甲醇柴油的物化性质研究

第27卷第6期森林工程Vol. 27 No. 62011 年11月FOREST ENGINEERINGNov.，2011甲醇柴油的物化性质研究焦杨，韩大明'(东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨150040)摘要:分析甲醇柴油的十六烷值、密度、运动粘度、腐蚀性和馏程等性质。采用数值计算的方法研究不同甲醇掺混比例对混合燃料十六烷值的影响;开展燃料的蒸馏特性试验、粘温特性试验，研究不同甲醇掺混比例(MO、 M10、M20)对混合燃料的蒸馏特性、粘温特性的影响，初步探讨柴油中甲醇含量的混合燃科理化参数的影响规律。关键词:甲醇柴油;物化性质;助溶剂中图分类号: U473, S776文献标识码: A文章编号: 1001 -005X (2011) 06 -0045 -03Study on Physicochemical Properties of Methanol-diesel Fuel Jiao Yang, Han Daming (College of Taffie, Northeast Foret-ry University, Harbin 150040)this paper. The cetane number of the blends with diferent methanol fractions were calculated by experiential formula. Experiments of dilation and vis-cosity were carried out to study the dilation and viscosity characteristics of dfferent methanol-diesel blend fuel ( MO、M10、 M20). And the infuenceof methanol ratio on the blends properties was initally discussed.Keywords: methanol dieel; physicochemical properties; co-eolvent近年来，随着我国经济的快速发展和汽车保有醇柴油混合燃料必需加入添加剂来改善本身体系的量的高速增加，石油短缺问题日益突出。柴油作驱物性，来完善由于甲醇和柴油的十六烷值、粘度和动汽车行驶的主要燃料之--，常有供不应求的局面闪点等性质差别较大引发的一系列问题，因此对甲出现。随着汽车工业的发展，全球原油资源日趋枯醇柴油物性的研究可为其推广应用奠定基础。竭，而且柴油机尾气中碳烟、NOx及其他有害气1混合 燃料的配制和测试方法体含量很高，排放污染严重,损害人体身体健康。1.1 混合燃料的配制燃料甲醇作为- -种可再生清洁燃料成为汽车代用燃原料由0*柴油、天津市富宇精细化工有限公料的热点之一，其中甲醇可由煤碳、石油和天然气司提供的分析纯和东北林业大学交通学院研发中心中提取，其中一半来自天然气。由于甲醇含氧量研制并提供的助溶剂组成。甲醇在混合燃料中的体高，甲醇柴油混合燃料的燃烧可以降低碳烟和CO积含量分别取0%，10%和20%，配置M10和的排放。但是甲醇与柴油的物化性质相差很大，互M20(符号M后面的数字表示甲醇在混合燃料中溶困难。所以必需选用合适的助溶剂，来保证甲醇的体积百分比)。柴油混合燃料性质稳定且不分层。1.2 测试方法甲醇柴油的研究在--些国家受到广泛的重视,使用密度计对普通柴油和甲醇柴油的密度进行但我国对甲醇柴油的物化性质方面的研究极少，只测量。遵循GB/T265试验方法，采用GB265型石对其燃烧及排放性能进行了初步的研究和试验。甲油产品运动粘度测定仪进行混合燃料粘温特性试验。蒸馏特性试验按照GB/ T6536试验方法运用蒸收稿日期: 2011-05 -12馏仪进行。基金项目:黑龙江省自然科学基金面上项目(E200829); 东北2混合燃料的物化性质林业大学研究生科技创新项目第一作者简介:焦杨(1986-),女，黑龙江伊春市人，硕士研2.1密度究生。研究方向:新能源技术。密度:是与体积热值直接相关的物性数据，燃油●通讯作者:韩大明(1954-).男，吉林省农安县人，硕士，的大部分物 化性质都与密度存在着某种内在关系。高级工程师。研究方向新能源技术。柴油是复杂的烃类混合物，碳原子数约为10-22,46森林工程第27卷碳原子多，输出功率大，产生碳烟微粒的可能性就大。表1不同甲醇含的甲醇柴油实测密度(20C) /g.cm~ 3十MOTab. 1 Measured density of methanol diesel fuel+ MIO士M20with dfferent methanol content (20C) /g . cm -3甲醇体积百分含量%020燃油密度p0.840. 86640. 861920 450 80100温度/C表1是燃油密度在不同甲醇体积百分含量时的数值，测试温度是20C。由于甲醇的密度较小，图1混合燃料的温粘特性Fig 1 Viscosity characteristics of the mixed fuel因此混合燃料的密度会随着甲醇加人量的增大而减360C，而甲醇的沸点仅为为64. 5C，相差极大。小。又因为助溶剂的密度较大，大约为0.95左右，试验结果表明，当混合燃料的温度升高达到甲醇的可以防止混合燃料密度的降低，由表1可见混合燃沸点64.5C时，甲醇先由甲醇柴油混合燃料中蒸料的密度大于燃油密度。混合燃料的密度随各组成部分变化的拟合公发出来;当混合燃料的温度继续升高达到到809时，甲醇已大部分从甲醇柴油混合燃料中蒸发出式:来;当温度升高超过80C以后，MO、M10、 M20ρ=ρ: (1-C1-C2) +p2C +psC,式中: p为温度20C时混合燃油的密度，ρ表示的粘温曲线基本重合保持-致。表2燃料在不同温 度下的粘度20C时柴油的密度，ρ2表示20C时甲醇的密度,Tab. 2 Viscosity of the blends in dfferent temperaturesβ3表示20C时助溶剂的密度, C是甲醇的体积含燃料类型.20% 40C 60C 80C100C量，C2是助溶剂的体积含量。此式可以计算出在M3.93.02.11..020C时的任何百分比含量的柴油甲醇柴油混合燃料MI0.52.51.81.0的密度值，通过实验也可以测得混合燃料的密度，M20.82.01.2M10和M20分别为0. 8693g/em3、0. 8627g/cm3。计算值与测量值之问的误差≤0.3%。由表2可见，混合燃料的运动粘度变化较大,2.2粘度但仍符合0号柴油运动粘度的国家标准，对使用性粘度是燃料油最主要的性能指标之一，它是对能的影响很小。流动性阻抗能力的度量,它的大小表示燃料油的易2.3十六烷值流性、易泵送性和易雾化性能的好坏。燃料的粘温十六烷值是表示柴油发火性能的指标，代表柴曲线(粘度随温度的变化关系)是燃料、特别是油在发动机中发火性能的一个约定量值。混合燃料代用燃料重要的品质特征。在20 ~ 100C温度范的十六烷值将根据甲醇的掺混比例来确定，因为甲围内，以0号柴油为基础油，对MO、M10、M20醇燃料的十六烷值较低仅为3。燃料的十六烷值应混合燃料进行温粘特性试验，试验结果如图1所该在一个合适的范围内，十六烷值过高，则柴油机示。排气冒黑烟，经济性下降;如果过低，则起动困由试验结果可知，运动粘度的变化较密度明难，运转粗暴。一般柴油机燃油的十六烷值在40显。随着温度升高(约100C)，不同比例混合燃.~60范围之内。甲醇柴油混合燃料的十六烷值随料的粘度均逐渐降低直至和0号柴油的粘温曲线基甲醇体积百分含量的变化如图2所示。本重合，并且随着甲醇掺混比例的增大，混合燃料由图2可见，随着甲醇掺混比例的增加，甲醇的粘度逐渐降低。这是因为柴油的沸点为175~柴油混合燃料的十六烷值逐渐下降。因而为改善混第6期韩大明等:甲醇柴油的物化性质研究0r2.5腐蚀性甲醇对金属材料具有腐蚀性，因此本文进行了0F混合燃料铜带腐蚀试验。试验按照《石油工业新20 t技术及标准规范手册-油气分析测试化验新技术及标准规范》中的测试方法。即在规定条件和试验020流程下，观察燃料使铜片所产生的颜色变化来判断甲醇含量/%试验燃料的腐蚀性[21。不同甲醇体积含量混合燃图2混合燃料十六烷值随 甲醇体积含量的变化关系料的试验结果见表4。Fig 2 Cetane of the blends with the methanol volume content表4混合燃料铜带 腐蚀试验结果合燃料的十六烷值过低的问题，提高甲醇柴油混合Tab. 4 Experiment results of blends of copper with corosion燃料的发火性能，适当添加着火促进剂是有必燃料类型M0MIOM20要的。现象淡橙色深橙色2.4馏程腐蚀级别A1B馏程是评定液体燃料蒸发性的最重要的质量指标。它既能说明液体燃料的沸点范围，又能判断油将试验结果与标准的腐蚀级别进行对照，可以品组成中轻重组分的大体含量，对生产、使用、贮得出结论，甲醇柴油混合燃料的腐蚀级别为1级。存等各方面都有着重要的意义。本文以0号柴油为随着甲醇的含量提高，腐蚀级别略有上升,但从总基础油，用MO、M10、M20混合燃料进行蒸馏特体来看腐蚀性并不强，混合燃料满足标准IS0 2160性试验，试验结果如图3所示。- 1998对燃料的要求。3结论4002 300◆MO(1)通过温粘特性试验可知，随着甲醇掺混.国200-每M10比例的增加，甲醇混合燃料的粘度值降低，但仍符士M2000 .合0号柴油运动粘度的国家标准。020406080100120(2)随着甲醇掺混比例的增加，甲醇混合燃蒸馏容量% .料的十六烷值降低，所以适当添加着火促进剂是有必要的。图3燃料的蒸馏特性Fig 3 Dislilation characteristics of the fuel(3)通过蒸馏特性试验可知，甲醇柴油混合由图3可以看出，随着温度的升高,混合燃料燃料的低温蒸馏特性较强，馏程范围符合国家标的馏出率不断的增加。并且混合燃料中甲醇掺混比准。例越大，相同馏出率所对应的馏出温度越低。由试(4) 甲醇柴油混合燃料能够满足标准ISO验结果可知，在40%馏出率以下，混合燃料与基2160 - 1998对燃料腐蚀性的要求。础油馏出曲线相差很大，随着馏出率的增大，混合[参考文献]燃料与基础油的蒸馏曲线逐渐接近，最终基本重合到相同的终馏点。通过燃料的蒸馏特性试验得知,[1] Miyamoto N, Ogawa H. Improvement of Diesel Combusition and E不同馏出率所对应的混合燃料的馏出温度始终低于missions with Addition of Various Oxygenated Agents to Diesel Fuels[C]. SAE962115.基础油的馏出温度，且混合燃料中掺混甲醇比例越[2]魏象仪.内燃机燃烧学[ M].大连理工大学出版社, 1992.高，相对馏出温度越低。甲醇柴油混合燃料馏程范[责任编辑:杨学春]围符合国家标准。