甲醇汽油助溶劑的研究

張芳

摘 要：分析影響甲醇汽油穩定性的因素，選取多種助溶性能較好的物質進行不同比例的復配并應用于M15甲醇汽油，通過甲醇汽油的低溫抗相分離性能、遇水抗相分離性能的研究，篩選出最優配比的助溶劑。

關鍵詞：甲醇汽油；助溶劑；穩定性

近年來，世界范圍內的能源緊缺、低碳經濟的趨勢化，創新開發清潔替代能源已刻不容緩。甲醇的理化特性比較接近汽油，作為燃料使用具有辛烷值高、抗爆性好、含氧量高、低污染和無排煙等特點，是良好的車用替代燃料。作為車用替代燃料，首先要解決的就是甲醇汽油的穩定性問題。本文立足于易于推廣、應用較為廣泛的M15甲醇汽油，通過對甲醇汽油穩定性的分析，研究性能較強的助溶劑。

1 影響甲醇汽油穩定性的因素

甲醇本身具有熱值低、蒸發潛熱大、親水性與吸濕性強等性質。甲醇與汽油按一定比例混合時，在一定溫度范圍內具有分層現象。如果醇油分層或醇含水而與油明顯分層，則對燃燒的均勻性和發動機工作過程的均勻性有明顯影響，會造成發熱率下降，排污增加，同時增加了發動機的震動、噪聲和機件的早期損壞。因此，首先要解決的是甲醇汽油的穩定性。

1.1 甲醇汽油穩定性與甲醇含量、水含量的關系

如圖1.1所示，當甲醇含量較小時，隨著甲醇含量的增加，甲醇與汽油的互溶性下降，分層區域擴大。當甲醇含量達到一定比例時，互溶性最差。繼續增大甲醇含量，互溶性回升，分層區域減小。當一定比例下的甲醇汽油水含量增加時，甲醇與汽油的互溶性下降，分層區域擴大。

1.2 甲醇汽油穩定性與環境溫度的關系

如圖1.2所示，同一配比下，甲醇與汽油的互溶性隨溫度升高而改善，溫度越高，分層區域減小，穩定性越好。一定溫度下，助溶劑的添加也會改善甲醇汽油的互溶性，分層區域減小。

1.3 甲醇汽油穩定性與基礎汽油組分的關系

對于不同的基礎汽油組分，添加相同用量的助溶劑，隨著芳烴含量的升高，最大溶水量逐漸增加；隨著烷烴含量的增加，最大溶水量逐漸降低。如表1.3（1）所示。

在基礎汽油組分中，隨著芳烴含量的升高，穩定性逐漸增加；隨著烷烴含量的增加，穩定性逐漸降低。如表1.3（2）所示。

從以上研究可看出，甲醇汽油的穩定性取決甲醇含量、水含量、環境溫度及所用基礎汽油的組分等因素。

因此，在確定摻燒甲醇比例為15%的前提下，選擇相同的基礎汽油，需從遇水抗相分離性能和低溫抗相分離性能兩個方面進行評估所選助溶劑的效果。

2 遇水抗相分離性能的測試

液體互溶遵循“相似相溶”的原理，即溶劑和溶劑分子間力近似相等，則兩相互溶性好。極性大小相近的分子，分子間力相近，所以極性強的甲醇與水能夠任意比互溶，而汽油只能溶于非極性溶劑中。要改善甲醇汽油的穩定性，必須尋找既能與甲醇相互作用，又能與汽油性質相似的助溶劑。

本次試驗優選乙二醇（A1）、正辛醇（A2）、對二甲苯（A3）、乙醇（A4）、油酸（A5）、環氧乙烷（B1）及乙醇丁酯（B2）七種物質作為助溶劑參考組分，通過不同配比組合，形成多種助溶劑配方，與甲醇、汽油按一定比例復配調制出M15甲醇汽油，依次命名M15-0（不含助溶劑）、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）。

同一環境溫度（20℃）下，分別取相同量試樣，向試樣逐滴加入蒸餾水，充分震蕩，觀察試樣變化，直至出現分層現象，記錄此時的加水量，即最大溶水量。結果圖2所示。

由圖2可以看出：

（1）相同環境溫度下，添加有效的助溶劑能夠顯著提高M15車用甲醇汽油的遇水抗相分離能力；（2）在相同環境溫度、相同助溶劑用量的條件下，多種助溶性物質的復配能夠表現出更好的遇水抗相分離能力；（3）相同環境溫度下，隨著助溶劑用量的增加，最大溶水量基本呈上升趨勢。（4）選擇不同的基礎汽油調配而成的甲醇汽油，最大溶水量與汽油組分密切相關。

3 低溫抗相分離性能的測試

選取助溶劑用量為1.2%、不同助溶劑配比的M15-0～M15-10甲醇汽油，置于低溫槽，逐步降低低溫槽溫度，觀察試樣隨溫度的降低產生的變化，當出現分層現象時，記錄相分離的臨界溫度，試驗結果顯示，十種M15甲醇汽油的相分離臨界溫度（℃）分別為-5、-21、-29、-18、-27、-19、4、-13、-30、-33、-30.5。由此可以看出，與單一助溶物質相比，復配助溶劑能夠表現出更好的低溫抗相分離性能。

以上試驗是在山東省內完成，該省極端最低氣溫：各地極端最低氣溫在-27.0～-13.1℃之間。

4 結論

（1）本文研究中，乙二醇、正辛醇、乙醇按2：2：6的最優配比復配助溶劑調配成M15甲醇汽油時，具有顯著的低溫抗相分離性能和遇水抗相分離性能，能滿足山東省極端氣溫的使用條件。

（2）甲醇汽油的穩定性與基礎汽油的組分密切相關，為確保甲醇汽油的穩定性，在優選合適助溶劑的同時，一定選擇符合當地氣溫和濕度條件的基礎汽油。

參考文獻

[1] 張廣林，現代燃料油品手冊[M].北京：中國石化出版社，2009.

[2] 彭致圭，孫茂華，甲醇燃料[M].太原：山西科學技術出版社，2007.9.