甲醇汽油混合燃料排放特性的研究

董红霞，闫清智，刘泉山，罗先富（.中国石油天然气股份有限公司兰州润滑油研究开发中心，甘肃兰州　730060；.中国石油山西销售分公司，山西太原　03000）

甲醇汽油混合燃料排放特性的研究

董红霞1，闫清智2，刘泉山1，罗先富1
（1.中国石油天然气股份有限公司兰州润滑油研究开发中心，甘肃兰州730060；2.中国石油山西销售分公司，山西太原030001）

甲醇作为一种燃料资源，以其特有的高辛烷值、高清净性及燃烧的低污染等诸多优点作为内燃机的代用燃料而受到各国的普遍重视。在电控汽油机参数未作任何调整的情况下，对M15甲醇汽油进行了发动机动力经济性和发动机排放特性的研究，发动机台架试验表明，所研制的M15甲醇汽油与车用汽油理化性质相当，并且和普通汽油等效燃油消耗率很接近，经济性差别较小。具有良好的排放特性，可有效降低THC、CO的排放。与基础汽油相比，加剂后的全配方甲醇汽油可有效降低CO和THC排放。

甲醇；汽油；排放

世界石油资源短缺和生态环境保护是本世纪人类面临的主要问题。世界各国都将保护环境，维护生态平衡，防止和治理污染，充分有效地开发利用自然资源作为本国发展经济的重要战略。同时为了能源安全，摆脱对国外原油进口的依赖，满足日益严格的环保法规，对于替代燃料的研究，特别是开发利用可再生资源生清洁燃料已成为世界各工业国家的重大课题。

甲醇以天然气、煤炭和多种有机物作为原料制取，因而来源广泛。甲醇作为一种燃料的资源，以其特有的高辛烷值、高清净性及燃烧的低污染等诸多优点［1］作为车用汽油机的代用燃料而受到各国的普遍重视。目前无论是纯甲醇还是甲醇与汽油的混合燃料在许多国家都得到了不同程度的应用［1-2］。

本文对M15甲醇汽油进行了动力经济性以及排放特性的研究，经发动机台架试验表明，所研制的甲醇汽油在不改变现有汽油机硬件的情况下，和普通汽油等效燃油消耗率很接近，经济性差别较小，并且THC 和CO排放明显降低，具有良好的排放特性。

1　试验用油

1.1基础汽油

中国石油西北销售公司满足GB17930-2011的93#汽油，主要理化性质（见表1）。

表1　基础汽油的主要理化性质

1.2燃料甲醇

上海焦化有限公司生产的燃料甲醇产品，满足GB/T 23510-2009指标要求，主要理化性质（见表2）。

1.3甲醇汽油复合剂

所研制的甲醇汽油复合剂是一种适用于甲醇与汽油混合燃料的多功能添加剂。使用该复合剂可使甲醇汽油具有良好的低温抗相分离、遇水抗相分离性能，减少对金属件的腐蚀，主要理化特性（见表3）。

表2　燃料甲醇的主要特性

表3　甲醇汽油复合剂主要特性

1.4汽油清净剂

所研制的汽油清净剂是一种适用于汽油和醇类汽油的无灰型的多功能添加剂。该复合剂具有良好的防腐、防锈、清净性能以及排放特性，主要理化特性（见表4）。

表4　汽油清净剂主要特性

1.5甲醇汽油

试验用甲醇汽油配方（见表5）。

表5甲醇汽油配比

2　试验方法及测试仪器

对所研制的甲醇汽油在不改变现有汽油机硬件的条件下，对发动机排放污染物及动力经济性进行了对比测试［3-5］。试验用主要仪器（见表6）。

表6　试验用主要仪器

其中，常规排气分析仪的测量方法分别是：一氧化碳（CO）和二氧化碳（CO2）为非分散型红外线法，总碳氢（THC）为氢火焰离子法（FID），氮氧化物（NOx）为化学发光法（CLD）。检测非常规排放物时，是在排气管中即时采样，现场注入到气相色谱仪毛细管中进行测量［6-7］。检测内容为排气中的甲醛、甲醇和乙醇。其中甲醛排放采用液相色谱仪进行辅助标定。

试验方法依照国家标准GB/T 18297-2001《汽车发动机性能试验方法》进行。测量仪表精度及测量部位符合GB/T 18297-2001的规定。发动机按照出厂标准（使用93#汽油）进行调整；更换燃油时，发动机不作任何改动及调整。

发动机试验时的一般条件，按国家标准GB/ T18297-2001的规定进行控制：冷却液的出口温度控制在（90±5）℃；机油温度控制在（88±7）℃。

3　试验结果与分析

3.1动力经济性

三种燃油的动力性对比见外特性开环控制下最大功率对比和最大扭矩对比（见表7）。

由表7结果可知，外特性工况下，本次试验的2号和3号甲醇汽油与1号基础汽油相比，动力性很接近，略有差别。其中2号和3号甲醇汽油的功率和扭矩略低于1号油，3号油的扭矩和功率又略高于2号油，证明甲醇汽油与普通汽油相比，动力性有轻微下降，加入汽油清净剂对动力性又有一定补偿作用。

三种燃油的经济性对比见有效燃油消耗率和等效燃油消耗率最低值对比（见表8）。

由表8结果可知，与基础汽油相比，2 800 r/min负荷特性下，2号甲醇汽油油耗率上升5.9％，加入汽油清净剂后的3号甲醇汽油油耗率上升4.4％；3 600 r/min负荷特性下，2号甲醇汽油油耗率上升4.8％，加入汽油清净剂后的3号甲醇汽油油耗率上升3.4％。

因此，与不加汽油清净剂的甲醇汽油相比，加入汽油清净剂后，功率有所增加，并且油耗降低，即汽油清净剂除起到清净、防腐效果外，还起到了一定的节油和增加功率的效果。

考虑到甲醇汽油的热值较低，进行了3种油品最低等效比油耗的对比。由表8可以看出，2 800 r/min负荷特性下，3种油的等效燃油消耗率最低值十分接近，而3 600 r/min负荷特性下，加入汽油清净剂的3号油等效燃油消耗率最低值低于1号油和2号油。等效比油耗对比结果这表明，甲醇汽油与普通汽油等效比油耗差别较小，经济性接近。

3.2常规排放特性

常规排放主要包括CO、THC、NOx排放，外特性下常规排放结果（见图1～图3）。

从图1～图3外特性工况下CO、THC和NOx在催化器前和催化器后排放对比可以看出，与1号基础汽油相比，在汽油中加入甲醇CO和THC排放降低，NOx排放增加；不加汽油清净剂的2号甲醇汽油在催化器前CO排放最大降低15.39％，平均降低6.60％，加汽油清净剂后的3号全配方甲醇汽油CO排放最大降低18.58％，平均降低9.70％；2号甲醇汽油在催化器前THC排放最大降低11.67％，平均降低6.56％，3号全配方甲醇汽油THC排放最大降低17.28％，平均降低12.96％；2号甲醇汽油在催化器前NOx排放最大升高23.15％，平均升高12.65％，3号全配方甲醇汽油NOx排放最大升高33.33％，平均升高19.84％。

表7　燃油动力性对比

表8　燃油经济性对比

图1外特性氮氧化物NOx排放

图2外特性一氧化碳CO排放

图3外特性碳氢THC排放

图6外特性甲醛HCHO排放

总体来说，甲醇汽油与普通汽油相比，CO与THC排放降低，NOx排放升高。此外，催化器后CO、THC和NOx的排放与催化剂相比均明显降低，尤其是NOx的排放明显降低。因此，在燃用甲汽油时，可选择良好的催化转化器，以降低NOx的排放。

3.3非常规排放特性

非常规排放主要包括甲醛、乙醛、1，3丁二烯等国家标准未限制的几种排放物，本课题非常规排放主要测试了甲醇、乙醇以及甲醛排放。试验结果（见图4～图6）。从图4～图6发动机在外特性工况下的非常规排放试验数据可以看出，三种油品乙醇排放均较低。与1号基础汽油相比，2号甲醇汽油和3号全配方甲醇汽油的甲醇和甲醛排放略高，但经过催化转化器后非常规排放物排放均较低，除甲醇排放在低转速下略高外，乙醇和甲醛排放均在15 mg/L以下，说明现有的催化器具有良好的催化转化甲醛的功能。

4　结论

（1）所研制的M15甲醇汽油在不改变现有汽油机硬件的情况下与普通汽油相比，使用甲醇汽油功率下降，油耗率增加。与不加汽油清净剂的甲醇汽油相比，加入汽油清净剂后，功率有所增加，且油耗降低，即汽油清净剂起到了一定的节油和增加功率的效果。

（2）M15甲醇汽油和普通汽油等效燃油消耗率很接近，经济性差别较小。

（3）所研制的甲醇汽油在不改变现有汽油机硬件的情况下与汽油相比，NOx排放增加，但能显著减少汽油机的THC和CO排放，具有良好的排放特性。加入汽油清净剂能更有效地降低CO和THC排放。

（4）甲醇汽油会增加甲醛和甲醇，但采用催化剂技术可以使非常规排放降低到很低的水平。

［1］梁玮.甲醇汽油的研究开发及应用现状［J］.中外能源，2006，11 （2）：95-100.

［2］李忠，郑华艳，谢克昌.甲醇燃料的研究进展及展［J］.化工进展，2008，27（11）：1684-1695.

［3］王翔，郭拥军，张建军.甲醇、汽油及甲醇汽油做内燃机燃料的性质比较［J］.化工时刊，2005，19（3）：46-49.

［4］宋睿智，胡铁刚，刘圣华，等.汽油醇混合燃料发动机冷启动排放特性研究［J］.内燃机学报，2008，26（3）：243-247.

［5］Seko To sh iyuk，i Kuroda E ij.i Combustion Improvement o f a Premixed Charge Compression Ignition Methanol Engine Using Flash Boiling Fuel Injection［C］.SAE Paper 2001-01-3611，2001.

［6］陈伟芳.M15甲醇汽油对发动机排放的影响［J］.内燃机工程，2009，30（3）：27-29.

［7］李红松，曹建国，张勇，等.不同比例甲醇汽油混合燃料对电喷汽油机性能影响的研究［J］.小型内燃机与摩托车，2008，37（4）：70-73.

A study on exhaust emissions of mixed methanol-gasoline blend fuels

DONG Hongxia1，YAN Qingzhi2，LIU Quanshan1，LUO Xianfu1
（1.Lanzhou Lube Oil Research and Development Institute，PetroChina Company Limited，Lanzhou Gansu 730060，China；2.PetroChina Shanxi Marketing Company，Taiyuan Shanxi 030001，China）

Methanol as a fuel resource，with its unique properties of high octane，high detergency and low emission，which is an excellent alternative fuel for internal combustion engine.More attentions have been paid to the mixed methanol-gasoline blend fuels.This paper presents the emissions and economy of the M15 methanol gasoline in a spark-ignition engine.The properties of the blend fuels were evaluated.The results show that the M15 methanol gasoline possesses the same properties and economy as the conventional automotive gasoline，and the blend fuels have the advantage of low THC and CO emissions over the conventional gasolin.

methanol；gasoline；exhaust emission

10.3969/j.issn.1673-5285.2015.01.030

TE626.21

A

1673-5285（2015）01-0118-05

2014－11-18

董红霞，女，硕士，高级工程师，主要从事清洁燃料和添加剂的研究工作，邮箱：donghongxia_rhy@petrochina.com.cn。