甲醇—汽油混合燃料試驗(yàn)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(yàn)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(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)力度和拓寬產(chǎn)品結(jié)構(gòu),以中國石油塔里木油田公司塔西南石化廠生產(chǎn)的調(diào)和汽油為基礎(chǔ)油,在實(shí)驗(yàn)室對(duì)M10、M15和M20三種甲醇汽油燃料進(jìn)行質(zhì)量分析,討論了微量水對(duì)甲醇—汽油燃料儲(chǔ)存性能的影響。對(duì)添加甲醇的車用汽油進(jìn)行了行車試驗(yàn),測(cè)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(zhì)含量,M10、M15和M20甲醇汽油產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn),微量水存在并不影響甲醇汽油的儲(chǔ)存性能和行車安全。90#M10和90#M20兩種甲醇汽油燃料質(zhì)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(duì)環(huán)境的污染。

甲醇汽油燃料;質(zhì)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(yōu)點(diǎn),是當(dāng)前國際和國內(nèi)清潔燃料和新型能源的研究熱點(diǎn)之一[1 ]。根據(jù)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(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)力度和拓寬產(chǎn)品結(jié)構(gòu),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(chǎn)的調(diào)和汽油為研究基礎(chǔ),對(duì)添加甲醇的車用汽油進(jìn)行了行車試驗(yàn)、產(chǎn)品檢測(cè)方面的實(shí)際研究。

1 實(shí)驗(yàn)室研究

實(shí)驗(yàn)室研究用基礎(chǔ)油為石化廠生產(chǎn)的調(diào)和汽油(其組成為體積比,重整穩(wěn)定汽油∶催化穩(wěn)定汽油= 2.5∶1)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試為調(diào)和汽油中分別加入10%、15%和20%體積的工業(yè)甲醇,即M10、M15和M20甲醇汽油燃料。

1.1 甲醇—汽油混合燃料產(chǎn)品質(zhì)量分析

研究者選定研究法辛烷值(RON)、實(shí)際膠質(zhì)、蒸氣壓三項(xiàng)指標(biāo)對(duì)調(diào)和汽油、M10、M15以及M20甲醇汽油燃料四種油品進(jìn)行了質(zhì)量分析,分析結(jié)果見表1。

表1 四種油品質(zhì)量分析數(shù)據(jù)

從表1的數(shù)據(jù)可以看出,調(diào)和汽油添加定量的甲醇后,對(duì)汽油的辛烷值(RON)有顯著的提高。以調(diào)和汽油辛烷值為基礎(chǔ),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%?？梢缘贸鼋Y(jié)論,隨著甲醇在調(diào)和汽油中的含量增加,混和燃料的辛烷值是持續(xù)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(biāo)允許的范圍之內(nèi),并未超標(biāo)。甲醇具有低沸點(diǎn)(常壓下沸點(diǎn)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(zhì),在調(diào)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(jié)論與羅陶濤[2 ]等的研究結(jié)論相同,混合甲醇汽油的質(zhì)量指標(biāo),尤其是飽和蒸汽壓均符合指標(biāo)要求,也能很好地解決甲醇—汽油的氣阻現(xiàn)象。

但研究者發(fā)現(xiàn)三種甲醇混合汽油的實(shí)際膠質(zhì)超標(biāo),不符合國標(biāo)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求。并隨著甲醇量的增加實(shí)際膠質(zhì)含量值增大。研究者初步判定其原因是工業(yè)甲醇中的實(shí)際膠質(zhì)含量過高所致。隨后選用更高純度的試劑甲醇,檢測(cè)結(jié)果顯示甲醇混合汽油中的實(shí)際膠質(zhì)含量與調(diào)和汽油相同,并未超標(biāo)。這表明研究者結(jié)論正確,今后在實(shí)際生產(chǎn)甲醇混合汽油時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工業(yè)甲醇中的膠質(zhì)含量,以免影響甲醇車用汽油的產(chǎn)品質(zhì)量。王志成[3 ]對(duì)M18甲醇混合車用汽油的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)也表明添加甲醇不會(huì)對(duì)車用汽油的產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生任何不良的影響。

1.2 微量水含量對(duì)甲醇—汽油混合燃料儲(chǔ)存性能的影響

由于工業(yè)甲醇和煉廠加工得到的汽油中會(huì)含有一定量的水分,因此有必要對(duì)甲醇汽油混合燃料中水含量對(duì)其儲(chǔ)存性能的影響進(jìn)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(jìn)行靜置實(shí)驗(yàn),觀察有無分層現(xiàn)象,觀測(cè)結(jié)果表明室溫下加微量水放置2個(gè)月,甲醇汽油燃料沒有發(fā)現(xiàn)分層現(xiàn)象。這說明在室溫條件下,微量水對(duì)低濃度甲醇汽油燃料的儲(chǔ)存和使用影響不大。

2 行車試驗(yàn)

劉圣華[4 ]、張俊強(qiáng)[5 ]、王志成[3 ]等人對(duì)含有不同濃度的甲醇—汽油/柴油混合燃料在汽油柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中的燃燒狀況做出了研究,發(fā)現(xiàn)在相同的負(fù)荷特征工況下,含甲醇混合燃料的有效熱效率和汽油相當(dāng)。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(jìn)行了甲醇調(diào)和汽油實(shí)驗(yàn),選出了幾種90#汽油配方。按照新產(chǎn)品開發(fā)程序,選擇市售90#汽油和90#M10、90#M20甲醇汽油燃料進(jìn)行行車試驗(yàn),檢測(cè)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(zhì)量分析

選取符合國家標(biāo)準(zhǔn)的90#汽油,配置成90#M10、 90#M20兩種甲醇汽油燃料,在實(shí)驗(yàn)室對(duì)燃料的質(zhì)量進(jìn)行分析。質(zhì)量分析數(shù)據(jù)見表2。

表2 90#M10、90#M20兩種甲醇汽油質(zhì)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(yàn)中不加碳酸二甲酯,則銅片腐蝕合格,滿足質(zhì)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(jīng)濟(jì)時(shí)速行駛(80 km /h) ,測(cè)定其百公里油耗,耗油量見表3。

從表3的數(shù)據(jù)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(zhì)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(fā)動(dòng)機(jī)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(duì)90#M10和90#M20甲醇汽油燃料的加速性進(jìn)行了考察。在同一輛車使用不同汽油,測(cè)定從起動(dòng)到100 km /h所需時(shí)間,檢測(cè)結(jié)果見表4。

表4 使用甲醇燃料汽車加速時(shí)間

從表4的數(shù)據(jù)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(dāng)。

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(cè)定是值得高度關(guān)注的問題。研究者委托新疆喀什地區(qū)機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心檢測(cè)同一輛車試用90#M10和90#M20兩種甲醇汽油燃料時(shí)排放尾氣中HC和CO含量,檢測(cè)結(jié)果見表5。

表5 汽車排放尾氣HC和CO含量表

從表5的數(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)[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(jié)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(huán)境的污染。

3 結(jié)論

a.控制甲醇中雜質(zhì)含量,M10、M15和M20甲醇汽油產(chǎn)品質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn),微量水存在并不影響甲醇汽油的儲(chǔ)存性能和行車安全。

b.90#M10和90#M20兩種甲醇汽油燃料質(zhì)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(duì)環(huán)境的污染。

綜合以上結(jié)論,低比例甲醇汽油燃料適合在夏季時(shí)間較長、氣候干燥的新疆地區(qū)使用。

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

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

[3] 王志成.M18甲醇汽油燃料技術(shù)研究[J ].化學(xué)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(duì)汽油機(jī)性能和排放的影響[ J ].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 40(1) : 1-4.

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

[6] 祁冬輝,劉圣華,李 暉,等.電噴汽油機(jī)燃用甲醇-汽油混合燃料的性能[J ].交通運(yùn)輸工程學(xué)報(bào), 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(xué)士,現(xiàn)從事煉油化工科研工作。