甲醇/柴油共置燃烧系统中燃料甲醇复合改性剂的研究*

唐诗洋，张树华，刘 岩，李 健

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨150027）

甲醇/柴油共置燃烧系统中燃料甲醇复合改性剂的研究*

唐诗洋，张树华，刘 岩，李 健

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江 哈尔滨150027）

甲醇生产资源丰富，生产技术成熟，是很有前景的清洁替代燃料。甲醇/柴油共置燃烧能够大量节省石油资源，减少有害气体排放。本文复配了一种复合改性剂，利用其调配的燃料甲醇清澈透明，改善了燃料甲醇的雾化性，抑制其对金属的腐蚀性，从而提高燃烧效率。

燃料甲醇；复合改性剂；共置燃烧

甲醇生产资源丰富，生产技术成熟，输运方便，是很有前景的柴油替代燃料[1]。甲醇是可再生、可持续发展的清净燃料之一，不仅可用煤、天然气、煤层气、焦炉气等作原料[2]，特别是还可利用高硫劣质煤生产甲醇，即可提高资源综合利用又可减少环境污染。甲醇只含一个碳原子，含50%的氧和34.8%的氢（质量分数），不含硫等，其化学组成决定了在内燃机等热力装置中燃烧后，生成的排放物要比含多碳原子及含硫等的汽油及柴油明显低。

相比柴油，甲醇汽化潜热大、十六烷值低、着火极限（空气中容积比）为6.7～36%（柴油1.58～8.2%）；甲醇对金属有腐蚀，对橡胶和塑料有溶胀作用；柴油机燃油供给系统不能满足燃料甲醇的需要。因此，甲醇在压燃式柴油机上应用是一个重大的技术难题。共置系统燃烧则是在发动机组另外加装一套供醇系统，实现燃料甲醇和柴油供给系统共置即智能化掺比燃烧。不仅可以节约大量石化资源，还能够降低有害气体排放[3，4]，保护环境。本研究针对燃料甲醇在共置系统中的燃烧方式的特点和要求，利用一种复合改性剂，调整燃料甲醇性质，改善共置燃烧系统的燃烧性能。

1 实验部分

1.1 主要试验材料

甲醇（煤基）（99.5%，中煤龙化达连河气化厂）；稀释剂（哈尔滨哈龙兴工贸有限公司）；TH561（烟台恒诺化工科技有限公司）；聚异丁烯双丁二酰亚胺（锦州新兴石油添加剂有限责任公司）；T4701（烟台恒诺化工科技有限公司），以上均为工业级。

1.2 主要仪器

KD-R1093石油产品铜片腐蚀仪（长沙卡顿海克尔仪器有限公司）；KD-R1023石油产品密度测定器（长沙卡顿海克尔仪器有限公司）；SYP2008-Ⅱ燃料胶质含量试验器（喷射蒸发法）（上海神开石油化工装备股份有限公司）；SBSJ电子控温电热器（山东菏泽市生化仪器厂）；KD-R0101石油产品水分测定仪（长沙卡顿海克尔仪器有限公司）；电子天平（上海数谊电子衡器有限公司）；KD-R1011机械杂质测定仪（长沙卡顿海克尔仪器有限公司）；85-2数显磁力搅拌器（金坛市瑞华仪器有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 复合改性剂的配制 将胺类、醛类、醚类、酯类等化合物进行复配，在一定温度条件下，按比例和顺序将单剂加入到封闭容器内，搅拌混匀后静止1h，备用。

1.3.2 改性燃料甲醇的调配 将一定量的燃料甲醇注入洁净干燥的具塞试管中，再按顺序以一定比例加入抗水复合添加剂，搅拌均匀，待用。

1.3.3 铜片腐蚀等级测试 采用GB/T 5096-1985《石油产品铜片腐蚀试验法》测定车用汽油的铜片腐蚀等级。测试方法为先将纯度大于99.9%的铜片打磨光滑并预处理待用，在干燥、清洁的试管中加入待测液保证铜片完全浸没，用一个带排气孔的软木塞塞住试管，将试管置于（50±1）℃的水浴中，避光水浴3h±5 min后取出，把铜片与腐蚀标准色板对光线45°角方式拿持进行观察比较（GB/T5096，1985）。

1.3.4 胶质含量测试 根据GB/T 8019-2008《燃料胶质含量的测定喷射蒸发法》，将装有25mL样品的玻璃烧杯置于测定装置中油浴器或金属浴的凹槽内，将温度控制在160～165℃内，空气流速在600 mL·s-1±90m·s-1内。用流速稳定的热空气吹扫液面，直至轻组份挥发完毕，再测定未挥发试样残渣的质量，以100mL式样所含未洗胶质表示。此时测定的是未洗胶质（即实际胶质和不挥发性添加剂组分总量）。溶剂洗胶质的测定必须将所得试样残渣用正庚烷抽提再进行检测。其计算公式与GB/T509-1988试验方法相同。

2 结果与分析

2.1 复合改性剂复配研究

考察各类化合物性质，通过进一步优化研究，确定由胺类、醛类、醚类、酯类等单剂GXA、GXB、GXC、GXD、GXE复配组成了复合改性剂。通过功能性试验，考核复合改性剂各单剂的加入量情况（见表1）。

表1 功能性试验结果（%）Tab.1 Result of functional test

由表1数据看出，复合改性剂中GXA、GXB、GXC、GXD、GXE 各单剂峰值分别为 76%、25%、17%、4.5%、7.7%。其中GXA沸点较低，对提高体系的雾化速率极为有利，且具有良好的溶解性，能够与酯类、醚类、醛类等物质混合相溶[5]；GXB具有良好的润滑性与低温流动性，从而改善燃料甲醇润滑性能差的问题，适合东北高寒地区使用；GXC性质活泼易燃烧，可以显著改善燃料的燃烧性能；GXD能够形成保护膜，隔离了甲醇与金属的接触，抑制甲醇对金属的腐蚀；GXE使各单剂混合得到增效作用，形成良性的协同效应，改善燃料甲醇的燃烧性能。

通过互配性、溶解性等试验优化，考虑改性剂复配的经济性等问题，得到抗水复合添加剂的最佳配比为 GXA∶GXB∶GXC∶GXD∶GXE=47∶25∶16∶4.3∶7.7（m/m，%）。

黑龙江省精细化工产品质量监督检验站对复合改性剂的各项技术指标进行检测，检测结果见表2。

表2 复合改性剂检测指标Tab.2 Testing index of the composite additives for water resistance

由表2复合改性剂的检测结果得出，水分0.08%，无机氯含量 0.1mg·L-1，铜片腐蚀 1 级（50℃，3 h），改性剂清澈透明，符合标准要求。

2.2 改性燃料甲醇性能指标检测

将利用复合改性剂调配的燃料甲醇进行技术指标检测，检测结果如表3。

表3 燃料甲醇检测指标Tab.3 Testing index of the fuel methanol

由表3的检测结果看出，添加了复合改性剂的燃料甲醇各项指标均符合标准要求，其中馏程中初馏点 62℃（夏季）、55℃（冬季）；90% 馏出温度 76℃（夏季）、74℃（冬季）；运动粘度0.9mm2·s-1（夏季）、0.5mm2·s-1（冬季），铜片腐1级，改善了燃料甲醇的雾化性，提高其在共置系统中的燃烧效率。

3 结论

（1）复合改性剂的无机氯含量0.1mg·L-1，铜片腐蚀 1 级（50℃，3 h），溶剂洗胶质 3.8mg·（100mL）-1。

（2）添加复合改性剂的燃料甲醇初馏点62℃（夏季）、55℃（冬季）；90% 馏出温度 76℃（夏季）、74℃（冬季）；运动粘度0.9mm2·s-1（夏季）、0.5mm2·s-1（冬季），铜片腐1级，改善了燃料甲醇的雾化性，抑制其对金属的腐蚀性，提高在共置系统中的燃烧效率。

［1］ 王殿虎，夏晓，张珺.车用甲醇汽油的溶胀性研究［J］.化学工业,2009,27（1-2）:31-32.

［2］李林震.车用甲醇汽油分析［J］.西藏科技,2009,（3）:66-68.

［3］ 夏琦，姚春德，魏立江，等.柴油/甲醇组合燃烧发动机的温度特性研究［J］.内燃机工程,2014,35（2）:66-69.

［4］ 姚春德，程传辉，王银山，等.发动机采用柴油/甲醇组合燃烧的性能研究［J］.工程热物理学报,2007,28（1）:169-172.

［5］ 金松爱，曹祖宾，李丹东.MTBE对M15车用甲醇汽油性能的影响［J］.辽宁石油化工大学学报,2012,32（1）:20-28.

Research of the composite modifier of the fuel methanol for methanol/diesel co-combustion system*

TANG Shi-yang，ZHANG Shu-hua，LIU Yan，LI Jian
（Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150027，China）

The methanol production is rich in resources，production technology is mature，and it is very promising clean alternative fuels.save A lot of petroleum resources are saved and harmful gas emissions are reduced.In this paper，a composite modifier was used，which utilized its formulated fuel methanol to improve the atomization，inhibit corrosion to the metal，and improve the combustion efficiency.

fuel methanol；the composite modifier；co-combustion system

TE99

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171268

2017-11-19

黑龙江省院所基本应用技术研究专项

唐诗洋（1986-），女，助理研究员，2012年毕业于哈尔滨理工大学，硕士，主要从事节能技术方面研究。