王志成

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱，150027）

大摻量甲醇汽油初步探討*

王志成

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱，150027）

進(jìn)行大摻量甲醇汽油研究及考核，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)，優(yōu)化添加劑配方組分。采用自溶合技術(shù)調(diào)配M45甲醇汽油，完成添加劑和M45甲醇汽油理化指標(biāo)測(cè)試，進(jìn)行M45甲醇汽油互溶性、高低溫啟動(dòng)性等試驗(yàn)，進(jìn)行行車試驗(yàn)，對(duì)M45甲醇汽油和純汽油進(jìn)行油耗和經(jīng)濟(jì)性的對(duì)比分析，確定添加劑和M45甲醇汽油生產(chǎn)工藝路線，制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

大摻量；M45甲醇汽油；添加劑

前 言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車工業(yè)迅猛發(fā)展，汽車保有量日益增加。截至2011年底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量為2.25億輛。這就造成了汽油量隨之增長(zhǎng)。然而，我國(guó)石油緊張，又使汽油供不應(yīng)求。亟待研究和發(fā)展新的能源來(lái)替代汽油。

煤基甲醇是我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品之一，現(xiàn)處于產(chǎn)能過(guò)剩狀態(tài)，價(jià)格低廉。近年甲醇汽油產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，我國(guó)已有多個(gè)省市發(fā)布甲醇汽油地方標(biāo)準(zhǔn)。大摻量甲醇汽油替代汽油應(yīng)用，為我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)鏈開辟了新的應(yīng)用途徑，緩解我國(guó)汽油供需緊張的矛盾，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 大摻量甲醇汽油添加劑的再優(yōu)化

甲醇汽油添加劑是我研究院精心研制的高科技含量的科技成果，它可以直接加入汽油中，摻入大量甲醇，合成甲醇汽油，提高辛烷值，自溶性，環(huán)保性，是大摻量甲醇汽油技術(shù)的關(guān)鍵。在過(guò)去配方研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化添加劑組分是保證大摻量甲醇汽油課題完成的前提。我們對(duì)添加劑的組分進(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（MA），尾氣凈化劑（MB），自溶劑（MC）等催化劑（見圖 1）[1]。

添加劑計(jì)算機(jī)仿真模擬試驗(yàn)控制系統(tǒng)包括三個(gè)模塊：

I模塊為：篩選仿真模擬試驗(yàn)。該模塊對(duì)眾多的添加劑元素進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)，從而確定添加劑的主要組分，能量釋放劑（MA）、腐蝕抑制劑（MB）、助溶劑（MC）。

II模塊為：正交仿真模擬試驗(yàn)。該模塊進(jìn)行添加劑的主要組分（元素）MA、MB、MC組合后的仿真模擬試驗(yàn)，分析對(duì)研究法辛烷值（RON）的影響及作用。

就添加劑的三種元素在大摻量甲醇汽油中的作用，我們通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)方法來(lái)對(duì)MA、MB、MC三個(gè)元素進(jìn)行仿真試驗(yàn)分析，并確定三個(gè)水平

1 水平：RON 84～87

2 水平：RON 88～91

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

3 水平：RON 91～95

三個(gè)極差6、1.7、1.7中最大的是6，這說(shuō)明MA對(duì)RON指標(biāo)影響最大。第9號(hào)實(shí)驗(yàn)中元素MA、MB和MC是最佳水平，該第9號(hào)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 Orthogonal design tables

III模塊為：優(yōu)選法仿真模擬試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)添加劑主要組分（元素）MA、MB、MC不同比例含量的仿真模擬試驗(yàn)，確定其配方的比例。

通過(guò)II模塊確定三個(gè)元素MA、MB、MC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(duì)比試驗(yàn)，選擇最佳配方（見表2），通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出最佳配方為第7組，其配方比例為MA69%、MB13%、MC18%。

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

1.2 大摻量甲醇汽油的互溶性研究

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

醇類分子中既含有烴基（以R代表），又含有羥基（以O(shè)H代表）。所以，醇類既有親烴油（汽油）的特性，又有親水的特性，后者更為強(qiáng)烈，而且醇類含碳量越少，親水性越強(qiáng)，含碳量越多，親油性越強(qiáng)。

在18℃的常溫下，以甲醇為主的溶液可以互溶37%左右的汽油；而以汽油為主的溶液只能互溶12%左右的甲醇。

在環(huán)境溫度不高于18～20℃時(shí)，只能摻溶液的15%以下的甲醇量。如摻醇量過(guò)多，不僅影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，而且可能造成甲醇和汽油不能互溶而分層，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不均勻。

要想使甲醇摻量加大，就必須添加助溶劑。實(shí)驗(yàn)表明甲醇中含有高碳雜醇時(shí)，它們易于與汽油互溶，高碳雜醇成了助溶劑或促溶劑。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)空白實(shí)驗(yàn)

①取20mL 45%甲醇和55%汽油的混合物，放入比色管中，反復(fù)震蕩，搖勻。

②分別將其置于各段環(huán)境溫度范圍下：30～-30℃放置72h后，觀察甲醇與汽油兩相的分離情況。

(2)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

取M45甲醇汽油，加入3%添加劑。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 空白實(shí)驗(yàn)45%甲醇與國(guó)標(biāo)汽油的互溶情況Table 3 Blank experiment:themix of 45%methanolwith GB gasoline

可以看出，甲醇摻量的加大、環(huán)境溫度的改變會(huì)影響相的分離，低溫會(huì)加劇兩相的分離的趨勢(shì)。由此可見，為保證大摻量甲醇汽油的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，必需加入一定量的添加劑，從而解決大摻量甲醇汽油的互溶性難題。在本課題中選取了所研制出的大摻量甲醇汽油添加劑，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下。

表4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)3%添加劑、45%甲醇與國(guó)標(biāo)汽油的互溶情況Table 4 Comparison test:themix of 3%additive and 45%methanolwith GB gasoline

溫度對(duì)甲醇汽油的互溶性影響不容忽視，實(shí)際應(yīng)用中要充分考慮到甲醇汽油的應(yīng)用地區(qū)的地域溫差以及季節(jié)溫差的變化范圍。環(huán)境溫度越高，甲醇汽油的互溶性越好；反之，環(huán)境溫度越低，互溶性就越差，越容易產(chǎn)生分層現(xiàn)象。加入適當(dāng)?shù)奶砑觿┩耆梢越鉀Q互溶性問(wèn)題。

1.3 啟動(dòng)性研究

1.3.1 氣阻試驗(yàn)

大摻量甲醇汽油高溫易產(chǎn)生氣阻，低溫易產(chǎn)生啟動(dòng)性差的問(wèn)題。我們?cè)谔砑觿┲刑貏e加入了助劑，使大摻量甲醇汽油在高溫時(shí)，盡量減少氣阻發(fā)生幾率。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、燃油泵響聲變大、油路壓力異常、流量計(jì)流量異常等現(xiàn)象出現(xiàn)或者出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的情況時(shí)，均可認(rèn)定為發(fā)生高溫氣阻。

我院使用金杯面包車進(jìn)行啟動(dòng)性試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)SY6480-ME。

實(shí)驗(yàn)表明：燃用M45甲醇汽油，35℃時(shí)，一次點(diǎn)火成功，怠速運(yùn)行2h，無(wú)氣阻現(xiàn)象發(fā)生。

1.3.2 冷啟動(dòng)試驗(yàn)

環(huán)境溫度-32℃，燃用M45甲醇汽油，一次點(diǎn)火成功。

1.4 大摻量甲醇汽油的合成工藝

a.大摻量甲醇汽油添加劑合成工藝

甲醇汽油添加劑合成工藝采用化學(xué)自溶技術(shù)，添加劑中各種組份不用攪拌，工藝簡(jiǎn)便，操作方便。

b.大摻量甲醇汽油合成工藝

甲醇在添加劑的作用下合成大摻量甲醇汽油工藝簡(jiǎn)單，汽油、甲醇、添加劑混合時(shí)采用自溶技術(shù)，不需攪拌。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，原材料來(lái)源廣泛，成本低廉，可以長(zhǎng)期存貯。我們通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，尋找出甲醇及添加劑在汽油中的摻入比例（質(zhì)量）為：甲醇45%，90#汽油52%，添加劑3%。

表5 M45大摻量甲醇汽油技術(shù)指標(biāo)Table 5 The technical index ofM45 large volumemix of methanol gasoline

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了甲醇汽油百公里油耗試驗(yàn)（見表 6）。

表6 百公里油耗經(jīng)濟(jì)分析Table 6 Economic analysis of gasoline consumption after driving 100 kilometers

2 結(jié)果與討論

2.1 技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)

M45甲醇汽油經(jīng)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)

制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

Q/HNH0017-2012《HNH—Ⅱ型車用甲醇汽油催化劑》。

Q/HNH0014-2012《M45含催化劑車用甲醇汽油》。

2.3 與國(guó)內(nèi)外技術(shù)比較

自瑞典1975年提出甲醇可以成為汽車代用燃料以來(lái)，醇類燃料在歐洲，美國(guó)，巴西都被積極研究著，德國(guó)M10甲醇汽油已在全國(guó)推廣[2]。

我院研制的M45甲醇汽油催化燃燒技術(shù)與國(guó)內(nèi)外同行業(yè)相比有以下優(yōu)勢(shì)：

①研制了高效添加劑，這是大摻量甲醇汽油的關(guān)鍵技術(shù)。

②用甲醇45%、90#汽油52%、高性能催化劑3%合成M45甲醇汽油替代97#汽油，甲醇摻量高于目前黑龍江省地方標(biāo)準(zhǔn)M15甲醇汽油。

③催化劑中各催化組份直接合成。

④甲醇、催化劑、汽油三物質(zhì)合成不需攪拌，自溶成為M45甲醇汽油。

⑤使用M45甲醇汽油不需改變發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，不需清洗油路，油箱。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能與使用純汽油、乙醇汽油相當(dāng)，運(yùn)行安全可靠。

⑥M45甲醇汽油使用方便，可與汽油，乙醇汽油互溶，低溫下可長(zhǎng)期存儲(chǔ)，穩(wěn)定性好，不分層。低溫啟動(dòng)正常，高溫時(shí)不產(chǎn)生氣阻。

3 結(jié)論

M45甲醇汽油技術(shù)經(jīng)過(guò)技術(shù)研究、指標(biāo)檢測(cè)、行車試驗(yàn)與性能考核，證明了其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到97#汽油的使用標(biāo)準(zhǔn)，完全可以替代97#汽油應(yīng)用。

［1］周學(xué)良．催化劑［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(guó)石化出版社，1999：369～372．

Prelim inary Study on Large Volume M ix of M ethanol Gasoline

WANG Zhi-cheng(Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province,Harbin 150027,China)

Research and evaluation of a large volumemix ofmethanol gasoline is carried out.The additive composition is optimized through the computer simulation experiment.The M45 methanol gasoline is mixed by using the autolysis technology;and the physicochemical index test on additive and M45 methanol gasoline is completed;and the intersolubility,startability test at high and low temperature of M45 methanol gasoline is carried out;the running test is also proceeded.The gasoline consumption and economy of M45 methanol gasoline is compared with that of pure gasoline,then the production process of the additive and M45methanol gasoline is confirmed,and the enterprise standards are formulated.

Large volumemix;M45methanol gasoline;additive

TE 626.26

A

1001-0017（2013）01-0053-04

2012-07-31 *基金項(xiàng)目：黑龍江省財(cái)政基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)

王志成（1973-），男，黑龍江哈爾濱人，高級(jí)工程師，研究室主任，主要從事替代能源技術(shù)、清潔能源技術(shù)、鍋爐尾氣凈化技術(shù)的研究工作。