甲醇汽油助溶剂的研究

张芳

摘 要：分析影响甲醇汽油稳定性的因素，选取多种助溶性能较好的物质进行不同比例的复配并应用于M15甲醇汽油，通过甲醇汽油的低温抗相分离性能、遇水抗相分离性能的研究，筛选出最优配比的助溶剂。

关键词：甲醇汽油；助溶剂；稳定性

近年来，世界范围内的能源紧缺、低碳经济的趋势化，创新开发清洁替代能源已刻不容缓。甲醇的理化特性比较接近汽油，作为燃料使用具有辛烷值高、抗爆性好、含氧量高、低污染和无排烟等特点，是良好的车用替代燃料。作为车用替代燃料，首先要解决的就是甲醇汽油的稳定性问题。本文立足于易于推广、应用较为广泛的M15甲醇汽油，通过对甲醇汽油稳定性的分析，研究性能较强的助溶剂。

1 影响甲醇汽油稳定性的因素

甲醇本身具有热值低、蒸发潜热大、亲水性与吸湿性强等性质。甲醇与汽油按一定比例混合时，在一定温度范围内具有分层现象。如果醇油分层或醇含水而与油明显分层，则对燃烧的均匀性和发动机工作过程的均匀性有明显影响，会造成发热率下降，排污增加，同时增加了发动机的震动、噪声和机件的早期损坏。因此，首先要解决的是甲醇汽油的稳定性。

1.1 甲醇汽油稳定性与甲醇含量、水含量的关系

如图1.1所示，当甲醇含量较小时，随着甲醇含量的增加，甲醇与汽油的互溶性下降，分层区域扩大。当甲醇含量达到一定比例时，互溶性最差。继续增大甲醇含量，互溶性回升，分层区域减小。当一定比例下的甲醇汽油水含量增加时，甲醇与汽油的互溶性下降，分层区域扩大。

1.2 甲醇汽油稳定性与环境温度的关系

如图1.2所示，同一配比下，甲醇与汽油的互溶性随温度升高而改善，温度越高，分层区域减小，稳定性越好。一定温度下，助溶剂的添加也会改善甲醇汽油的互溶性，分层区域减小。

1.3 甲醇汽油稳定性与基础汽油组分的关系

对于不同的基础汽油组分，添加相同用量的助溶剂，随着芳烃含量的升高，最大溶水量逐渐增加；随着烷烃含量的增加，最大溶水量逐渐降低。如表1.3（1）所示。

在基础汽油组分中，随着芳烃含量的升高，稳定性逐渐增加；随着烷烃含量的增加，稳定性逐渐降低。如表1.3（2）所示。

从以上研究可看出，甲醇汽油的稳定性取决甲醇含量、水含量、环境温度及所用基础汽油的组分等因素。

因此，在确定掺烧甲醇比例为15%的前提下，选择相同的基础汽油，需从遇水抗相分离性能和低温抗相分离性能两个方面进行评估所选助溶剂的效果。

2 遇水抗相分离性能的测试

液体互溶遵循“相似相溶”的原理，即溶剂和溶剂分子间力近似相等，则两相互溶性好。极性大小相近的分子，分子间力相近，所以极性强的甲醇与水能够任意比互溶，而汽油只能溶于非极性溶剂中。要改善甲醇汽油的稳定性，必须寻找既能与甲醇相互作用，又能与汽油性质相似的助溶剂。

本次试验优选乙二醇（A1）、正辛醇（A2）、对二甲苯（A3）、乙醇（A4）、油酸（A5）、环氧乙烷（B1）及乙醇丁酯（B2）七种物质作为助溶剂参考组分，通过不同配比组合，形成多种助溶剂配方，与甲醇、汽油按一定比例复配调制出M15甲醇汽油，依次命名M15-0（不含助溶剂）、M15-1（A1）、M15-2（A2）、M15-3（A3）、M15-4（A4）、M15-5（A5）、M15-6（B1）、M15-7（B2）、M15-8（A1：A2=1：1）、M15-9（A1：A2：A4=2：2：6）、M15-10（A1：A2：A3=1：1：1）。

同一环境温度（20℃）下，分别取相同量试样，向试样逐滴加入蒸馏水，充分震荡，观察试样变化，直至出现分层现象，记录此时的加水量，即最大溶水量。结果图2所示。

由图2可以看出：

（1）相同环境温度下，添加有效的助溶剂能够显著提高M15车用甲醇汽油的遇水抗相分离能力；（2）在相同环境温度、相同助溶剂用量的条件下，多种助溶性物质的复配能够表现出更好的遇水抗相分离能力；（3）相同环境温度下，随着助溶剂用量的增加，最大溶水量基本呈上升趋势。（4）选择不同的基础汽油调配而成的甲醇汽油，最大溶水量与汽油组分密切相关。

3 低温抗相分离性能的测试

选取助溶剂用量为1.2%、不同助溶剂配比的M15-0～M15-10甲醇汽油，置于低溫槽，逐步降低低温槽温度，观察试样随温度的降低产生的变化，当出现分层现象时，记录相分离的临界温度，试验结果显示，十种M15甲醇汽油的相分离临界温度（℃）分别为-5、-21、-29、-18、-27、-19、4、-13、-30、-33、-30.5。由此可以看出，与单一助溶物质相比，复配助溶剂能够表现出更好的低温抗相分离性能。

以上试验是在山东省内完成，该省极端最低气温：各地极端最低气温在-27.0～-13.1℃之间。

4 结论

（1）本文研究中，乙二醇、正辛醇、乙醇按2：2：6的最优配比复配助溶剂调配成M15甲醇汽油时，具有显著的低温抗相分离性能和遇水抗相分离性能，能满足山东省极端气温的使用条件。

（2）甲醇汽油的稳定性与基础汽油的组分密切相关，为确保甲醇汽油的稳定性，在优选合适助溶剂的同时，一定选择符合当地气温和湿度条件的基础汽油。

参考文献

[1] 张广林，现代燃料油品手册[M].北京：中国石化出版社，2009.

[2] 彭致圭，孙茂华，甲醇燃料[M].太原：山西科学技术出版社，2007.9.