低碳混合醇燃烧热的测定

2015-04-01赵金和兰翠玲韦刘连韦云川秦娇梅

应用化工 2015年4期

赵金和，兰翠玲，韦刘连，韦云川，秦娇梅

(百色学院化学与生命科学系，广西百色 533000)

低碳混合醇是指分子中碳数从1 ～5(或6)的正构和异构醇组成的混合醇［1］，随着我国国民经济的飞速发展，满足人民日常生活所需，以及出于环境保护方面的考虑，寻找可替代的能源都是今天应该研究的课题，而低碳混合醇恰恰满足我们的需求［2］。①低碳混合醇辛烷值高，与汽油有良好的掺混性能，可替代MTBE 作为清洁汽油添加剂［1-3］;②混合醇可以用于动力系统，也可以用作燃料，为日常生活所用，具有环保潜力［4］;③混合醇不含硫和芳香族烷烃，可降低尾气中有害物质的排放［5-9］。王永红等的研究表明，与基础汽油相比，加剂后的全配方低碳醇汽油CO 排放平均降低51%;THC(排放的气体中含有碳氢化合物的总量)排放平均降低18%，有利于防止空气污染，保护环境［10］;④低碳混合醇基本不含硫，润滑性好，可降低发动机缸体磨损率，延长使用寿命，对发动机起保护作用;⑤甲醇与乙醇可以以任意比例混合燃烧，也可以单独使用，现有的柴油机和柴油配送系统不需要改造，可再生性强，资源丰富。虽然低碳醇的热值略低于汽、柴油，但由于混合醇中含氧10%，使其燃烧较基础汽油更充分，并且十分有利于内燃机的正常燃烧。赵洋等人的研究表明，随着汽油中甲醇掺混比的增大，主要成分的热解性能加强，提高微粒的燃烧效率，改善微粒的燃尽性能［11］。因此，研究低碳混合醇作为替代能源的研究在当今的中国具有重大的现实意义［12-13］。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

无水乙醇、甲醇、丙三醇均为分析纯;二次蒸馏水。

SHR-15B 燃烧热实验装置;SYC-15B 超级恒温水浴;VCY-4 氧压力表;YOY-1 氧气减压器。

1.2 实验方法

1.2.1 测定热量计的水当量［14-15］和胶囊的燃烧热

仪器通电预热，用胶头吸管将0.5 mL 甲醇吸入已经称重的胶囊中，并准确量取一段燃烧丝。充入0.5 kPa 氧气，再放出，排除空气1 ～2 次，再充入1.0 kPa 的氧气。把氧弹放入量热容器中，加入4 700 mL水，接好电路，计时开关指向“1 分”，点火开关到向“振动”，开启电源。约10 min 后，若温度变化均匀，开始读取温度。在第10 min 读数后按下“点火”开关，同时将计时开关倒向“半分”，点火指示灯亮。加大点火电流使点火指示灯熄灭，样品燃烧。灯灭时读取温度。温度变化率降为0.05 ℃/min后，改为1 min 计时，记录温度读数至少10 min，关闭电源。先取出贝克曼温度计，再取氧弹，旋松放气口排除废气。测量剩余燃烧丝长度。

取0.5 mL 乙醇和甘油分别用上述方法测量。分析计算求出水当量和胶囊的燃烧热。

1.2.2 测量甲醇-乙醇的燃烧热分别取不同配比甲醇∶乙醇=19∶1，18∶2，17∶3……2∶18，1∶19)的低碳混合醇，按照上述方法测定混合醇燃烧热。

1.3 数据处理［14］

由上面两个式子可求出C水、Q胶囊:

验证:查热力学性质表得Qp丙三醇，比较理论值和实验值的相对误差。

式中 Qv——恒容燃烧热，J;

Qp——恒压燃烧热，J;

C水——水及盛水附件的比热容;

Δt——雷诺校正温度。

2 结果与讨论

2.1 低碳醇燃烧热

分别测定纯物质甲醇、乙醇和甘油的燃烧热，结果见表1、图1 及表2。

表1 纯物质实验数据Table 1 Experimental data of some pure chemicals

图1 纯物质的燃烧热温度变化曲线Fig.1 The different curves about reaction temperature according to burning time

表2 验证实验数据Table 2 Validation experimental data

求Qv甲、Qv乙，可求出C水、Q胶囊，得出Qv丙三醇，进而求得Qp丙三醇实验，把Qp丙三醇实验与Qp甘油理论进行比较，其值相近，证明实验装置和方法可靠。

2.2 混合醇燃烧热

甲醇/乙醇不同配比的燃烧热测定结果见表3。

表3 甲醇/乙醇不同配比的燃烧热Table 3 The burning heat of methanol/ ethanol volume ratio

由表3 可知:①甲醇/乙醇混合醇中乙醇的含量增多，总体趋势温差变大，因此，燃烧放出的热量变多，在甲醇/乙醇体积比1∶19 时，放出的热量最高;②－QV/价格在甲醇/乙醇为17∶3 时达到最大。

3 结论

当甲醇/乙醇体积比1 ∶19 时温差最大，达1.05 ℃，此时燃烧放出热量最多为10 644.23 J，也就是说当甲醇/乙醇体积比1∶19 时，甲醇与乙醇混合醇燃烧放出的热量最高。综合燃烧热与价格分析，－ QV/价格在甲醇/乙醇为17 ∶3 时达到最大3.39 J/元。所以，在大规模使用低碳混合醇时，以甲醇/乙醇体积比17∶3 最佳。

［1］邵敏珠.煤炭资源的现状及利用前景分析［J］.科技传播，2013，24:85-86.

［2］张腾.石油资源的安全与甲醇汽油的性质研究［D］.西安:长安大学，2013.

［3］门秀杰，崔德春.合成气制低碳醇技术在中国的研究进展及探讨［J］.现代化工，2013，33:21-25.

［4］郭伟，高文桂.Fe 添加对Cu/Zn/ZrO2催化剂CO2加氢合成低碳醇性能的影响［J］.材料导报B:研究篇，2013，27:44-47.

［5］舒春芬.低碳节能环保汽车发展初探［J］.石家庄城市职业学院教学与研究:综合版，2013，9(3):26-29.

［6］应卫勇，曹海发，房鼎业.碳一化工主要产品生产技术［M］.北京:化学工业出版社，2004.

［7］王永红，徐小红.混合醇汽油排放的研究［J］.内燃机学报，2008，26:359-363.

［8］卢连相.以合成气为原料合成低碳混合醇的技术经济评价［J］.天然气化工，1984(2):50-56.

［9］张航.车用中醇甲醇汽油的技术研究［D］.成都:四川大学，2013.

［10］徐小红，王永红.醇类汽油清净性研究［J］.车用发动机，2009(5):85-87.

［11］赵洋，王忠.柴油/甲醇燃烧微粒热解化学反应参数研究［J］.农业机械学报，2014，45(2):11-15.

［12］杨宪文，蔡孝载.国内外合成气制低碳混合醇研究进展［J］.上海化工，1998，23:22-26.