醇基液體燃料發(fā)熱量檢測方法研究

江志銘 張瓊 吳梓皓 賀春輝 喻孟全

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院順德檢測院，廣東 佛山 528300）

醇基液體燃料發(fā)熱量檢測方法研究

江志銘 張瓊 吳梓皓 賀春輝 喻孟全

（廣東省特種設(shè)備檢測研究院順德檢測院，廣東 佛山 528300）

本文采用湖南三德公司的自動量熱儀對兩種揮發(fā)性強度不同的醇基液體燃料發(fā)熱量進(jìn)行測定。采用了6種不同的密封方法，分別為聚乙烯安瓿瓶、明膠膠囊、乙酰丁酸脂膠囊、石蠟?zāi)?、生料帶和乙酸纖維素膠片對兩種樣品稱質(zhì)量過程進(jìn)行密封，探索不同燃料適合的最佳密封方法。通過測定兩種醇基液體燃料元素和水分含量，利用門捷列夫理論發(fā)熱量計算兩種醇基燃料的理論低位熱值與實際測定值對比，從而排除儀器誤差。

醇基液體燃料；發(fā)熱量；密封方法；元素含量

我國作為能源消耗大國，在能源短缺和環(huán)境污染的雙重壓力下，亟需研究低污染、環(huán)保的燃料。醇基燃料是以醇類物質(zhì)為主體配置的燃料［1］，與核能、太陽能、水力能一樣，是目前政府大力推廣的環(huán)保清潔能源。醇基燃料熱值的高低，決定了其應(yīng)用方向和適用領(lǐng)域。近年來，我國醇基燃料行業(yè)迅速發(fā)展，國家已制定相關(guān)政策［2］，如發(fā)布了GB 16663-1996《醇基燃料技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，深圳市政府已將《醇基燃料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化》列入重大項目。發(fā)熱量作為醇基燃料最基本的考察因素，加強對其準(zhǔn)確測定的方法的研究也愈發(fā)重要［3］。

但是，在醇基燃料熱值的測定過程中，由于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 384-1981《石油產(chǎn)品熱值測定法》中的方法滯后，隨著新型自動化儀器的開發(fā)，該方法已與實際應(yīng)用脫節(jié)；另外，市場上大部分醇基燃料具有易揮發(fā)性，在樣品稱質(zhì)量過程中質(zhì)量易損失，導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確［4］。因此，對醇基燃料的熱值測定，若想得到高準(zhǔn)確度的結(jié)果，首先需采用自動化程度高的量熱儀，其次，需在樣品稱質(zhì)量過程中對樣品進(jìn)行保護(hù)。因此，本文利用快速量熱儀，分別采用6種不同的密封方法對兩種不同醇基燃料進(jìn)行重復(fù)測定，通過比對6種密封方法的優(yōu)點和不足，為醇基燃料熱值的準(zhǔn)確測定提供參考。

1 實驗部分

1.1 實驗設(shè)備和材料

湖南三德公司SDC 5015量熱儀（溫度分辨率：0.000 1℃）、賽多利斯電子分析天平（稱量精度：0.1mg）、苯甲酸（熱值為26 465J/g）、擦鏡紙、明膠膠囊、乙酰丁酸脂膠囊、石蠟?zāi)ぁ⑸蠋?、乙酸纖維素膠片。

1.2 各種添加物熱值的測定

在測定醇基油發(fā)熱量前，應(yīng)先測定6種添加物的質(zhì)量。對于明膠膠囊、乙酰丁酯膠囊、生料帶和乙酸纖維素膠片，應(yīng)加入0.2g左右的苯甲酸助燃，再加入0.4～0.7g的待測物團(tuán)緊，準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量后進(jìn)行測定；對于石蠟?zāi)?，直接稱取0.4～0.7g置于燃燒坩堝中進(jìn)行測定。以上實驗均取2次測試結(jié)果平均值作為添加物熱值，2次結(jié)果差值不超過120J/g［5］，測定結(jié)果見表1。

表1 各類添加物的熱值測定數(shù)據(jù)結(jié)果

1.3 樣品測定方法

1.3.1 使用聚乙烯安瓿瓶密封樣品。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制作聚乙烯安瓿瓶［5］。首先取一段聚乙烯塑料管在酒精燈上烤軟（勿使塑料直接接觸火焰），將其一端拉細(xì)，另一端用洗耳球小心吹成帶毛細(xì)管的塑料安瓿封樣管，預(yù)先稱重，稱準(zhǔn)至0.000 2g，然后用一次性注射器注入往安瓿瓶注射0.4～0.6g樣品，立刻用手卡住毛細(xì)管中部，讓毛細(xì)管上端在酒精燈上方熔融封口，封口后，放入天平稱質(zhì)量，稱準(zhǔn)至0.000 2g，將封好的聚乙烯安瓿放入小皿中，裝好導(dǎo)火絲，放入氧彈中，密封充氧進(jìn)行實驗。

1.3.2 使用明膠膠囊密封樣品。首先稱重小皿，清零，再繼續(xù)稱重明膠膠囊，稱準(zhǔn)至0.000 2g，清零，然后打開膠囊，用一次性注射器注入樣品0.4～0.6g，裝入膠囊的另一部分，密封放入小皿中，裝好導(dǎo)火絲，放入氧彈中，密封充氧進(jìn)行實驗。

1.3.3 使用乙酰丁酸脂膠囊密封樣品。實驗方法同1.3.2。

1.3.4 使用石蠟?zāi)っ芊鈽悠?。首先將小皿置于天平上，清零，然后用剪刀裁剪合適大小的石蠟?zāi)て瑢⑿∶竺芊?，稱量石蠟?zāi)さ馁|(zhì)量后，清零，用一次性針筒將石蠟?zāi)ご唐疲⑷霕悠?.4～0.5g，準(zhǔn)確稱質(zhì)量，精確到0.0002 g（注意拔一次性針管時，不要太用力，以免將石蠟?zāi)щx小皿）。然后迅速裝入導(dǎo)火絲，裝入氧彈中進(jìn)行實驗。

1.3.5 使用生料帶密封樣品。實驗方法同1.3.4。

1.4 樣品測定

1.4.1 醇基液體燃料元素的測定。選取2種不同揮發(fā)強度的醇基液體燃料A1和A2進(jìn)行元素測定（其中A2的揮發(fā)性更強），元素測定采用美國力可公司的碳?xì)涞蛟胤治鰞x，測定結(jié)果如表2所示。

表2 A1和A2元素分析結(jié)果

1.4.2 門捷列夫理論發(fā)熱量的計算。由于A1和A2兩種醇基液體燃料非標(biāo)準(zhǔn)油樣，其標(biāo)準(zhǔn)熱值并未給出，因此本文采用門捷列夫熱值計算公式先預(yù)測A1和A2的低位熱值，以此來排除由于儀器造成的誤差。

門捷列夫理論低位發(fā)熱量計算公式如式（1）所示：

通過表2可計算出A1和A2的低位發(fā)熱量分別為30 540J/g和18 670J/g。通過表3和表4的結(jié)果可知，通過全自動量熱儀測出的發(fā)熱量結(jié)果與預(yù)測的結(jié)果相差不超過800J/g。

1.4.3 醇基油熱值測測定。隨機在市場購買2種醇基油燃料A1和A2，通過以上5種方法分別測定其熱值，取2次測試結(jié)果平均值作為添加物熱值，2次結(jié)果差值不超過120J/g。通過5種方法測定的A1和A2的熱值如表3和表4所示。

表3 A1醇基液體燃料熱值測定結(jié)果

表4 A2醇基液體燃料熱值測定結(jié)果

2 結(jié)果討論

2.1 A1和A2兩種醇基液體燃料熱值測定比較

從表3和表4可以看出，對于揮發(fā)性更強、熱值較低的A2醇基油，乙酰丁酸脂膠囊、石蠟?zāi)ず兔髂z膠囊的密封性較好，其中乙酰丁酸酯膠囊的密封效果最好。對于揮發(fā)性較小的A1醇基油，有4種密封方式均可，即為乙酰丁酸脂膠囊、石蠟?zāi)?、明膠膠囊和聚乙烯安瓿瓶。

2.26 種不同密封方式的比較

使用聚乙烯安瓿瓶密封的方法，對于揮發(fā)性強的醇基油密封性較差，重復(fù)性較差；對于具有輕微揮發(fā)性的醇基油密封性較好，重復(fù)性較好。但是，聚乙烯安瓿瓶發(fā)熱量大，其質(zhì)量偏差對樣品最終的發(fā)熱量影響大，且其制作過程復(fù)雜，操作麻煩，在實際測量過程中，可行性較差。

使用明膠和乙酰丁酸酯膠囊，操作簡單，重復(fù)性好，其發(fā)熱量較小，質(zhì)量偏差對樣品的最終發(fā)熱量影響較小。但是，市面上賣的膠囊規(guī)格不一，有些膠囊密封性不強，樣品放入后會揮發(fā)，因此，需留意天平上的數(shù)字是否不斷減小，若減小，需放棄那個膠囊。

使用乙酸纖維素膠片密封的方法，添加物發(fā)熱量較小，其質(zhì)量偏差對樣品最終的發(fā)熱量影響較小。但是，添加物乙酸纖維素膠片的制作過程復(fù)雜，花費時間長，而且膠片與小皿密封的步驟麻煩，較難把握膠片與小皿是否密封完全。

使用石蠟?zāi)さ拿芊夥椒?，雖在測定過程中，密封性較好，但添加物發(fā)熱量較大，其質(zhì)量變化對樣品的最終發(fā)熱量影響較大。因此，其不適宜發(fā)熱量較小的醇基液體燃料。

使用生膠帶密封，對于揮發(fā)性不同的兩種醇基液體燃料發(fā)熱量的測定均未收到很好的效果。究其原因可能是，生膠帶密封性不好，容易在生膠帶與小皿中間形成縫隙，造成燃料揮發(fā)，導(dǎo)致樣品真實質(zhì)量無法準(zhǔn)確測量，從而使試驗結(jié)果偏差很大。因此，該方法不適用于測定醇基液體燃料熱值。

3 結(jié)論

本文通過測定2種揮發(fā)性強度不同的醇基燃料的元素和水分含量，利用門捷列夫理論發(fā)熱量計算其低位發(fā)熱量，結(jié)果表明，實際測定值與其理論值相差不超過800J/g，因此，在發(fā)熱量測定過程中排除儀器所帶來的誤差。采用6種密封方法對同一醇基液體燃料樣品進(jìn)行重復(fù)試驗可以發(fā)現(xiàn)：對于揮發(fā)性較強、發(fā)熱量較低的醇基液體燃料，在測定過程中，應(yīng)選用添加物發(fā)熱量較小且密封性較好的密封方法才能準(zhǔn)確測定其熱值，如明膠和乙酰丁酸酯膠囊，但在選用膠囊時，應(yīng)注重其品質(zhì)。對于揮發(fā)性較弱，發(fā)熱量較高的醇基液體燃料，除生膠帶密封外，其他五種密封方式均可行。

［1］ 安旭，陳伯揚，王勇.醇基燃料應(yīng)用發(fā)展分析［J］.煤氣與熱力，2014（3）：67-71.

［2］ 政協(xié)“一號提案”鎖定低碳［J］.環(huán)境經(jīng)濟(jì)，2010（3）：10-13.

［3］ 劉洋.醇基燃料熱值的影響因素與計算方法研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2011.

［4］ 劉天晴.液體燃燒熱測定方法的改進(jìn)［J］.大學(xué)化學(xué)，1994（4）：51.

［5］ 中華人民共和國石油工業(yè)部.GB/T 384-81.石油產(chǎn)品熱值測定法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1981.

Study on the Test Method of Heat of Combustion of Alcohol Base Liquid Fuel

Jiang ZhimingZhang QiongWu ZihaoHe ChunhuiYu Mengquan
（Shunde Detection,Special Equipment Inspection Institute of Guangdong Province，F(xiàn)oshan Guangdong 528300）

The heat of combustion of two kinds of alcohol base liquid fuel was determined by fast-calorime?ter producted by SanDe Co.,Ltd.To explore suitable sealing method,polyethylene ampoules,gelatin cap?sule,acetyl butyrate fat capsule,parafilmtm,thread seal tape,and cellulose acetate film were used as seal?ing method for weighing process of two kinds of samples.By measuring elements and moisture content of two alcohol base liquid fuels,using the theory of Mendeleev calorific value calculated net calorific value to precluding the instrument error.

alcohol base liquid fuel；heat of combustion；sealing method；elements content

TQ517.4

A

1003-5168（2017）11-0133-03

2017-10-09

江志銘（1981-），男，碩士，高級工程師，研究方向：鍋爐安全與節(jié)能。