车用柴油机替代燃料技术

汽车是我国经济发展的重要支柱性产业，从汽车“制造”到“智造”的创新驱动式产业结构优化升级，是适应我国经济新常态发展的需要，是保持汽车行业可持续健康发展的关键，也是提高我国汽车行业国际竞争力的核心。柴油机因具有热效率高、经济性好、低速大转矩、可靠性好和寿命长等特点，广泛应用于各类商用汽车上。在欧洲，每年对柴油机的需求量以23%的速度增长，我国对柴油机的需求量也逐年增加。2020年，我国商用车全年产销首超500万辆，创历史新高，同比分别增长20.0%和18.7%；多缸柴油机销售534.96万辆，增长19.7%。为了缓解能源危机和环境污染，柴油替代燃料技术受到行业内外的广泛关注。
我国虽然在替代燃料的研发上起步比较晚，但是成长十分迅速，以车用生物质能燃料（燃料乙醇、生物柴油等）、煤基液体燃料（煤制油、燃料甲醇等）等为代表的替代燃料已经进入不同发展阶段，呈现出各具特色的发展道路。随着替代燃料使用范围的不断拓宽，根据我国能源结构、国家相关能源发展规划及鼓励政策，结合各种替代燃料的发展态势，近中期生物燃料、煤制油等将获得进一步推广，液体燃料使用量保持上升的趋势不变。学术界和工程界有关车用替代燃料的研究愈发紧迫。本书是对甲醇、生物柴油、聚甲氧基二甲醚、煤制油等柴油替代燃料技术发展与应用以及替代燃料高原适应性研究国内外成果的梳理和总结。本书共分6章，包括：概述、甲醇替代燃料、生物柴油替代燃料、聚甲氧基二甲醚替代燃料、煤基替代燃料、替代燃料柴油机高原适应性研究。
本书由董素荣编著，刘瑞林审核，周广猛、刘伍权、刘增勇、李玉兰、焦宇飞、张众杰、刘泽坤、赵旻、刘刚参与编写。本书引用了大量国内外研究机构的试验研究资料、学术论文和专著，在此向这些文献的作者一并表示衷心的感谢！
由于笔者水平有限，对于车用柴油机替代燃料技术的诸多问题研究还不够深入，书中难免存在疏漏，希望相关领域专家学者多提宝贵意见，恳请广大读者批评指正。

编著者

本书系统地介绍了甲醇、生物柴油、聚甲氧基二甲醚、煤制油等柴油替代燃料的理化性质、制备方法，以及替代燃料、替代燃料/柴油混合燃料的燃烧与排放特性，重点研究了替代燃料柴油机高原环境适应性，内容涉及近几年替代燃料在车用柴油机上应用研究的热点问题，是作者多年来在该领域研究成果的积累和总结。主要内容有车用柴油的发展、替代燃料研究现状、替代燃料的理化性质和制备合成技术，以及替代燃料的燃烧与排放特性和高原适应性研究。
本书可供从事柴油机替代燃料研究的科研工程技术人员、研究生及相关专业学生和管理人员参考使用。

第1章概述
1.1车用柴油的发展 002
1.1.1我国车用柴油标准发展历程 002
1.1.2我国车用柴油标准现状 003
1.1.3我国车用柴油标准的发展方向 005
1.2替代燃料研究现状及发展趋势 008
1.2.1替代燃料类型 009
1.2.2含氧替代燃料 010
1.2.3天然气制油（GTL） 014
1.2.4电转液（PTL）燃料 015
参考文献 016

第2章甲醇替代燃料
2.1甲醇燃料理化性质 018
2.2甲醇燃料合成方法 021
2.2.1合成气的制备 021
2.2.2合成气的净化 023
2.2.3甲醇的合成和粗甲醇的精馏 023
2.2.4绿色甲醇 024
2.3甲醇燃料在柴油机上的应用方式 026
2.3.1乳化法 026
2.3.2预混合法 027
2.4甲醇 柴油二元燃料燃烧与排放特性 030
2.4.1甲醇 柴油二元燃料燃烧特性 030
2.4.2甲醇 柴油二元燃料排放特性 034
2.5重型甲醇发动机及重型甲醇卡车 038
2.5.1重型甲醇发动机 039
2.5.2重型甲醇卡车 046
2.5.3甲醇燃料电池 048
参考文献 049

第3章生物柴油替代燃料
3.1生物柴油的理化性质 051
3.2生物柴油的制备 052
3.2.1第一代生物柴油 053
3.2.2第二代生物柴油 055
3.2.3第三代生物柴油 057
3.2.4第四代生物柴油 057
3.3生物柴油燃烧与排放特性 058
3.3.1柴油机燃用生物柴油燃烧特性 058
3.3.2柴油机燃用生物柴油排放特性 061
3.4生物柴油的应用与发展 067
参考文献 070

第4章聚甲氧基二甲醚替代燃料
4.1聚甲氧基二甲醚理化性质 071
4.1.1PODE分子结构 072
4.1.2PODE与柴油的互溶性 074
4.1.3PODE 柴油混合燃料理化性质 077
4.2聚甲氧基二甲醚的合成 087
4.2.1PODE合成工艺 087
4.2.2工业化应用 090
4.3聚甲氧基二甲醚化学反应机理 091
4.3.1简化反应机理 091
4.3.2TRF-PODE简化机理的验证 094
4.4PODE 柴油掺混燃料燃烧与排放特性 098
4.4.1PODE 柴油掺混燃料燃烧特性 099
4.4.2PODE 柴油掺混燃料排放特性 101
参考文献 103

第5章煤基替代燃料
5.1煤制柴油技术 105
5.1.1煤直接液化技术 105
5.1.2煤间接液化技术 108
5.2煤基液化柴油理化性质 110
5.2.1煤基柴油理化性质 110
5.2.2调和柴油理化性质 113
5.3煤基混合燃料在柴油机上的应用 115
5.3.1调和煤制油柴油机燃烧与排放特性 116
5.3.2煤基混合燃料柴油机燃烧与排放特性 119
参考文献 124

第6章替代燃料柴油机高原适应性研究
6.1PODE 柴油混合燃料高海拔喷雾特性 127
6.1.1高海拔喷雾试验热力学边界条件和喷雾特性参数计算 127
6.1.2不同海拔条件下PODE掺混比例对喷雾特性的影响 131
6.1.3环境条件对PODE/柴油混合燃料喷雾特性的影响 134
6.1.4喷油参数对PODE/柴油混合燃料高海拔喷雾特性的影响 138
6.2高海拔条件下PODE/柴油混合燃料氧化反应机理 140
6.2.1高海拔条件下PODE对柴油低温氧化反应的影响 140
6.2.2高海拔条件下PODE对柴油高温氧化反应的影响 144
6.3煤基复合燃料柴油机不同海拔燃烧与排放特性 149
6.3.1煤基复合燃料柴油机不同海拔燃烧特性 150
6.3.2煤基复合燃料柴油机不同海拔动力性、经济性及PM2.5排放特性分析 153
6.3.3煤基复合燃料高海拔soot排放数值模拟 156
6.4柴油机燃用生物柴油不同海拔燃烧与排放特性 158
6.4.1柴油机燃用生物柴油不同海拔燃烧特性 158
6.4.2柴油机燃用生物柴油不同海拔排放特性 161
6.5柴油机燃用煤制油/柴油混合燃料不同海拔燃烧特性与性能 163
6.5.1柴油机燃用煤制油/柴油混合燃料不同海拔燃烧特性 164
6.5.2柴油机燃用煤制油/柴油混合燃料不同海拔性能 166
参考文献 171