轮胎热解油重质组分及其与重油的混合物的全面表征：从液体蒸发到焦炭燃烧

《Proceedings of the Combustion Institute》：Comprehensive characterization of heavy fraction of tire pyrolysis oil and its blends with heavy oil: From liquid evaporation to coke combustion

燃烧与烟尘减排特性研究，高压喷雾室实验与化学反应机制模拟结合，氧甲基醚（OME_x）与柴油混合燃料，低沸点缩短液滴长度，高氧含量改善空气混合抑制烟尘形成，甲醛生成抑制前驱体，燃烧相位提前，排放优化。

　　氧化甲撑二甲醚（OME_x）作为一种可再生含氧燃料，具有显著潜力来打破传统柴油发动机中积碳（soot）与氮氧化物（NO_x）之间的权衡。本研究通过结合高压喷雾燃烧室实验和OME_x与十二烷（dodecane）的反应机理模拟，系统评估了OME_x（x=3-6）及其与柴油的混合燃料在柴油工况下的燃烧和积碳抑制特性。实验与模拟结果均显示出与专门研究发动机中的颗粒物（PM）测量结果一致的趋势，表明这些方法在分析OME_x燃料性能方面具有较高的可靠性。

研究发现，随着OME_x含量的增加，液态燃料的持续长度（liquid length）显著缩短，这主要归因于其较低的沸点，而燃料密度的影响相对较小。这一特性有助于减少燃料在气缸壁上的撞击，从而降低排放中的未燃烧碳氢化合物。此外，燃烧放热速率分析和自然发光测量结果表明，在预混燃烧阶段，OME_x的加入能够加快燃料的消耗速率。在高OME_x比例的条件下，观察到显著的积碳减少现象，这主要归因于积碳形成量的减少，而非增强的氧化过程。

积碳抑制的主要原因在于燃料中的总氧比例（Ω（H））增加，以及由于延长的点燃长度（lift-off length）带来的空气掺混增强。高氧含量的燃料在低空气浓度环境下表现出更显著的积碳抑制效果。值得注意的是，虽然OME_x对十二烷的分解路径影响较小，但它通过一系列β-裂解反应生成大量甲醛（CH?O），这可能对积碳前体的形成产生抑制作用。

为了更深入地理解OME_x对燃烧过程和积碳生成的影响，研究还引入了OME_x-十二烷的反应机制，并结合了燃烧室内的实验数据。通过对不同氧气比例下的反应路径进行分析，可以更清晰地了解积碳前体的生成与氧化过程。研究还指出，虽然OME_x的加入对燃烧过程中的热释放速率和自然发光强度有显著影响，但其对积碳生成的抑制作用更主要来自于减少积碳的形成，而不是增强其氧化。

在实际应用中，OME_x燃料的低热值（LHV）导致其需要更大的燃料箱来维持相同的续航里程，并且可能需要对喷油器或喷油策略进行调整。目前，OME_x的市场价格是柴油的三到四倍，这在一定程度上限制了其大规模应用。然而，通过将其作为柴油添加剂并优化混合比例，可以有效提升整体发动机性能，同时满足严格的排放标准。

研究结果表明，在柴油工况下，OME_x的加入能够显著减少颗粒物排放，尤其在高比例混合情况下，其效果更为明显。通过分析燃烧过程的三个阶段，发现积碳主要发生在预混燃烧阶段，并在点燃长度（LOL*）附近达到峰值。随后，随着燃烧进入扩散燃烧阶段，积碳的氧化作用逐渐增强。此外，研究还发现，OME_x的加入可以显著增强空气掺混，这有助于降低燃料富集区域，从而进一步减少积碳生成。

综上所述，OME_x作为一种可再生含氧燃料，其在柴油发动机中的应用具有广阔的前景。通过优化其混合比例，可以在不显著影响发动机性能的前提下，有效减少积碳和氮氧化物排放，为实现更清洁、高效的燃烧提供了一种新的解决方案。研究不仅揭示了OME_x在燃烧过程中的关键作用，还为其在实际发动机中的应用提供了理论依据和技术支持。