M 20甲醇汽油工业应用与性能考核*

王志成，张伟君，鞠春红，周红霞

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江哈尔滨150027）

甲醇汽油产业是我国替代能源的重要部分，是在国内缺油少气、煤炭资源相对丰富的资源条件下兴起的，同时也是在经济社会快速发展和汽车消费量逐年增长、油品供应日趋紧张的背景下“自下而上”发展起来的。国内石油资源不足与煤炭供给的相对充裕，以及清洁燃料汽车制造技术不断进步等因素，促进了甲醇汽油产业的发展。

煤基甲醇是我国煤化工产业主要产品之一，现处于产能过剩状态，因此价格低廉。中国工程院院士倪维斗说过，我国能够替代石油的产品最符合条件的是甲醇汽油。甲醇汽油替代汽油应用，为我国煤化工产业链中下游产品开辟了新的应用途径，提高了煤基甲醇的利用效益，缓解了我国汽油供需紧张的矛盾，经济和社会效益显著。

我院圆满完成了甲醇汽油研究及中间试验，达到国际先进水平，为进一步探讨和解决工业应用中可能出现的问题，又进行了M 20甲醇汽油工业应用与性能考核课题。

1 实验部分

1.1 甲醇汽油催化剂的再优化

催化剂直接加入甲醇中，掺入汽油，合成甲醇汽油，提高辛烷值、自溶性和环保性，是M 20甲醇汽油技术的关键。进一步优化催化剂是保证甲醇汽油工业应用的前提。我们对催化剂的组分进行了计算机仿真模拟试验，得到了最大能量释放剂（M A），尾气净化剂（M B），自溶剂（M C）等催化剂（见图1）。[1]

催化剂计算机仿真模拟试验控制系统包括三个模块：

I模块为：筛选仿真模拟试验。该模块对众多的催化剂元素进行仿真模拟试验，从而确定催化剂的主要组分，最大能量释放剂（M A）、尾气净化剂（M B）、自溶剂（M C）。

I I模块为：正交仿真模拟试验。该模块进行催化剂的主要组分（元素）M A、M B、M C组合后的仿真模拟试验，研究对辛烷值（R O N）的影响及作用。

图1 计算机仿真模拟试验控制系统图Fig.1 Computer simulation test control system diagram

就催化剂的三种元素在车用甲醇汽油中的作用，我们通过计算机仿真试验方法来对M A、M B、M C三个元素进行仿真试验分析，并确定三个水平：

1水平：R O N84~87

2水平：R O N88~91

3水平：R O N91~95

三个极差8、2、2.4中最大的是8，这说明M A对R O N指标影响最大。第9号实验中元素M A和M C是最佳水平，M B也在2水平上，该第9号试验方案为最佳方案（见表1）。

表1 正交设计统计表Table 1 The orthogonal design TAB

I I I模块为：优选法仿真模拟试验。通过对催化剂主要组分（元素）M A、M B、M C不同比例含量的仿真模拟试验，确定其配方的比例。

通过I I模块确定三个元素M A、M B、M C后，在计算机上进行模拟计算后，选择了十组配方，在实验室里进行对比试验，选择最佳配方（见表2），通过实验找出最佳配方为第10组，其配方比例为M A 67%、M B 7%、M C 26%。

表2 配方试验记录Table 2 Formula test records

1.2 M20甲醇汽油催化剂的技术指标

表3 催化剂技术指标Table 3 Catalyst technical index

1.3 M20甲醇汽油行车试验

通过研究国产主流车型东风140、解放141、四缸捷达燃用M 20甲醇汽油的不同工况得知：车辆加入甲醇汽油后，发动机动力性能与燃用汽油相当，发动机低温启动迅速，提速快，爬坡正常，并且油耗降低（均与乙醇汽油比较），经拆机检查，使用M 20甲醇汽油对发动机金属零部件无任何腐蚀现象，对橡胶和塑料部件长期使用有轻微溶胀性，发动机运转安全可靠。M 20甲醇汽油高温不产生气阻，并可低温长期存储。甲醇汽油工业应用进行了行车试验，根据试验数据进行了M 20甲醇汽油成本分析（见表4）和M 20甲醇汽油百公里油耗经济分析（见表5）。

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

表5 百公里油耗经济分析Table 5 Economic analysis on fuel consumption by hundred kilometers

1.4 研究M20甲醇汽油催化剂大规模工业生产工艺

甲醇汽油催化剂合成工艺采用化学自溶技术，催化剂中各种组份不用搅拌，工艺简便，操作方便，其工艺见图2。

图2 计算机自动控制车用甲醇汽油催化剂合成工艺Fig.2 Methanol gasoline catalyst synthesis process of the computer automatic control vehicle

1.5 研究M20甲醇汽油工业生产工艺

图3 计算机自动控制车用甲醇汽油合成工艺Fig.3 Methanol gasoline synthetic process of computer automatic control vehicle

大掺量甲醇在催化剂的作用下合成车用甲醇汽油。工艺简单，其汽油、甲醇、催化剂混合时采用自溶技术，不需搅拌。产品质量稳定，原材料来源广泛，成本低廉，可以长期存贮。我们通过反复试验，寻找出甲醇及催化剂在汽油中的掺入比例（质量）为：甲醇20%，90#汽油79%，车用甲醇汽油催化剂1%。其工艺流程如图3。

M 20甲醇汽油工业生产工艺流程短，无“三废”产生。自溶合技术克服了汽油和大比例甲醇互溶性问题。

表6 M20甲醇汽油技术指标Table 6 M20 methanol gasoline technology index

2 结果与讨论

2.1 技术指标检测

M 20甲醇汽油通过工业应用及性能考核，特别是经国家车用乙醇汽油质量监督检验中心、国家石油产品质量监督检验中心、黑龙江省石油产品质量监督检验站的检验，达到汽油的技术指标，完全可以替代汽油应用。

2.2 企业标准与专利

制定企业标准：通过省质量监督局批准备案：Q/H N H 0013-2006《H N H-I型车用甲醇汽油催化剂》，备案编号：2300/E 303-2006。

Q/H N H 0014-2006《M 20含催化剂车用甲醇汽油》，备案号：2300/E 304-2006。

获国家发明专利一项：《利用90#汽油生产高标号汽油的催化剂及其高标号汽油》，专利号：Z L200510126074.0。

2.3 与国内外技术比较

醇类燃料自瑞典1975年提出甲醇可以成为汽车代用燃料以来，在欧洲，在美国，在巴西都积极研究醇类燃料，德国M 10甲醇汽油已在全国推广[2]。

我院研制的M 20甲醇汽油催化燃烧技术与国内外同行业相比有以下优势：

①创立了大比例甲醇催化燃烧技术理论，研制了高效催化剂，这是甲醇汽油的关键技术。

②用甲醇20%、90#汽油79%、高性能催化剂1%合成M 20甲醇汽油替代93#汽油，甲醇掺量高于目前国家标准M 15甲醇汽油。

③采用自溶技术，催化剂中各催化组分直接合成。

④采用自溶技术，甲醇、催化剂、汽油三物质合成不需搅拌，自溶成为M 20甲醇汽油。

⑤使用M 20甲醇汽油不需改变发动机结构，不需清洗油路，油箱。发动机动力性能与使用纯汽油、乙醇汽油相当，运行安全可靠。

⑥M 20甲醇汽油使用方便，可与汽油，乙醇汽油互溶，低温下可长期存储，稳定性好，不分层。低温启动正常，高温时不产生气阻。

3 结 论

我院M 20甲醇汽油技术经过技术研究、中间试验、工业应用与性能考核，证明技术指标达到93#汽油的使用标准，完全可以替代93#汽油应用。

［1］周学良.催化剂［日］［M］.北京：化学工业出版社，2002：156~159.

［2］何学良.内燃机燃料［M］.北京：中国石化出版社，1999：369~372.