大掺量甲醇汽油初步探讨*

王志成

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨，150027）

大掺量甲醇汽油初步探讨*

王志成

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨，150027）

进行大掺量甲醇汽油研究及考核，通过计算机仿真模拟试验，优化添加剂配方组分。采用自溶合技术调配M45甲醇汽油，完成添加剂和M45甲醇汽油理化指标测试，进行M45甲醇汽油互溶性、高低温启动性等试验，进行行车试验，对M45甲醇汽油和纯汽油进行油耗和经济性的对比分析，确定添加剂和M45甲醇汽油生产工艺路线，制定企业标准。

大掺量；M45甲醇汽油；添加剂

前 言

随着我国国民经济的快速发展，汽车工业迅猛发展，汽车保有量日益增加。截至2011年底，全国机动车保有量为2.25亿辆。这就造成了汽油量随之增长。然而，我国石油紧张，又使汽油供不应求。亟待研究和发展新的能源来替代汽油。

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，价格低廉。近年甲醇汽油产业迅猛发展，我国已有多个省市发布甲醇汽油地方标准。大掺量甲醇汽油替代汽油应用，为我国煤化工产业链开辟了新的应用途径，缓解我国汽油供需紧张的矛盾，经济和社会效益显著。

1 实验部分

1.1 大掺量甲醇汽油添加剂的再优化

甲醇汽油添加剂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，掺入大量甲醇，合成甲醇汽油，提高辛烷值，自溶性，环保性，是大掺量甲醇汽油技术的关键。在过去配方研究的基础上，进一步优化添加剂组分是保证大掺量甲醇汽油课题完成的前提。我们对添加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（MA），尾气净化剂（MB），自溶剂（MC）等催化剂（见图 1）[1]。

添加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。该模块对众多的添加剂元素进行仿真模拟试验，从而确定添加剂的主要组分，能量释放剂（MA）、腐蚀抑制剂（MB）、助溶剂（MC）。

II模块为：正交仿真模拟试验。该模块进行添加剂的主要组分（元素）MA、MB、MC组合后的仿真模拟试验，分析对研究法辛烷值（RON）的影响及作用。

就添加剂的三种元素在大掺量甲醇汽油中的作用，我们通过计算机仿真试验方法来对MA、MB、MC三个元素进行仿真试验分析，并确定三个水平

1 水平：RON 84～87

2 水平：RON 88～91

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

3 水平：RON 91～95

三个极差6、1.7、1.7中最大的是6，这说明MA对RON指标影响最大。第9号实验中元素MA、MB和MC是最佳水平，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 Orthogonal design tables

III模块为：优选法仿真模拟试验。通过对添加剂主要组分（元素）MA、MB、MC不同比例含量的仿真模拟试验，确定其配方的比例。

通过II模块确定三个元素MA、MB、MC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7组，其配方比例为MA69%、MB13%、MC18%。

表2 配方试验记录Table 2 Formula test records

1.2 大掺量甲醇汽油的互溶性研究

1.2.1 实验原理

醇类分子中既含有烃基（以R代表），又含有羟基（以OH代表）。所以，醇类既有亲烃油（汽油）的特性，又有亲水的特性，后者更为强烈，而且醇类含碳量越少，亲水性越强，含碳量越多，亲油性越强。

在18℃的常温下，以甲醇为主的溶液可以互溶37%左右的汽油；而以汽油为主的溶液只能互溶12%左右的甲醇。

在环境温度不高于18～20℃时，只能掺溶液的15%以下的甲醇量。如掺醇量过多，不仅影响发动机的功率，而且可能造成甲醇和汽油不能互溶而分层，导致发动机燃烧不均匀。

要想使甲醇掺量加大，就必须添加助溶剂。实验表明甲醇中含有高碳杂醇时，它们易于与汽油互溶，高碳杂醇成了助溶剂或促溶剂。

1.2.2 实验方法

(1)空白实验

①取20mL 45%甲醇和55%汽油的混合物，放入比色管中，反复震荡，摇匀。

②分别将其置于各段环境温度范围下：30～-30℃放置72h后，观察甲醇与汽油两相的分离情况。

(2)对比实验

取M45甲醇汽油，加入3%添加剂。

1.2.3 实验结果

表3 空白实验45%甲醇与国标汽油的互溶情况Table 3 Blank experiment:themix of 45%methanolwith GB gasoline

可以看出，甲醇掺量的加大、环境温度的改变会影响相的分离，低温会加剧两相的分离的趋势。由此可见，为保证大掺量甲醇汽油的实际应用价值，必需加入一定量的添加剂，从而解决大掺量甲醇汽油的互溶性难题。在本课题中选取了所研制出的大掺量甲醇汽油添加剂，试验数据如下。

表4 对比实验3%添加剂、45%甲醇与国标汽油的互溶情况Table 4 Comparison test:themix of 3%additive and 45%methanolwith GB gasoline

温度对甲醇汽油的互溶性影响不容忽视，实际应用中要充分考虑到甲醇汽油的应用地区的地域温差以及季节温差的变化范围。环境温度越高，甲醇汽油的互溶性越好；反之，环境温度越低，互溶性就越差，越容易产生分层现象。加入适当的添加剂完全可以解决互溶性问题。

1.3 启动性研究

1.3.1 气阻试验

大掺量甲醇汽油高温易产生气阻，低温易产生启动性差的问题。我们在添加剂中特别加入了助剂，使大掺量甲醇汽油在高温时，尽量减少气阻发生几率。

当发动机转速不稳、燃油泵响声变大、油路压力异常、流量计流量异常等现象出现或者出现发动机熄火的情况时，均可认定为发生高温气阻。

我院使用金杯面包车进行启动性试验，发动机型号SY6480-ME。

实验表明：燃用M45甲醇汽油，35℃时，一次点火成功，怠速运行2h，无气阻现象发生。

1.3.2 冷启动试验

环境温度-32℃，燃用M45甲醇汽油，一次点火成功。

1.4 大掺量甲醇汽油的合成工艺

a.大掺量甲醇汽油添加剂合成工艺

甲醇汽油添加剂合成工艺采用化学自溶技术，添加剂中各种组份不用搅拌，工艺简便，操作方便。

b.大掺量甲醇汽油合成工艺

甲醇在添加剂的作用下合成大掺量甲醇汽油工艺简单，汽油、甲醇、添加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，寻找出甲醇及添加剂在汽油中的掺入比例（质量）为：甲醇45%，90#汽油52%，添加剂3%。

表5 M45大掺量甲醇汽油技术指标Table 5 The technical index ofM45 large volumemix of methanol gasoline

根据试验数据进行了甲醇汽油百公里油耗试验（见表 6）。

表6 百公里油耗经济分析Table 6 Economic analysis of gasoline consumption after driving 100 kilometers

2 结果与讨论

2.1 技术指标检测

M45甲醇汽油经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

制定企业标准：

Q/HNH0017-2012《HNH—Ⅱ型车用甲醇汽油催化剂》。

Q/HNH0014-2012《M45含催化剂车用甲醇汽油》。

2.3 与国内外技术比较

自瑞典1975年提出甲醇可以成为汽车代用燃料以来，醇类燃料在欧洲，美国，巴西都被积极研究着，德国M10甲醇汽油已在全国推广[2]。

我院研制的M45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研制了高效添加剂，这是大掺量甲醇汽油的关键技术。

②用甲醇45%、90#汽油52%、高性能催化剂3%合成M45甲醇汽油替代97#汽油，甲醇掺量高于目前黑龙江省地方标准M15甲醇汽油。

③催化剂中各催化组份直接合成。

④甲醇、催化剂、汽油三物质合成不需搅拌，自溶成为M45甲醇汽油。

⑤使用M45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。

⑥M45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

M45甲醇汽油技术经过技术研究、指标检测、行车试验与性能考核，证明了其技术指标达到97#汽油的使用标准，完全可以替代97#汽油应用。

［1］周学良．催化剂［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．

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 *基金项目：黑龙江省财政基本科研业务费专项

王志成（1973-），男，黑龙江哈尔滨人，高级工程师，研究室主任，主要从事替代能源技术、清洁能源技术、锅炉尾气净化技术的研究工作。