22天然氣化工2008年第33卷甲醇汐油性能的實(shí)驗(yàn)研究李晶晶,周郁良",劉曉輝”,唐曉東”,梁斌'(1.四川大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院,成都610065;2.中國(guó)石油吐哈油田分公司,新疆鄯善838202;3.西南石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,成都610500)摘要:在未調(diào)整汽油機(jī)結(jié)構(gòu)的前提下,開(kāi)展了燃用不同摻燒比的甲醇-輕烴汽油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率及燃油經(jīng)濟(jì)性影響的研究,并進(jìn)行了混合燃料的相分離溫度實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,M65(甲醇體積含量為65%)甲醇汽油既能使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,又可在?10C以上保持均一相,無(wú)助溶劑添加;但與90#汽油相比,其動(dòng)力性下降明顯。向M65中舔加1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的增能劑A后，該燃油的動(dòng)力性提高到了90*汽油的水平,且油耗量(當(dāng)量汽油)優(yōu)于90汽油,適宜在最低氣溫商于-5C的地區(qū)或季節(jié)使用。關(guān)鍵詞:甲醇;輕烴;汽油;配方;混合燃料;小型汽油機(jī);燃料經(jīng)濟(jì)性中團(tuán)分類號(hào):TQ 038.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)1001-9219(200803-22-04醇類被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的內(nèi)燃機(jī)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(guó)部分省市進(jìn)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(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)甲糧、玉米等糧食作生產(chǎn)原料,大規(guī)模生產(chǎn)將影響到醇的高辛烷值特性和高含氧特性又可彌補(bǔ)輕烴辛我國(guó)的糧食安全。與乙醇相比,甲醇生產(chǎn)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(guó)國(guó)情，具有更好的經(jīng)濟(jì)1實(shí)驗(yàn)部分性。但受甲醇蒸發(fā)潛熱大,與汽油互溶性差等因素的影響,甲醇的摻燒比例- -般小于<15%(體積比),也有1.1 試驗(yàn)原料人研究M85以上的甲醇燃料,但需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造甲醇由川西北氣礦甲醇廠提供,工業(yè)級(jí),規(guī)格:作較大改動(dòng),且改裝后不再適用于汽油燃料購(gòu),不便99.7% ;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(dòng)機(jī)構(gòu)造條件下,如何蝕劑自制;90*汽油市售。既提高甲醇摻燒量,又保證油品質(zhì)量和燃燒性能是1.2主要試驗(yàn)設(shè)備表1輕烴、甲醇和汽油主要理化性質(zhì)比較網(wǎng)Table 1The comparison of physicochemical propertyamong light oil, methanol and gasoline性質(zhì)輕烴汽油甲醇相對(duì)密度/g/cm'0.65-0.700.70-0.790.793「蒸汽壓(Reid)kPa-10060-90(冬季)34.7RrOR:45-~70(夏利)8佛點(diǎn)/C .34-14025-20564.70廠汽化潛熱/~J/kg~395~380R,q R.d低熱值MJ/kg42.043.520.0理論空燃比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;基金項(xiàng)目:中國(guó)石油吐哈油田公司項(xiàng)switch; R, Rs, R, R-0W, 100W or 200W dismountable loads目資助(JC050520074);作者簡(jiǎn)介:李晶晶(1982-),女,博士圄1小型汽油發(fā)電機(jī)試驗(yàn)裝置生，電郵ljingjing1216@gmail.com;*聯(lián)系人:電話028-Fig.1 Experimental apparatus of mini gasoline engine88117829 ,郵箱tdx3079@163.com。generation test第3期李晶晶等:甲醇汽油性能的實(shí)驗(yàn)研究23小型汽油發(fā)電試驗(yàn)裝置(見(jiàn)圖1),自建。汽油機(jī)1000 |900 0W第3二0.0-0000舞型號(hào)為ZSQF1.0A,單缸,四沖程,壓縮比為8:1,發(fā)800 I電機(jī)最大功率800W,重慶宗申通用動(dòng)力機(jī)械公司700 I; 600生產(chǎn)。實(shí)驗(yàn)方法采用原機(jī)械工業(yè)部頒布的JB3743-84《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能試驗(yàn)方法》。400甲醇汽油相分離溫度試驗(yàn)方法參照文獻(xiàn)問(wèn),冷卻300200裝置為上海陽(yáng)德石油儀器制造公司生產(chǎn)的SYP1022-I石油產(chǎn)品傾點(diǎn)濁點(diǎn)凝點(diǎn)冷濾點(diǎn)試驗(yàn)器。01020304050607080 90甲醇體積分?jǐn)?shù)%2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論圖3 甲醇添加量對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性的影響2.1甲醇汽油的動(dòng)力性和油耗的實(shí)驗(yàn)對(duì)比Fig.3 Elfect of the methanol volume content on the e發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2.3 22 甲醇輕烴互溶性實(shí)驗(yàn)所示。實(shí)驗(yàn)中汽油箱和甲醇汽油箱均保溫在25C(保證甲醇~輕烴混合燃料為均-相)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)燃用M70(甲醇體積含量占總?cè)剂象w積的70%)以下的甲醇汽油,小型汽油機(jī)工作正常,-50 5 101520253035 404550556065 70758085 90當(dāng)甲醇體積含量大于70%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作變粗暴,高負(fù)荷下發(fā)動(dòng)機(jī)工作極不穩(wěn)定,燃用M85以上的甲罘-15-20醇汽油時(shí)甚至出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)看出隨著甲醇添加量的增加,在高負(fù)荷下汽油機(jī)的輸出功甲醇體職含慧/%率有所下降，而在低負(fù)荷下燃料的油耗量增加明圍4甲醇體積含量對(duì)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(dòng)Fig.4 EfTect of the methanol volume content on the fuel機(jī)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(dòng)機(jī)功率下表2添加不同助溶劑對(duì)M65甲醇汽油相分離溫度的影響降。由于發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)未調(diào)整,甲醇汽油的RON>90,Table 2 Effect of the volume content of cosolvents on the低壓縮比(e)不能很好地體現(xiàn)甲醇燃料的經(jīng)濟(jì)性司。separation temperature of M65 fuel但從發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況看,M70以下的甲醇汽油均q(助溶劑)1%相分離溫度rC能使發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。異丙醇叔丁醇.雜醇-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甲醇和輕烴汽油的互溶溫度是影響輕烴正常儲(chǔ)1000二車藝存、使用的重要因素,根據(jù)試驗(yàn)測(cè)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010203040 50_ 60 70 80 90呈階梯型變化趨勢(shì):M55以上的油品相分離溫度甲醇體積含最/%均<0C,M75以上的甲醇汽油相分離溫度< -25C。結(jié)圍2甲醇添加對(duì)90#汽油功辜的影響Fig.2Eftect of the methanol volume content on the合2.1中的汽油機(jī)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果,M65甲醇汽油在power of 90# gasoline保證汽油機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，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24天然氣化工2008年第33卷助溶劑,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。雖然助溶劑的添加(經(jīng)實(shí)驗(yàn)室評(píng)選)。與90*汽油進(jìn)行動(dòng)力性對(duì)比試驗(yàn),對(duì)甲醇與輕烴汽油的互溶性有一-定的幫助,但要達(dá)結(jié)果見(jiàn)圖6。增能劑的添加提高了甲醇汽油的動(dòng)力到傳統(tǒng)汽油-25C的相分離溫度，助溶劑的添加量性能,特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速.全負(fù)荷工況下,M65略高。由于助溶劑價(jià)格昂貴，因此本文提出限定的動(dòng)力性恢復(fù)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(shí)驗(yàn)使用的小型發(fā)電機(jī)壓縮比不可調(diào),因此沒(méi)有在-5C以上的地區(qū)。進(jìn)一步測(cè)定高壓縮比ε下M65的輸出功率和油耗2.3提高甲醇汽油動(dòng)力性實(shí)驗(yàn)量。預(yù)計(jì)提高壓縮比可進(jìn)一步提高燃油動(dòng)力性和降將M65甲醇汽油與90*汽油進(jìn)行小型汽油機(jī)低燃油消耗。對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)圖5。由于甲醇和輕烴的熱值均小2.4 甲醇汽油的腐蝕性于汽油,故實(shí)驗(yàn)測(cè)得在同等負(fù)荷下混合燃料的輸出甲醇汽油腐蝕性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方法參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)功率小于90*汽油,在高負(fù)荷下尤為明顯。但一方面GB 378-64《發(fā)動(dòng)機(jī)燃料銅片腐蝕試驗(yàn)法》。通過(guò)對(duì)甲醇自身含氧,有利于燃料充分燃燒;同時(shí)甲醇燃輕烴、M65甲醇汽油進(jìn)行銅片腐蝕(50C,3h)檢測(cè)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(jí)為1a,無(wú)腐蝕,而M65縮1短01,短時(shí)間內(nèi)可以形成較高的溫度和壓力,有甲醇汽油的銅片腐蝕等級(jí)為3a。在添加了0.3%(質(zhì)效膨脹功大,熱效率高,故燃油消耗量(當(dāng)量汽油)量分?jǐn)?shù),下同)的緩蝕劑B后,銅片腐蝕等級(jí)達(dá)到1a。比90*汽油低。甲醇汽油除具有一定的金屬腐蝕性外,含醇燃料還2800 p| 1000會(huì)導(dǎo)致燃料系統(tǒng)的橡膠部件溶脹、軟化和龜裂,因-一90#汽油油耗--M65油耗00240090#汽油功率+ -M65功率:00此燃用甲醇汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)需要將其中的橡膠部件2000材料更換為硬聚氯乙烯或聚丙烯材料等4。|600之|500光3結(jié)論400號(hào)800(1)通過(guò)小型汽油機(jī)實(shí)驗(yàn),M70以下的甲醇汽油00 t可在不改變發(fā)動(dòng)機(jī)和燃油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下使發(fā)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,M85以上的甲醇汽油由于甲醇含量負(fù)街/W高、蒸發(fā)吸熱量大等原因造成發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常熄火,無(wú)團(tuán)5 M65與90*汽油的動(dòng)力性、油耗量對(duì)比法正常運(yùn)行。.Fig.5 Comparisons of fuel power and oill consumption(2)測(cè)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-10C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00 r00 -較大,經(jīng)濟(jì)上不劃算。結(jié)合小型汽油機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇M65為甲醇汽油的最佳配比。(3)通過(guò)對(duì)比M65甲醇汽油和90*汽油在相同發(fā)動(dòng)機(jī)上的運(yùn)行結(jié)果,M65的輸出功率較904汽油00上十90#汽油偏低,在高負(fù)荷下尤為明顯。向M65中加入1.5%的一M65+1.5%A100 t+ M65自制增能劑A可使其動(dòng)力性能提高到接近90*汽油的水平。經(jīng)銅片腐蝕試驗(yàn)測(cè)定，向M65中添加0 100 200 300 400 500 600 700 800負(fù)簡(jiǎn)/W0.3%的緩蝕劑B可達(dá)到la水平。圄6M65增能前后與90汽油動(dòng)力性的比較(4)實(shí)驗(yàn)室獲得的M65甲醇汽油配方可在年最Fig.6 Comparison of fuel power among pre - energized低氣溫>- -5C的地區(qū)使用，其燃油性能接近90*汽M65, energized M65 and 90* gasoline油,使用時(shí)無(wú)需調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu),不失為一種緩解為增加M65甲醇汽油的動(dòng)力性能,添加了實(shí)驗(yàn)我國(guó)燃油供需矛盾的新思路。室自制的增能劑A,添加量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)為1.5%