甲醇汽油的中红外法测定研究

试验.测试汽车科技第5期2012年9月doi:10.3969/.issn. 1005- -2550.2012.05.015甲醇汽油的中红外法测定研究金盼盼',张腾', 杨晓平2,孙志春'(1.长安大学西安710064;2.延川明珠集团 延安717208)摘要:利用美国培安公司生产的ERASPEC中红外汽油分析仪,对5%-50%的甲醇汽油中的甲醇含量进行了测量,试图找到一种有效的甲醇含量测量方法;同时,将93#汽油及甲醇含量在5%-20%的甲醇汽油的辛烷值进行了对比分析;实验结果表明:当甲醇含量超过30%时;使用该仪器所测得甲醇含量与实际的甲醇含量有较大的偏差;若采用稀.释测量的办法,使用石油醚或汽油对甲醇汽油稀释后的测量结果比使用无水乙醇的稀释结果好;另外,随着甲醇含量的增加，甲醇汽油的辛烷值及抗爆性均呈增大的趋势,但是当甲醇含量超过15%时，将对辛烷值没有太大的影响。关键词:中红外分析仪;甲醇汽油:甲醇含量;辛烷值中图分类号:TK418.9文献标志码:A文章编号: 1005- -2550( 2012 )05-0066- 05Mid- infrared Analyzers for the Determination of Methanol FuelsJIN Pan-pan' , ZHANG Teng'，YANG Xiao -ping2，SUN Zhi-chun'(1.Chang' an University ,Xian 710064 ,China :2.Yan Chuan Ming Zhu Comupany , Yanan 717208 ,China)Abstract: In order to hes a better understanding of methanol fuel, we use the ERASPEC Fully Automated mid-infraredanalyzer which is produced by the PYNN Corporation of America to measure the methanol fuel that the proportion ofmethanol are 5%~50% ,trying to find an efctive method to measure the content of methanol.As the same time ,comparedand analyzed the 93# gasoline and the methanol fuel that the proportion of methanol are 5% ~20% .The results show that:when the content of methanol more than 30% ,this instrument measured content of methanol has a large deviation from theactual content of methanol;If take the measurement of dilution,the result of use the petroleum ether or the gasoline isbetter than use of absolute alcohol. In addition with the increase of content of methanol ，the octane number and the anti-knock of methanol fuel show an increasing lrend, but when the content of methanol more than 15%, it will not havemuch impact on the octane number.Key words: mid-infrared analyzer ; methanol fuel ; methanol content ; octane number随着汽车产业的快速发展、石油储量的减少以简便、快捷的检测方法。及对环保要求的提高，甲醇汽油作为一种可替代车现行的甲醇含量的方法"主要有:气相色谱法问、用燃料得到越来越多的关注。以煤或天然气为原料气相色谱-质谱法相结合法、毛细管气相色谱-氢制取的甲醇具有排放低、辛烷值高、抗爆性好、资源火焰离子化检测器(CGC- -FID)[3)等。目前国内颁相对比较丰富等优点，以一定比例的甲醇与标准汽布并实施的辛烷值测定方法[4] 有:CB/T5487-油通过助溶剂配置，得到的各种甲醇汽油在汽车中1995<汽油辛烷值测定法(研究法)》,GB/T503-的使用日益成熟，且得到了较为广泛的应用,具有-1995《汽油辛烷值测定法(马达法)》,GB/定的推广潜力。T18339- 2001《车 用汽油辛烷值测定法(介电常数目前,市场上流通的各种型号的甲醇汽油,都是.法))以及气相色谱法。但是,以上的这些检测方法通过汽油与一定比例的甲醇通过添加适量的添加剂均存在分析时间长、操作较繁琐、携带不便等缺调配而成的。其中的甲醇含量配比大小不均，而且已点。与此相对的,本文所采用的美国培安公司研发经颁布实施的M85甲醇汽油国家标准中也只是规的ERASPEC中红外汽油分析仪，不仅携带方便、范了甲醇体积含量为85%时的甲醇含量检测方法。操作简单，而且还能快速准确的测定甲醇汽油中因此，有必要找到一种应对各种比例的甲醇汽油的甲醇含量、辛烷值等30多个指标,是测定甲醇汽油的一种很好的选择。收稿日期:2012-04 09，66.甲醇汽油的中红外法测定研究/金盼盼,张腾,杨晓平等试验.测试红外汽油分析仪对汽油和甲醇汽油进行了分析。1实验部分ERASPEC汽油分析仪的主要测试指标有辛烷值、抗爆指数、芳烃、烯烃、饱和烃、馏程、密度、MTBE、1.1 仪器氧含量、锰含量等30多个指标。仪器的主要参数本文采用美国培安公司研发的ERASPEC中见表1。表1 ERASPEC 主要参数项目参数及说明参数及说明.样品量15 ml苯,甲苯测试方法符合ASTM D6277测量时间.1~2 min总氧含量测试方法符合ASTM D5845测量单位体积百分比，质量百分比测量方式全自动样品导入.自动气液清洗密度测量+0.0001g/cm',安东帕密度计电源85~263VAC ,47~63Hz, 70W吸收谱线范围4 000~400 cm-'1.2 试剂及样品准备表2基于ERASPEC汽油分析仪的测试结果本文用到的甲醇汽油均是在实验室环境下配置93#M5M10M15M20得到的,其中,基础汽油采用93#成品汽油;甲醇采.甲醇含量/% C5.310.916.41.1用分析纯度大于99.5%的实验用无水甲醇;乙醇采抗爆指数889.30.290.992.2用分析纯度大于95%的实验用无水乙醇;石油醚采RON辛烷值| 93.495.696.797.598.1用的纯度为60~90。分别配制体积分数为5%~50%MON辛烷值82.583.183.784.385.3的甲醇汽油100ml。由于是低比例配制含水量极根据以上数据通过EXCEL中的作图工具,得少,且在室温条件下,甲醇与汽油未出现明显分层现.到RON辛烷值、MON辛烷值,以及抗爆性指数随甲象，因此没有加任何添加剂。醇添加量的增多而呈递增的趋势，其具体图形如图1.3数据来源.1、图2所示。主要的测量步骤如下:100①分别取试样(93# 汽油及体积分数为5%~950%的甲醇汽油)100 ml,充分摇匀,静置1分钟。袋85-②开机,在测量界面内根据测试样品的不同,选◆RON辛烷值75-择对应的数据库(做甲醇汽油时不仅需将数据库中70L的“CA” 项选上，还需要将结果界面下检测指标油品种类.RON中的"P0704"项选上)。③按"参比"键,仪器会自动做一个参比谱线,然图1辛烷值 变化趋势后按“运行"键,再将进样导管插入待测试样中,先按4r“排空”键,再按“运行"键，仪器自动吸入约20ml样90上品,自动测试。1分钟后显示样品的甲醇含量及辛烷888-值等其他30多个指标的测试结果。s86t◆AKIM:MI0M15 M202结果与讨论油品种类图2抗爆 性指数(AKI)变化趋势2.1辛烷值部分由图1可知，当在基础油中加入-定比例的甲由于仪器测试精度的限制，辛烷值部分主要对醇调合后,辛烷值得到提高,尤其是RON提高显著。93#成品汽油,实验室配置的M5、M10、M15、M20的M5甲醇汽油比基础油的辛烷值增加1~2个单位,抗爆指数RON辛烷值、MON辛烷值进行测试。实M1O的甲醇汽油比基础油增加3~4个单位。另外，验测试结果见表2。有资料表明基础油的辛烷值越低，添加甲醇其辛烷●67.试验，测试汽车科技第5期2012年9月.值增高的越明显[5);随着甲醇比例的逐渐增大,辛烷数R为1，因此相关性良好，从而得到甲醇汽油的值逐渐增加,但是当甲醇比例超过15%时，辛烷值H/C与其辛烷值RON之间的多项式回归方程式,结增加缓慢,但总体上高于基础油的辛烷值。由以上可果如下:以知道,甲醇可以有效的提高汽油的抗爆性能，如图RON= -19.429x4 +244.07x3 -1 130.2x2 +2294.7x -1630.32所示。(5)2.2甲醇汽油辛烷值的估算方法分析式中:x为甲醇汽油的H/C。虽然目前还没有具体的确定甲醇汽油的计算方用其他主要含碳元素、氢元素的液体燃料的辛法，但是根据美国气体研究院研究推导出的天然气烷值进行验证，比如乙醇燃料，已知其辛烷值为的马达法辛烷值MON与其组分含量之间的关系110,化学式为C2H,OH,H/C为3。利用公式(5)计算式:出来的乙醇的辛烷值为98.141,相差了10个以上的MON= 137.78 X; +29.95 X2-18.19 Xz-单位。因此,虽然HC与辛烷值之间的相关性良好，167.1 X4 +181.2 Xs +26.99 X6(1)但是由于数据代表的点较少，加上估算汽油或者甲式中:X1、X2、Xs、Xg、Xs、X。分别为天然气中甲烷、乙醇汽油中的H/C就有一定的误差,因此用甲烷值来烷、丙烷、丁烷、二氧化碳和氮气的摩尔分数;评价液体燃料的抗爆性还存在一些难度。如果可以MON= -406.14+508.04R- 173.55R*+20.17R3 (2准确测定甲醇汽油中的元素含量，再根据大量试验式中:R为天然气中氢原子与碳原子的比值。并推导.测定的辛烷值数据统计分析,找出二者之间的关联,出天然气辛烷值与甲烷值(MN)之间的关联式:也是一条可以估算甲醇汽油以及其他醇类燃料的可MON=0.679MH+72.3(3)行途径。MN=1.445MON- 103.42(4)2.3 甲醇含量部分公式(3)和(4)并不是线性相关,因此这两个公在测试甲醇含量部分,主要对体积分数为5%~式不是可逆的。50%的甲醇汽油进行测试，结果如表4所示。不难看出,天然气同汽油一样,其甲烷值与其组表4稀释之前的原 始数据成密切相关,尤其是其H/C比;由此可以试着用此甲醇含量乙醇含量.方法得到甲醇汽油的辛烷值。次数项目密度(体积比)虽然甲醇属于化合物，碳氢原子比是固定的;但.0.7440是商品汽油或者组分油属于碳氢化合物的混合物，5%0.7455.3主要成分为C~Cr的烃类,其氢原子与碳原子的比0%0.747210.9值没有固定的数值。因此对于组分油的H/C与其辛15%0.750216.4烷值之间的关系就无法用数学的方法进行关联,这520%0.752621.1样会使误差更大。如果假定93#汽油的元素组成主25%0.7548要是C~Cg的烃类，其H/C为2.25，甲醇的H/C是730%0.755728.90.894,M5~M85依次按比例计算可得其HC"6], 表3给出9350.760229.61.52了甲醇汽油的H/C比和辛烷值。40%0.762231.12.13表3甲醇汽油 的H/C及其辛烷值1045%0.76462.72.61150%0.7673.28名称RONMON2.2593.482.5根据以上数据通过EXCEL中的作图工具,得M5-93#95.683.1到当甲醇的含量小于30%时，该仪器可以比较准确M15-93#2.5197.584.3的测出甲醇汽油中的甲醇含量，但是当甲醇的含量M50-93#3.1399.239超过30%时，该仪器对于甲醇含量的的测试结果就M85- 93# .110)2会出现较大的偏差，这里的测试结果中之所以会出M1005一现乙醇含量，是因为甲醇的含量已经达到仪器的最用EXCEL中的回归分析方法，对表3中甲醇大测试限值，从而使共同含有醇基的乙醇在数值上汽油的H/C和辛烷值进行回归分析,发现其相关系增大,其具体图形如图3所示。.68..甲醇汽油的中红外法测定研究/金盼盼,张腾,杨晓平等试验.测试鉴于以上的结果，对甲醇含量在30%以上的35甲醇汽油采用稀释测量的办法，以求找出一种有.30效的测试高比例甲醇汽油中甲醇含量的方法。通如过多次对比，发现将高比例的甲醇汽油稀释到体十甲静含量(体职比)积比为10%时最为理想，这样不仅测试结果比较准确，而且节约资源,避免浪费。同时通过多次的5..10152025.3035404550实验研究,我们最后选择93#汽油、石油醚以及无甲醇比例/%水乙醇对高比例甲醇汽油进行稀释，具体稀释结图3不同比例甲醇汽油的甲醇含量果见表5、图4。表5稀释结果对比(表中的值均为体积分数)M35M40M45M50甲醇含量乙醇含量乙醇含量.(体积比)汽油稀释040.31111.6石油醚稀释10.39.879.569.19乙醇稀释7.8144.87.844493.553.8单位。同理，用石油醚进行稀释时,随着石油醚含量的出10t增加,测得的甲醇含量呈减小趋势,可以认为是由于◆汽油稀释原有的甲醇汽油挥发所致，因此，建议采用此方法稀.一石油醚稀释_★乙醇稀释释时,应该注意更换待测油样。其拟合后得到的线性回归式如下:MSOy-8.945x2- -259.85x2+2499.9x-7920.3(7)相关系数R为1,发现拟合关系良好,同样,我们图4稀释后对比图用M85进行测试,结果与实际值相差1个多单位。通过以上数据可以发现用无水乙醇进行稀释通过以上对比不难发现，对于高比例的甲醇汽时,若所测出的数值为7.81~7.84之间时,表示用来油采用汽油和石油醚来稀释均可，无水乙醇的稀释稀释的甲醇汽油中的甲醇含量在35%~40%;但是当范围非常有限，另外,从节约方面来考虑,使用汽油甲醇的含量超过40%时,由于稀释后待测样中的乙会好一些;从精确方面来考虑,石油醚的效果更好。醇含量超过仪器所能检测的最大限值，此时所测得.的甲醇含量为零。也就是说当甲醇的含量超过40%3总结时，应用无水乙醇稀释的办法失效。当使用汽油稀释时,可以看出,随着汽油含量的1)甲醇辛烷值高,在基础汽油中加入甲醇能够有增加,实际测得的甲醇的含量也随之增大。由表1可效的提高汽油的辛烷值,尤其是RON提高显著。但是知,该汽油中不含有甲醇或者乙醇，因此可以认为是当甲醇含量超过15%时,对辛烷值的影响不大。汽油中的氧化物对结果的影响0。以稀释后测得的2)可以利用中红外汽油分析仪,测出低比例甲甲醇含量为横坐标x，以实际甲醇的体积分数为纵醇汽油辛烷值，并通过分析研究汽油辛烷值的测定坐标y,通过回归拟合分析,发现其相关系数R为1,方法以及气体辛烷值的评定方法，可以用类似方法.因此相关性良好，从而得到测定值与实际甲醇的体来确定甲醇汽油的辛烷值。但是,样品的辛烷值和样积之间的多项式回归方程式,结果如下:品的类型密切相关，必须根据不同类型的样品建立y=- -57.609x*+ 1896.3x2-20774x+75785(6不同的模型进行计算。通过拟合发现,相关系数R为1,发现拟合关系3)实验所用的中红外分析仪只能检测甲醇含量小良好,我们用M85进行测试，拟合结果不超过两个于20%的甲醇汽油的辛烷值;对甲醇含量的测试范围. 69..工艺.材料汽车科技第5期2012年9月doi: 10.39/.issn.1005- -2550.2012.05.016汽车悬置螺栓断裂失效分析俞雁13毛新平’,兰凤崇},李瑞峰',宋贞桢"，赵 喆',蒋 琼',陶运来'，曾肇豪'(1.广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州510640;2.广州钢铁集团珠江钢铁公司,广州510730;3.华南理工大学,广州510640;4.华测检测技术股份有限公司上海金属实验室,上海201206;5.中联重科股份有限公司,长沙410205)摘要:为查找某汽车安装螺栓的断裂原因,对螺栓进行了断口宏观、SEM电镜、化学成分、金相组织分析,并对同批次完整螺栓进行了力学性能测试。在各项理化试验的基础上,结合微观断o的形貌和断裂机理对螺栓的断裂原因进行了分析。结果表明:螺栓螺纹表面存在微裂纹是螺栓断裂的主要原因。关键词:螺栓:SCM435;断裂;失效分析中图分类号:U465文献标志码:A文章编号:1005- -2550(2012)05- -0070- 07Failure Analysis of Automobile Engine Mount BoltYU Yan"*, MAO Xin-ping ,LAN Feng- -chong' ,ll Rui- feng* ,SONG Zhen- -zhen',ZHAO Zhe' ,JIANG Qiong' ,TAO Yun-lai' ,ZENG Zhao -hao'( l.Guangzhou Automobile Group Co. ,LTD Autornotive Engineering Institute ,Guangzhou 5 10640,China;2.GuangzhouZhujiang Iron & Steel Ca. ,LTD,Guangzhou 510730,China; 3.South China University of Technology ,Guangzhou 510640,China;4. Centre Testing International ,Shanghai lab. ,Shanghai 201206 ,China; 5. Zoomlion Co, Ltd,Changsha 410205 ,China)Abstract:In order to definite the failure reason of a mounting bolt used in an automobile ,the experiments such as ap-pearance examination,morphology and mierostrueture analysis ,SEM micro - morphology analysis, chemical compositionanalysis and mechanical properties test were carried out.Based on the physics and chemistry experiments ,the reasons ofthe bolts' fracture were analyzed using micro -fracture mechanism.The results showed that the fracture of the bolts wasmainly caused by the tiny crack of the surface.Key words : bolt ;SCM435 ;fracture ; failure analysis某款车在进行整车高强度耐久试验时，当车辆级为10.9 级。行驶里程为4 747 km时,发生了连接右悬置与发动机的螺栓断裂事故。已确认失效螺栓的规格为1分析内容.M10x1.25x45，材料牌号为SCM435，淬火温度870C,回火温度500C,表面锌铝涂层。设计性能等1.1分析样件收稿日期:2012-03-30分析样件为失效螺栓和失效螺栓同一批次的是在0-30%。当甲醇含量超过30%时,可以通过用基础[3]张春,李小辉气相色谱法测定车用汽油中甲醇和苯[].汽油或者石油醚来稀释的办法来测量甲醇的含量。理化检验-分册,2008 ,44( 10):942- -944.[4]黄德义.汽油辛烷值测定方法选择的探讨[J].福建轻纺，参考文献:2005,(8) 36-38.[1] Jorgensen. Scott W.Simple method to determine the[5]王翔,郭拥军,张建军甲醇、汽油及甲醇汽油作为内燃机燃料的性质比较[J] .化工时刊,2005,3(19):46- 49.methanol content of methanol fuels[J]. SAE Technical Pa-[6]崔心存.车用替代燃料与生物质能[M] .北京:中国石化per Series, 1991 , 10: 133-140.出版社,2007 :95- -96.[2] SH/ T 0663- 1998，汽油中某些醇类和醚类测定法(气[7] 曹国忠.甲醇汽油及其应用性能研究[D] .重庆:重庆大相色谱法){S].学,2008..70..