甲醇汽油混合燃料排放特性的研究

董紅霞，閆清智，劉泉山，羅先富（.中國石油天然氣股份有限公司蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅蘭州　730060；.中國石油山西銷售分公司，山西太原　03000）

甲醇汽油混合燃料排放特性的研究

董紅霞1，閆清智2，劉泉山1，羅先富1
（1.中國石油天然氣股份有限公司蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅蘭州730060；2.中國石油山西銷售分公司，山西太原030001）

甲醇作為一種燃料資源，以其特有的高辛烷值、高清凈性及燃燒的低污染等諸多優(yōu)點(diǎn)作為內(nèi)燃機(jī)的代用燃料而受到各國的普遍重視。在電控汽油機(jī)參數(shù)未作任何調(diào)整的情況下，對(duì)M15甲醇汽油進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性的研究，發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)表明，所研制的M15甲醇汽油與車用汽油理化性質(zhì)相當(dāng)，并且和普通汽油等效燃油消耗率很接近，經(jīng)濟(jì)性差別較小。具有良好的排放特性，可有效降低THC、CO的排放。與基礎(chǔ)汽油相比，加劑后的全配方甲醇汽油可有效降低CO和THC排放。

甲醇；汽油；排放

世界石油資源短缺和生態(tài)環(huán)境保護(hù)是本世紀(jì)人類面臨的主要問題。世界各國都將保護(hù)環(huán)境，維護(hù)生態(tài)平衡，防止和治理污染，充分有效地開發(fā)利用自然資源作為本國發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要戰(zhàn)略。同時(shí)為了能源安全，擺脫對(duì)國外原油進(jìn)口的依賴，滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)，對(duì)于替代燃料的研究，特別是開發(fā)利用可再生資源生清潔燃料已成為世界各工業(yè)國家的重大課題。

甲醇以天然氣、煤炭和多種有機(jī)物作為原料制取，因而來源廣泛。甲醇作為一種燃料的資源，以其特有的高辛烷值、高清凈性及燃燒的低污染等諸多優(yōu)點(diǎn)［1］作為車用汽油機(jī)的代用燃料而受到各國的普遍重視。目前無論是純甲醇還是甲醇與汽油的混合燃料在許多國家都得到了不同程度的應(yīng)用［1-2］。

本文對(duì)M15甲醇汽油進(jìn)行了動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性以及排放特性的研究，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)表明，所研制的甲醇汽油在不改變現(xiàn)有汽油機(jī)硬件的情況下，和普通汽油等效燃油消耗率很接近，經(jīng)濟(jì)性差別較小，并且THC 和CO排放明顯降低，具有良好的排放特性。

1　試驗(yàn)用油

1.1基礎(chǔ)汽油

中國石油西北銷售公司滿足GB17930-2011的93#汽油，主要理化性質(zhì)（見表1）。

表1　基礎(chǔ)汽油的主要理化性質(zhì)

1.2燃料甲醇

上海焦化有限公司生產(chǎn)的燃料甲醇產(chǎn)品，滿足GB/T 23510-2009指標(biāo)要求，主要理化性質(zhì)（見表2）。

1.3甲醇汽油復(fù)合劑

所研制的甲醇汽油復(fù)合劑是一種適用于甲醇與汽油混合燃料的多功能添加劑。使用該復(fù)合劑可使甲醇汽油具有良好的低溫抗相分離、遇水抗相分離性能，減少對(duì)金屬件的腐蝕，主要理化特性（見表3）。

表2　燃料甲醇的主要特性

表3　甲醇汽油復(fù)合劑主要特性

1.4汽油清凈劑

所研制的汽油清凈劑是一種適用于汽油和醇類汽油的無灰型的多功能添加劑。該復(fù)合劑具有良好的防腐、防銹、清凈性能以及排放特性，主要理化特性（見表4）。

表4　汽油清凈劑主要特性

1.5甲醇汽油

試驗(yàn)用甲醇汽油配方（見表5）。

表5甲醇汽油配比

2　試驗(yàn)方法及測試儀器

對(duì)所研制的甲醇汽油在不改變現(xiàn)有汽油機(jī)硬件的條件下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物及動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對(duì)比測試［3-5］。試驗(yàn)用主要儀器（見表6）。

表6　試驗(yàn)用主要儀器

其中，常規(guī)排氣分析儀的測量方法分別是：一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）為非分散型紅外線法，總碳?xì)洌═HC）為氫火焰離子法（FID），氮氧化物（NOx）為化學(xué)發(fā)光法（CLD）。檢測非常規(guī)排放物時(shí)，是在排氣管中即時(shí)采樣，現(xiàn)場注入到氣相色譜儀毛細(xì)管中進(jìn)行測量［6-7］。檢測內(nèi)容為排氣中的甲醛、甲醇和乙醇。其中甲醛排放采用液相色譜儀進(jìn)行輔助標(biāo)定。

試驗(yàn)方法依照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18297-2001《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行。測量儀表精度及測量部位符合GB/T 18297-2001的規(guī)定。發(fā)動(dòng)機(jī)按照出廠標(biāo)準(zhǔn)（使用93#汽油）進(jìn)行調(diào)整；更換燃油時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不作任何改動(dòng)及調(diào)整。

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)的一般條件，按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/ T18297-2001的規(guī)定進(jìn)行控制：冷卻液的出口溫度控制在（90±5）℃；機(jī)油溫度控制在（88±7）℃。

3　試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性

三種燃油的動(dòng)力性對(duì)比見外特性開環(huán)控制下最大功率對(duì)比和最大扭矩對(duì)比（見表7）。

由表7結(jié)果可知，外特性工況下，本次試驗(yàn)的2號(hào)和3號(hào)甲醇汽油與1號(hào)基礎(chǔ)汽油相比，動(dòng)力性很接近，略有差別。其中2號(hào)和3號(hào)甲醇汽油的功率和扭矩略低于1號(hào)油，3號(hào)油的扭矩和功率又略高于2號(hào)油，證明甲醇汽油與普通汽油相比，動(dòng)力性有輕微下降，加入汽油清凈劑對(duì)動(dòng)力性又有一定補(bǔ)償作用。

三種燃油的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比見有效燃油消耗率和等效燃油消耗率最低值對(duì)比（見表8）。

由表8結(jié)果可知，與基礎(chǔ)汽油相比，2 800 r/min負(fù)荷特性下，2號(hào)甲醇汽油油耗率上升5.9％，加入汽油清凈劑后的3號(hào)甲醇汽油油耗率上升4.4％；3 600 r/min負(fù)荷特性下，2號(hào)甲醇汽油油耗率上升4.8％，加入汽油清凈劑后的3號(hào)甲醇汽油油耗率上升3.4％。

因此，與不加汽油清凈劑的甲醇汽油相比，加入汽油清凈劑后，功率有所增加，并且油耗降低，即汽油清凈劑除起到清凈、防腐效果外，還起到了一定的節(jié)油和增加功率的效果。

考慮到甲醇汽油的熱值較低，進(jìn)行了3種油品最低等效比油耗的對(duì)比。由表8可以看出，2 800 r/min負(fù)荷特性下，3種油的等效燃油消耗率最低值十分接近，而3 600 r/min負(fù)荷特性下，加入汽油清凈劑的3號(hào)油等效燃油消耗率最低值低于1號(hào)油和2號(hào)油。等效比油耗對(duì)比結(jié)果這表明，甲醇汽油與普通汽油等效比油耗差別較小，經(jīng)濟(jì)性接近。

3.2常規(guī)排放特性

常規(guī)排放主要包括CO、THC、NOx排放，外特性下常規(guī)排放結(jié)果（見圖1～圖3）。

從圖1～圖3外特性工況下CO、THC和NOx在催化器前和催化器后排放對(duì)比可以看出，與1號(hào)基礎(chǔ)汽油相比，在汽油中加入甲醇CO和THC排放降低，NOx排放增加；不加汽油清凈劑的2號(hào)甲醇汽油在催化器前CO排放最大降低15.39％，平均降低6.60％，加汽油清凈劑后的3號(hào)全配方甲醇汽油CO排放最大降低18.58％，平均降低9.70％；2號(hào)甲醇汽油在催化器前THC排放最大降低11.67％，平均降低6.56％，3號(hào)全配方甲醇汽油THC排放最大降低17.28％，平均降低12.96％；2號(hào)甲醇汽油在催化器前NOx排放最大升高23.15％，平均升高12.65％，3號(hào)全配方甲醇汽油NOx排放最大升高33.33％，平均升高19.84％。

表7　燃油動(dòng)力性對(duì)比

表8　燃油經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

圖1外特性氮氧化物NOx排放

圖2外特性一氧化碳CO排放

圖3外特性碳?xì)銽HC排放

圖6外特性甲醛HCHO排放

總體來說，甲醇汽油與普通汽油相比，CO與THC排放降低，NOx排放升高。此外，催化器后CO、THC和NOx的排放與催化劑相比均明顯降低，尤其是NOx的排放明顯降低。因此，在燃用甲汽油時(shí)，可選擇良好的催化轉(zhuǎn)化器，以降低NOx的排放。

3.3非常規(guī)排放特性

非常規(guī)排放主要包括甲醛、乙醛、1，3丁二烯等國家標(biāo)準(zhǔn)未限制的幾種排放物，本課題非常規(guī)排放主要測試了甲醇、乙醇以及甲醛排放。試驗(yàn)結(jié)果（見圖4～圖6）。從圖4～圖6發(fā)動(dòng)機(jī)在外特性工況下的非常規(guī)排放試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，三種油品乙醇排放均較低。與1號(hào)基礎(chǔ)汽油相比，2號(hào)甲醇汽油和3號(hào)全配方甲醇汽油的甲醇和甲醛排放略高，但經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器后非常規(guī)排放物排放均較低，除甲醇排放在低轉(zhuǎn)速下略高外，乙醇和甲醛排放均在15 mg/L以下，說明現(xiàn)有的催化器具有良好的催化轉(zhuǎn)化甲醛的功能。

4　結(jié)論

（1）所研制的M15甲醇汽油在不改變現(xiàn)有汽油機(jī)硬件的情況下與普通汽油相比，使用甲醇汽油功率下降，油耗率增加。與不加汽油清凈劑的甲醇汽油相比，加入汽油清凈劑后，功率有所增加，且油耗降低，即汽油清凈劑起到了一定的節(jié)油和增加功率的效果。

（2）M15甲醇汽油和普通汽油等效燃油消耗率很接近，經(jīng)濟(jì)性差別較小。

（3）所研制的甲醇汽油在不改變現(xiàn)有汽油機(jī)硬件的情況下與汽油相比，NOx排放增加，但能顯著減少汽油機(jī)的THC和CO排放，具有良好的排放特性。加入汽油清凈劑能更有效地降低CO和THC排放。

（4）甲醇汽油會(huì)增加甲醛和甲醇，但采用催化劑技術(shù)可以使非常規(guī)排放降低到很低的水平。

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A study on exhaust emissions of mixed methanol-gasoline blend fuels

DONG Hongxia1，YAN Qingzhi2，LIU Quanshan1，LUO Xianfu1
（1.Lanzhou Lube Oil Research and Development Institute，PetroChina Company Limited，Lanzhou Gansu 730060，China；2.PetroChina Shanxi Marketing Company，Taiyuan Shanxi 030001，China）

Methanol as a fuel resource，with its unique properties of high octane，high detergency and low emission，which is an excellent alternative fuel for internal combustion engine.More attentions have been paid to the mixed methanol-gasoline blend fuels.This paper presents the emissions and economy of the M15 methanol gasoline in a spark-ignition engine.The properties of the blend fuels were evaluated.The results show that the M15 methanol gasoline possesses the same properties and economy as the conventional automotive gasoline，and the blend fuels have the advantage of low THC and CO emissions over the conventional gasolin.

methanol；gasoline；exhaust emission

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.030

TE626.21

A

1673-5285（2015）01-0118-05

2014－11-18

董紅霞，女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事清潔燃料和添加劑的研究工作，郵箱：donghongxia_rhy@petrochina.com.cn。