甲醇汽油性能的实验研究

天然气化工208年第33卷甲醇汽油性能的实验研究李晶晶1,周郁良2,刘晓辉2,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?10℃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中添加1%(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高于-5℃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;燃料经济性中图分类号:TQ0381文献标识码:A文章编号:1001-9219(200803-2204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,具有更好的经济性。但受甲醇蒸发潜热大,与汽油互溶性差等因素的1实验部分影响,甲醇的掺烧比例一般小于<15%(体积比),也有11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叼,不便997%;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0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12主要试验设备表1轻烃、甲醇和汽油主要理化性质比较风Table 1 The comparison of physicochemical propertyamong light oil, methanol and gasoline相对密度/gcm3065-00.70-0.79蒸汽压( Reid)Pa60-90冬季)45~70夏季)34-140汽化潜热//kg低热值/M^k理论空燃比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基金项目:中国石油吐哈油田公司项8t中国煤化工 dismountable loads目资助(JC050520074);作者简介:李晶晶(1982-),女,博士CNMHG验装置生,电邮lingjing7126gmail.com;*联系人:电话028Fg1Experimentalapparatusofminigasolineengine88117829,邮箱tdx3079@163.comgeneration test3期李晶晶等:甲醇汽油性能的实验研究小型汽油发电试验装置(见图1),自建。汽油机型号为ZSQF10A,单缸,四冲程,压缩比为8:1,发500w负何600w负向+700w电机最大功率800W,重庆宗申通用动力机械公司生产。实验方法采用原机械工业部颁布的JB374384《汽车发动机性能试验方法》。甲醇汽油相分离温度试验方法参照文献,冷却装置为上海阳德石油仪器制造公司生产的SYPl022-I石油产品倾点浊点凝点冷滤点试验器。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Fig3 Effect 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2322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25℃(保证甲醇轻烃混合燃料为均一相)。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,5中51015202530354045505580657075808590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积含景%率有所下降,而在低负荷下燃料的油耗量增加明田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Fig4 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, Table2 Effect of the volume content of cosolvents on the低压缩比(ε)不能很好地体现甲醇燃料的经济性。separation temperature of M65 fuel但从发动机的运行情况看,M70以下的甲醇汽油均相分离温度C(助溶剂)偏%能使发动机稳定运行。异丙醇叔丁醇10.0100W一200W-300W-4001190W→600W—700W800W18.5-240250250甲醇和轻烃汽油的互溶温度是影响轻烃正常储存、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甲醇体积含景/%呈阶梯型变化趋势:M55以上的油品相分离温度图2甲醇添加量对90#汽油功率的影响均中国煤化工分离温度<25℃结Fig.2 Effect of the methanol volume content on the合保CNMHG果,M5甲醇汽油在相分离温度最低,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-25℃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-5℃以上的地区。进一步测定高压缩比e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24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GB37864《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(50℃,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la,无腐蚀,而M65缩短0,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904汽油低。甲醇汽油除具有一定的金属腐蚀性外,含醇燃料还会导致燃料系统的橡胶部件溶胀、软化和龟裂,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发动机需要将其中的橡胶部件材料更换为硬聚氯乙烯或聚丙烯材料等凹。600断12003结论(1)通过小型汽油机实验,M70以下的甲醇汽油可在不改变发动机和燃油系统结构的前提下使发动机稳定运行,M85以上的甲醇汽油由于甲醇含量高、蒸发吸热量大等原因造成发动机经常熄火,无图5M65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 oil consum(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-10℃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90汽油偏低,在高负荷下尤为明显。向M65中加入15%的M65+15%AM65自制增能剂A可使其动力性能提高到接近90汽0100200300400500600700800油的水平。经铜片腐蚀试验测定,向M65中添加负荷/w03%的缓蚀剂B可达到la水平。图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Fig6 Comparison of fuel power among pre-energized EUM65, energized M65 and 90油中国煤化工油性能接近9汽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CNMHG室自制的增能剂A,添加量(质量分数,下同)为15%第3期李晶晶等:甲醇汽油性能的实验研究参考文献门]张勇李红松刘驿闻等甲醇汽油混合燃料对汽油机刘中长,姜立永,刘金山等.汽车燃用高比例甲醇时化性能影响的试验研究小型内燃机与摩托,2007,36油器的试验研究内燃机工程1991,12(4)53-57.(4):21-23.2]胡真杨庆佛李湘萍M5甲醇燃料在EQ6100发动机8申志兵曹祖宾,赵金花等甲醇汽油使用性能的测试分上应用的试验研兖J农业工程学报1998,14189192析及综合评价门炼油技术与工程200636(149513]孙玲玲调和剂改善车用轻油基混合燃料燃烧性能的研[9] David W, Nancy J Methan究U燃烧科学与技术,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页)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中国煤化工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