新型FMB车用醇基燃料配方体系研究

收稿日期：!""#$"%$&’ 作者简介：周明（&()#*），男，四川安岳人，西南石油学院博士研究生，从事高分子合成、替代燃料和三次采油技术研究工 作。电话：（"!+）+#"#!#%’，,$-./0：-123456-/78!&’#295- 新型!"#车用醇基燃料配方体系研究 周 明&，胡 佩!，杨 燕&，陈鸿军&，杨周成# （&2西南石油学院 材料科学与工程系，四川 成都’&":""；!2四川师范大学 化工系，四川 成都’&""’’； #2四川省海源燃料有限公司，四川 成都’&"#""） 摘 要：研究了车用醇基燃料的配方，结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明：由质量分数为"2)!的甲醇、"2!:的;:<、"2"!的;&";:和"2"& 的=>?助溶剂组成的车用醇基燃料。在醇烃比@ABC&A("(A&范围内，均一、稳定、长期贮存不分层。=>?质 量分数为"2"&，车用醇基燃料中水的质量分数达"2""+时，醇烃发生相分离。随着=>?质量分数的增加，达到相 分离点的水质量分数增加，抗相分离能力增强。车用醇基燃料具有优良的耐热、耐寒稳定性。醇基燃料与汽油以 任意比互溶，长期不分层。因此该车用醇基燃料可以代替汽油，具有广泛的使用价值。 关键词：车用醇基燃料；=>?助溶剂；配方；抗相分离 中图分类号：DE!!#2&!<& 文献标识码：@ 文章编号：&’)&*#!"’（!""#）":*""##*"# $%&’()*%+,-)./&01)-*,2-&,0314,’)*/,%+1*)025%+6,+570, !"#$%&’(&，"$)*&!，+,-.+/’&，0"1-."2’(345’&，+,-.!625376*’(# （&2F56G4HIJGKIG150I6-L7JG/G6GI，;4I78M6’&":""，;4/7.；!2F/946.7?51-.0N7/OI1J/GP，;4I78M6’&""’’，;4/7.； #2F/946.7Q./P6.7R6I0;52，>GM2，;4I78M6’&"#""，;4/7.） 834%.17%：D4IR51-60.5R7IHR6I0S.JIM57-IG4.750（TU=）H.JJG6M/IMG4.G957J/JGI5R-./7.8I7G -.JJR1.9G/575R"2)!-IG4.750，"2!:;:<，"2"!;&";:.7M./M/78J50OI7G5R"2"&=>?2D4I1I$ J60GJ5RIVWI1/-I7GJ45HIMG4.GG4IJ506G/575RT=UH/G4"2"&=>?SI9.-I67/R51-，JG.S0I.7MH.J 75GGH5W4.JIJ.0578WI1/5M5RG/-I，G4I1.G/55R-IG4.750G54PM159.1S57SI/78G4I1.78IR15-&A(G5 (A&，G4.GG4IJ/780IW4.JI5R-IG4.750$4PM159.1S57H/G4"2"&=>?H.JJIW.1.GIMG5GH5W4.JIJ H4I7G4I9579I7G1.G/575RH.GI1/7TU=H.J6WG5"2""+-.JJR1.9G/57，G4.GG4I.S/0/GP5R1IJ/JG/78 W4.JIJIW.1.G/57G57IM6WH/G4G4I/791I.JI5RG4I9579I7G1.G/575R=>?2T=U4.M855MG4I1-.0.7M 950MJG.S/0/GP，T=UH/G48.J50/7I9560M1IJ50OII.945G4I1.G.7P1.GI.7MSI75GGH5W4.JIJ.0578WI$ 1/5M5RG/-I2D4I1IR51I，TU=9560MH/MI0P.WW0PG5OI4/90I/7JGI.M5R8.J50/7I2 9,(2).’4：TU=；./M/78J50OI7G=>?；R51-60.；1IJ/JG/78W4.JIJIW.1.G/57 随着汽车工业的发展，燃油需求急剧上升，尤其 是!"世纪)"年代发生的两次石油危机，加速了各 国对汽车代用燃料的研究进程。目前，汽车发动机 代用燃料以汽油掺烧甲醇为主，甲醇不含芳香族，也 不含硫，与汽油掺混后，有利于防止空气污染，保护 环境［&"#］。我国四川部分地区有较长期甲醇和汽 油掺烧应用，掺烧比例为#X":X。“七五”期间原 国家科委在山西省曾组织较大规模的甲醇汽油掺烧 试验，掺烧比例为&:X"!:X。河南漯河石化集团 目前已将这一比例提高到:"X"’"X［%］。我们研 制的车用醇基燃料甲醇添加量高达)!X，无需更改 汽车发动机等装置而直接使用。各项指标达到或超 过国际同类产品。已通过四川省石油产品质量监督 检验一站按无铅汽油标准&)(#"$&(((的检验和由 四川省汽车产品试验站所做的发动机台架实验和行 车实验［:，’］。该新产品辛烷值、安全和环保等指标 很理想，完全顺应我国和世界能源发展潮流。 : 实验部分 :2: 原料与仪器 甲醇，工业级，醇含量!((X；;:<，兰州炼油总 第#!卷第:期 !""#年&"月 应 用 化 工 @WW0/IM;4I-/9.0L7M6JG1P Y502#!?52: B9G2!""# 万方数据万方数据 厂副产品，芳烃含量!!"#；助溶剂，包括醇、醚和自 备助溶剂$%&；轻烃：’(!’)。 万能夹电动搅拌器，气体转子流量计，单臂电子 天平。 !*" 实验设计思路 在不改变汽车发动机的前提下，研制的车用醇 基燃料，是将甲醇、’)+和轻烃（’(!’)）以一定的比 例作为汽车的混合燃料，使’)+的低辛烷值、高热值 与甲醇、轻烃的高辛烷值、低热值互补，甲醇的低温 起动性差与轻烃的低温起动性好互补，则可解决二 者各自存在的技术经济环保问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。但醇与烃要发生 分层现象，需加入助溶剂，形成均一的真溶液，均匀 发挥各组分的功能。 助溶剂不仅含有极性基团，而且还含有非极性 基团。根据有机溶液的相似相溶原理，极性基团能 溶于甲醇中，而非极性基团溶于烃，结果由于助溶剂 的存在，使甲醇与烃的溶解性能增加，导致甲醇,烃 的相分离区减少，最高互溶温度降低。这种助溶剂 的作用原理与含有极性和非极性有机基团的表面活 性剂的作用原理相似。理论上，含有极性和非极性 基团均可作为助溶剂，例如醇、醚、酯类等有机化合 物。自备的$%&助溶剂含有三个极性基团和一个 长链的非极性基团，三个极性基团的存在增加了对 甲醇的相溶性，非极性基团提高了对烃的溶解能力。 !*# 醇基燃料制备 用量筒量取一定量的甲醇，称重后加入配有电 动搅拌器、滴液漏斗和冷凝器的三口烧瓶中，加入所 需量的助溶剂，量取一定量的’(!’)被’)+吸收的 预处理混合液加至滴液漏斗中，打开冷却水，缓慢启 动搅拌器，并调至适当转速，("-./内将滴液漏斗 中的’(!’)和’)+混合液体连续缓慢滴入三口瓶 中。最后搅拌0"-./出料，即得车用醇基燃料。 " 结果与讨论 "$! 助溶剂质量分数对车用醇基燃料稳定性的 影响 甲醇与烃相混合时，并不是在所有比例下都是 互溶的。有的甚至调配好出料时是互溶且而均匀透 明的，可是放置一定时间后出现分层现象。因此，在 甲醇、’)+和轻烃体系中，加入适当的助溶剂，以一 个合适的醇烃比（123），使燃油成为真溶液，不发生 相分离现象，保证了燃烧过程的稳定性。 我们筛选出醇烃质量比为4!2!4，其余部分为 助溶剂。考察了不同类型的助溶剂的车用醇基燃料 的抗相分离能力（见表(）。 表! 三种助溶剂的质量分数对车用醇基燃料的抗相分离时间的影响 5 助溶剂质量分数 "*""6 "*""7 "*""8 "*"( "*"(! "*"() "*"(8 "*"! ’& 07 79 48 90 ("( (!" 不分层 不分层 $& 74 8! ("6 (0( 不分层 不分层 不分层 不分层 $%& ((" (0! 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 表(表明，随着助溶剂质量分数的增加，分层时 间延长，当助溶剂质量分数达到"*""8，长久不发生 分层现象，助溶剂质量分数大于"*""8也不发生分 层现象，而助溶剂质量分数小于"*""8时，均发生分 层现象。因此，最佳质量分数为"*""8。在生产配 制中，我们选用$%&助溶剂质量分数为"*"(。 "*" 醇烃比对车用醇基燃料稳定性的影响 我们在前述实验装置上，在醇烃比（甲醇与烃的 总和之比）123:(29!92(范围内加入不同助溶剂 下做的大量实验，把每个体系较好的各组实验结果 列于表!。 表" 三种助溶剂醇烃比（%&’）对车用醇基燃料稳定性的影响 醇烃质量比／（;*;<(） (29 !28 024 627 )2) 726 420 82! 92( ’&质量分数"*"! 分层 分层 分层 分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 $&质量分数"*"() 分层 分层 分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 $%&质量分数"*"( 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 不分层 从表!可知，当’&助溶剂的加入，甲醇、’)+与 轻烃并不是在任何123值时都能完全互溶的。当 甲醇质量分数小于"*)（123:(）时，醇相中的油和 油相中的醇是按该特性温度下的分配系数进行分配 的，所以会分为两相。同理，当$&助溶剂的加入， 甲醇质量分数小于"*6（123:627）时，醇相中的烃 和烃相中的醇也是按该特性温度下的分配系数进行 分配的。但是当甲醇含量不断增加时，这是甲醇成 为溶剂，而’)+和轻烃相当于溶质。在此条件下，甲 醇便能很好地溶解所加入的’)+和轻烃，因而调配 出均一的，稳定不分层的车用醇基燃料。 由于加入了我们自己合成的新型助溶剂$%&， 60 应用化工 第0!卷 万方数据 既可起增溶作用又可起助燃作用。助溶剂!"#原 料易得、制备简单、用量少、增溶效果好，在广泛的$ %&比值区间，调配出均一、稳定、长期贮存不分层的 车用醇基燃料。 !’" 水分对车用醇基燃料抗相分离能力的影响 水和助溶剂的作用恰相反，少量水可使车用醇 基燃料发生分层。我们发现当空气湿度较大时，由 于使用和储存过程中水分的吸入，随着时间的推移， 水分含量的增加，会产生醇烃分层现象。水对加入 !"#助溶剂的车用醇基燃料发生分层情况见表(。 表" 水对含有#$%助溶剂的车用醇基燃料的相分离影响 !"#质量分数 )’))* )’)+ )’)+, )’)-) )’)-, )’)( )’). 醇烃相分离点（以水的质量分数表示） )’)), )’))* )’)++ )’)+/ )’)-) )’)-( )’)-, 从表(可知，以!"#质量分数为)’)+，车用醇 基燃料中水的质量分数达)’))*时，醇烃就发生分 离。随着!"#质量分数的增加，达到相分离点的 水含量增加，抗相分离能力增强。上述实验表明即 使有少量的水混入，醇烃不会产生分层现象，可见该 车用醇基燃料具有一定的实用性。 !&’ ()!(*对车用醇基燃料的蒸气压的影响 甲醇气化潜热大，低温蒸气压低，发动机在环境 温度较低的情况下，燃料的蒸发量难以达到可燃低 限，不能起动。另外，较大的汽化潜热，使燃料进气 管的温度降低，燃料蒸发量小，使混合燃料在气缸内 分布不均匀，导致功率下降。纯甲醇的最低起动温 度为,0，环境温度低于,0时，甲醇燃料车就难以 起动。在不改变发动机的前提下，为了提高甲醇燃 料的起动性能，一般的方法是甲醇中掺入挥发性高 的物质，以提高燃料的饱和蒸气压，达到混合气的可 燃极限，实现低温（1+,0!-)0）下起动。我们 在实验中加入质量分数为)’)-的轻烃（2+!2,组 份），蒸气压就达到/3456／78-，优于无铅汽油标准 +93():+333的蒸气压规定。 !’* 耐热耐寒稳定性 对所调配的车用醇基燃料，进行了耐热（,)0， ,;）和耐寒（1-,0，,;）稳定性试验，(个月稳定 无分层现象，表明该车用醇基燃料具有优良的耐热、 耐寒稳定性。 !’+ 与成品汽油的互溶性 室温下，把醇基燃料与汽油以不同的比例混合 均匀，样品存放(个月后，观察到3)"车用醇基燃料 与3)"汽油的相溶性见表.。 表’ ,-"车用醇基燃料与,-"汽油互溶性实验 醇基%汽油／<%< +%3 -%* (%9 .%/ ,%, /%. 9%( *%- 3%+ 互溶性 互溶 互溶 互溶 互溶 互溶 互溶 互溶 互溶 互溶 从表.可知，醇基燃料与汽油的互溶性好，长期 不分层。表明该醇基燃料具有广泛的使用范围，具 有推广应用前景。 " 结论 （+）筛选出该车用醇基燃料的配方：甲醇质量分 数为)=9-，2,>质量分数为)=-,，2+!2,质量分数 为)=)-，!"#助溶剂质量分数为)=)+。在醇烃比 $%&?+%3!3%+范围内，!"#助溶剂能调配出均 一、稳定、长期贮存不分层的车用醇基燃料。 （-）!"#质量分数为)=)+，车用醇基燃料中水 的质量分数达)=))*，醇烃发生分离。随着!"#质 量分数的增加，达到相分离点的水含量增加，抗相分 离能力增强。 （(）车用醇基燃料具有优良的耐热、耐寒稳定 性。醇基燃料与汽油的互溶性好，长期不分层。因 此该醇基燃料具有广泛的广应用前景。 参考文献： ［+］ 崔心存’内燃机的代用燃料［!］’北京：机械工业出版 社’+33)= ［-］ 魏象仪’内燃机燃烧学［!］’大连：大连理工大学出版 社，+33-= ［(］ 谢克昌，李忠’甲醇及其衍生物［!］’北京：化学工业 出版社，-))-= ［.］ 崔建伟，曹明让’关于汽车发动机代用燃料的应用分 析’［@］’科技情报开发与经济，-))-’+-（(）：+)+:+)-= ［,］ 周明，杨周成，杨燕，等’AB!车用醇基燃料的发动机 性能研究［@］’内燃机工程’-))(，（/）：.(:./= ,(第,期 周 明等：新型A!B车用醇基燃料配方体系研究 万方数据万方数据