寒地M25车用（煤基）甲醇汽油性能研究*

2015-03-13张树华唐诗洋陈庆海

化学工程师 2015年6期

张树华，唐诗洋，刘岩，李健，陈庆海

（黑龙江省能源环境研究院，黑龙江哈尔滨150027）

我国石油资源紧缺，非石油燃料产品的研究，已成为人们关注的重大课题。我国是煤炭生产大国，煤基甲醇是煤化工高效转化利用主要下游产品之一，也是煤化工产业链中综合利用的重要分支，开发利用甲醇资源作为运输燃料的替代品是行之有效的重要措施。黑龙江地区煤炭资源丰富，煤基甲醇的生产能力2012年达到年产200 万t，其产品具有明显的价格、质量优势，黑龙江省具有发展甲醇替代车用燃料的优越条件。甲醇汽油的研发能够减少对石油进口的依赖并充分利用本国煤炭资源的优势，是一种符合中国国情的新型清洁能源和替代能源，有着重要的能源安全战略意义和环境价值。

目前，车用M25 甲醇汽油，在-30℃寒冷气候下使用时出现了甲醇与汽油分层的情况。本项目研发具有自主知识产权的M25 车用甲醇汽油复合添加剂，有效解决了低温稳定性、腐蚀溶胀、含水互溶性等问题，适合在东北高寒地区使用。项目实施将支撑我国清洁替代能源的生产模式，提升甲醇汽油质量安全水平，促进其在寒地使用，增强竞争力。

1 实验部分

1.1 主要试验材料及仪器

甲醇（煤基）（99.5% 煤龙化达连河气化厂）、90#基础汽油（复合国Ⅳ标准）（中石油辽阳石油化工公司）、加氢石脑油（中石油大庆石化总厂炼油厂）、混合芳烃油（黑龙江安瑞佳石油化工有限公司）、甲基叔丁基醚（黑龙江安瑞佳石油化工有限公司），以上均为工业级。

KD-R1093 石油产品铜片腐蚀仪（长沙卡顿海克尔仪器有限公司）；bcd-181mlc 超低温冰箱（美菱电器）；GM06A 型电热恒温干燥箱（北京市永光明医疗仪器厂）；SBSJ 电子控温电热器（山东菏泽市生化仪器厂）；蒸馏装置（山东菏泽市生化仪器厂）；85-2数显磁力搅拌器（金坛市瑞华仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 M25 车用（煤基）甲醇汽油的配置将一定比例的基础油与25%（V/V）甲醇混合并注入洁净干燥的具塞试管中，再按顺序以一定比例加入复合添加剂，混合均匀，待用。

1.2.2 铜片腐蚀等级测试采用GB/T 5096-1985《石油产品铜片腐蚀试验法》测定车用汽油的铜片腐蚀等级。测试方法为先将纯度大于99.9%的铜片打磨光滑并预处理待用，在干燥、清洁的试管中加入待测液保证铜片完全浸没，用一个带排气孔的软木塞塞住试管，将试管置于50±1℃的水浴中，避光水浴3h±5min 后取出，把铜片与腐蚀标准色板对光线45°角方式拿持进行观察比较。

1.2.3 溶胀性测试在室温条件下，清洗常用的汽车发动机供油系统中的耐油橡胶、胶管，测量原始尺寸，观察原始形状。然后将其分别放入未添加和添加了复合添加剂的M25 车用（煤基）甲醇汽油中密封浸泡，进行溶胀对比实验。记录浸泡时间，测量耐油橡胶、胶管的质量、长度、加力长度，观察零件形状。变化率计算公式如下：

1.2.4 低温抗相分离性能测试将复合添加剂添加到M25 车用（煤基）甲醇汽油中充分混合，取样品200mL，置于250mL 具塞量筒中，将装有含不同含量添加剂油品的容器垂直放置于已调制恒温的-30℃的冰箱中进行低温测试，分别在12、24、36、48h 观察样品形态。

1.2.5 遇水抗相分离性能测试将复合添加剂添加到M25 车用（煤基）甲醇汽油中充分混合，取样品各200mL，分别置于两支250mL 具塞量筒中。向1#样品内加入0.6mL 蒸馏水振荡5min，2#样品内加入0.6mL 自来水振荡5min，室温下放置48h 后观察，两个样品应清亮透明无相分离。

2 结果与分析

2.1 M25 车用（煤基）甲醇汽油的铜片腐蚀性能

表1 M25 车用（煤基）甲醇汽油铜片腐蚀性能试验结果Tab.1 Test results of copper corrosion for M25 vehicle methanol（coal-based）gasoline

由表1 的试验数据可以看出，当未添加复合添加剂时，M25 车用（煤基）甲醇汽油的铜腐为3b 级，会对发动机发生腐蚀作用。随着添加剂的加入，甲醇汽油的腐蚀性逐渐减弱。添加剂能够与金属表面发生作用，通过物理与化学吸附形成保护膜，从而在一定程度上隔离了甲醇与金属的接触，抑制甲醇对金属的腐蚀。当添加量达到160×10-6时，铜腐为1b 级，符合标准。

2.2 M25 车用（煤基）甲醇汽油的橡胶溶胀性

对发动机的弹性胶体、密封件，供油系统中所使用的橡胶、非金属部件有一定的腐蚀溶胀作用，有可能造成燃料油的泄露。

表2 M25 车用（煤基）甲醇汽油溶胀性试验结果Tab.2 Test results of swelling of rubber for M25 vehicle methanol（coal-based）gasoline

表2 的试验数据显示了耐油橡胶管等零部件在M25 甲醇汽油中浸泡后有溶胀现象，长时间浸泡后有明显的龟裂现象。在甲醇汽油中加入一定比例的复合添加剂，浸泡后具有明显的抑制效果，橡胶、胶管的质量、长度、加力长度变化率均低于未添加的M25 车用（煤基）甲醇汽油，有效抑制了甲醇对橡胶的溶胀作用。

2.3 M25 车用（煤基）甲醇汽油的互溶性能

2.3.1 低温互溶性研究甲醇具有较强的极性，难于和烃类燃料相溶。黑龙江省地处高寒地区，冬季最低气温降至-30℃以下，因此，低温气候条件对于甲醇和汽油的相溶性有较大影响[3]。

表3 不同添加剂含量的M25 车用（煤基）甲醇汽油低温性试验结果Tab.3 Test results of low temperature resistance for M25 vehicle methanol（coal-based）gasoline of different additives content

由表3 的试验结果得出，随着添加剂添加量的增加，甲醇与汽油在-30℃时相溶稳定性得到了很大改善，其中当添加量达到3.4%时，M25 甲醇汽油在放置48h 时后仍然保持稳定的均匀互溶状态，油品清亮透明。这是由于复合添加剂中含有既亲水又亲油的多碳醇[4]，在体系中起到中介作用，根据相似相溶原理，添加剂中的极性基团能溶于甲醇中，而非极性基团则溶于汽油中[5]，从而使甲醇在油品中的溶解性增加。

2.3.2 含水量研究甲醇能够与水完全互溶，相对于无铅汽油而言，甲醇汽油的吸水性显著增强，水分对甲醇与汽油的相溶性破坏不容小觑。