王志成，張偉君，鞠春紅，周紅霞

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江哈爾濱150027）

甲醇汽油產(chǎn)業(yè)是我國替代能源的重要部分，是在國內(nèi)缺油少氣、煤炭資源相對豐富的資源條件下興起的，同時也是在經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展和汽車消費(fèi)量逐年增長、油品供應(yīng)日趨緊張的背景下“自下而上”發(fā)展起來的。國內(nèi)石油資源不足與煤炭供給的相對充裕，以及清潔燃料汽車制造技術(shù)不斷進(jìn)步等因素，促進(jìn)了甲醇汽油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

煤基甲醇是我國煤化工產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品之一，現(xiàn)處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)，因此價格低廉。中國工程院院士倪維斗說過，我國能夠替代石油的產(chǎn)品最符合條件的是甲醇汽油。甲醇汽油替代汽油應(yīng)用，為我國煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中下游產(chǎn)品開辟了新的應(yīng)用途徑，提高了煤基甲醇的利用效益，緩解了我國汽油供需緊張的矛盾，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。

我院圓滿完成了甲醇汽油研究及中間試驗(yàn)，達(dá)到國際先進(jìn)水平，為進(jìn)一步探討和解決工業(yè)應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題，又進(jìn)行了M 20甲醇汽油工業(yè)應(yīng)用與性能考核課題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 甲醇汽油催化劑的再優(yōu)化

催化劑直接加入甲醇中，摻入汽油，合成甲醇汽油，提高辛烷值、自溶性和環(huán)保性，是M 20甲醇汽油技術(shù)的關(guān)鍵。進(jìn)一步優(yōu)化催化劑是保證甲醇汽油工業(yè)應(yīng)用的前提。我們對催化劑的組分進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)，得到了最大能量釋放劑（M A），尾氣凈化劑（M B），自溶劑（M C）等催化劑（見圖1）。[1]

催化劑計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)控制系統(tǒng)包括三個模塊：

I模塊為：篩選仿真模擬試驗(yàn)。該模塊對眾多的催化劑元素進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)，從而確定催化劑的主要組分，最大能量釋放劑（M A）、尾氣凈化劑（M B）、自溶劑（M C）。

I I模塊為：正交仿真模擬試驗(yàn)。該模塊進(jìn)行催化劑的主要組分（元素）M A、M B、M C組合后的仿真模擬試驗(yàn)，研究對辛烷值（R O N）的影響及作用。

圖1 計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)控制系統(tǒng)圖Fig.1 Computer simulation test control system diagram

就催化劑的三種元素在車用甲醇汽油中的作用，我們通過計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)方法來對M A、M B、M C三個元素進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析，并確定三個水平：

1水平：R O N84~87

2水平：R O N88~91

3水平：R O N91~95

三個極差8、2、2.4中最大的是8，這說明M A對R O N指標(biāo)影響最大。第9號實(shí)驗(yàn)中元素M A和M C是最佳水平，M B也在2水平上，該第9號試驗(yàn)方案為最佳方案（見表1）。

表1 正交設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)表Table 1 The orthogonal design TAB

I I I模塊為：優(yōu)選法仿真模擬試驗(yàn)。通過對催化劑主要組分（元素）M A、M B、M C不同比例含量的仿真模擬試驗(yàn)，確定其配方的比例。

通過I I模塊確定三個元素M A、M B、M C后，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬計(jì)算后，選擇了十組配方，在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行對比試驗(yàn)，選擇最佳配方（見表2），通過實(shí)驗(yàn)找出最佳配方為第10組，其配方比例為M A 67%、M B 7%、M C 26%。

表2 配方試驗(yàn)記錄Table 2 Formula test records

1.2 M20甲醇汽油催化劑的技術(shù)指標(biāo)

表3 催化劑技術(shù)指標(biāo)Table 3 Catalyst technical index

1.3 M20甲醇汽油行車試驗(yàn)

通過研究國產(chǎn)主流車型東風(fēng)140、解放141、四缸捷達(dá)燃用M 20甲醇汽油的不同工況得知：車輛加入甲醇汽油后，發(fā)動機(jī)動力性能與燃用汽油相當(dāng)，發(fā)動機(jī)低溫啟動迅速，提速快，爬坡正常，并且油耗降低（均與乙醇汽油比較），經(jīng)拆機(jī)檢查，使用M 20甲醇汽油對發(fā)動機(jī)金屬零部件無任何腐蝕現(xiàn)象，對橡膠和塑料部件長期使用有輕微溶脹性，發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全可靠。M 20甲醇汽油高溫不產(chǎn)生氣阻，并可低溫長期存儲。甲醇汽油工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了行車試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了M 20甲醇汽油成本分析（見表4）和M 20甲醇汽油百公里油耗經(jīng)濟(jì)分析（見表5）。

表4 M系列甲醇汽油成本分析（噸成本）單位：元Table 4 M series methanol gasoline cost analysis unit:yuan

表5 百公里油耗經(jīng)濟(jì)分析Table 5 Economic analysis on fuel consumption by hundred kilometers

1.4 研究M20甲醇汽油催化劑大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)工藝

甲醇汽油催化劑合成工藝采用化學(xué)自溶技術(shù)，催化劑中各種組份不用攪拌，工藝簡便，操作方便，其工藝見圖2。

圖2 計(jì)算機(jī)自動控制車用甲醇汽油催化劑合成工藝Fig.2 Methanol gasoline catalyst synthesis process of the computer automatic control vehicle

1.5 研究M20甲醇汽油工業(yè)生產(chǎn)工藝

圖3 計(jì)算機(jī)自動控制車用甲醇汽油合成工藝Fig.3 Methanol gasoline synthetic process of computer automatic control vehicle

大摻量甲醇在催化劑的作用下合成車用甲醇汽油。工藝簡單，其汽油、甲醇、催化劑混合時采用自溶技術(shù)，不需攪拌。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，原材料來源廣泛，成本低廉，可以長期存貯。我們通過反復(fù)試驗(yàn)，尋找出甲醇及催化劑在汽油中的摻入比例（質(zhì)量）為：甲醇20%，90#汽油79%，車用甲醇汽油催化劑1%。其工藝流程如圖3。

M 20甲醇汽油工業(yè)生產(chǎn)工藝流程短，無“三廢”產(chǎn)生。自溶合技術(shù)克服了汽油和大比例甲醇互溶性問題。

表6 M20甲醇汽油技術(shù)指標(biāo)Table 6 M20 methanol gasoline technology index

2 結(jié)果與討論

2.1 技術(shù)指標(biāo)檢測

M 20甲醇汽油通過工業(yè)應(yīng)用及性能考核，特別是經(jīng)國家車用乙醇汽油質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、國家石油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、黑龍江省石油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站的檢驗(yàn)，達(dá)到汽油的技術(shù)指標(biāo)，完全可以替代汽油應(yīng)用。

2.2 企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與專利

制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：通過省質(zhì)量監(jiān)督局批準(zhǔn)備案：Q/H N H 0013-2006《H N H-I型車用甲醇汽油催化劑》，備案編號：2300/E 303-2006。

Q/H N H 0014-2006《M 20含催化劑車用甲醇汽油》，備案號：2300/E 304-2006。

獲國家發(fā)明專利一項(xiàng)：《利用90#汽油生產(chǎn)高標(biāo)號汽油的催化劑及其高標(biāo)號汽油》，專利號：Z L200510126074.0。

2.3 與國內(nèi)外技術(shù)比較

醇類燃料自瑞典1975年提出甲醇可以成為汽車代用燃料以來，在歐洲，在美國，在巴西都積極研究醇類燃料，德國M 10甲醇汽油已在全國推廣[2]。

我院研制的M 20甲醇汽油催化燃燒技術(shù)與國內(nèi)外同行業(yè)相比有以下優(yōu)勢：

①創(chuàng)立了大比例甲醇催化燃燒技術(shù)理論，研制了高效催化劑，這是甲醇汽油的關(guān)鍵技術(shù)。

②用甲醇20%、90#汽油79%、高性能催化劑1%合成M 20甲醇汽油替代93#汽油，甲醇摻量高于目前國家標(biāo)準(zhǔn)M 15甲醇汽油。

③采用自溶技術(shù)，催化劑中各催化組分直接合成。

④采用自溶技術(shù)，甲醇、催化劑、汽油三物質(zhì)合成不需攪拌，自溶成為M 20甲醇汽油。

⑤使用M 20甲醇汽油不需改變發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)，不需清洗油路，油箱。發(fā)動機(jī)動力性能與使用純汽油、乙醇汽油相當(dāng)，運(yùn)行安全可靠。

⑥M 20甲醇汽油使用方便，可與汽油，乙醇汽油互溶，低溫下可長期存儲，穩(wěn)定性好，不分層。低溫啟動正常，高溫時不產(chǎn)生氣阻。

3 結(jié) 論

我院M 20甲醇汽油技術(shù)經(jīng)過技術(shù)研究、中間試驗(yàn)、工業(yè)應(yīng)用與性能考核，證明技術(shù)指標(biāo)達(dá)到93#汽油的使用標(biāo)準(zhǔn)，完全可以替代93#汽油應(yīng)用。

［1］周學(xué)良.催化劑［日］［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：156~159.

［2］何學(xué)良.內(nèi)燃機(jī)燃料［M］.北京：中國石化出版社，1999：369~372.