微乳化甲醇柴油金屬腐蝕性研究

摘 要：本文研究了微乳化甲醇柴油對黃銅、紫銅、45號鋼、Q235、鋁合金的腐蝕特性。并自制出緩蝕劑YGY，緩蝕劑對微乳化甲醇柴油的腐蝕油明顯抑制所用。

關(guān)鍵詞：微乳化甲醇柴油 金屬 腐蝕 緩蝕劑

中圖分類號：TQ517.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0076-01

1 我國能源消耗現(xiàn)狀

石油短缺，需要大量進口，2011年進口量為2.54億噸，對外依存度達(dá)到56.7%，隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，能源消費還將大幅增長。高昂的石油對我國的經(jīng)濟發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重制約。能源供給形勢也很不樂觀，國際上油氣資源豐富的地區(qū)，政治局面形勢不穩(wěn)，石油產(chǎn)量受到限制。

2 內(nèi)燃機替代燃料

石油供應(yīng)的緊缺以及內(nèi)燃機有害氣體排放污染等問題都迫使人們尋找石油的清潔替代燃料。目前主要的替代燃料有[1]：（1）氫氣：氫氣被認(rèn)為是最清潔的燃料，燃燒后沒有污染物的排放。但是氫氣成本太高，儲運不安全。（2）天然氣：天然氣主要成份為甲烷。天然氣燃燒更完全。天然氣儲存和運輸不便，并且安全性較差。（3）二甲醚：二甲醚是一種無色無毒的氣體。但是二甲醚粘度低，潤滑性差，而且能溶解多種橡膠材料。（4）生物燃料：生物柴油是以植物果實、動物脂肪油、廢棄食用油等為原料，與醇反應(yīng)獲得。但是生物燃料價格高制約了生物柴油的廣泛推廣。（5）乙醇：乙醇是一種可再生資源。然而對糧食大量的消耗會引發(fā)很多的社會問題。（6）甲醇：我國是富煤炭、缺油氣、少再生能源的國家，預(yù)測出的全國煤炭資源總量達(dá)6000億噸是世界上煤炭儲存最豐富的國家之一，這樣的國情決定了以煤為原料生產(chǎn)甲醇燃料是緩解我國石油供應(yīng)矛盾的有效措施之一。除了來源豐富的優(yōu)勢以外，甲醇在生產(chǎn)價格、儲運以及加注等費用方面都具有很大的競爭優(yōu)勢。因此，與其他國家相比，甲醇燃料在我國更有發(fā)展前途。

2.1 甲醇作為車用替代燃料

2.1.1 甲醇的理化性質(zhì)

甲醇之所以能夠作為汽車燃料，主要是由以下幾個理化特性決定[1]。甲醇的抗爆性好；甲醇的著火極限寬；甲醇中含氧高達(dá)50%；柴油和甲醇密度差別不大；甲醇的汽化潛熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柴油；甲醇的冷凝點較低；甲醇的閃點遠(yuǎn)遠(yuǎn)的低于柴油的閃點；甲醇的沸點要比汽油和柴油都低。

2.1.2 甲醇在柴油機上的摻燒方式

由于甲醇的理化性質(zhì)與柴油有較大差異，在柴油機上燃用甲醇燃料，需要對發(fā)動機供油系統(tǒng)或者甲醇燃料作些調(diào)整，選擇合適的摻燒方式，以獲得良好的發(fā)動機性能。當(dāng)前研究較多的摻燒方式是乳化液法、雙供油系統(tǒng)法和低壓噴嘴法。[1]柴油與甲醇在噴入發(fā)動機之前均勻混合，混合好的燃料經(jīng)噴油泵、噴油器噴入柴油機進行燃燒，此方法稱為乳化法。乳化法幾乎不需對發(fā)動機進行改動。然而乳化柴油只是暫時穩(wěn)定，經(jīng)過一段時間仍逃不掉分層的命運。乳化甲醇柴油的不穩(wěn)定，限制了甲醇柴油的普及推廣使用。[1，2]

2.1.3 推廣乳化甲醇柴油之前必須解決兩個問題。

（1）穩(wěn)定性問題。微乳化液只要配方合適恰當(dāng)，將各個物質(zhì)均勻混合，溶液即可自發(fā)形成，并且溶液均勻、透明、穩(wěn)定。只要溶液的化學(xué)組成和溶液的保存的物理狀態(tài)不變，則溶液一直是穩(wěn)定的。正因為微乳化溶液的熱力學(xué)穩(wěn)定性，使用微乳化方法可以解決甲醇柴油穩(wěn)定性問題。[2，3]

文獻[4]制備出穩(wěn)定不分層的微乳化甲醇柴油。組分是：柴油為50%～70%、甲醇為10%～25%、油酸為6.8%～8.6%、異丁醇為2.7%～9.4%、乙酸乙酯為4.9%～6%、大豆油為1%～5%，上述比例為質(zhì)量百分比。把上述各物質(zhì)按照指定比例混合，攪拌3～5min。當(dāng)甲醇質(zhì)量含量為10%時稱為M10；當(dāng)甲醇質(zhì)量含量為20%時稱為M20，依次類推。用此方法制備成功的微乳化甲醇柴油保存一年依然不分層，保持澄清透明的狀態(tài)。實驗期間為環(huán)境溫度，溫度范圍-5℃～35℃，濕度范圍30%～80%。

（2）腐蝕問題。柴油對金屬的腐蝕很弱，主要是活性硫化物引起的銅片腐蝕。燃料系統(tǒng)大量使用各種金屬，如銅、鐵、鋁、鉛、鋅、鎂及其合金，甲醇對這些金屬都有不同程度的腐蝕性。甲醇柴油對金屬的腐蝕主要有下面幾個方面造成[5～7]。

①當(dāng)柴油中存在醇時，醇會離解出氫氧根離子，氫氧根離子將會引起金屬的腐蝕，本文的微乳化甲醇柴油。②甲醇生產(chǎn)過程中不可避免的會有有機酸生成，本文為了制備微乳化甲醇柴油加了一定比例的有機酸，另外大豆油長時間放置還會產(chǎn)生酸敗，此三項會對金屬產(chǎn)生酸腐蝕和電化學(xué)腐蝕。③甲醇吸水性很強，含水的微乳化甲醇柴油將引起酸的電離，使活潑金屬的酸腐蝕加劇，并激活其他腐蝕行為。

微乳化甲醇柴油即使含有少量的甲醇也會使燃料腐蝕性大大增強，醇含量越高，腐蝕性越大。

防止微乳化甲醇柴油燃料腐蝕油料系統(tǒng)金屬的基本方法有類：一是改變原來油料系統(tǒng)的金屬，整個系統(tǒng)全部使用耐腐蝕的金屬來制造生產(chǎn)，此種方法無疑使一項巨大的工程；二是在微乳化甲醇柴油中加防腐蝕添加劑或者緩蝕劑。兩方法相比，顯而易見前者的經(jīng)濟成本極高；后者只要找到合適的試劑及其配比即可，方法簡單，易行，而且成本很低，效果較好。[5～7]

3 微乳化甲醇柴油腐蝕特性的實驗研究

3.1 實驗材料

本文實驗所用微乳化甲醇柴油為根據(jù)文獻[4]制備而得。根據(jù)柴油系統(tǒng)所使用的金屬來選擇本實驗所用金屬試樣種類。[5-7]本實驗選擇六種金屬放置在微乳化甲醇柴油溶液中進行浸泡實驗。分別為45號鋼、Q235、黃銅、紫銅、CrWMn、鑄鋁合金。

3.2 實驗過程

實驗金屬金屬先用線切割機切成大小為10 mm見方的小試樣，然后用砂紙磨光，磨光后用暖風(fēng)機烘干。

本文實驗所添加的緩蝕劑為自制緩蝕劑YGY。把不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的緩蝕劑添加到微乳化甲醇柴油M17中，緩蝕劑YGY的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為微乳化甲醇柴油M17的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，然后在添加不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)緩蝕劑的溶液中放置不同的金屬試樣進行浸泡。

3.3 實驗結(jié)果

浸泡一周、一月后觀察，加緩蝕劑的溶液顏色明顯較淺，證明緩蝕劑可以有效抑制微乳化甲醇柴油對45號鋼、Q235、黃銅、紫銅、CrWMn、鑄鋁合金的腐蝕作用。

4 結(jié)論

緩蝕劑可以有效抑制微乳化甲醇柴油對45號鋼、Q235、黃銅、紫銅、CrWMn、鑄鋁合金的腐蝕作用。

參考文獻

[1]張登攀.柴油機進氣預(yù)混甲醇的臺架試驗和醇?xì)饣旌线^程數(shù)值模擬[D].江蘇大學(xué)，2011.

[2]崔正剛，殷福珊.微乳化技術(shù)及應(yīng)用[M].北京中國輕工出版社，1999：83-90.

[3]胡福田，于新.甲醇—柴油微乳化液配方研制[J].廣東化工，2007，34（9）：5-8.

[4]宋印東，袁銀男，李鵬，等.一種微乳化甲醇柴油及其制備方法[P].中國：CN1022 29821A，2011.11.02.

[5]郭四虎，吳耀曲.甲醇汽油腐蝕抑制劑的應(yīng)用特性試驗[J].化工生產(chǎn)與技術(shù)，2007，16（4）：30-32.

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[7]陳飛.生物物柴油的腐蝕性和穩(wěn)定性研究[D].昆明理工大學(xué)，2011.