甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)中燃料甲醇復(fù)合改性劑的研究*

唐詩洋，張樹華，劉 巖，李 健

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150027）

甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)中燃料甲醇復(fù)合改性劑的研究*

唐詩洋，張樹華，劉 巖，李 健

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江 哈爾濱150027）

甲醇生產(chǎn)資源豐富，生產(chǎn)技術(shù)成熟，是很有前景的清潔替代燃料。甲醇/柴油共置燃燒能夠大量節(jié)省石油資源，減少有害氣體排放。本文復(fù)配了一種復(fù)合改性劑，利用其調(diào)配的燃料甲醇清澈透明，改善了燃料甲醇的霧化性，抑制其對金屬的腐蝕性，從而提高燃燒效率。

燃料甲醇；復(fù)合改性劑；共置燃燒

甲醇生產(chǎn)資源豐富，生產(chǎn)技術(shù)成熟，輸運(yùn)方便，是很有前景的柴油替代燃料[1]。甲醇是可再生、可持續(xù)發(fā)展的清凈燃料之一，不僅可用煤、天然氣、煤層氣、焦?fàn)t氣等作原料[2]，特別是還可利用高硫劣質(zhì)煤生產(chǎn)甲醇，即可提高資源綜合利用又可減少環(huán)境污染。甲醇只含一個(gè)碳原子，含50%的氧和34.8%的氫（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），不含硫等，其化學(xué)組成決定了在內(nèi)燃機(jī)等熱力裝置中燃燒后，生成的排放物要比含多碳原子及含硫等的汽油及柴油明顯低。

相比柴油，甲醇汽化潛熱大、十六烷值低、著火極限（空氣中容積比）為6.7～36%（柴油1.58～8.2%）；甲醇對金屬有腐蝕，對橡膠和塑料有溶脹作用；柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)不能滿足燃料甲醇的需要。因此，甲醇在壓燃式柴油機(jī)上應(yīng)用是一個(gè)重大的技術(shù)難題。共置系統(tǒng)燃燒則是在發(fā)動(dòng)機(jī)組另外加裝一套供醇系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃料甲醇和柴油供給系統(tǒng)共置即智能化摻比燃燒。不僅可以節(jié)約大量石化資源，還能夠降低有害氣體排放[3，4]，保護(hù)環(huán)境。本研究針對燃料甲醇在共置系統(tǒng)中的燃燒方式的特點(diǎn)和要求，利用一種復(fù)合改性劑，調(diào)整燃料甲醇性質(zhì)，改善共置燃燒系統(tǒng)的燃燒性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試驗(yàn)材料

甲醇（煤基）（99.5%，中煤龍化達(dá)連河氣化廠）；稀釋劑（哈爾濱哈龍興工貿(mào)有限公司）；TH561（煙臺(tái)恒諾化工科技有限公司）；聚異丁烯雙丁二酰亞胺（錦州新興石油添加劑有限責(zé)任公司）；T4701（煙臺(tái)恒諾化工科技有限公司），以上均為工業(yè)級。

1.2 主要儀器

KD-R1093石油產(chǎn)品銅片腐蝕儀（長沙卡頓?？藸杻x器有限公司）；KD-R1023石油產(chǎn)品密度測定器（長沙卡頓?？藸杻x器有限公司）；SYP2008-Ⅱ燃料膠質(zhì)含量試驗(yàn)器（噴射蒸發(fā)法）（上海神開石油化工裝備股份有限公司）；SBSJ電子控溫電熱器（山東菏澤市生化儀器廠）；KD-R0101石油產(chǎn)品水分測定儀（長沙卡頓?？藸杻x器有限公司）；電子天平（上海數(shù)誼電子衡器有限公司）；KD-R1011機(jī)械雜質(zhì)測定儀（長沙卡頓?？藸杻x器有限公司）；85-2數(shù)顯磁力攪拌器（金壇市瑞華儀器有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 復(fù)合改性劑的配制 將胺類、醛類、醚類、酯類等化合物進(jìn)行復(fù)配，在一定溫度條件下，按比例和順序?qū)蝿┘尤氲椒忾]容器內(nèi)，攪拌混勻后靜止1h，備用。

1.3.2 改性燃料甲醇的調(diào)配 將一定量的燃料甲醇注入潔凈干燥的具塞試管中，再按順序以一定比例加入抗水復(fù)合添加劑，攪拌均勻，待用。

1.3.3 銅片腐蝕等級測試 采用GB/T 5096-1985《石油產(chǎn)品銅片腐蝕試驗(yàn)法》測定車用汽油的銅片腐蝕等級。測試方法為先將純度大于99.9%的銅片打磨光滑并預(yù)處理待用，在干燥、清潔的試管中加入待測液保證銅片完全浸沒，用一個(gè)帶排氣孔的軟木塞塞住試管，將試管置于（50±1）℃的水浴中，避光水浴3h±5 min后取出，把銅片與腐蝕標(biāo)準(zhǔn)色板對光線45°角方式拿持進(jìn)行觀察比較（GB/T5096，1985）。

1.3.4 膠質(zhì)含量測試 根據(jù)GB/T 8019-2008《燃料膠質(zhì)含量的測定噴射蒸發(fā)法》，將裝有25mL樣品的玻璃燒杯置于測定裝置中油浴器或金屬浴的凹槽內(nèi)，將溫度控制在160～165℃內(nèi)，空氣流速在600 mL·s-1±90m·s-1內(nèi)。用流速穩(wěn)定的熱空氣吹掃液面，直至輕組份揮發(fā)完畢，再測定未揮發(fā)試樣殘?jiān)馁|(zhì)量，以100mL式樣所含未洗膠質(zhì)表示。此時(shí)測定的是未洗膠質(zhì)（即實(shí)際膠質(zhì)和不揮發(fā)性添加劑組分總量）。溶劑洗膠質(zhì)的測定必須將所得試樣殘?jiān)谜槌樘嵩龠M(jìn)行檢測。其計(jì)算公式與GB/T509-1988試驗(yàn)方法相同。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合改性劑復(fù)配研究

考察各類化合物性質(zhì)，通過進(jìn)一步優(yōu)化研究，確定由胺類、醛類、醚類、酯類等單劑GXA、GXB、GXC、GXD、GXE復(fù)配組成了復(fù)合改性劑。通過功能性試驗(yàn)，考核復(fù)合改性劑各單劑的加入量情況（見表1）。

表1 功能性試驗(yàn)結(jié)果（%）Tab.1 Result of functional test

由表1數(shù)據(jù)看出，復(fù)合改性劑中GXA、GXB、GXC、GXD、GXE 各單劑峰值分別為 76%、25%、17%、4.5%、7.7%。其中GXA沸點(diǎn)較低，對提高體系的霧化速率極為有利，且具有良好的溶解性，能夠與酯類、醚類、醛類等物質(zhì)混合相溶[5]；GXB具有良好的潤滑性與低溫流動(dòng)性，從而改善燃料甲醇潤滑性能差的問題，適合東北高寒地區(qū)使用；GXC性質(zhì)活潑易燃燒，可以顯著改善燃料的燃燒性能；GXD能夠形成保護(hù)膜，隔離了甲醇與金屬的接觸，抑制甲醇對金屬的腐蝕；GXE使各單劑混合得到增效作用，形成良性的協(xié)同效應(yīng)，改善燃料甲醇的燃燒性能。

通過互配性、溶解性等試驗(yàn)優(yōu)化，考慮改性劑復(fù)配的經(jīng)濟(jì)性等問題，得到抗水復(fù)合添加劑的最佳配比為 GXA∶GXB∶GXC∶GXD∶GXE=47∶25∶16∶4.3∶7.7（m/m，%）。

黑龍江省精細(xì)化工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站對復(fù)合改性劑的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 復(fù)合改性劑檢測指標(biāo)Tab.2 Testing index of the composite additives for water resistance

由表2復(fù)合改性劑的檢測結(jié)果得出，水分0.08%，無機(jī)氯含量 0.1mg·L-1，銅片腐蝕 1 級（50℃，3 h），改性劑清澈透明，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 改性燃料甲醇性能指標(biāo)檢測

將利用復(fù)合改性劑調(diào)配的燃料甲醇進(jìn)行技術(shù)指標(biāo)檢測，檢測結(jié)果如表3。

表3 燃料甲醇檢測指標(biāo)Tab.3 Testing index of the fuel methanol

由表3的檢測結(jié)果看出，添加了復(fù)合改性劑的燃料甲醇各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其中餾程中初餾點(diǎn) 62℃（夏季）、55℃（冬季）；90% 餾出溫度 76℃（夏季）、74℃（冬季）；運(yùn)動(dòng)粘度0.9mm2·s-1（夏季）、0.5mm2·s-1（冬季），銅片腐1級，改善了燃料甲醇的霧化性，提高其在共置系統(tǒng)中的燃燒效率。

3 結(jié)論

（1）復(fù)合改性劑的無機(jī)氯含量0.1mg·L-1，銅片腐蝕 1 級（50℃，3 h），溶劑洗膠質(zhì) 3.8mg·（100mL）-1。

（2）添加復(fù)合改性劑的燃料甲醇初餾點(diǎn)62℃（夏季）、55℃（冬季）；90% 餾出溫度 76℃（夏季）、74℃（冬季）；運(yùn)動(dòng)粘度0.9mm2·s-1（夏季）、0.5mm2·s-1（冬季），銅片腐1級，改善了燃料甲醇的霧化性，抑制其對金屬的腐蝕性，提高在共置系統(tǒng)中的燃燒效率。

［1］ 王殿虎，夏曉，張珺.車用甲醇汽油的溶脹性研究［J］.化學(xué)工業(yè),2009,27（1-2）:31-32.

［2］李林震.車用甲醇汽油分析［J］.西藏科技,2009,（3）:66-68.

［3］ 夏琦，姚春德，魏立江，等.柴油/甲醇組合燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度特性研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程,2014,35（2）:66-69.

［4］ 姚春德，程傳輝，王銀山，等.發(fā)動(dòng)機(jī)采用柴油/甲醇組合燃燒的性能研究［J］.工程熱物理學(xué)報(bào),2007,28（1）:169-172.

［5］ 金松愛，曹祖賓，李丹東.MTBE對M15車用甲醇汽油性能的影響［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào),2012,32（1）:20-28.

Research of the composite modifier of the fuel methanol for methanol/diesel co-combustion system*

TANG Shi-yang，ZHANG Shu-hua，LIU Yan，LI Jian
（Energy and Environment Research Institute of Heilongjiang Province，Harbin 150027，China）

The methanol production is rich in resources，production technology is mature，and it is very promising clean alternative fuels.save A lot of petroleum resources are saved and harmful gas emissions are reduced.In this paper，a composite modifier was used，which utilized its formulated fuel methanol to improve the atomization，inhibit corrosion to the metal，and improve the combustion efficiency.

fuel methanol；the composite modifier；co-combustion system

TE99

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20171268

2017-11-19

黑龍江省院所基本應(yīng)用技術(shù)研究專項(xiàng)

唐詩洋（1986-），女，助理研究員，2012年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)，碩士，主要從事節(jié)能技術(shù)方面研究。