甲醇汽油性能的实验研究

22天然气化工2008年第33卷甲醇汐油性能的实验研究李晶晶,周郁良",刘晓辉”,唐晓东”,梁斌'(1.四川大学化学工程学院,成都610065;2.中国石油吐哈油田分公司,新疆鄯善838202;3.西南石油大学化学化工学院,成都610500)摘要:在未调整汽油机结构的前提下,开展了燃用不同掺烧比的甲醇-轻烃汽油对发动机输出功率及燃油经济性影响的研究,并进行了混合燃料的相分离温度实验。结果表明,M65(甲醇体积含量为65%)甲醇汽油既能使发动机稳定运行,又可在?10C以上保持均一相,无助溶剂添加;但与90#汽油相比,其动力性下降明显。向M65中舔加1.5%(质量分数)的增能剂A后，该燃油的动力性提高到了90*汽油的水平,且油耗量(当量汽油)优于90汽油,适宜在最低气温商于-5C的地区或季节使用。关键词:甲醇;轻烃;汽油;配方;混合燃料;小型汽油机;燃料经济性中團分类号:TQ 038.1文献标识码:A文章编号1001-9219(200803-22-04醇类被认为是最具应用前景的内燃机燃油替本研究的目的所在。本文提出将高挥发性轻烃组分代燃料之-一。醇类燃料主要指甲醇、乙醇,虽然乙醇(性能与70*汽油相近)与甲醇混合,利用轻烃组分已在我国部分省市进行封闭式推广,但由于以陈化的易挥发性帮助甲醇燃料启动和稳定运行;同时甲粮、玉米等粮食作生产原料,大规模生产将影响到醇的高辛烷值特性和高含氧特性又可弥补轻烃辛我国的粮食安全。与乙醇相比,甲醇生产原料主要烷值的不足,并提高燃烧效率。是天然气和煤，更适合我国国情，具有更好的经济1实验部分性。但受甲醇蒸发潜热大,与汽油互溶性差等因素的影响,甲醇的掺烧比例- -般小于<15%(体积比),也有1.1 试验原料人研究M85以上的甲醇燃料,但需要对发动机构造甲醇由川西北气矿甲醇厂提供,工业级,规格:作较大改动,且改装后不再适用于汽油燃料购,不便99.7% ;油田轻烃由吐哈油田公司提供;增能剂、缓于推广。因此,在维持现有发动机构造条件下,如何蚀剂自制;90*汽油市售。既提高甲醇掺烧量,又保证油品质量和燃烧性能是1.2主要试验设备表1轻烃、甲醇和汽油主要理化性质比较网Table 1The comparison of physicochemical propertyamong light oil, methanol and gasoline性质轻烃汽油甲醇相对密度/g/cm'0.65-0.700.70-0.790.793「蒸汽压(Reid)kPa-10060-90(冬季)34.7RrOR:45-~70(夏利)8佛点/C .34-14025-20564.70厂汽化潜热/~J/kg~395~380R,q R.d低热值MJ/kg42.043.520.0理论空燃比hg/kg14.6-15.16.451-gasoline engine generator, 2-gasoline tank; 3-mehanolight辛烷值(RON)65~7084~97112il gas blend tank; 4,5-changover valve; 6,7-oil quantityindicator; 8-gate valve of generator' 8 output circuit; 9,10-power收稿8期:2008-01-22;基金项目:中国石油吐哈油田公司项switch; R, Rs, R, R-0W, 100W or 200W dismountable loads目资助(JC050520074);作者简介:李晶晶(1982-),女,博士圄1小型汽油发电机试验装置生，电邮ljingjing1216@gmail.com;*联系人:电话028-Fig.1 Experimental apparatus of mini gasoline engine88117829 ,邮箱tdx3079@163.com。generation test第3期李晶晶等:甲醇汽油性能的实验研究23小型汽油发电试验装置(见图1),自建。汽油机1000 |900 0W第3二0.0-0000舞型号为ZSQF1.0A,单缸,四冲程,压缩比为8:1,发800 I电机最大功率800W,重庆宗申通用动力机械公司700 I; 600生产。实验方法采用原机械工业部颁布的JB3743-84《汽车发动机性能试验方法》。400甲醇汽油相分离温度试验方法参照文献问,冷却300200装置为上海阳德石油仪器制造公司生产的SYP1022-I石油产品倾点浊点凝点冷滤点试验器。01020304050607080 90甲醇体积分数%2实验结果与讨论图3 甲醇添加量对燃料经济性的影响2.1甲醇汽油的动力性和油耗的实验对比Fig.3 Elfect of the methanol volume content on the e发动机各参数不变,考察不同甲醇含量的甲醇conomy of blend fuel汽油输出功率以及油耗量情况，实验结果如图2.3 22 甲醇轻烃互溶性实验所示。实验中汽油箱和甲醇汽油箱均保温在25C(保证甲醇~轻烃混合燃料为均-相)。实验发现燃用M70(甲醇体积含量占总燃料体积的70%)以下的甲醇汽油,小型汽油机工作正常,-50 5 101520253035 404550556065 70758085 90当甲醇体积含量大于70%时，发动机工作变粗暴,高负荷下发动机工作极不稳定,燃用M85以上的甲罘-15-20醇汽油时甚至出现发动机熄火。从试验数据看出随着甲醇添加量的增加,在高负荷下汽油机的输出功甲醇体职含慧/%率有所下降，而在低负荷下燃料的油耗量增加明围4甲醇体积含量对燃料相分离温度的影响显。这是由于甲醇的热值低,且蒸发潜热大。在发动Fig.4 EfTect of the methanol volume content on the fuel机喷油量不变的情况下,混合燃料中甲醇的含量越blend' s separation temperature高,混合燃料的总热值就越低,造成发动机功率下表2添加不同助溶剂对M65甲醇汽油相分离温度的影响降。由于发动机参数未调整,甲醇汽油的RON>90,Table 2 Effect of the volume content of cosolvents on the低压缩比(e)不能很好地体现甲醇燃料的经济性司。separation temperature of M65 fuel但从发动机的运行情况看,M70以下的甲醇汽油均q(助溶剂)1%相分离温度rC能使发动机稳定运行。异丙醇叔丁醇.杂醇-9.-9.57000-10.0-19.0-10.56000-←100w- - -200W→-300W- * - 400W-16.0-22.0-13.5--500W---600W- +- 700W一- 800W5000-24.0-18.5-19.54000<-25.0< -25.030002000甲醇和轻烃汽油的互溶温度是影响轻烃正常储1000二车艺存、使用的重要因素,根据试验测得的甲醇轻烃的相分离温度(图4所示),发现甲醇汽油的相分离温度010203040 50_ 60 70 80 90呈阶梯型变化趋势:M55以上的油品相分离温度甲醇体积含最/%均<0C,M75以上的甲醇汽油相分离温度< -25C。结围2甲醇添加对90#汽油功辜的影响Fig.2Eftect of the methanol volume content on the合2.1中的汽油机运行实验结果,M65甲醇汽油在power of 90# gasoline保证汽油机稳定运行的前提下，相分离温度最低,为最佳的甲醇汽油配比。向M65中添加常用的几种24天然气化工2008年第33卷助溶剂,实验结果如表2所示。虽然助溶剂的添加(经实验室评选)。与90*汽油进行动力性对比试验,对甲醇与轻烃汽油的互溶性有一-定的帮助,但要达结果见图6。增能剂的添加提高了甲醇汽油的动力到传统汽油-25C的相分离温度，助溶剂的添加量性能,特别是在发动机高转速.全负荷工况下,M65略高。由于助溶剂价格昂贵，因此本文提出限定的动力性恢复快.M65甲醇汽油的RON>93 ,但由于M65甲醇汽油的使用范围:将该油品用于年气温本实验使用的小型发电机压缩比不可调,因此没有在-5C以上的地区。进一步测定高压缩比ε下M65的输出功率和油耗2.3提高甲醇汽油动力性实验量。预计提高压缩比可进一步提高燃油动力性和降将M65甲醇汽油与90*汽油进行小型汽油机低燃油消耗。对比实验,结果见图5。由于甲醇和轻烃的热值均小2.4 甲醇汽油的腐蚀性于汽油,故实验测得在同等负荷下混合燃料的输出甲醇汽油腐蚀性评价实验方法参照国家标准功率小于90*汽油,在高负荷下尤为明显。但一方面GB 378-64《发动机燃料铜片腐蚀试验法》。通过对甲醇自身含氧,有利于燃料充分燃烧;同时甲醇燃轻烃、M65甲醇汽油进行铜片腐蚀(50C,3h)检测表烧的火焰传播速度也快于汽油,使滞燃期和主燃期明:吐哈油田轻烃腐蚀等级为1a,无腐蚀,而M65缩1短01,短时间内可以形成较高的温度和压力,有甲醇汽油的铜片腐蚀等级为3a。在添加了0.3%(质效膨胀功大,热效率高,故燃油消耗量(当量汽油)量分数,下同)的缓蚀剂B后,铜片腐蚀等级达到1a。比90*汽油低。甲醇汽油除具有一定的金属腐蚀性外,含醇燃料还2800 p| 1000会导致燃料系统的橡胶部件溶胀、软化和龟裂,因-一90#汽油油耗--M65油耗00240090#汽油功率+ -M65功率:00此燃用甲醇汽油的发动机需要将其中的橡胶部件2000材料更换为硬聚氯乙烯或聚丙烯材料等4。|600之|500光3结论400号800(1)通过小型汽油机实验,M70以下的甲醇汽油00 t可在不改变发动机和燃油系统结构的前提下使发0 100 200 300 400 500 600 700 800 900动机稳定运行,M85以上的甲醇汽油由于甲醇含量负街/W高、蒸发吸热量大等原因造成发动机经常熄火,无團5 M65与90*汽油的动力性、油耗量对比法正常运行。.Fig.5 Comparisons of fuel power and oill consumption(2)测定甲醇汽油的相分离温度,M60以上的甲between M65 and 90 gasoline醇汽油相分离温度基本在-10C以下，虽然添加助溶剂可部分降低甲醇汽油的相分离温度,但添加量00 r00 -较大,经济上不划算。结合小型汽油机实验结果选择M65为甲醇汽油的最佳配比。(3)通过对比M65甲醇汽油和90*汽油在相同发动机上的运行结果,M65的输出功率较904汽油00上十90#汽油偏低,在高负荷下尤为明显。向M65中加入1.5%的一M65+1.5%A100 t+ M65自制增能剂A可使其动力性能提高到接近90*汽油的水平。经铜片腐蚀试验测定，向M65中添加0 100 200 300 400 500 600 700 800负简/W0.3%的缓蚀剂B可达到la水平。圄6M65增能前后与90汽油动力性的比较(4)实验室获得的M65甲醇汽油配方可在年最Fig.6 Comparison of fuel power among pre - energized低气温>- -5C的地区使用，其燃油性能接近90*汽M65, energized M65 and 90* gasoline油,使用时无需调整发动机结构,不失为一种缓解为增加M65甲醇汽油的动力性能,添加了实验我国燃油供需矛盾的新思路。室自制的增能剂A,添加量(质量分数,下同)为1.5%