煤制乙醇调配乙醇汽油相稳定性的研究

拓宏兵，贺 刚，王小莉，何 伟，宣双庆

（陕西延长石油能源科技有限公司，陕西西安 710068）

我国当初生产燃料乙醇主要是用陈化粮和木薯甘蔗等原料，随着乙醇汽油的发展和试点范围的扩大，势必会消耗越来越多的粮食，增加粮食需求，出现“人车争粮”的现象，引发粮食战略安全问题。

而煤化工路线制乙醇是以煤气化的合成气为原料，经化学合成得到乙醇。与生物制乙醇生产工艺相比，成本有明显优势，且符合我国当前能源“贫油、富煤、少气”的发展需求，煤制乙醇有望降低我国对石油的依赖，促进我国能源多元化变革。

但是，乙醇汽油容易发生相分离现象，使发动机在使用过程中启动困难、输出功率低，甚至导致发动机损坏。目前大多数学者研究了生物制乙醇调制乙醇汽油的相稳定性问题，而对煤制乙醇调制车用乙醇汽油的相稳定性研究极少[1-6]。

本文则采用低温抗相分离实验方法研究乙醇汽油的稳定性，系统研究了温度、煤制乙醇含量、水含量、添加剂对相稳定性的影响。

1 实验部分

1.1 主要实验材料

实验主要原料为：92#组分油（陕西延长永坪炼油厂）、无水乙醇（陕西兴化的煤制乙醇，乙醇含量为99.6%）、添加剂（Ⅰ）（实验室自制）、添加剂（Ⅱ）（实验室自制）、水。

1.2 低温抗相分离实验方法

本实验方法通过相分离温度来反应乙醇汽油的相稳定性，相分离温度越高则表示乙醇汽油相稳定性越差，相分离温度越低则表示乙醇汽油相稳定性越好。实验方法如下：

（1）细口磨砂比色管若干，按照乙醇、水、汽油、添加剂的顺序配制一定比例的混合溶液，摇晃均匀后静置 10 min，观察现象。

（2）将存有样品的细口磨砂比色管放入冰箱。室温开始降温，每降1℃，储存7 d后观察相稳定性现象，且记录实验现象。

（3）直至出现相分离现象，记录相分离温度，并做重复性实验。

2 实验结果与讨论

2.1 温度对相稳定性的影响

温度是影响乙醇汽油相稳定性的重要因素。实验在室温下配制好乙醇汽油，放置到冰箱缓慢降温，观察乙醇汽油混合燃料的相分离现象。E10分别加0.3%和0.4%水的混合燃料在不同温度下相分离现象（见表1）。

由表1实验发现：随着温度的降低，乙醇汽油混合燃料越来越不稳定，直至温度降到相分离温度以下时，乙醇汽油混合燃料发生分层现象，分层现象随着温度降低越来越明显。

机理分析：油水界面的表面张力大小决定了乙醇汽油相分离难易程度，而温度的高低决定油水界面的表面张力大小。温度越低，油水的表面张力变大，越容易发生相分离现象。

2.2 煤制乙醇含量对相稳定性的影响

乙醇含量是影响乙醇汽油相稳定性的重要因素之一。实验用E10、E15、E20分别加入0.3%和0.4%水来降低相分离温度，进行不同乙醇含量的相分离实验。不同乙醇含量对应相分离温度（见表2）。

从表2实验结果可以看出：无论水含量为0.3%的乙醇汽油还是水含量为0.4%的乙醇汽油，乙醇汽油混合燃料的相分离温度都随着乙醇含量增大而升高。在乙醇体积百分比相同时，水含量0.3%乙醇汽油比水含量0.4%乙醇汽油的相分离温度升高了很多。这与生物制乙醇结论吻合。

机理分析：乙醇具有亲水亲油能力，增大乙醇含量有利于汽油、乙醇、水三种物质形成稳定的复合体系，从而抑制乙醇汽油发生相分离现象。

2.3 水含量对相稳定性的影响

水含量是乙醇汽油发生相分离现象的重要因素之一。本实验考察不同水含量对乙醇汽油的相分离现象。不同水含量对应相分离温度（见表3），表3中水含量为体积百分数。

表3实验表明：水含量与乙醇汽油混合燃料的相分层现象密切相关，E10乙醇汽油的相分离温度随着水含量增大而提高，即相稳定性变差。乙醇汽油分层量随着水含量的升高而增大。

机理分析：乙醇分子形成氢键的能力比水分子弱，乙醇分子和水分子会形成复杂的缔合体，当乙醇汽油含有少量的水也会因为水分对乙醇巨大的作用力使乙醇被从汽油中拖出，导致乙醇汽油发生相分离现象。

表1 不同温度下乙醇汽油混合燃料相分离现象

表2 不同乙醇含量下乙醇汽油的相分离温度

表3 不同含水量下乙醇汽油的相分离温度

2.4 添加剂对相稳定的影响

乙醇汽油的相分离问题可以通过添加助溶剂来改善，本实验用E10加入体积百分含量为0.4%的水，分别加入体积百分数为0.2%的添加剂，不同添加剂对乙醇汽油相分离温度的影响（见表4）。

表4 不同添加剂与乙醇汽油的相分离温度

表4实验表明：通过加添加剂可以明显改善乙醇汽油的相分离问题，且效果较明显。

机理分析：添加剂既具有可以与乙醇和水作用的极性基团，又具有可以与组分油作用的非极性基团的化合物。只要加入适量的添加剂就能提高乙醇汽油的相稳定性。

3 结论

（1）在煤制乙醇调配的乙醇汽油中，水分含量、乙醇含量、温度都是影响乙醇汽油相分离问题的重要因素。水分含量越高相稳定性越差，并且水分的存在就会导致相分层现象。煤制乙醇含量越高则乙醇汽油的相稳定越好。环境温度越高越有助于互溶，相反温度越低越易分层。

煤制乙醇调配的E10乙醇汽油，甚至E15及E20乙醇汽油，都可以解决相分离问题，也使中国大范围推广乙醇汽油成为可能。

（2）通过加添加剂能起到抗水、抗低温的助溶效果，提高乙醇汽油的相稳定性，解决乙醇汽油南方怕水北方怕冷的问题，使得乙醇汽油不受地区环境的制约。

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