甲醇汽油推廣應(yīng)用技術(shù)問題探討

李仙舟 孫錦凌 邸振春（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

1 互溶性

甲醇是極性較強(qiáng)的有機(jī)物，而汽油則主要是由烴類等非極性有機(jī)物組成，兩者的極性差很大，甲醇汽油存在低溫相穩(wěn)定性問題。互溶性差會(huì)造成熱效率下降、排污增加，同時(shí)增加發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲，造成機(jī)件早期損壞?；旌象w系中水含量、溫度和汽油組成（大部分為烷烴組分）等因素是影響甲醇汽油互溶性的主要因素，需添加助溶劑以增強(qiáng)其穩(wěn)定性能。大量表明，助溶劑可降低甲醇汽油相分離溫度，且隨著助溶劑添加量增大逐漸降低。

2 耐水性

甲醇即具有親油性又具有親水性，但親水性表現(xiàn)的更強(qiáng)，如在常溫下M15甲醇汽油中水的含量達(dá)到20㎎/g時(shí)，體系平衡將被打破，出現(xiàn)渾濁分層現(xiàn)象，表現(xiàn)出耐水性差的特征。對(duì)甲醇汽油而言，遇水不穩(wěn)定性是最具有限制性的問題，是關(guān)系到甲醇汽油能否安全使用和全面推廣的關(guān)鍵性問題。一旦出現(xiàn)相分離，甲醇汽油就無法正常使用。水會(huì)與甲醇形成氫鍵，新的氫鍵作用力打破體系的原始平衡狀態(tài)需要外力促使體系產(chǎn)生新的平衡，如升高體系溫度、使用大量相穩(wěn)定劑等。

研究指出，助溶劑能夠提高甲醇汽油的耐水性，助溶劑中疏水基碳鏈增加可改善甲醇汽油的抗水性能，復(fù)配助溶劑比單一添加劑作用效果好。

3 冷啟動(dòng)性能

甲醇具有氣化潛熱高、沸點(diǎn)低、蒸發(fā)氣壓低等特點(diǎn)，其氣化潛熱約為汽油氣化潛熱值的3.17倍。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)，甲醇的蒸發(fā)變得困難，混合氣中甲醇的濃度無法達(dá)到著火濃度下限，致使發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常著火燃燒。

針對(duì)甲醇作為車用燃料冷啟動(dòng)困難的問題，目前已提出了多個(gè)方案以改善甲醇汽油的冷啟動(dòng)性能，如預(yù)熱塞方案、進(jìn)氣管預(yù)熱等。目前甲醇汽油冷啟動(dòng)難問題的解決將集中在燃料配方改進(jìn)、用汽油方式啟動(dòng)兩方面，前者在短期內(nèi)無法普及推廣，而汽油啟動(dòng)方案將大量運(yùn)用于在用車改裝及新出廠車型。

4 高溫氣阻性

由于甲醇與汽油蒸氣壓的差異，導(dǎo)致混合燃料產(chǎn)生低沸點(diǎn)共沸物，對(duì)拉鳥爾（Rault）定律呈正偏差，從而增加了汽油機(jī)的氣阻性能。與此同時(shí)，不完全燃燒的甲醇汽油，由于烴類物質(zhì)裂解、氧化聚合產(chǎn)生碳渣沉積，易導(dǎo)致汽化室噴嘴堵塞，發(fā)生氣阻。研究顯示，混合體系中甲醇的含量及汽油的組分均會(huì)影響甲醇汽油的飽和蒸汽壓。針對(duì)上述問題，國內(nèi)現(xiàn)有的解決方法主要包括：調(diào)整基礎(chǔ)汽油的蒸汽壓或添加能與甲醇或汽油形成高恒沸物的添加劑；促進(jìn)甲醇汽油充分燃燒、抑制高溫下的氧化聚合或添加抗阻沉積劑。近年來，關(guān)于添加劑結(jié)構(gòu)對(duì)甲醇汽油相穩(wěn)定性及蒸發(fā)性的影響已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，以進(jìn)一步消除甲醇汽油的高溫氣阻問題。

5 金屬腐蝕性

發(fā)動(dòng)機(jī)燃料系統(tǒng)的腐蝕是制約甲醇汽油發(fā)展的又一關(guān)鍵因素。在無水的汽油中，活性硫化物是引起金屬腐蝕的主要原因。然而，甲醇汽油混合體系中水分的存在及甲醇燃燒產(chǎn)生的甲醛、甲酸等會(huì)激活金屬的酸腐蝕和電化學(xué)腐蝕。與此同時(shí)，甲醇汽油蒸發(fā)潛熱大、汽化不充分，未汽化的甲醇會(huì)破壞汽缸壁上的潤滑油膜，從而加快汽缸壁表面的腐蝕。甲醇汽油腐蝕性隨著甲醇含量的增加而增大。針對(duì)性的研制腐蝕抑制劑能有效抑制甲醇汽油對(duì)材料的腐蝕性，并對(duì)其中各元素比例進(jìn)行優(yōu)化，以更好的保護(hù)金屬材料、防止其酸或其他腐蝕的發(fā)生。

6 非金屬材料的溶脹性

作為一種優(yōu)良的小分子有機(jī)溶劑，甲醇對(duì)汽車中常用的非金屬材料零件及橡膠配件都有較強(qiáng)的溶脹作用。當(dāng)橡膠被浸泡在甲醇汽油中時(shí)，甲醇會(huì)滲入橡膠網(wǎng)狀高分子聚合物中，使網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹。與此同時(shí)，橡膠和甲醇都有極性，相似相溶容易發(fā)生膨脹，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的非金屬材料零件和橡膠配件變形和脆裂，氣密性變差，甚至導(dǎo)致油路出現(xiàn)故障。此外，醇汽油中使用的添加劑如助溶劑中的某些成分也會(huì)對(duì)橡膠和塑料部件產(chǎn)生溶脹作用。針對(duì)甲醇汽油對(duì)非金屬材料的溶脹性，目前主要采用兩種解決方案：（一）采用對(duì)甲醇汽油溶脹性較低的材料，在進(jìn)行橡膠材料的選擇時(shí)需根據(jù)甲醇汽油的配比綜合考慮；（二）采用防溶脹劑來降低甲醇汽油對(duì)汽車非金屬材料的溶脹作用。

7 發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油侵蝕變質(zhì)

甲醇汽化潛熱大，氣化不良或未氣化的甲醇汽油會(huì)滲入曲軸箱內(nèi)，稀釋并萃取出潤滑油中的添加劑，使抗泡劑和抗磨劑等添加劑失去作用。與此同時(shí)，甲醇汽油燃燒產(chǎn)生的甲醛、甲酸等物質(zhì)會(huì)中和潤滑油中的堿性清潔劑和分散劑，使?jié)櫥脱杆賽夯冑|(zhì)，從而導(dǎo)致汽油機(jī)油抗磨性降低，加劇發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損、縮短發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。調(diào)整潤滑油添加劑和潤滑油黏度等級(jí)可有效緩解甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損、結(jié)焦等問題。

8 毒性和非常規(guī)排放

作為一種典型的神經(jīng)毒物，甲醇是一種沸點(diǎn)低、易揮發(fā)的接觸有害物質(zhì)。甲醇對(duì)人體具有中等毒性，用作車用燃料時(shí)其環(huán)保問題不容忽視。除此之外，甲醇汽油燃燒產(chǎn)生的甲醛等非常規(guī)排放物濃度較高，對(duì)人體健康存在威脅。然而，國內(nèi)各大高校對(duì)甲醇燃料毒性的研究顯示，在正確規(guī)范地使用甲醇燃料的前提條件下，甲醇汽油對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康的危害不會(huì)大于汽油，甚至更小?？刹捎酶道锶~變換紅外光譜技術(shù)檢測車內(nèi)甲醛排放物，采用三元觸媒轉(zhuǎn)換器可改善甲醇汽油尾氣中甲醛的排放，使其更加環(huán)境友好。

9 結(jié)語

綜合以上因素，甲醇汽油的開發(fā)應(yīng)用存在多方面的技術(shù)問題，其中助溶劑作為車用甲醇汽油的相穩(wěn)定劑，可改善甲醇汽油制備過程中存在的互溶、腐蝕、氣阻、溶脹等問題。與此同時(shí)，甲醇汽油抗阻沉積劑、金屬腐蝕抑制劑、防溶脹劑和甲醇汽油專用發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑油的開發(fā)應(yīng)用，以及甲醇汽車自身材質(zhì)的改進(jìn)等均為甲醇汽油的進(jìn)一步開發(fā)利用所必需。全面協(xié)調(diào)完善上述多方面的技術(shù)問題，消除人們心中的疑慮，才能為我國甲醇汽油的推廣應(yīng)用鋪平道路。