含水車用乙醇汽油分層性研究

王思明 宋利軍 詹月辰 梁 欣

〔中國石化銷售股份有限公司華北分公司 天津 300384〕

車用乙醇汽油(以下簡稱為乙醇汽油)是指在不添加含氧化合物的車用乙醇汽油調(diào)合組分油中，加入變性燃料乙醇調(diào)合而成的用作車用點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)的燃料。乙醇可以與汽油以任意比例混合，而且乙醇是高辛烷值組分，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，可以改善發(fā)動機(jī)的燃燒性能，顯著降低汽車尾氣中有害物質(zhì)的排放[2]。乙醇汽油的推廣使用可以節(jié)約寶貴的石油資源，現(xiàn)已在多個省市推廣使用乙醇汽油(E10)，即乙醇含量為10%(體積分?jǐn)?shù))的乙醇汽油。但是，由于乙醇具有極強(qiáng)的親水性，能以任意比例與水互溶，因此導(dǎo)致乙醇汽油在儲運(yùn)過程中很容易吸水，而水不溶于汽油，當(dāng)含水量過高或環(huán)境溫度過低時，都會導(dǎo)致水分析出，即發(fā)生分層現(xiàn)象。一旦發(fā)生分層現(xiàn)象可能會導(dǎo)致乙醇汽油在使用過程中發(fā)生發(fā)動機(jī)啟動困難、輸出功率低，甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞[3]。乙醇汽油中含水量過多還會導(dǎo)致汽車的金屬油箱內(nèi)壁腐蝕，脫落的鐵銹堵塞油泵的過濾網(wǎng)等問題[4]。因此，研究乙醇汽油分層現(xiàn)象是乙醇汽油在使用過程中首先需要解決的問題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)主要原料有：

(1)變性燃料乙醇：中糧生化能源(肇東)有限公司和遼源市巨峰生化科技有限責(zé)任公司兩個生產(chǎn)廠家的混合樣品，水含量為0.192%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))；

(2)92號車用乙醇汽油調(diào)合組分油(ⅥA)：生產(chǎn)廠家為中石化天津石化，水含量為0.004%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

1.2 含水乙醇汽油的配置及試驗(yàn)方法

1.2.1 含水乙醇汽油的配置

按照體積濃度配制一系列不同水含量的變性燃料乙醇。標(biāo)稱體積濃度分別為2.0%、3.0%、5.0%；換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.510%、3.748%、6.194%。通過卡爾·費(fèi)休微量水測定法測定實(shí)際水含量，數(shù)據(jù)見表1。

表1 變性燃料乙醇水含量理論值(體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù))與測定值對比表

使用以上配制好的不同水含量的變性燃料乙醇分別與92號車用乙醇汽油調(diào)合組分油配制成不同水含量的乙醇汽油(E10)。配制出的92號乙醇汽油(E10)的水含量(體積分?jǐn)?shù))標(biāo)稱濃度分別為0.2%、0.3%、0.5%；換算成質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.270%、0.404%、0.673%。通過卡爾·費(fèi)休微量水測定法測定實(shí)際水含量，數(shù)據(jù)見表2。

表2 92號乙醇汽油水含量理論值(體積分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù))與測定值對比表

1.2.2 試驗(yàn)方法

將兩組不同水含量的92號乙醇汽油(E10)分別儲存在1 L白色透明廣口瓶中，分別在室溫和低溫環(huán)境中靜置，室溫環(huán)境保持在15.5℃±2.0℃，低溫環(huán)境保持在2.0℃±2.0℃。每日兩次(8:30和16:30)記錄儲存環(huán)境溫度變化，觀察分層現(xiàn)象。定期測定92號乙醇汽油(E10)的水含量和乙醇含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 含水量、儲存溫度對乙醇汽油水分析出的影響

不同濃度水含量的92號乙醇汽油分別在室溫和低溫環(huán)境中靜置儲存，定期取乙醇汽油的上層溶液通過卡爾·費(fèi)休微量水測定法測定水含量，測定結(jié)果為質(zhì)量分?jǐn)?shù)見圖1和2、圖3和4，單位為μg/g。

圖1 0.019%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))空白92號乙醇汽油中水含量隨靜置時間的變化圖

圖2 0.270%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中水含量隨靜置時間變化圖

圖3 0.404%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中水含量隨靜置時間變化圖

圖4 0.673%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中水含量隨靜置時間變化圖

由圖1和2可見，對于理論含水量為0.019%(空白)、0.270%的92號乙醇汽油，無論靜置儲存于室溫還是低溫環(huán)境中，上層溶液的水分測定值隨靜置時間變化不明顯，說明水與乙醇汽油充分互溶，幾乎不存在水分析出。

由圖3和4可見，對于理論含水量為0.404%、0.673%的92號乙醇汽油，上層溶液的水分測定值隨靜置時間的增加逐漸減小，并且儲存在低溫環(huán)境中的樣品比室溫環(huán)境中的樣品水分降低更明顯。說明溶液中可能發(fā)生著水分沉降析出的過程。

為了驗(yàn)證以上猜測，對儲存在室溫和低溫環(huán)境中理論含水量為0.404%和0.673%的92號乙醇汽油進(jìn)行分層測試，分別取儲存在1L廣口瓶的上層及底層樣品測定水含量，數(shù)據(jù)見表3。

表3 92號乙醇汽油水含量分層測試對比表

由表3可見，對于理論含水量為0.404%、0.673%的92號乙醇汽油，無論儲存在室溫還是低溫環(huán)境中，底層樣品水含量均大于上層樣品，說明乙醇汽油中水分更多地沉降在廣口瓶底部，驗(yàn)證了含水量高的乙醇汽油中存在分層現(xiàn)象。

2.2 含水量、儲存溫度對乙醇汽油乙醇析出的影響

理論含水量為0.404%、0.673%的92號乙醇汽油中水分析出較明顯，分層情況更加突出。為了進(jìn)一步分析乙醇是否隨同水分一起析出，定期取乙醇汽油的上層溶液通過氣相色譜法測定乙醇含量，測定結(jié)果為體積分?jǐn)?shù)(見圖5，圖6)。

圖5 0.404%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中乙醇含量隨靜置時間變化圖

圖6 0.673%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中乙醇含量隨靜置時間變化圖

由圖5和6可見，儲存在室溫環(huán)境中的含水量為0.404%、0.673%的92號乙醇汽油中乙醇含量基本保持穩(wěn)定，說明無乙醇隨同水分一起析出。而儲存在低溫環(huán)境中的含水量為0.404%、0.673%的92號乙醇汽油，上層溶液的乙醇含量隨靜置時間波動較大，整體呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，由于乙醇與汽油之間有良好的互溶性，因此乙醇汽油中的乙醇可能存在隨同水分一起析出后，又再次溶解至汽油中的動態(tài)變化過程。

對于含水量為0.019%(空白)、0.270%的92號乙醇汽油，無論靜置儲存于室溫還是低溫環(huán)境中，溶液中乙醇含量基本保持穩(wěn)定，說明乙醇與汽油良好互溶，無乙醇析出，具體數(shù)據(jù)見表4和表5。

表4 0.019%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中乙醇含量隨靜置時間變化表

表5 0.270%含水量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))92號乙醇汽油中乙醇含量隨靜置時間變化表

3 結(jié)果

通過對含水量、儲存溫度、靜置時間等因素對乙醇汽油分層性影響的研究，可以得到以下結(jié)果：

(1)對于含水量小于0.404%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的92號乙醇汽油，無論靜置儲存于室溫還是低溫環(huán)境中，上層溶液的水分測定值隨靜置時間變化不明顯，說明水與乙醇汽油充分互溶，幾乎不存在水分析出；

(2)對于含水量大于等于0.404%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的92號乙醇汽油，無論靜置儲存于室溫還是低溫環(huán)境中，含水量越高，隨靜置儲存時間的增加，水分沉降析出越明顯，并且儲存環(huán)境溫度越低，水分析出量越多，越容易發(fā)生分層現(xiàn)象；

(3)儲存在低溫環(huán)境中的含水量大于等于0.404%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的92號乙醇汽油中有乙醇隨同水分一起析出，說明低溫環(huán)境不僅促進(jìn)水分的析出，也會促進(jìn)乙醇的析出。

加強(qiáng)對含水車用乙醇汽油分層性的研究與分析，了解車用乙醇汽油的特性，為進(jìn)一步做好車用乙醇汽油的儲存和銷售工作，避免發(fā)生車用乙醇汽油油品質(zhì)量事故將起到積極作用。