車用醇基燃料及其應用性能評價

張樹華，劉 巖，唐詩洋，李 健

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱 150027）

世界各國為節(jié)約石油資源，都已開始減少對進口石油的依賴[1]。為了緩解環(huán)境的壓力，自上世紀30年代以來，各國就紛紛開始研究車用醇基燃料，我國也從“六五”期間開始對甲醇汽、柴油進行研究。甲醇作為汽車燃料，不僅燃燒清潔[2]，而且來源豐富，是理想的石油替代品，已成為新燃料的代表。

推廣使用清潔的醇基燃料，不僅可以達到節(jié)約石油能源、減少尾氣排放的目的，更重要的是通過建立完整的醇基燃料生產(chǎn)系統(tǒng)，帶動上、下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展。甲醇生產(chǎn)的主要原料是煤炭和秸稈，我國煤資源豐富，能夠長期提供生產(chǎn)甲醇的主要原料。此外，我國作為農(nóng)業(yè)大國，有大量的農(nóng)副產(chǎn)品——秸稈。通過煤炭和秸稈加工提醇，從而大幅度提高原始資源的附加值，充分發(fā)揮地方資源優(yōu)勢，推動煤炭、農(nóng)業(yè)和化工產(chǎn)業(yè)升級，增加相關就業(yè)機會和地方收入。

在我國推廣使用清潔的醇基燃料不僅能達到節(jié)約能源、促進環(huán)保的目的，同時還能帶動相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展，充分發(fā)揮地方資源優(yōu)勢，符合我國實際情況，意義十分重大而深遠。但是由于自身的理化性質，使得車用醇基燃料難以發(fā)揮出優(yōu)良的性能。因此，我們研究車用醇基燃料復合添加劑，解決其在實際應用中存在的熱值、動力性、互溶性、尾氣排放等問題[3]，從而提高醇基燃料的質量等級，改善醇基燃料的使用性能。

1 車用醇基燃料復合添加劑

由于甲醇理化特性的限制，醇基燃料自身的調(diào)和還存在著一定的困難，所以需要加入添加劑來調(diào)和符合國家標準的車用醇基燃料[4]。

1.1 車用醇基燃料復合添加劑配方

復合添加劑是車用醇基燃料的關鍵技術，也是項目的重點研究內(nèi)容。因為醇基燃料普遍存在汽化潛熱較大，熱值偏低的缺點，而且醇類對發(fā)動機有腐蝕作用，還會產(chǎn)生橡膠溶脹的現(xiàn)象。為解決以上問題，我們通過辛烷值加和性試驗、互配性試驗、溶解性試驗以及調(diào)和正效應試驗等，克服添加劑復合所具有較大互擾以及經(jīng)濟性等問題，得到含有辛烷值增強劑（MW）、動力增強劑（ML）、金屬腐蝕抑制劑（MJ）、橡膠溶脹劑（MX）、助燃劑（MR）、助溶劑（MZ）復合添加劑配方，并通過再優(yōu)化得到復合添加劑配方的最佳配比（m/m,%）：MW∶ML∶MJ∶MX∶MR∶MZ=12∶57∶1.1∶13∶3.9∶13。

1.2 車用醇基燃料復合添加劑技術指標檢測

根據(jù)國家標準的檢測項目及檢測方法，對車用醇基燃料復合添加劑的各項指標進行檢測。檢測結果見表1。

表1 車用醇基燃料添加劑檢測指標及檢測方法Tab.1 The testing index andmethod of the additive of vehicle lcohol-based fuels

2 車用醇基燃料

2.1 車用醇基燃料的調(diào)和工藝

車用醇基燃料是一種以甲醇（80%～85%）為主要原料，添加助劑（9.8%～14.8%）、添加劑（5.2%）配制而成的新型汽油機車用醇基燃料。采用獨特的二步法處理甲醇工藝，利用不完全脫水方法，添加科學有效的助劑，與甲醇配制蒸餾。經(jīng)催化劑催化，讓分子結構重新組合。由于燃料甲醇自身理化性質的特點，需要加入適量的復合添加劑混合得到最終的車用醇基燃料。因此，我們采用自溶技術，將5.2%的復合添加劑直接添加到醇基燃料中。從而達到提高熱值[5]與餾程，降低蒸汽壓，同步解決低溫啟動的問題。車用醇基燃料在整個工藝過程中，采用全自動低壓導熱油加熱系統(tǒng)，溫度控制在70～120℃，常溫常壓狀態(tài)下，對工業(yè)甲醇進行脫水除雜質處理的導熱油爐能自動控溫、恒溫，導熱油泵循環(huán)連鎖，燃燒為無煙排放。其工藝流程圖見圖1。

圖1 車用醇基燃料研制的工藝流程圖Fig.1 The process flow diagram of the preparation for vehicle lcohol-based fuels

2.2 車用醇基燃料技術指標檢測

根據(jù)《車用甲醇汽油（M85）》國家標準GB/T 23799-2009，檢測所調(diào)和的車用醇基燃料，檢測結果見表2。

表2 車用醇基燃料檢測指標及檢測方法Tab.2 Testing index and method of the vehicle lcohol-based fuels

目前，現(xiàn)有的醇基燃料添加劑技術，只能解決醇基燃料存在的某個單一問題，進而提高醇基燃料的某項使用性能。由表2的檢測結果可以看出，我們研制的車用醇基燃料復合添加劑，可以提高醇基燃料的餾程與熱值，降低醇基燃料的蒸汽壓，使動力性能顯著增強，大量降低有害氣體排放，解決了醇基燃料低溫啟動、高溫氣阻的問題。同時使用該復合添加劑調(diào)和的醇基燃料，無須改造發(fā)動機結構即可正常使用。而且該有機無灰類的復合添加劑，可以使發(fā)動機內(nèi)不產(chǎn)生磨粒與積炭，延長車輛的壽命。從而使醇基燃料大量滯銷的問題得已解決，為醇基燃料的銷售奠定了堅實基礎。

3 車用醇基燃料應用性能評價

試驗車輛的基本參數(shù)見表3。

表3 試驗車輛基本參數(shù)Tab.3 The basic Parameters of the test vehicle

3.1 環(huán)保性

汽車排放污染物主要包括NOx、CO、烴類（HC）3種。我們采用GB/T 3845《汽油車排氣污染物的測定》的檢測方法對分別燃用醇基燃料與E93#汽油的汽車進行尾氣污染物的測試。見表4。

表4 汽車分別燃用醇基燃料與E93#汽油的排放情況Tab.4 The exhaust emission of fueled the vehicle lcoholbased fuels or E93#gasoline for vehicle

由檢測結果可以看出，全順汽車使用醇基燃料排放尾氣比使用E93#汽油各項指標均有下降，分別為CO濃度下降79.2%，HC濃度降低了67.7%，NOx濃度降低了36.2%。以上數(shù)據(jù)表明，醇基燃料的排放較普通的E93#汽油有明顯降低，是一種清潔燃料。

3.2 經(jīng)濟性

根據(jù)全順汽車的道路試驗情況，計算汽車分別燃用醇基燃料與E93#汽油的百公里油耗，并根據(jù)市場價格，衡量它們的燃油經(jīng)濟性。見表5。

表5 汽車燃油經(jīng)濟性統(tǒng)計表Tab.5 The statistical table of the fuel economy in automobile

按照甲醇、E93#汽油現(xiàn)在的實際價格計算，汽車燃用醇基燃料百公里節(jié)約燃料費用6.37元，具備和汽油的經(jīng)濟競爭優(yōu)勢。

3.3 動力性

我們對全順汽車分別燃用醇基燃料與E93#汽油，進行動力性行車試驗。試驗結果見表6。

表6 燃料動力性比較情況Tab.6 The compared situations of the power performancewith two fuels

表6中的數(shù)據(jù)說明，汽車燃用醇基燃料時的發(fā)動機動力性能較E93#汽油有所提高。燃用醇基燃料汽車的加速性較燃用E93#汽油稍好，不存在大家普遍擔心的動力性不足、提速較慢等問題。這是由于甲醇的辛烷值較高（106～115），發(fā)動機可以使用較高壓縮比，容許較大的點火提前角，從而獲得更大的功率。

4 結論

（1）車用醇基燃料復合添加劑可以提高醇基燃料的餾程與熱值，降低醇基燃料的蒸汽壓。

（2）采用對甲醇二次脫水的處理工藝，再利用自溶技術，添加復合添加劑，調(diào)和出性能穩(wěn)定的車用醇基燃料。

（3）通過行車試驗，證明了車用醇基燃料在實際應用中具有優(yōu)良的環(huán)保性、經(jīng)濟性、動力性。

[1] 馮向法.醇基燃料及其發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2006，10（22）：175-180.

[2] 張全，劉洋，劉蒙，等.醇基燃料、柴油燃燒特性實驗研究[J].銅業(yè)工程，2010，（1）：70-77.

[3] 謝鋼禮.醇基燃料與甲醇汽油應用之探討[J].廣西輕工業(yè)，2002，（3）：13-17.

[4] 任剛毅，任可明.醇基燃料技術及其市場研究[J].中國能源，1999，（4）：14-16.

[5] 徐連蘊.醇基燃料的發(fā)展與未來[J].化工之友，2006，（6）：57-58.