我国煤炭间接液化柴油在发动机上的应用研究

杨珂 任运征 程伦

摘 要：文章简要介绍了当前我国的能源与环境局势及煤炭间接液化在我国的发展现状。主要讨论煤炭间接液化柴油（F-T柴油）的性质及其在柴油发动机上的应用研究现状，指出煤炭间接液化柴油是一种良好的柴油机代用燃料，并将在我国得到更加广泛的应用。

关键词：煤炭间接液化柴油;柴油机;代用燃料

中图分类号：U473.1+2  文献标识码：A  文章编号：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

目前我国是世界上最大的发展中国家，国民经济稳步增长，造成资源不断紧张。单就石油资源来讲，随着我国汽车工业发展，石油消耗量迅猛增加。目前我国原油对外依存程度高达70.9%，严重影响我国能源供给安全。此外近几年我国汽车产销量不断增加，机动车造成的污染问题也日益严峻。

我国是一个“贫油、少气、富煤”的国家，利用丰富的煤炭资源发展替代燃料，符合当前的形势。煤炭间接液化柴油可以在不改变柴油机技术参数的情况下，直接燃用或掺混普通柴油，降低排放。目前我国煤炭间接液化技术成熟，具备大量应用的基础条件。本文主要介绍我国煤炭间接液化柴油的性质及其在柴油机上的应用研究状况。

1 煤炭间接液化柴油

1.1 煤炭间接液化柴油简介

煤炭间接液化柴油是将煤炭气化生成煤气，再经过净化转化为以CO和H2为主的混合气，然后在250～350℃的温度下加入催化剂进行费托合成反应制成。其工艺流程简图1所示：

早在二战时期煤炭间接液化技术就已兴起，尤其是南非SASOL公司发展最为顺利，也是目前世界上该技术最为成熟规模最大的公司。我国煤炭间接液化技术起步较晚，但由于我国特殊的能源结构，煤炭间接液化技术得到重视且大力发展。自2001年启动煤制油重大科技项目至今，我国已经掌握多项煤炭间接液化的核心技术。目前我国建设运行的装置主要有：宁夏神华集团400万吨/年、山西潞安集团180万吨/年以及内蒙古伊泰集团200万吨/年等生产装置均达到规定产量。

1.2 煤炭间接液化柴油与普通柴油性质比较

煤炭间接液化柴油工艺流程简单，对源头煤要求不高。主要由饱和烃组成。具有密度小、碳氢原子比低、十六烷值高、硫氮等污染物含量少、芳香烃含量低等特点。表1将煤炭间接液化柴油与寻常石油制柴油的主要性能参数进行对比。

2 煤炭间接液化柴油的发动机实验

由于煤炭间接液化柴油具有饱和烷烃占比高，十六烷值高，硫氮含量低，且与石化柴油任意比例互溶，可以在不改变柴油机技术参数的情况下进行使用的特点。近些年，国内很多高校和企业都对煤炭间接液化柴油在发动机上的应用进行了实验研究。

北京交通大学胡准庆等人就在柴油机上使用F-T柴油分析了其燃烧和排放特性。试验燃料采用纯F-T柴油以及其与0号柴油的混合物。结果表明，与燃用0号柴油相比，燃用掺混F-T柴油的混合燃料及纯F-T柴油时的有效热效率、经济性和排放特性显著改善。其中与0号柴油相比含50%和75%F-T柴油的混合燃料以及纯F-T柴油的有效热效率分别提高4.92%、5.22%和6.38%，燃油消耗率分别降低2.15%、2.61%和2.87%[1]。

天津大学刘立东[2]和中汽研尹超，王凤滨等人在高压共轨柴油机上[3]除了研究国三柴油与F-T柴油掺烧的发动机性能和常规排放外，还针对配常规排放进行了研究。刘发现随着混合燃料中F-T柴油比例的增大，总羰基污染物排量也增大。且当添加F-T柴油时，尾气微粒中的PAHs（多环芳香烃）排放量均大幅下降，并且随添加F-T柴油比例的提高，PAHs排放量逐渐降低。尹、王等發现，随着混合燃料中F-T

柴油比例的提高，稳态和瞬态循环下颗粒物中的SOF（可溶性有机物）和PAHs均降低。

太原理工大学王铁[4]等人还对增压中冷柴油机燃用F-T柴油时的振动和噪声特性及压力振荡特性进行了研究。振动和噪声特性试验表明：在0.5～2kHz测试工况条件下，F-T柴油的声压级达到峰值，噪声级为86.7～99dB。相比于0号柴油，F-T柴油燃烧柔和、放热慢、压力升高缓慢、振动和噪声较小。压力震荡特性试验表明：在燃用0号柴油和F-T柴油混合燃料时，随着F-T柴油比例增加，燃烧压力振荡幅值减小，振荡幅值对应的相位提前;随着混合燃料中F-T柴油比例增加，燃烧压力振荡逐渐趋于低频段，振荡声压级幅值降低，燃烧更加柔和。

除此之外还有很多高校和机构对煤炭间接液化柴油进行了发动机应用试验，大部分是将煤炭间接液化柴油同常规柴油做对比亦或是研究两者混合燃料的燃烧和排放特性，结果均表明燃用或掺烧煤炭间接液化柴油后发动机除动力性稍微下降外，燃烧和排放特性均得到显著的提升。也有部分学者将煤炭间接液化柴油与各种含氧燃料如甲醇、乙醇、正丁醇、聚甲氧基二甲醚、碳酸二甲酯或者生物柴油进行掺烧，也都取得了相应的研究成果。

3 结论

相比于普通石油制柴油，煤炭间接液化柴油具有十六烷值高，硫氮含量低，氢炭比高，芳香烃含量低，燃烧和排放特性良好的优点，而且同石油制柴油掺烧还可以弥补其密度小，体积热值小的缺点。因此煤炭间接液化柴油是一种很好的柴油机清洁代用燃料。

煤炭间接液化柴油对原料煤的要求不高，随着我国大力推进煤制油技术，以及百万吨千万吨级煤制油项目的投建，煤炭间接液化柴油的市场将会逐渐扩大，这不仅能缓解我国石油进口压力，而且会大大降低国内对柴油的供需压力，同时降低了CH、CO、NOx等污染物的排放。

综上所述煤炭间接液化柴油未来必将成为我国一种重要的替代燃料，必将获得更加广泛的应用。

参考文献

[1] 胡准庆，张欣，刘建华.煤合成柴油（F-T柴油）在柴油机上的试验研究 [J].石家庄铁道学院学报（自然科学版），2007，20（4）：28-30，107.

[2] 刘立东，宋崇林，朱广艳，等.煤炭间接液化柴油对电控高压共轨柴油机性能及排放影响的研究[J].燃料化学学报，2011，39（1）：75-80.

[3] 尹超，王凤滨，李腾腾.高压共轨柴油机燃用煤制柴油的性能和排放研究[J].内燃机工程，2016，37（1）：90-92.

[4] 汪恒，王铁，王丁丁，等.煤炭间接液化煤制油对增压中冷柴油机性能与排放的影响[J].车用发动机，2013，205（2）：65-69.