天然氣化工208年第33卷甲醇汽油性能的實驗研究李晶晶1,周郁良2,劉曉輝2,唐曉東”,梁斌(1.四川大學化學工程學院,成都610065;2.中國石油吐哈油田分公司,新疆鄯善838202;3.西南石油大學化學化工學院,成都610500)摘要:在未調整汽油機結構的前提下,開展了燃用不同摻燒比的甲醇輕烴汽油對發(fā)動機輸出功率及燃油經濟性影響的研究,并進行了混合燃料的相分離溫度實驗。結果表明,M65(甲醇體積含量為65%甲醇汽油既能使發(fā)動機穩(wěn)定運行,又可在?10℃以上保持均一相,無助溶劑添加;但與90#汽油相比,其動力性下降明顯。向M65中添加1%(質量分數(shù))的增能劑A后該燃油的動力性提高到了90汽油的水平,且油耗量(當量汽油)優(yōu)于90汽油適宜在最低氣溫高于-5℃的地區(qū)或季節(jié)使用關鍵詞:甲醇;輕烴;汽油;配方;混合燃料;小型汽油機;燃料經濟性中圖分類號:TQ0381文獻標識碼:A文章編號:1001-9219(200803-2204醇類被認為是最具應用前景的內燃機燃油替本研究的目的所在。本文提出將高揮發(fā)性輕烴組分代燃料之一。醇類燃料主要指甲醇、乙醇,雖然乙醇(性能與70·汽油相近)與甲醇混合,利用輕烴組分已在我國部分省市進行封閉式推廣,但由于以陳化的易揮發(fā)性幫助甲醇燃料啟動和穩(wěn)定運行;同時甲糧、玉米等糧食作生產原料,大規(guī)模生產將影響到醇的高辛烷值特性和高含氧特性又可彌補輕烴辛我國的糧食安全。與乙醇相比,甲醇生產原料主要烷值的不足,并提高燃燒效率。是天然氣和煤,更適合我國國情,具有更好的經濟性。但受甲醇蒸發(fā)潛熱大,與汽油互溶性差等因素的1實驗部分影響,甲醇的摻燒比例一般小于<15%(體積比),也有11試驗原料人研究M85以上的甲醇燃料,但需要對發(fā)動機構造甲醇由川西北氣礦甲醇廠提供,工業(yè)級,規(guī)格:作較大改動,且改裝后不再適用于汽油燃料叼,不便997%;油田輕烴由吐哈油田公司提供;增能劑緩于推廣。因此,在維持現(xiàn)有發(fā)動機構造條件下,如何蝕劑自制0汽油市售。既提高甲醇摻燒量,又保證油品質量和燃燒性能是12主要試驗設備表1輕烴、甲醇和汽油主要理化性質比較風Table 1 The comparison of physicochemical propertyamong light oil, methanol and gasoline相對密度/gcm3065-00.70-0.79蒸汽壓( Reid)Pa60-90冬季)45~70夏季)34-140汽化潛熱//kg低熱值/M^k理論空燃比146-15.11-gasoline engine generator, 2-gasoline tank; 3-methanol/light辛烷值(RON65-7084-97il gas blend tank; 4,5-changover valve; 6. 7-oil quantityindicator: 8-gate valve of generator's output circuit; 9, 10-pow收稿日期:200801-22基金項目:中國石油吐哈油田公司項8t中國煤化工 dismountable loads目資助(JC050520074);作者簡介:李晶晶(1982-),女,博士CNMHG驗裝置生,電郵lingjing7126gmail.com;*聯(lián)系人:電話028Fg1Experimentalapparatusofminigasolineengine88117829,郵箱tdx3079@163.comgeneration test3期李晶晶等:甲醇汽油性能的實驗研究小型汽油發(fā)電試驗裝置(見圖1),自建。汽油機型號為ZSQF10A,單缸,四沖程,壓縮比為8:1,發(fā)500w負何600w負向+700w電機最大功率800W,重慶宗申通用動力機械公司生產。實驗方法采用原機械工業(yè)部頒布的JB374384《汽車發(fā)動機性能試驗方法》。甲醇汽油相分離溫度試驗方法參照文獻,冷卻裝置為上海陽德石油儀器制造公司生產的SYPl022-I石油產品傾點濁點凝點冷濾點試驗器。2實驗結果與討論圖3甲醇添加量對燃料經濟性的影響2.1甲醇汽油的動力性和油耗的實驗對比Fig3 Effect of the methanol volume content on the e-發(fā)動機各參數(shù)不變,考察不同甲醇含量的甲醇conomy of blend fuel汽油輸出功率以及油耗量情況,實驗結果如圖2322甲醇輕烴互溶性實驗所示。實驗中汽油箱和甲醇汽油箱均保溫在25℃(保證甲醇輕烴混合燃料為均一相)。實驗發(fā)現(xiàn)燃用M70(甲醇體積含量占總燃料體積的70%)以下的甲醇汽油小型汽油機工作正常,5中51015202530354045505580657075808590當甲醇體積含量大于70%時,發(fā)動機工作變粗暴高負荷下發(fā)動機工作極不穩(wěn)定,燃用M85以上的甲醇汽油時甚至出現(xiàn)發(fā)動機熄火。從試驗數(shù)據看出隨著甲醇添加量的增加,在高負荷下汽油機的輸出功甲醇體積含景%率有所下降,而在低負荷下燃料的油耗量增加明田4甲醇體積含量對燃料相分離溫度的影響顯。這是由于甲醇的熱值低,且蒸發(fā)潛熱大。在發(fā)動Fig4 EfTect of the methanol volume content on the fuel機噴油量不變的情況下,混合燃料中甲醇的含量越blend's separation temperature高,混合燃料的總熱值就越低,造成發(fā)動機功率下表2添加不同助溶劑對M65甲醇汽油相分離溫度的影響降。由于發(fā)動機參數(shù)未調整,甲醇汽油的RON>90, Table2 Effect of the volume content of cosolvents on the低壓縮比(ε)不能很好地體現(xiàn)甲醇燃料的經濟性。separation temperature of M65 fuel但從發(fā)動機的運行情況看,M70以下的甲醇汽油均相分離溫度C(助溶劑)偏%能使發(fā)動機穩(wěn)定運行。異丙醇叔丁醇10.0100W一200W-300W-4001190W→600W—700W800W18.5-240250250甲醇和輕烴汽油的互溶溫度是影響輕烴正常儲存、使用的重要因素,根據試驗測得的甲醇輕烴的相分離溫度(圖4所示),發(fā)現(xiàn)甲醇汽油的相分離溫度甲醇體積含景/%呈階梯型變化趨勢:M55以上的油品相分離溫度圖2甲醇添加量對90#汽油功率的影響均中國煤化工分離溫度<25℃結Fig.2 Effect of the methanol volume content on the合保CNMHG果,M5甲醇汽油在相分離溫度最低,為最佳的甲醇汽油配比。向M65中添加常用的幾種天然氣化工2008年第33卷助溶劑,實驗結果如表2所示。雖然助溶劑的添加(經實驗室評選)。與90汽油進行動力性對比試驗,對甲醇與輕烴汽油的互溶性有一定的幫助,但要達結果見圖6。增能劑的添加提高了甲醇汽油的動力到傳統(tǒng)汽油-25℃的相分離溫度,助溶劑的添加量性能,特別是在發(fā)動機高轉速、全負荷工況下,M65略高。由于助溶劑價格昂貴,因此本文提出限定的動力性恢復快。M65甲醇汽油的RON>93,但由于M65甲醇汽油的使用范圍:將該油品用于年氣溫本實驗使用的小型發(fā)電機壓縮比不可調,因此沒有在-5℃以上的地區(qū)。進一步測定高壓縮比e下M65的輸出功率和油耗2.3提高甲醇汽油動力性實驗量。預計提高壓縮比可進一步提高燃油動力性和降將M65甲醇汽油與90汽油進行小型汽油機低燃油消耗對比實驗,結果見圖5。由于甲醇和輕烴的熱值均小24甲醇汽油的腐蝕性于汽油,故實驗測得在同等負荷下混合燃料的輸出甲醇汽油腐蝕性評價實驗方法參照國家標準功率小于90汽油,在高負荷下尤為明顯。但一方面GB37864《發(fā)動機燃料銅片腐蝕試驗法》。通過對甲醇自身含氧,有利于燃料充分燃燒;同時甲醇燃輕烴、M65甲醇汽油進行銅片腐蝕(50℃,3h)檢測表燒的火焰?zhèn)鞑ニ俣纫部煊谄?使滯燃期和主燃期明:吐哈油田輕烴腐蝕等級為la,無腐蝕,而M65縮短0,短時間內可以形成較高的溫度和壓力,有甲醇汽油的銅片腐蝕等級為3a。在添加了0.3%質效膨脹功大,熱效率高,故燃油消耗量(當量汽油)量分數(shù),下同)的緩蝕劑B后,銅片腐蝕等級達到1a。比904汽油低。甲醇汽油除具有一定的金屬腐蝕性外,含醇燃料還會導致燃料系統(tǒng)的橡膠部件溶脹、軟化和龜裂,因90#汽油油耗一M65油耗24000#汽油功率→M65功率此燃用甲醇汽油的發(fā)動機需要將其中的橡膠部件材料更換為硬聚氯乙烯或聚丙烯材料等凹。600斷12003結論(1)通過小型汽油機實驗,M70以下的甲醇汽油可在不改變發(fā)動機和燃油系統(tǒng)結構的前提下使發(fā)動機穩(wěn)定運行,M85以上的甲醇汽油由于甲醇含量高、蒸發(fā)吸熱量大等原因造成發(fā)動機經常熄火,無圖5M65與90汽油的動力性、油耗量對比法正常運行Fig 5 Comparisons of fuel power and oil consum(2)測定甲醇汽油的相分離溫度,M60以上的甲between M65 and 90 gasoline醇汽油相分離溫度基本在-10℃以下,雖然添加助溶劑可部分降低甲醇汽油的相分離溫度,但添加量較大,經濟上不劃算。結合小型汽油機實驗結果選擇M65為甲醇汽油的最佳配比。(3)通過對比M65甲醇汽油和90汽油在相同發(fā)動機上的運行結果,M65的輸出功率較90汽油偏低,在高負荷下尤為明顯。向M65中加入15%的M65+15%AM65自制增能劑A可使其動力性能提高到接近90汽0100200300400500600700800油的水平。經銅片腐蝕試驗測定,向M65中添加負荷/w03%的緩蝕劑B可達到la水平。圖6M65增能前后與90汽油動力性的比較(4)實驗室獲得的M65甲醇汽油配方可在年最Fig6 Comparison of fuel power among pre-energized EUM65, energized M65 and 90油中國煤化工油性能接近9汽不失為一種緩解為增加M65甲醇汽油的動力性能添加了實驗我國CNMHG室自制的增能劑A,添加量(質量分數(shù),下同)為15%第3期李晶晶等:甲醇汽油性能的實驗研究參考文獻門]張勇李紅松劉驛聞等甲醇汽油混合燃料對汽油機劉中長,姜立永,劉金山等.汽車燃用高比例甲醇時化性能影響的試驗研究小型內燃機與摩托,2007,36油器的試驗研究內燃機工程1991,12(4)53-57.(4):21-23.2]胡真楊慶佛李湘萍M5甲醇燃料在EQ6100發(fā)動機8申志兵曹祖賓,趙金花等甲醇汽油使用性能的測試分上應用的試驗研兗J農業(yè)工程學報1998,14189192析及綜合評價門煉油技術與工程200636(149513]孫玲玲調和劑改善車用輕油基混合燃料燃燒性能的研[9] David W, Nancy J Methan究U燃燒科學與技術,2001,2:163-166gents to prevent phase separation[J]. 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Department of Chemistry and Chemical Engineering, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)Abstracts: Without changingtion of the gasoline engine, methanol-light oil fuel with different methanol proportionwas used in the gasoline engine with recording the output power and FE (fuel economy) synchronously. In both motor performancetest and phase separation temperature test, the M65 fuel (methanol volume content 60%)acted well and remained homogeneouswithout cosolvent at any temperature above10C. Though M65 was the best methanol-light oil fuel blend, the power performance ofit declined apparently compared with gasoline. After adding 1. wt% energized liquid A, the power of M65 went up to the level of 90#soline, and the oil consumption of M65 was lower than that of 90* gasoline. M65 methanol-light oil fuel is suitable to be used inthe areas or seasons which the average temperature is above 0C.Key words: methanol; light oil; gasoline; formula; fuel blend; mini gasoline engine; fuel economy(上接第21頁)Thermodynamic Analysis for the Synthesis of MPC Via Transesterification of DMC with PropanolZHAO Chun-xiang, ZHAO Tian-sheng ?, DING Yong-jie(1. Departmant of Chemistry, Zhoukou Normal College, Zhoukou 466001, China; 2. Key Laboratory of Energy Resources andChemical Engineering. Ningxia University, Ministry-Province Co-cultivated State Key Laboratory Base of Natural Gas Conversion,Yinchuan 750021, China)Abstract: The standard enthalpy of formation, free energy and heat capacity ofthe synthesis of methyl proplyarbonate(MPC) from dimethyl carbonate(DMC) and propanol were calculated based on the Benson group contribution method. Theermodynamic data for the main and side reactions were then calculatedresults indicated that the MPC synthesis via transesterification is thermody中國煤化工3098mereadily at high temperature. The side product dipropyl carbonate(DPC)was formed through theCNMH Gth propanol.This ther-odynamic analysis underlay the reaction condition choice of the MPC synthesis.Key words: methyl propyl carbonate synthesis: MPC; dimethyl cabonate: DMc; propanol; transesterificaton: thermodynamic analysis