（应用化学专业论文）甲醇汽油添加剂的研究与应用.pdf

【一 学位论文独创性声明 皿r i l lii ii ij l lr l l i j ii iil l ii f l l j p y 17 9 5 191 本人承诺：所呈交的学位论文是本人在导师指导下所取得的研究成果。论文中除特别加以标注和 致谢的地方外，不包含他人和其他机构已经撰写或发表过的研究成果，其他同志的研究成果对本人的 启示和所提供的帮助，均已在论文中做了明确的声明并表示谢意。 学位论文作者签名： 每葺 学位论文版权的使用授权书 本学位论文作者完全了解辽宁师范大学有关保留、使用学位论文的规定，及学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交复印件或磁盘，允许论文被查阅和借阅。本文授权 辽宁师范大学，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后使用本授权书。 学位论文作者签名： 驾葺 指导教师签名： 签名日期：2 0ld年易月f 日 辽宁师范大学硕士学位论文 摘要 随着全球经济的高速发展，能源紧张和环境污染问题日益突出，节约能源、保护环 境已成为世界各国共同面临的重大挑战。世界各国都加快了开发可替代能源的步伐。近 年来，国际社会十分重视可持续交通能源的发展，美国、日本、欧盟等国家和地区都将 发展安全经济和清洁交通能源作为国家能源战略和汽车产业发展战略的重要内容。和其 他国家一样，逐步在中国建立可持续能源体系的任务已提上日程。国家能源节约与资 源综合利用“十五规划 中指出，重点发展甲醇替代汽油技术并组织实施以甲醇作为 重要内容的替代成品油的重点示范工程。科研工作者纷纷加大了研发经济、高效甲醇汽 油的投入。 本文主要围绕经济、高效甲醇汽油的开发进行了深入的研究，结合大量的实验数据， 对甲醇汽油及其添加剂相互作用的效果进行了分析讨论，并做了实验室适当性放大实 验，同时经试车实验，均取得了阶段性成功。总结上述工作，主要分为以下两方面：首 先主要是解决甲醇汽油的互溶性的问题，通过对多种芳香烃、酮、醚、醇等类化合物进 行测试筛选出适宜的添加剂，并对各添加剂的复配比例及适用温度等条件进行了探讨。 结合经济效益、环境效益等因素，确定甲醇汽油最佳调和工艺，然后为测试阶段。 目前我国国家标准委公布了g b t 2 3 5 1 0 2 0 0 9 车用燃料甲醇、g b t 2 3 7 9 9 2 0 0 9 车用甲醇汽油( m 8 5 ) 国家标准，本文结合以上标准并参照g b1 7 9 3 0 1 9 9 9 车用 无铅汽油国家标准对甲醇汽油的主要使用性能进行分析探讨。分别对甲醇汽油进行馏 程测定、腐蚀性、溶胀性评价等测试。由测试结果推断和总结，得出添加剂对甲醇汽油 的调和效果不仅与添加剂的结构组成有关，而且与甲醇汽油的结构组成以及添加剂的加 入量有关。为了提高甲醇汽油的经济性、高效性，我们研究开发了多种有效添加剂，达 到了国内先进水平。 关键词：甲醇汽油；添加剂；性能 【一 甲醇汽油添加剂的研究与应用 r e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o no fm e t h a n o lg a s o l i n e sa d d i t i v e s a b s tr a c t w i 也t h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eg l o b a le c o n o m y ，e n e r g ys h o r t a g ea n de n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o np r o b l e m s h a v eb e c o m e i n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t e n e r g y c o n s e r v a t i o na n d e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na r eam a j o rc h a l l e n g e a 1 lo v e rt h ew o r l dh a sa c c e l e r a t e dt h ep a c eo f d e v e l o p m e n to fa l t e r n a t i v ee n e r g ys o u r c e s i nr e c e n ty e a r s ，t h ei n t e r n a t i o n a lc o m m u n i t y a t t a c h e sg r e a ti m p o r t a n c et os u s t a i n a b l et r a n s p o r te n e r g y t h ed e v e l o p m e n to fs a f ea n d c l e a nt r a n s p o r te n e r g ye c o n o m yi san a t i o n a le n e r g ys t r a t e g y t h i si sa ni m p o r t a n tp a r to f t h ea u t o m o t i v ei n d u s t r yd e v e l o p m e n ts t r a t e g yi nt h ea m e r i c a ，j a p a n ，e u r o p ea n do t h e r c o u n t r i e s t h eg o v e r n m e n tw i l lg r a d u a l l yb u i l ds u s t a i n a b l ee n e r g ys y s t e m si nc h i n a , t h et a s k h a sb e e np u to nt h ea g e n d a 砀et e n t hf i v e y e a rp l a no fn a t i o np o i n t e d0 u t h eg o v e r n m e n t w i l lf o c u so nt h ed e v e l o p m e n to fm e t h a n o li n s t e a do fg a s o l i n et e c h n o l o g ya n dd e m o n s t r a t i o n p r o j e c t so fa l t e r n a t i v eo i l s c i e n t i f i cr e s e a r c h e r sw o r kh a r d t h i sp a p e ri sc o n c e r n e dt h ee f f i c i e n t l ym e t h a n o lg a s o l i n e c o m b i n e dw i t hal a r g en u m b e ro f e x p e r i m e n t a ld a t a 也ei n t e r a c t i o no fm e t h a n o lf u e la n da d d i t i v ee f f e c t sw e r ed i s c u s s e d t h e e x p e r i m e n t sw e r ea c h i e v e di n i t i a ls u c c e s s s u m m a r i z et h ew o r ki sd i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n g t w os i d e s o nt h eo n eh a n d t h ep r o b l e mo ft h es o l u b i l i t yo fm e t h a n e lg a s o l i n en e e ds o l v e o n t h eo 也e rh a n d , i ns e a r c ho fm i x t u r er a t i oa n dt e m p e r a t u r ec o n d i t i o ni sn e c e s s a r y a tp r e s e n t c h i n an a t i o n a ls t a n d a r d sc o m m i t t e ep u b l i s h e dt h eg b t 2 3 510 2 0 0 9 ”v e h i c l e f u e lm e t h a n o l ”a n dg b t 2 3 7 9 9 2 0 0 9 ”c a rg a s o l i n ew i t hm e t h a n o l ( m 8 5 ) ”n a t i o n a ls t a n d a r d s t h ep a p e ri sc o m b i n i n gt h ea b o v ec r i t e r i aa n dw i t hr e f e r e n c et og b17 9 3 0 - 19 9 9 v e h i c l e s u s i n gu n l e a d e dg a s o l i n e ”i n f e r r e da n dc o n c l u d e df r o mt h et e s tr e s u l t so b t a i n e do nt h e m e t h a n o lg a s o l i n ea d d i t i v e s ，w em o d e r a t et h ee f f e c t so fn o to n l yt h es t r u c t u r ea n d c o m p o s i t i o no fa d d i t i v e s ，b u ta l s ot ot h ec o m p o s i t i o na n ds t r u c t u r eo fm e t h a n o la n dg a s o l i n e a d d i t i v e si n t ot h ea r e a i no r d e rt og e tb e t t e ra d d i t i v e s ，w ed e v e l o p e dw o r ko u tav a r i e t yo f e f f e c t i v ea d d i t i v e s k e y w o r d s ：m e t h a n o lg a s o l i n e ；a d d i t i v e s ；p e r f o r m a n c e i i 辽宁师范大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 】 i 1 文献综述2 1 1 研究背景2 1 1 1 全球能源消耗现状2 1 1 2 中国面临能源危机2 1 1 3 寻求清洁能源势在必行3 1 1 4 醇类燃料脱颖而出。5 1 1 5 甲醇燃料大行其道5 1 2 甲醇燃料概述。6 1 2 1 甲醇燃料的特点。7 1 2 2 甲醇汽油的特性。9 1 3 甲醇汽油的主要种类9 1 3 1 低醇汽油9 1 3 2 中醇汽油1 0 1 3 3 高醇汽油1 0 1 4 几种甲醇汽油添加剂l o 1 4 1 抗氧剂1 0 1 4 2 助溶剂1 0 1 5 甲醇汽油研发的历史概况1 1 1 5 1 国外甲醇汽油的研发进展1 1 1 5 2 国内甲醇汽油的研发进展1 1 1 6 甲醇汽油混合的主要方式及状态1 3 1 6 1 甲醇汽油的混合方式1 3 1 6 2 甲醇汽油的混合状态1 3 1 7 本论文研究概况1 4 1 7 1 甲醇汽油的研究开发依据1 4 1 7 2 研究开发工作的主要内容1 4 2 甲醇汽油互溶性的调和1 6 2 1 序言1 6 2 2 主要实验设备及仪器1 6 甲醇汽油添加剂的研究与应用 2 2 1 主要仪器及设备16 2 2 2 主要实验试剂。1 6 2 3 实验内容1 7 2 3 1 实验原理1 7 2 3 2 实验方法17 2 4 实验数据与讨论1 7 2 5 结论2 1 3 甲醇汽油的抗水能力2 2 3 1 序言2 2 3 2 主要实验设备仪器2 2 3 2 1 主要仪器及设备2 2 3 2 2 主要实验药品2 3 3 3 实验内容。2 3 3 3 1 实验原理2 3 3 - 3 2 实验方法2 4 3 4 实验数据与讨论2 4 3 5 结论2 8 4 甲醇汽油的馏程测定3 0 4 1 序言3 0 4 2 主要实验设备仪器3 0 4 2 1 主要仪器及设备3 0 4 2 2 主要实验药品31 4 3 实验内容3 1 4 3 1 实验原理3 1 4 3 2 实验装置3 2 4 3 3 实验方法3 2 4 4 实验数据与讨论3 3 4 4 1 汽油馏程3 3 4 4 2 石脑油的馏程3 4 4 4 3 混合油的馏程3 5 4 4 4 加入添加剂后汽油的馏程3 7 4 4 5 加入添加剂后石脑油的馏程3 8 辽宁师范大学硕士学位论文 4 4 6 加入添加剂后混合油的馏程3 8 4 5 结论4 2 5 甲醇汽油的腐蚀性。4 3 5 1 序言4 3 5 2 主要实验设备仪器4 4 5 2 1 主要仪器及设备4 4 5 2 2 主要实验药品4 4 5 3 实验内容4 5 5 3 1 实验原理4 5 5 3 2 实验方法4 5 5 4 实验数据与讨论4 6 5 4 1 铜片腐蚀试验数据与讨论4 6 5 4 2 博士试验数据与讨论4 7 5 5 结论4 8 6 甲醇汽油的溶胀性评价4 9 6 1 序言4 9 6 2 主要实验设备仪器4 9 6 2 1 主要仪器设备4 9 6 2 2 主要实验药品4 9 6 3 实验内容5 0 6 3 1 实验原理5 0 6 3 2 实验方法一5 0 6 4 实验数据与讨论51 6 5 结论5 3 7 展望与安全性评价5 4 7 1 展望5 4 7 2 安全性评价5 4 结论5 6 参考文献5 7 攻读硕士学位期间发表学术论文情况。6 0 至| 谢6 1 辽宁师范大学硕士学位论文 引言 自上世纪7 0 年代第二次石油危机爆发后，全球范围内掀起了研制替代能源的高潮。 我国紧跟世界能源的发展趋势，及时转变能源发展战略势在必行。国家中长期科学和技 术发展规划领导小组已经明确将“生物燃料、煤基醇、醚、氢技术作为重要战略任务”， 列入国家中长期科学和技术发展规划中。 2 0 0 7 年以来，国际油价不断飙升。2 0 0 8 年，即期布伦特原油的现货平均价为9 7 2 6 美元桶，上涨了3 4 ，其他基准原油的走势也与此类似。在2 0 0 8 年7 月纽约商业期货 交易所( n m e x ) 原油期货创下了1 4 4 美元桶的高位，这预示着汽车燃料“后石油时 代”即将到来。因此，代用燃料的开发与利用受到了极大的关注。其中甲醇燃料在中国 正方兴未艾，其发展前景已触手可及。 甲醇作为一种十分理想的汽油替代燃料，对我国能源结构的调整和减轻能源紧缺压 力都有着极其深远的意义。甲醇汽油有着良好的经济性、安全性和环保性，作为车用替 代能源，确实是解决石油供需矛盾紧张的最有效的手段之一。同时，甲醇汽油还能够较 大幅度地降低汽车尾气的排放、减少空气污染，并具有明显的节能降耗功能。可以把推 广甲醇汽油列为我国“节能减排 的重要内容之一，这是利国利民的一件好事，一件大 事。它不仅仅符合国家能源政策，而且各项指标均能达到或超过同型号汽油的对应指标， 其前景被有关人士所看好。 甲醇汽油的大规模试用已经有了典型案例：甲醇替代汽油在山西试用效果良好。甲 醇是煤炭高效转化利用的下游产品之一，山西地区是全国产煤大省，也是出煤、焦炭最 多的地方，如果不能甲醇进行合理的开发利用，将会造成很大的能源浪费。在降低使用 成本的前提下，开发使用甲醇汽车又可以有效地带动甲醇产业经济的迅速发展。m 1 5 甲 醇石油在山西省已经推广长达1 0 年之久，现在山西近1 0 0 0 个中石化加油站中，已有8 8 0 个站点设有甲醇石油加油服务。从山西的使用经验来看，甲醇汽油十分值得在全国范围 内大力推广应用。甲醇汽油的生产和应用是我国能源替代战略的现实选择和有效途径。 甲醇汽油添加剂的研究与应用 1 文献综述 1 1 研究背景 1 1 1 全球能源消耗现状 人类生活的物质基础离不开能源，能源的开发利用决定了时代的变迁，推动了人类 社会的不断进步。如今，能源与材料、信息并列成为现代科学的三大支柱体系，其作用 和意义的深远可见一斑。在各种能源当中，石油以其独特的性能，在交通运输工程、化 学工业、生物技术和自然环境等诸多领域具有十分重要的应用价值。 随着科学技术的飞速进步和世界经济的飞速发展，尤其是汽车工业和交通运输业的 蓬勃发展，全球汽车数量大幅度的增加，汽车排放出的大量尾气对环境的污染也越来越 严重。从上个世纪七十年代起，出现了世界性的能源紧缺，全球被一种不安的氛围所笼 罩。一方面是能源储备的原因，另一方面是政治因素( 如海湾战争) 【l 】。世界各国明显 的预感到石油燃料供给危机，加快了新能源的开发步伐，积极寻求型的能源代替资源型 能源，以打破能源紧张的制约瓶颈，并满足环境保护的要求。 全球能源的消耗8 0 来源于煤、石油和天然气1 2 1 。作为一项战略性资源，石油的重 要性无需多言。世界能源理事会预测全球的石油资源的储产比值为4 2 年，这就意味着 若干年后，石油能源终将枯竭 3 1 。为了石油资源枯竭后燃料品种的平稳过渡做好准备， 同时提高现有能源的利用效率，缓解能源危机所带来的巨大压力，积极探索研究内燃机 的替代燃料并付诸于实践已经成为了各国科研工作者所肩负的重任。减轻环境污染、保 护生态环境也已迫在眉睫。拓展能源应用的新领域，提高燃料供应的安全性，大力寻求 环境友好型燃料，是世界各大经济体系的重大战略。全球一次能源结构正朝着减小石化 能源所占比重、增大可再生能源与新型能源的比重的方向发展，以建立可持续发展体系 的平稳过渡。对于这样一个世界性的重大课题，当今人类必须积极面对并勇于迎接的艰 难挑战。 1 1 2 中国面临能源危机 中国能源的潜在危机已经近在咫尺。最新油气资源评价显示，我国的石油总资源量 为1 0 0 0 亿吨，其中陆地上为7 7 5 亿吨，占7 7 5 ，海域为2 2 5 亿吨，占2 2 5 。按照保 守的估计，中国原油的剩余可采储量可开采到2 0 6 3 年。根据b p2 0 0 9 年世界能源统计 年鉴发布的数据表明，中国是石油探明储量排名第1 4 位国家，2 0 0 8 年探明储量仅占 世界探明储量的1 2 8 。白1 9 9 3 年以来，随着我国国民经济建设的飞速发展，国内原 一2 一 辽宁师范大学硕士学位论文 油呈供不应求趋势，中国成为了石油净进口副4 1 。2 0 0 5 年进口原油已达1 4 亿吨，在国 民经济中占一个不小的数字，并且这个缺口仍在逐年扩大。至2 0 0 8 年，中国的能源消 费增长已连续第5 年减缓，但仍占全球能源消费增长的四分之三。中国已成为仅次于美 国的世界第二大石油进口国。据国际能源机构( i e a ) 分析，2 0 1 0 年中国石油需求将有 一半需要依赖进口。但更为严峻的是，石油依赖外国的程度每年都在节节攀升，并且还 将持续增长势头。在“第十届科博会中国能源战略高层论坛”上，中国科学院严陆光院 士预测，我国石油的消耗量到2 0 5 0 年将超过8 亿吨，而国内的石油产量由于资源和生 产能力的制约，将稳定在年产2 亿吨左右，这样进口依赖程度将达到7 5 ，这绝非是耸 人听闻。 随着工业和社会的快速发展，对石化燃料的需求越来越迫切。车用燃料基本是石油 分馏后得到的产物【5 一】。汽车将成为石油消耗增长的主要因素。据预计，至2 0 5 0 年全球 汽车数量将是2 0 0 0 年汽车数量的2 倍多【丌。在中国的石油消耗中，交通运输业占到了 5 0 左右。中国加入w t o 后，汽车工业的生产规模和市场规模都迅速扩大，全面融入到 世界汽车工业体系中。中国正处于经济大发展及汽车保有量的增加的历史时期。据中国 汽车工业协会统计，2 0 0 9 年生产汽车总量为1 3 7 9 万辆，销售汽车1 3 6 4 万辆，同上年相 比分别增长了4 8 2 和4 6 1 ，我国汽车产销量稳居世界第一位。亚洲巾动力汽车资源 的最新报告指出，预计到2 0 1 0 年，中国的汽车年产量将达到1 1 0 0 万辆，有望超过日本 而成为仅次于美国的世界第二大汽车生产国。目前，我国是世界第二大汽车消费市场和 世界第一大汽车潜在市场。因此，中国必须在国内大力发展石油补充与替代能源，并且 充分利用好国际的可能资源( 预测国际也在2 0 3 5 年左右产量达约5 6 亿吨年的峰值) ， 保障石油的供应是中国能源安全的关键问题。 1 1 3 寻求清洁能源势在必行 鉴于人类能源消耗仍在继续增长，而目前主要采用的化石能源十分有限，开始出现 能源耗竭，还产生了一系列的严重的环境污染与温室气体排放问题。全球气候的改变等 问题不得不引起人们的关注【8 】。燃烧矿物燃料产生的一氧化碳( c o ) ，碳氢化合物( h c ) 和 氮氧化合物几乎有一半是来自汽油机、柴油机的排放物。流行病学的研究表明，长期接 触汽车的排放物会增加患肺癌及其相关癌症的几率【9 1 0 1 。死于肺癌的城市居民中1 5 是 受空气微小污染粒所害，往往这些微粒主要来源于汽车排放的大量尾气。汽车排放的废 气极大地污染了人类生存的环境，严重威胁着人们的身心健康和生命。汽车尾气的排放 已经成为我国空气污染的首要因素【1 l 】。 甲醇汽油添加剂的研究与应用 我国不仅存在能源供给不足与能源消费需求激增的尖锐矛盾，还存在着清洁能源需 求上升而供给相对不足的结构性矛盾。因此，发展新型清洁能源，开发优质代用燃料， 对缓解我国石油资源相对匮乏、减轻环境污染、优化能源结构配置，削弱上述不利因素 对我国经济发展的长期限制有着十分重要的现实意义。 随着国际油价的上涨，进口石油经济性和安全性都受到了严峻挑战；另一方面，中 国车用燃料需求增长势头保持强劲。高油价导致了新能源研发技术上的“百花齐放”， 并且极大地促进了汽车代用燃料的研究和应用。代用燃料是指除目前广泛使用的汽油和 柴油之外的所有车用燃料，它包括天然气、液化石油气、甲醇、乙醇、醚类【1 2 d 4 1 、生物 质柴油、氢燃料、燃料电池等等。燃料的来源正朝着多元化、清洁化的方向发展。各主 要代用燃料见表1 1 。清洁燃料一词应运而生，其实这一概念在1 9 9 0 年美国通过清洁空 气修正案时( c a a a ) 最早被提出的【1 5 】。对于清洁燃料的理解是内燃机燃烧越来越充分， 有毒有害物质的排放越来越少。 表1 1 主要代用燃料n 日 t a b 1 11 1 1 em a i na l t o n a t i v ef u e l s 原料或能源制造方法代用燃料 l n g ( 液化天然气) l p g ( 液化石油气) 天然气( 液化) 合成 n g l ( 天然气液体) 甲醇 气化高能气( 城市用) 煤液化低能气( 发电用) ( 抽出、干馏、加氢)合成原料气 采掘、抽出 氨、甲烷合成碳氢燃料 油砂 液化油、合成油 油层内回收 采掘、干馏 页岩原油( 合成原油) 油母页岩 各种液体碳氢燃料 地层内回收 生物能 发酵甲烷、乙醇 ( 树木、农作物等) 由原子能、太阳能水的电解、 氢燃料 得到的电力、热能热化学分解等 一4 一 作为代用燃料的一种率先 了醇燃料的发展【1 7 1 。醇类 燃料以其卓越的品质被认为是最有前途的汽车发动机代用燃料，这己被许多专家的研究 所证实，并在欧洲、北美和南美洲地区得到相当广泛的应用【18 1 。将甲醇和乙醇掺入到汽 油中制得的混合燃料，已经成为发动机的重要替代燃料 1 9 t2 0 1 。醇类汽油在美国、法国、 意大利、奥地利等国家和地区也早己商品化。1 9 7 8 年，美国联邦政府能源部委托b a d g e r 公司对日处理能力为6 万吨煤的超大型合成甲醇工厂做设计论证和价格估算，第二年该 公司完成了这一工程。同年，时任美国总统的卡特宣布推广和使用汽油中加入1 0 的乙 醇( 这种乙醇汽油称为e 1 0 ) 可以免征联邦税的政策 2 1 1 。巴西由于缺乏石油资源，甚至 推广过在汽油中掺入2 0 的乙醇( 即e 2 0 ) 作为内燃机的燃料。其实汽车的首创者h e n r y f o r d 在研制汽车的早期阶段就用乙醇作为燃料田】。m 1 5 甲醇汽油在德国和北欧当作汽 油大量销售，并配套建设了跨国界的m 1 5 加油站，进行过跨国界的车队示范。举世瞩目 的f 1 顶级赛事中，f 1 赛车用的就是甲醇燃料。 1 1 。5 甲醇燃料大行其道 甲醇作为一种汽车代用燃料，作为汽油的代用燃料具有很大的市场潜力。它不仅具 有与汽油近似的良好燃烧性能，而且具有辛烷值高、排放低、抗爆性好、资源丰富以及 工艺成熟等优点【2 3 1 。据全球最大的甲醇供应商梅赛尼斯公司统计，全球甲醇的市场需求 在2 0 0 8 年第四季度下挫1 5 后，2 0 0 9 年第一季度表现逐渐趋于稳定。另据s r i 咨询公 司的统计数据显示：2 0 0 8 年全球甲醇市场的需求大约为3 5 0 0 万吨，其中2 用作燃料 的生产。 早在二十世纪8 0 年代中期，上海大众就曾推出了以甲醇为混合燃料的桑塔纳轿车。 2 0 0 7 年，在陕西省西安市召开的第二届全国醇醚燃料标准工作会议上，上海华普汽车与 上海内燃机研究所合作研发的m 1 0 0 甲醇动力轿车参加了清洁燃料车的展出和试乘试驾 活动。如今国内汽车制造业的领跑者一吉利汽车，也正在研发适用甲醇燃料的最新车型。 立足于国情，甲醇燃料的优势显而易见。从甲醇来源方面来看，我国现有甲醇生产 企业有2 0 0 多家，以煤炭为主要原料的生产厂家大约占到了7 0 ，其他以天然气、焦炉 气、渣油、木材甚至垃圾等为原料，原料来源丰富，摆脱了对石油资源的依赖。在生产 技术和生产工艺方面已经成熟，并具有一定的成本优势。在不考虑其他添加剂以及渠道 销售费用等因素影响的情况下，目前甲醇批发价2 0 0 0 元吨，而9 3 号汽油批发价6 5 0 0 5 一 甲醇汽油添加剂的研究与应用 元吨，那么m 1 5 甲醇石油的成本每吨就比9 3 号汽油低了约6 7 5 元左右，平均到每升油 价上，成本可降低0 5 元左右。 在呼唤着国家产业政策尽快出台的情况下，新能源已经成为一件提上温家宝总理工 作日程的大事。直到2 0 0 7 年，甲醇燃料被国家发展改革委员会颁布的我国醇醚燃料 及醇醚清洁汽车发展专题报告( 征求意见稿) 确定为今后2 0 3 0 年过渡性车用替代 燃料。国家标准委公布的车用燃料甲醇、车用甲醇汽油( m 8 5 ) 国家标准，分 别于2 0 0 9 年1 1 月1 日、1 2 月1 日起实施。这两个标准的出台，为甲醇从化工产品向燃 料转变提供了合法依据，扫清了前进道路上的最大障碍。在标准范围内的燃料甲醇产品， 将区别于其他工业用途的工业产品，以车用燃料甲醇为基础调配不同比例的甲醇汽油。 这些标准的出台将全面推进和规范我国甲醇燃料使用，扩大甲醇市场需求，逐步缓 解当前我国甲醇生产企业所面临的生产经营困境。据了解，标准规定了车用燃料甲醇的 技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、运输、贮存和安全等，从而适用于车 用燃料甲醇的生产、检验和销售。目前就甲醇汽油国家标准区分为m 8 5 和m 1 5 两种， 相信随着条件的成熟，不只是m 8 5 和m 1 5 ，m 3 0 、m 5 0 等不同各类的甲醇替代燃料的 国家标准也会陆续出台。 受全球性金融危机的巨大影响，从2 0 0 8 年9 月份以来，国内甲醇价格持续下跌， 主要下游应用领域市场开始萎缩，整个行业面临前所未有的困境，因此扩大甲醇需求无 疑是化解甲醇产业危机最好的办法。据业内专家强调，甲醇燃料的产业化推广将建立起 规范的标准体系，这就意味着甲醇燃料使用步伐将从2 0 0 9 年开始全面加速。 1 2 甲醇燃料概述 在众多的车用替代燃料中，甲醇以其合成工艺简单，来源广泛，价格低廉等特点， 成为人们广泛关注的热点之一。甲醇是最简单的醇类，是一种无色、透明、高挥发、易 燃的液体。它可由煤、天然气及其它生物质制取，其物理和化学性质与汽油相近。甲醇 与汽油相比甲醇具有较高的活性，其含氧量高( 约5 0 ) 、h c 值大、辛烷值高、汽化 潜热大并且蒸汽压低。甲醇与空气的混合气的着火界限宽、燃烧速率快，对抑制碳烟的 生成较有利，空气污染相对较小。 表1 2甲醇与汽油性质对照【2 4 - 2 6 t a b 1 2c o m p a r ew i t ht h e n a t u r eo fm e t h a n o la n dg a s o l i n e 一6 一 辽宁师范大学硕士学位论文 密度( k g l ) ( 2 0 c ) 0 7 9 3 0 6 9 3 - 0 7 9 汽化潜热( k j k g ) 11 6 7 2 9 3 - 8 4 1 雷德法蒸气压m p a 0 0 3 7 0 0 5 0 0 9 理论空燃比6 41 4 2 1 5 1 研究法辛烷值 11 28 4 9 6 马达法辛烷值 9 27 0 - 8 4 自然温度 c 5 0 0 4 5 6 闪点1 26 1 沸点 6 4 83 2 - 2 0 0 凝固点 - 9 85 7 低热值( m j k g ) 1 9 6 64 3 5 十六烷值30 1 0 理论混合汽热值( m j k g ) 3 0 72 9 9 在目前的开发应用中，甲醇燃料可分为直接使用和间接使用两大类( 见下表) 【2 7 1 。 表1 3甲醇燃料的使用方式 t a b 1 3m e t h a n o lf u e l su s a g e 1 2 1 甲醇燃料的特点 ( 1 ) 清洁环保 甲醇含氧量高，有助于汽油的充分燃烧。研究表明：m 5 、m 1 5 的含氧量分别为2 5 和7 5 ，因而可以相应地减少尾气的排放量 2 引。甲醇中不含苯、芳烃和烯烃，其燃烧 一7 一 蓍兰 黼 靴 渊 挪 黝 一 哗 厂i_、l厂l，弋il 厂lii、y、l 甲醇汽油添加剂的研究与应用 后主要产物为水和二氧化碳，尾气中常规排放的一氧化碳、碳氢等远远低于汽柴油，约 低3 0 以上【2 9 】，无黑烟，是典型的清洁替代燃料。 表1 4 各种车用燃料常规排放物比较( 按绝对排放量) 3 0 1 t a b 1 4c o m p a r ew i t hav a r i e t yo fc o n v e n t i o n a lv e h i c l ef u e le m i s s i o n s ( 2 ) 经济性好 甲醇生产成本低，生产甲醇燃料的资源丰富，投资省。例：按甲醇含量为3 0 的 9 3 # 车用清洁甲醇汽油1 吨成本计算： 甲醇：价格2 0 0 0 元厂r 3 0 = 6 0 0 元 m 3 0 核心添加剂：价格8 0 0 0 元t 8 = 6 4 0 元 国标9 3 # 汽油：价格6 5 0 0 元厂r 3 1 = 2 0 5 0 元 石脑油：价格6 0 0 0 元厂r 3 1 = 1 8 6 0 元 合计：5 1 5 0 元 每吨利润6 6 5 0 元5 1 5 0 元= 1 5 0 0 元，经济效益非常可观。 ( 3 ) 抗爆性能好【3 1 1 ，辛烷值高【3 2 1 燃料辛烷值的大小是衡量燃料抵抗爆震燃烧能力强弱的指标：马达法辛烷值( m o n 3 为1 0 6 ，研究法辛烷值( r o n ) 为1 1 2 。 ( 4 ) 安全性好 辽宁师范大学硕士学位论文 甲醇易溶于水，迅速自然降解。如果在储运、加油过程中发生溅洒事故后，对环境 和土壤不会造成长期污染。甲醇的蒸气压较低，密度大，甲醇蒸气和汽油相比不易上浮； 甲醇有良好的传导性，输送泵油速度较快，可以减少燃料产生静电，意外火灾发生的可 能性大大降低；甲醇的火焰热辐射比汽油小得多，不易造成邻近的二次火灾【3 3 】。 ( 5 ) 替代性好：汽车发动机易改造。m 1 5 及以下不用改造发动机，m 2 5 以上稍加改 动，然而m 1 0 0 需要改造发动机【3 4 】。 ( 6 ) 滞燃期短：由于甲醇燃料本身c h 比小，在火花间隙附近可以平均分布相当数 量的甲醇燃料分子，从而形成比较稳定的小火花源，明显地改善了点火条件，明显缩短 了滞燃期【3 5 】。 1 2 2 甲醇汽油的特性 ( 1 ) 甲醇含氧量高、热值低：由于甲醇存在自供氧效应，极大地减少了c o 生成的可 能性，可使c o 较多地转变为c 0 2 。因此c o 、碳氢化合物( c h ) 排放减少，同时氮氧化合 物的排放量也比汽油低【3 6 f3 7 】； ( 2 ) 甲醇的辛烷值高，汽油车改用甲醇燃料可提高压缩比； ( 3 ) 甲醇的沸点较低，有助于形成燃料与空气的混合气； ( 4 ) 甲醇的蒸气压低于汽油，会影响汽车的动力性； ( 5 ) 甲醇的汽化潜热是汽油3 倍多，导致发动机起动困难，但可以提高充气效率； ( 6 ) 甲醇的着火极限比汽油宽，可以在稀混合气的状态下工作； ( 7 ) 甲醇的火焰传播速度比汽油高，燃烧速度加快，燃烧持续期缩短，放热集中，提 高了发动机的热效率和能量利用率【3 8 】； ( 8 ) 甲醇的着火性较差，在压燃式发动机中，甲醇燃料燃烧较困难。 1 3 甲醇汽油的主要种类 甲醇汽油通常按照甲醇含量分为三类：低醇汽油( m 3 m 5 ) 、中醇汽油( m 1 5 m 3 0 ) 和高醇汽油( m 8 5 m 1 0 0 ) ，其中m 后的数字表示甲醇汽油中甲醇的体积百分比。 1 3 1 低醇汽油 在m 3 时，甲醇溶于汽油，按照欧洲规定，甲醇可以不标，直接与汽油通用；当甲 醇含量超过3 时，应标明甲醇的含量。由于甲醇在汽油中的溶解性与环境温度、含水 量及基础汽油组成有关，为了保证甲醇与汽油能够完全互溶，要适当添加助溶剂。低醇 汽油应该能够完全用于通用车。 一9 一 甲醇汽油添加剂的研究与应用 1 3 2 中醇汽油 由于甲醇含量高，必须添加一定量的助溶剂。中醇汽油在使用时，发动机可以完全 不用改造，直接与汽油通用即可。 1 3 3 高醇汽油 在使用高醇汽油时，与汽油不能通用，除甲醇汽油万能车外，发动机必须进行结构 改造。应充分提高压缩比，以发挥甲醇的性能优点，降低甲醇的消耗量。要求甲醇汽车 与甲醇汽油同步配套发展，高醇汽油只能用于甲醇燃料专用车【3 9 1 。 1 4 几种甲醇汽油添加剂 1 4 1 抗氧剂 大多数工业有机材料( 如塑料、橡胶、纤维、燃料油、粘合剂、润滑油、食品和饲 料等) 都具有与氧反应的性质。它们与氧反应后，物质失去了原有的有益属性，造成了 不良效果。虽然防止有机物氧化的方法各种各样，但加入抗氧剂则是其中最有效和方便的 方法之一。所谓抗氧剂( a n t i o x i d a n t ) 是指那些能防止或减缓有机材料氧化的化合物。它 可以捕获活性的游离基生成非活性的游离基，从而终止链锁反应；或者能够分解氧化过 程中产生的聚合物生成稳定的非活性产物，从而使链锁反应中断。 总之，抗氧剂的作用在于延缓高分子材料的氧化过程，保证高分子材料能够顺利地 进行加工并延长其使用寿命。在合理精制的基础油中，抗氧剂能够显著地改善其抗氧性 或热氧化稳定性，从而延缓油品的氧化速度，油品的使用寿命得以延长。 1 4 2 助溶剂 助溶剂是能降低分散体系中固体或液体粒子聚集的物质，是一种能够提高和改善固 体或液体物料分散性能的良好助剂。固体染料在研磨时，加入助溶剂不仅有助于颗粒粉 碎，还可以阻止已粉碎的固体颗粒凝聚，以保持分散体系的稳定。一般来说，在高剪切 力搅拌下，不溶于水的油性液体可以分散成一个个很小的液珠，但当搅拌停止后，在界 面张力的作用下油水很快分层，然而加入助溶剂经搅拌后仍能形成稳定的乳浊液。 助溶剂的主要原理