车用甲醇汽油分析

车用甲醇汽油分析 李林震 (西藏自治区质量技术监督局 ,西藏　拉萨　850008) 摘 　要 :能源枯竭和环境污染是世界面临的严重问题 ,随着世界汽车保佑量的增长 ,在世界范围内石油 系燃料的供需矛盾日益突出 ,汽车发动机消耗石油总量巨大 ,废气的排放也成为大气污染的主要来源之 一。从资源、经济、实用等方面来考虑 ,开发新的清洁代用燃料成为重要的研究课题。甲醇燃料来源丰 富 ,能够节约汽车运营成本 ,节约大量的石油资源。本文以 M5、M15甲醇汽油为例分析了使用甲醇汽油 的经济性和推广性。 关键词 :汽车 　甲醇汽油 　分析 中图分类号 : U473114 　　“富煤贫油 ”是我国一个重要的资源特点 ,决定了 在今后较长的一段时间内我国仍将呈现以煤为主的能 源消耗结构。因此 ,发展煤基车用替代燃料不失为一 种较好的策略。甲醇作为一种主要的煤化工产物 ,在 我国有着巨大的产能 , 2004年底 ,陕北甲醇的生产能 力达到年产 100万吨 ,其产品具有明显的价格、质量优 势 ,若能得到大规模应用 ,将能够节省大量石油资源。 甲醇 CH3 OH是一种轻质、无色、略有臭味、低污染的 可燃液体 ,甲醇只含一个 C原子 ,没有 C一 C键 ,并含 有 50%的氧 , C /H原子量比为 3,是一种燃烧后生成的 排气较清洁的含氧燃料 ,甲醇可以以一定比例添加在 汽油中成为甲醇汽油。甲醇汽油燃料本身含氧 ,在汽 车发动机中燃烧更加完全 ,效率高 ,排放污染少 ,并且 燃料辛烷值提高 ,发动机抗爆震性能增强 ,是一种性能 优良的汽车燃料。 1　甲醇的现状 ,生产技术的成熟性与可靠性 2006年 ,我国甲醇生产 87417 万吨 ,进口甲醇 11217万吨 ,出口 19万吨 ,表观消费量 96814万吨 ,共 有甲醇生产企业 167家 ,产能合计为 134414万吨 /年。 据统计 ,“十一五 ”期间我国新建、拟建甲醇项目共 42 个 (不包括二甲醚、甲醇制烯烃生产企业自身配套的 甲醇生产装置 )。其中 ,“十一五 ”期间可以投产的项 目为 35个 ,产能合计 1198 万吨 /年。预计到“十一 五 ”末期 ,我国甲醇生产企业将为 200家左右 ,产能将 达到 2500万吨 /年～4850万吨 /年。 我国甲醇的合成装置基本上使用煤、油、天然气三 种原料 ;现代甲醇生产技术几乎均为低压法。英国 IC I 公司和 LURGI公司的低压甲醇生产技术占全世界甲 醇总量的 70%以上。我国自行、制造和运行大型 甲醇装置已积累了足够的技术基础 ;水煤浆为原料的 大型气化炉已运行多年 ,可实现长周期运转 ;新型水煤 浆气化炉与干煤加压气化炉正在积极开发中 ;各种低 能耗的天然气蒸汽转化技术均已掌握 ;低成本以空气 为气化剂的天然气转化制合成气技术已经开发 ;多种 的脱碳、脱硫工艺已成熟用于工业生产 ;变换、精脱硫、 甲醇合成催化剂均已国产化 ;新型甲醇合成反应器已 形成专利技术 ;精馏装备已达到节能和优化水平。目 前 ,国内已掌握了建设 10～30万吨 /年 ,单系列甲醇装 置的设计技术。 2　甲醇与汽油的互溶性 汽车要求甲醇与汽油必须溶合使用 ,互溶性除受 甲醇与汽油各自的物化性能的影响外 ,还与储存、使用 的温度、燃料中水分的含量、助溶剂的种类与数量等密 切相关。低比例甲醇和较高比例甲醇与汽油相对容易 溶合 ,而中等比例的甲醇汽油则较难以溶合。 3　甲醇的腐蚀性 甲醇对汽车发动机的铜、铝等金属部件和橡胶、塑 料等弹性体具有一定的腐蚀作用 ,并且随着甲醇汽油 中甲醇体积分数的增加 ,腐蚀性能增强。而通过对材 料的选择可以减少这种侵害。胺类、有机磷酸酯类、有 机羧酸类、氮杂环类、屏蔽酚类五种防腐剂进行复配 , 制成的甲醇燃料金属腐蚀抑制剂对铜、铝、45号钢、 锌、气化器材质等多种金属具有良好的腐蚀抑制能力 , 且溶解性能优良 ,满足甲醇燃料防腐蚀性能的要求。 4　甲醇汽油燃烧后甲醛的排放污染 汽车发动机燃烧甲醇汽油时 , CO、HC、NOX 等常 规排放物质大幅度减少 ,而甲醛的排放量有所上升。 66 电力工业　　　　　　　　　　　　　　　　　　《西藏科技 》2009年 3期 (总第 192期 ) 甲醛是甲醇汽油在发动机中燃烧时所产生的一种中间 产物 ,甲醛对人体也有较大的危害 ,低比例甲醇汽油的 甲醛排放可以采用特效的催化转化器处理 ,可以降低 排放气体的污染。 5　甲醇汽油的现状及汽车的动力性 目前 ,市场上有 M5、M15、M19、M25、M45、M60、 M85、M100甲醇汽油。汽车燃用 M5、M15甲醇汽油可 以不进行任何改装 ,燃用 M25等要进行一定的技术 调整。 甲醇汽油首先在公交车辆上推广应用 ,试验选定 了 CA6102汽油机 ,分别对燃用 M25 - 90#、M15 - 90# 及国标 90#汽油的动力性进行了测试。试验时未对发 动机进行调整 ,试验结果见表 1。 表 1 标定点功率对比 转速 n / ( r·m in - 1) 国标 90#汽油 Ne, max/KW M15 - 90# Ne, max/KW M25 - 90# Ne, max/KW 3000 8718 8419 8118 　　M15 - 90#和 M25 - 90#甲醇汽油功率分别为国标 90#汽油功率的 97%和 93% ; M15 - 90#甲醇汽油由于 功率损失较小 ,对汽车的使用性能基本无影响 ,而 M25 - 90#甲醇汽油则必须采取一定措施提高其功率。如 果在燃用 M25 - 90#的汽油发动机上对供油、点火系统 进行技术调整 ,则发动机的动力性能可达到甚至超过 燃用国标 90#汽油的动力性能。 6　甲醇汽油燃料的标号 燃料辛烷值的大小是燃料抵抗爆震燃烧能力强弱 的标志 ,因而与汽车发动机的设计密切相关 ,燃料的辛 烷值必须执行国家。90#甲醇汽油主要供化油器 式汽车使用 ; 93#甲醇汽油供部分电控汽油喷射式供油 系统的汽车使用 ; 95#甲醇汽油供对燃料质量要求较高 的轿车使用。甲醇自身的辛烷值较高 ,添加在汽油中 能够有效地提高汽油的辛烷值。凡向用户销售符合车 用 M25甲醇汽油所使用的加油机、泵和容器都应标明 下列标志 :“M25 - 90 #”、“M25 - 93 #”、“M25 - 95 #”; M15甲醇汽油相应标明“M15 - 90 #”、“M15 - 93 #”、 “M15 - 95#”。 7　甲醇汽油的性能指标 711　甲醇汽油的馏程 评定汽油蒸发性能的指标是馏程 ,馏程中关键的 3个点是 10%、50%、90%馏出温度 ( T10、T50、T90的 高低 )。汽油蒸发性不好 ,则混合气形成不良 ,低温时 发动机起动困难 ,燃烧不完全 ,使发动机预热时间延 长 ,油耗增加 , HC排放浓度增大 ,未蒸发的汽油冲刷 发动机气缸壁油膜 ,流入曲轴箱后稀释发动机润滑油 , 加剧了发动机润滑油的变质 ,影响正常润滑。因此 ,要 求汽油应具有良好的蒸发性能。但是 ,汽油蒸发过快 也会带来许多问题 ,一是汽油机供给系易产生气阻 ,即 汽油蒸气阻滞了汽油的供给使正常供油中断 ;二是汽 油在储存、运输中增加了损耗。从不同角度对汽油蒸 发性的要求是相互矛盾的 ,综合考虑的结果是要求汽 油具有适当的蒸发性。表 2是 90#、93#、95#汽油馏程 的举例比较。 表 2 馏程对比 ℃ 馏程温度 参数 汽油 90# 93# 95# 乙醇汽油 90# 93# 95# 山西 M15 90# 93# 95# 陕西 M15 90# 93# 95# 陕西 M25 90# 93# 95# M15 实测值 M25 实测值 T10 ≤ 70 70 70 70 70 4815 4615 T50 ≤ 120 120 110 110 100 63 6215 T90 ≤ 190 190 185 185 180 15210 14615 　　甲醇汽油的 10%馏出温度较低 ,已经处于气阻 区 ,这是甲醇汽油在使用过程中尤其在夏季高气温地 区需要认真解决的问题。汽油 50%馏出温度主要用 来评价燃料平均挥发性能的优劣 ,对发动机所产生的 影响则是加速性能的好坏。T50较低时汽车的加速性 能相对较好 ,甲醇汽油的 T50似乎有利于汽车的加速 , 本文认为这一汽油性能传统的评价指标用于甲醇汽油 的评定可能存在欠妥之处。甲醇汽油 90%馏出温度 较低 ,对润滑油的稀释作用较小 ,能够减轻发动机零部 件的磨损。随着甲醇浓度的增加馏出温度逐渐降低 , 且甲醇浓度越大温度降低越大。 712　甲醇汽油的蒸气压 与燃料的馏程相同 ,蒸气压也是用于评定汽油蒸 发性的。文献对车用无铅汽油与乙醇汽油的控制日期 为 9月 16日 ～3月 15日 ,数值不大于 88kPa; 3月 16 日～9月 15日 ,数值不大于 74kPa。由于甲醇的蒸汽 压比汽油的低 ,汽油中引入甲醇后 ,混合燃料中会产生 低共沸点共沸物 ,甲醇汽油对拉乌尔 (Rault)定律呈正 偏差 ,使甲醇汽油饱和蒸汽压值增大。加入 5%体积 的甲醇 ,燃料的饱和蒸汽压上升约 26KPa,而当甲醇含 量在 5% ～20%变化时 ,饱和蒸汽压值变化不大。其 升高程度随甲醇加入的量而变化 ,实际应用中应严格 76 《西藏科技 》2009年 3期 (总第 192期 ) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　电力工业 控制甲醇汽油的饱和蒸汽压。 713　甲醇汽油硫的质量分数 文献中规定硫的质量分数不大于 0110% ,同时又 规定从 2000年 7月 1日起 ,在北京、上海和广州执行 硫的质量分数不大于 0108% ;从 2003年 1月 1日起 , 在全国范围内执行硫的质量分数不大于 0108%。因 燃料甲醇中并不含有硫 ,调配成甲醇汽油 ,折算 M25 甲醇汽油硫的质量分数应不大于 0106% ; M15应不大 于 0107%。 714　甲醇汽油硫醇的体积分数 本标准中硫醇的体积分数与文献 [ 1 ]、文献 [ 2 ]中 的规定相同 ,体积分数不大于 01001% ,满足了车用燃 料的要求 ,也没有增加甲醇汽油的生产难度与成本。 715　甲醇汽油中水分的质量分数 文献 [ 2 ]中规定水分质量分数不大于 0115%。考 虑原基础汽油中不含有水分 ,甲醇汽油中的水分来自 于燃料甲醇 ,按照 M25、M15的质量分数计算 ,M25为 0105% ,M15为 0103%。 716　其他含氧化合物 文献 [ 2 ]对于其他含氧化合物的含量作了限制 , 在车用甲醇汽油的生产中要适当加入一定量的高级醇 作为助溶剂。各地根据情况要求企业生产的甲醇汽油 产品 ,对其添加剂的种类与数量作出规定。 717　甲醇汽油中苯的体积分数 文献 [ 1 ]、文献 [ 2 ]中规定苯的体积分数不大 于 215%。 718　甲醇汽油中芳烃体积分数 文献 [ 1 ]和文献 [ 2 ]中的芳烃体积分数不大于 40% ,按照 M15、M25的体积分数计算 ,分别不大于 34%、30%。 719　甲醇汽油中烯烃的体积分数 文献 [ 1 ]中的烯烃体积分数不大于 35%。按照 M15、M25的体积分数计算 ,分别不大于 30%、27%。 7110　甲醇汽油的低温抗相分离性能 各个地区根据各自地区的冬季最低气温规定甲醇 汽油的低温抗相分离温度 ,相分离温度定的过低 ,会增 加助溶剂的添加量 ,增大燃料的成本。 7111　甲醇汽油的遇水抗相分离性能 甲醇亲水性能较强 ,甲醇汽油在运输、储存、使用 过程中免不了会吸收空气中的水分 ,遇水抗相分离性 能实际上是用于评定甲醇汽油在储存中的相对稳定性 能。对于 M15、M25甲醇汽油中可加入一定量的蒸馏 水 ,而不能加入自来水 ,并且对室温也作了规定。 7112　汽油清净剂 文献 [ 1 ]规定汽车必须加入有效的汽油清净剂。 对于清净剂的种类与数量没有规定 ,需要实践的检验 与进一步的深入研究。 7113　甲醇汽油的安全性 甲醇本身是一种易燃物 ,并且有毒 ,标准对于甲醇 汽油的安全性作了相应要求。如甲醇汽油严禁入口 ; 着火后应使用二氧化碳灭火或干粉灭火器 ;甲醇与皮 肤接触后应迅速用清水冲洗等。据相关研究报道 ,甲 醇汽油的毒性并不比汽油大 ,与各类燃料相比 ,甲醇的 毒性并不大。 8　结语 811　甲醇作为一种主要的煤化工产物 ,在我国有着巨 大的产能。 812　甲醇可作为汽车燃料 ,尤其是低比例的甲醇汽 油 ,研究和应用技术基本成熟 ,使用甲醇汽油能够节约 大量的石油 ,并能有效地降低污染排放。 813　甲醇辛烷值高 ,汽油中加入甲醇 ,能够有效地提 高汽油的辛烷值 ,增大汽油的标号 ,减轻炼油厂汽油增 标的压力。 814　随着车用燃料技术的进一步发展 ,甲醇汽油的各 项性能指标及其测试方法还需要进行深入地细化研 究 ,以便解决甲醇汽油的不足之处。 参考文献 〔1〕　GB17930 - 1999,车用无铅汽油 〔2〕　GB18351 - 2001,车用乙醇汽油 〔3〕　GB18350 - 2001,变性燃料乙醇 〔4〕　DB14 /T93 - 2002,车用燃料甲醇 〔5〕　DB14 /T92 - 2002,M5、M15车用甲醇汽油 〔6〕　GB338? 1992,工业甲醇 〔7〕　GB190? 1990,危险货物包装标志 〔8〕　GB /T112 - 2002,标准化工作导则 〔9〕　曲青山 ,侯中林 1甲醇汽油的联合毒性研究 1 石油商技 , 198711 (5) 〔10〕　孙玉建 ,孙瑞玉 1我国甲醇汽油的现状和发展 趋势 1化学工业。2007年 12月第 12期 〔11〕　刘生全 ,马志义 ,王平福 ,高广新 ,刘丹丹 1车 用甲醇汽油燃料技术性能 1长安大学学报 , 2007年第 4期 〔12〕　杨建军 ,黄海波 ,曾东建 ,贺文江 1低比例甲醇 汽油蒸发性研究 1内燃机与动力装置 , 2007年第 4期 编校　白玛普赤 86 电力工业　　　　　　　　　　　　　　　　　　《西藏科技 》2009年 3期 (总第 192期 )