的提高，穩態和瞬態循環下顆粒物中的SOF（可溶性有機物）和PAHs均降低。

太原理工大學王鐵[4]等人還對增壓中冷柴油機燃用F-T柴油時的振動和噪聲特性及壓力振蕩特性進行了研究。振動和噪聲特性試驗表明：在0.5～2kHz測試工況條件下，F-T柴油的聲壓級達到峰值，噪聲級為86.7～99dB。相比于0號柴油，F-T柴油燃燒柔和、放熱慢、壓力升高緩慢、振動和噪聲較小。壓力震蕩特性試驗表明：在燃用0號柴油和F-T柴油混合燃料時，隨著F-T柴油比例增加，燃燒壓力振蕩幅值減小，振蕩幅值對應的相位提前;隨著混合燃料中F-T柴油比例增加，燃燒壓力振蕩逐漸趨于低頻段，振蕩聲壓級幅值降低，燃燒更加柔和。

除此之外還有很多高校和機構對煤炭間接液化柴油進行了發動機應用試驗，大部分是將煤炭間接液化柴油同常規柴油做對比亦或是研究兩者混合燃料的燃燒和排放特性，結果均表明燃用或摻燒煤炭間接液化柴油后發動機除動力性稍微下降外，燃燒和排放特性均得到顯著的提升。也有部分學者將煤炭間接液化柴油與各種含氧燃料如甲醇、乙醇、正丁醇、聚甲氧基二甲醚、碳酸二甲酯或者生物柴油進行摻燒，也都取得了相應的研究成果。

3 結論

相比于普通石油制柴油，煤炭間接液化柴油具有十六烷值高，硫氮含量低，氫炭比高，芳香烴含量低，燃燒和排放特性良好的優點，而且同石油制柴油摻燒還可以彌補其密度小，體積熱值小的缺點。因此煤炭間接液化柴油是一種很好的柴油機清潔代用燃料。

煤炭間接液化柴油對原料煤的要求不高，隨著我國大力推進煤制油技術，以及百萬噸千萬噸級煤制油項目的投建，煤炭間接液化柴油的市場將會逐漸擴大，這不僅能緩解我國石油進口壓力，而且會大大降低國內對柴油的供需壓力，同時降低了CH、CO、NOx等污染物的排放。

綜上所述煤炭間接液化柴油未來必將成為我國一種重要的替代燃料，必將獲得更加廣泛的應用。

參考文獻

[1] 胡準慶，張欣，劉建華.煤合成柴油（F-T柴油）在柴油機上的試驗研究 [J].石家莊鐵道學院學報（自然科學版），2007，20（4）：28-30，107.

[2] 劉立東，宋崇林，朱廣艷，等.煤炭間接液化柴油對電控高壓共軌柴油機性能及排放影響的研究[J].燃料化學學報，2011，39（1）：75-80.

[3] 尹超，王鳳濱，李騰騰.高壓共軌柴油機燃用煤制柴油的性能和排放研究[J].內燃機工程，2016，37（1）：90-92.

[4] 汪恒，王鐵，王丁丁，等.煤炭間接液化煤制油對增壓中冷柴油機性能與排放的影響[J].車用發動機，2013，205（2）：65-69.