甲醇—汽油混合燃料試驗研究

張希兵

(中國石油塔里木油田公司塔西南石化廠,新疆喀什844804)

甲醇—汽油混合燃料試驗研究

張希兵

(中國石油塔里木油田公司塔西南石化廠,新疆喀什844804)

為了進一步加強產品研發力度和拓寬產品結構,以中國石油塔里木油田公司塔西南石化廠生產的調和汽油為基礎油,在實驗室對M10、M15和M20三種甲醇汽油燃料進行質量分析,討論了微量水對甲醇—汽油燃料儲存性能的影響。對添加甲醇的車用汽油進行了行車試驗,測定了百公里油耗、加速性能和尾氣中HC和CO含量。研究表明:控制甲醇中雜質含量,M10、M15和M20甲醇汽油產品質量符合國家標準,微量水存在并不影響甲醇汽油的儲存性能和行車安全。90#M10和90#M20兩種甲醇汽油燃料質量好,作為燃料百公里油耗低、加速性能好且尾氣排放HC和CO含量小,能減輕對環境的污染。

甲醇汽油燃料;質量分析;水含量;行車性能

甲醇—汽油混合燃料具有燃燒溫度低、排放尾氣HC和NOx含量少、辛烷值高、抗爆性好的優點,是當前國際和國內清潔燃料和新型能源的研究熱點之一[1 ]。根據甲醇在汽油中的摻和比例,甲醇汽油混合燃料分為低濃度、中濃度和高濃度三類。為了進一步加強產品研發力度和拓寬產品結構,中國石油塔里木油田公司塔西南石化廠(簡稱石化廠)以本廠生產的調和汽油為研究基礎,對添加甲醇的車用汽油進行了行車試驗、產品檢測方面的實際研究。

1 實驗室研究

實驗室研究用基礎油為石化廠生產的調和汽油(其組成為體積比,重整穩定汽油∶催化穩定汽油= 2.5∶1)。實驗室測試為調和汽油中分別加入10%、15%和20%體積的工業甲醇,即M10、M15和M20甲醇汽油燃料。

1.1 甲醇—汽油混合燃料產品質量分析

研究者選定研究法辛烷值(RON)、實際膠質、蒸氣壓三項指標對調和汽油、M10、M15以及M20甲醇汽油燃料四種油品進行了質量分析,分析結果見表1。

表1 四種油品質量分析數據

從表1的數據可以看出,調和汽油添加定量的甲醇后,對汽油的辛烷值(RON)有顯著的提高。以調和汽油辛烷值為基礎,M10、M15和M20三種混合燃料的RON值分別提高了5.20%、7.91%和9.60%。可以得出結論,隨著甲醇在調和汽油中的含量增加,混和燃料的辛烷值是持續增加的。原因在于甲醇本身即具有較高的辛烷值(RON = 106～108)。

而隨著甲醇的添加量增加,混合燃料的蒸氣壓值緩慢升高,但是均在國標允許的范圍之內,并未超標。甲醇具有低沸點(常壓下沸點為65℃)、低蒸氣壓(20℃飽和蒸氣壓為12.8 kPa、30℃下為21.3 kPa)的物化性質,在調和汽油中添加低濃度的甲醇即引起混合燃料的蒸氣壓增加。該結論與羅陶濤[2 ]等的研究結論相同,混合甲醇汽油的質量指標,尤其是飽和蒸汽壓均符合指標要求,也能很好地解決甲醇—汽油的氣阻現象。

但研究者發現三種甲醇混合汽油的實際膠質超標,不符合國標對產品質量要求。并隨著甲醇量的增加實際膠質含量值增大。研究者初步判定其原因是工業甲醇中的實際膠質含量過高所致。隨后選用更高純度的試劑甲醇,檢測結果顯示甲醇混合汽油中的實際膠質含量與調和汽油相同,并未超標。這表明研究者結論正確,今后在實際生產甲醇混合汽油時應嚴格控制工業甲醇中的膠質含量,以免影響甲醇車用汽油的產品質量。王志成[3 ]對M18甲醇混合車用汽油的質量檢測數據也表明添加甲醇不會對車用汽油的產品質量產生任何不良的影響。

1.2 微量水含量對甲醇—汽油混合燃料儲存性能的影響

由于工業甲醇和煉廠加工得到的汽油中會含有一定量的水分,因此有必要對甲醇汽油混合燃料中水含量對其儲存性能的影響進行研究討論。研究者在M10、M15和M20三種甲醇—汽油混合燃料中分別加入0.02%、0.04%、0.06%、0.08%和0.1%水進行靜置實驗,觀察有無分層現象,觀測結果表明室溫下加微量水放置2個月,甲醇汽油燃料沒有發現分層現象。這說明在室溫條件下,微量水對低濃度甲醇汽油燃料的儲存和使用影響不大。

2 行車試驗

劉圣華[4 ]、張俊強[5 ]、王志成[3 ]等人對含有不同濃度的甲醇—汽油/柴油混合燃料在汽油柴油發動機中的燃燒狀況做出了研究,發現在相同的負荷特征工況下,含甲醇混合燃料的有效熱效率和汽油相當。這說明甲醇混合車用燃料能滿足車輛燃料的需求。

研究者進行了甲醇調和汽油實驗,選出了幾種90#汽油配方。按照新產品開發程序,選擇市售90#汽油和90#M10、90#M20甲醇汽油燃料進行行車試驗,檢測汽車燃料消耗量、加速性、尾氣廢物排放量,考察90#M10、90#M20甲醇汽油燃料的使用性能。

2.1 90#甲醇汽油質量分析

選取符合國家標準的90#汽油,配置成90#M10、 90#M20兩種甲醇汽油燃料,在實驗室對燃料的質量進行分析。質量分析數據見表2。

表2 90#M10、90#M20兩種甲醇汽油質量分析

從表2中可以看出銅片腐蝕不合格,其原因是由于加入了碳酸二甲酯,在隨后的試驗中不加碳酸二甲酯,則銅片腐蝕合格,滿足質量要求。

2.2 百公里油耗

研究者在同一輛車使用不同汽油,按經濟時速行駛(80 km /h) ,測定其百公里油耗,耗油量見表3。

從表3的數據看, 90#M10甲醇汽油燃料百公里油耗比市售90#汽油增加了9.45% , 90#M20甲醇汽油燃料百公里油耗比市售90#汽油增加了18.39%。由于甲醇的質量低熱值(20.26 MJ /kg)要比汽油低很多(44.00 MJ /kg)。因此隨著汽油中混合甲醇含量的增加,混合燃料的熱值降低,則引起發動機輸出功率下降[6 ]。

表3 汽車試用90#M10、90#M20兩種甲醇汽油燃料百公里油耗

2.3 加速性

研究者對90#M10和90#M20甲醇汽油燃料的加速性進行了考察。在同一輛車使用不同汽油,測定從起動到100 km /h所需時間,檢測結果見表4。

表4 使用甲醇燃料汽車加速時間

從表4的數據看, 90#M10甲醇汽油燃料和90#M20甲醇汽油燃料加速性能與市售90#汽油相當。

2.4 尾氣排放

由于甲醇本身即具有一定的毒性,因此其作為混合組分的車用汽油尾氣排放組成測定是值得高度關注的問題。研究者委托新疆喀什地區機動車檢測中心檢測同一輛車試用90#M10和90#M20兩種甲醇汽油燃料時排放尾氣中HC和CO含量,檢測結果見表5。

表5 汽車排放尾氣HC和CO含量表

從表5的數據可以看出,汽車使用90#M10甲醇汽油燃料和90#M20甲醇汽油燃料后,尾氣中HC和CO含量均少于市售90#汽油。多種文獻數據[3～5]也表明,使用甲醇混合汽油燃料可以減少尾氣排放中的HC和CO污染物,這是由于甲醇的燃燒速率快、效率高燃燒充分,燃料自身攜帶的氧要比空氣中的氧更加有助于燃燒。由此可以得出結論,使用90#M10甲醇汽油燃料和90#M20甲醇汽油燃料能降低尾氣排放量,減少環境的污染。

3 結論

a.控制甲醇中雜質含量,M10、M15和M20甲醇汽油產品質量符合國家標準,微量水存在并不影響甲醇汽油的儲存性能和行車安全。

b.90#M10和90#M20兩種甲醇汽油燃料質量好,作為燃料百公里油耗低、加速性能好且尾氣排放HC和CO含量小,能減輕對環境的污染。

綜合以上結論,低比例甲醇汽油燃料適合在夏季時間較長、氣候干燥的新疆地區使用。

[1] 梁 瑋.甲醇汽油的研究開發及應用現狀[J ].中外能源, 2006, 11 (2) : 95-100.

[2] 羅陶濤,楊 林,楊世光,等.基礎汽油對甲醇汽油氣阻影響研究[J ].化工時刊, 2004, 19(4) : 3-4.

[3] 王志成.M18甲醇汽油燃料技術研究[J ].化學工程師, 2006, 129(6) : 53-55.

[4] 劉圣華,李 暉,呂勝春,等.甲醇—汽油混合燃料對汽油機性能和排放的影響[ J ].西安交通大學學報, 2006, 40(1) : 1-4.

[5] 張俊強,盧紅兵,王錫斌,等.直噴式柴油機燃用甲醇/柴油混合燃料的燃燒及排放特性[J ].燃燒科學與技術, 2004, 10(2) : 171-175.

[6] 祁冬輝,劉圣華,李 暉,等.電噴汽油機燃用甲醇-汽油混合燃料的性能[J ].交通運輸工程學報, 2006, 6 (2) : 43-46.

1006-5539(2010) 05-0034-03

B

2010-06-10

張希兵(1974-) ,男,甘肅定西人,工程師,學士,現從事煉油化工科研工作。