含水车用乙醇汽油分层性研究

王思明 宋利军 詹月辰 梁 欣

〔中国石化销售股份有限公司华北分公司 天津 300384〕

车用乙醇汽油(以下简称为乙醇汽油)是指在不添加含氧化合物的车用乙醇汽油调合组分油中，加入变性燃料乙醇调合而成的用作车用点燃式发动机的燃料。乙醇可以与汽油以任意比例混合，而且乙醇是高辛烷值组分，在汽油中加入乙醇配制成乙醇汽油可以提高汽油的辛烷值[1]。由于乙醇本身也含氧，可以改善发动机的燃烧性能，显著降低汽车尾气中有害物质的排放[2]。乙醇汽油的推广使用可以节约宝贵的石油资源，现已在多个省市推广使用乙醇汽油(E10)，即乙醇含量为10%(体积分数)的乙醇汽油。但是，由于乙醇具有极强的亲水性，能以任意比例与水互溶，因此导致乙醇汽油在储运过程中很容易吸水，而水不溶于汽油，当含水量过高或环境温度过低时，都会导致水分析出，即发生分层现象。一旦发生分层现象可能会导致乙醇汽油在使用过程中发生发动机启动困难、输出功率低，甚至导致发动机损坏[3]。乙醇汽油中含水量过多还会导致汽车的金属油箱内壁腐蚀，脱落的铁锈堵塞油泵的过滤网等问题[4]。因此，研究乙醇汽油分层现象是乙醇汽油在使用过程中首先需要解决的问题。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验主要原料有：

(1)变性燃料乙醇：中粮生化能源(肇东)有限公司和辽源市巨峰生化科技有限责任公司两个生产厂家的混合样品，水含量为0.192%(质量分数)；

(2)92号车用乙醇汽油调合组分油(ⅥA)：生产厂家为中石化天津石化，水含量为0.004%(质量分数)。

1.2 含水乙醇汽油的配置及试验方法

1.2.1 含水乙醇汽油的配置

按照体积浓度配制一系列不同水含量的变性燃料乙醇。标称体积浓度分别为2.0%、3.0%、5.0%；换算成质量分数分别为2.510%、3.748%、6.194%。通过卡尔·费休微量水测定法测定实际水含量，数据见表1。

表1 变性燃料乙醇水含量理论值(体积分数、质量分数)与测定值对比表

使用以上配制好的不同水含量的变性燃料乙醇分别与92号车用乙醇汽油调合组分油配制成不同水含量的乙醇汽油(E10)。配制出的92号乙醇汽油(E10)的水含量(体积分数)标称浓度分别为0.2%、0.3%、0.5%；换算成质量分数分别为0.270%、0.404%、0.673%。通过卡尔·费休微量水测定法测定实际水含量，数据见表2。

表2 92号乙醇汽油水含量理论值(体积分数、质量分数)与测定值对比表

1.2.2 试验方法

将两组不同水含量的92号乙醇汽油(E10)分别储存在1 L白色透明广口瓶中，分别在室温和低温环境中静置，室温环境保持在15.5℃±2.0℃，低温环境保持在2.0℃±2.0℃。每日两次(8:30和16:30)记录储存环境温度变化，观察分层现象。定期测定92号乙醇汽油(E10)的水含量和乙醇含量。

2 结果与讨论

2.1 含水量、储存温度对乙醇汽油水分析出的影响

不同浓度水含量的92号乙醇汽油分别在室温和低温环境中静置储存，定期取乙醇汽油的上层溶液通过卡尔·费休微量水测定法测定水含量，测定结果为质量分数见图1和2、图3和4，单位为μg/g。

图1 0.019%含水量(质量分数)空白92号乙醇汽油中水含量随静置时间的变化图

图2 0.270%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中水含量随静置时间变化图

图3 0.404%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中水含量随静置时间变化图

图4 0.673%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中水含量随静置时间变化图

由图1和2可见，对于理论含水量为0.019%(空白)、0.270%的92号乙醇汽油，无论静置储存于室温还是低温环境中，上层溶液的水分测定值随静置时间变化不明显，说明水与乙醇汽油充分互溶，几乎不存在水分析出。

由图3和4可见，对于理论含水量为0.404%、0.673%的92号乙醇汽油，上层溶液的水分测定值随静置时间的增加逐渐减小，并且储存在低温环境中的样品比室温环境中的样品水分降低更明显。说明溶液中可能发生着水分沉降析出的过程。

为了验证以上猜测，对储存在室温和低温环境中理论含水量为0.404%和0.673%的92号乙醇汽油进行分层测试，分别取储存在1L广口瓶的上层及底层样品测定水含量，数据见表3。

表3 92号乙醇汽油水含量分层测试对比表

由表3可见，对于理论含水量为0.404%、0.673%的92号乙醇汽油，无论储存在室温还是低温环境中，底层样品水含量均大于上层样品，说明乙醇汽油中水分更多地沉降在广口瓶底部，验证了含水量高的乙醇汽油中存在分层现象。

2.2 含水量、储存温度对乙醇汽油乙醇析出的影响

理论含水量为0.404%、0.673%的92号乙醇汽油中水分析出较明显，分层情况更加突出。为了进一步分析乙醇是否随同水分一起析出，定期取乙醇汽油的上层溶液通过气相色谱法测定乙醇含量，测定结果为体积分数(见图5，图6)。

图5 0.404%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中乙醇含量随静置时间变化图

图6 0.673%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中乙醇含量随静置时间变化图

由图5和6可见，储存在室温环境中的含水量为0.404%、0.673%的92号乙醇汽油中乙醇含量基本保持稳定，说明无乙醇随同水分一起析出。而储存在低温环境中的含水量为0.404%、0.673%的92号乙醇汽油，上层溶液的乙醇含量随静置时间波动较大，整体呈现先降低后升高的趋势，由于乙醇与汽油之间有良好的互溶性，因此乙醇汽油中的乙醇可能存在随同水分一起析出后，又再次溶解至汽油中的动态变化过程。

对于含水量为0.019%(空白)、0.270%的92号乙醇汽油，无论静置储存于室温还是低温环境中，溶液中乙醇含量基本保持稳定，说明乙醇与汽油良好互溶，无乙醇析出，具体数据见表4和表5。

表4 0.019%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中乙醇含量随静置时间变化表

表5 0.270%含水量(质量分数)92号乙醇汽油中乙醇含量随静置时间变化表

3 结果

通过对含水量、储存温度、静置时间等因素对乙醇汽油分层性影响的研究，可以得到以下结果：

(1)对于含水量小于0.404%(质量分数)的92号乙醇汽油，无论静置储存于室温还是低温环境中，上层溶液的水分测定值随静置时间变化不明显，说明水与乙醇汽油充分互溶，几乎不存在水分析出；

(2)对于含水量大于等于0.404%(质量分数)的92号乙醇汽油，无论静置储存于室温还是低温环境中，含水量越高，随静置储存时间的增加，水分沉降析出越明显，并且储存环境温度越低，水分析出量越多，越容易发生分层现象；

(3)储存在低温环境中的含水量大于等于0.404%(质量分数)的92号乙醇汽油中有乙醇随同水分一起析出，说明低温环境不仅促进水分的析出，也会促进乙醇的析出。

加强对含水车用乙醇汽油分层性的研究与分析，了解车用乙醇汽油的特性，为进一步做好车用乙醇汽油的储存和销售工作，避免发生车用乙醇汽油油品质量事故将起到积极作用。