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合組分油中，加入變性燃料乙醇調合而成的用作車用點燃式發(fā)動機的燃料。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)動機的燃燒性能，顯著降低汽車尾氣中有害物質的排放[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%(體積分數(shù))的乙醇汽油。但是，由于乙醇具有極強的親水性，能以任意比例與水互溶，因此導致乙醇汽油在儲運過程中很容易吸水，而水不溶于汽油，當含水量過高或環(huán)境溫度過低時，都會導致水分析出，即發(fā)生分層現(xiàn)象。一旦發(fā)生分層現(xiàn)象可能會導致乙醇汽油在使用過程中發(fā)生發(fā)動機啟動困難、輸出功率低，甚至導致發(fā)動機損壞[3]。乙醇汽油中含水量過多還會導致汽車的金屬油箱內壁腐蝕，脫落的鐵銹堵塞油泵的過濾網等問題[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 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗主要原料有：

(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任公司兩個生產廠家的混合樣品，水含量為0.192%(質量分數(shù))；

(2)92號車用乙醇汽油調合組分油(ⅥA)：生產廠家為中石化天津石化，水含量為0.004%(質量分數(shù))。

1.2 含水乙醇汽油的配置及試驗方法

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。標稱體積濃度分別為2.0%、3.0%、5.0%；換算成質量分數(shù)分別為2.510%、3.748%、6.194%。通過卡爾·費休微量水測定法測定實際水含量，數(shù)據見表1。

表1 變性燃料乙醇水含量理論值(體積分數(shù)、質量分數(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(體積分數(shù))標稱濃度分別為0.2%、0.3%、0.5%；換算成質量分數(shù)分別為0.270%、0.404%、0.673%。通過卡爾·費休微量水測定法測定實際水含量，數(shù)據見表2。

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

1.2.2 試驗方法

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·費休微量水測定法測定水含量，測定結果為質量分數(shù)見圖1和2、圖3和4，單位為μg/g。

圖1 0.019%含水量(質量分數(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(質量分數(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(質量分數(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(質量分數(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，測定結果為體積分數(shù)(見圖5，圖6)。

圖5 0.404%含水量(質量分數(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(質量分數(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)據見表4和表5。

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

3 結果

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，可以得到以下結果：

(1)對于含水量小于0.404%(質量分數(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%(質量分數(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%(質量分數(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)境不僅促進水分的析出，也會促進乙醇的析出。

加強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量事故將起到積極作用。