（载运工具运用工程专业论文）燃料甲醇国家标准的制定.pdf

摘要 汽车是我国石油消费的重要用户，车用燃料是我国石油消费增长的最大驱动力，汽 车用燃料将占石油总消耗量的5 0 以上，我国每年将超过5 0 的石油进口量，严重地制 约了国民经济发展，直接威胁到国家能源的安全。解决能源紧缺的有效途径是开发新型 替代能源，甲醇作为车用替代燃料，生产成本低，辛烷值高，自身含氧，加入汽油中使 用是一种理想的清洁燃料，甲醇汽油将成为我国汽车的主要能源。在我国目前还没有相 关的燃料甲醇的国家标准，为了规范市场秩序，保障用户权益，制定车用燃料甲醇国家 标准势在必行。本着从无到有，再到优化，建议我国的燃料甲醇标准分三个阶段实现。 本文论述了车用燃料甲醇、变性燃料甲醇和车用燃料组分甲醇标准的制 定。考虑到甲醇中含有的各项杂质及其理化性质对发动机性能的影响，在工业甲醇的基 础上进行各项性能指标的修改，得到车用燃料甲醇标准。在车用燃料甲醇的基础上 添加一定比例的变性剂，通过其与甲醇的互溶性、低温分层，以及发动机的台架试验检 测变性燃料甲醇配制的m 1 5 和m 8 5 甲醇汽油的动力性、经济性、排放性能和冷起动性 能试验进行变性剂的筛选和比例优化，并对变性燃料甲醇的各项技术指标的设置得到 变性燃料甲醇标准。按低比例和高比例甲醇汽油要求在变性燃料甲醇中分别添加一 定比例的添加剂，构成车用燃料组分甲醇，对各项技术指标的设置得到车用燃料组分 甲醇标准。 论文中试验的原理，方法和要求借鉴国内外标准和行业标准。第一阶段的车用燃 料甲醇已经通过国家相关机构的审核，第二阶段的变性燃料甲醇和第三阶段的车 用燃料组分甲醇国家标准也将随之出台。 关键词：汽车、能源、甲醇、标准、技术指标、添加剂、变性剂 a b s t r a c t a u t o m o b i l ei sa ni m p o r t a n tg a s o l i n ec o n s u m e ri no u rc o u n t r y , f u e lf o rm o t o rv e h i c l ei s t h em o s tp r o m o t i o no fo u rg a s o l i n ec o n s u m p t i o ni n c r e a s i n g ，a n di tw i l lo c c u p yo v e r5 0 p e r c e n t so ft h et o t a lg a s o l i n ec o n s u m p t i o n ，o u rc o u n t r yw i l le x c e e d5 0p e r c e n t sg a s o l i n e i m p o r t a t i o nq u a n t u ma n n u a l l y , i tw i l lr e s t r i c tt h ed e v e l o p m e n to fc o u n t r ye c o n o m ys e v e r e l y , t h r e a t e nt h es a f e t yo fs t a t ee n e r g ys o u r c e sd i r e c t l y a ne f f e c t i v em e t h o dt os o l v et h ee n e r g y s h o r t a g ei se x p l o r i n gn e wa l t e r n a t i v ee n e r g ys o u r c e s ，m e t h a n o la sa na l t e r n a t i v ef u e lf o r m o t o rv e h i c l e s ，b e c a u s eo ft h ep r o d u c t i o no fl o wc o s t ，h i g h - o c t a n en u m b e r , i t so w n o x y g e n , a d d i n gi ng a s o l i n ei sa ni d e a lc l e a nf u e l ，m e t h a n o lg a s o l i n ew i l lb e c o m em a i ne n e r g yf o r m o t o ri n0 1 1 1 c o u n t r y i nm yc o u n t r yt h e r ei sn or e l e v a n tn a t i o n a ls t a n d a r d sf o rm e t h a n o lf u e l ， i no r d e rt os t a n d a r d i z et h em a r k e to r d e r ，t h ep r o t e c t i o no fu s e rr i g h t s ，t h ed e v e l o p m e n to f m e t h a n o lf u e ln a t i o n a ls t a n d a r d si si m p e r a t i v e i ns o m e t h i n go u to fn o t h i n g , a n dt h e nt o o p t i m i z e ，s u g g e s to u rc o u n t r ym e t h a n o lf u e ls t a n d a r d si m p l e m e n t a t i o ni nt h r e ep h a s e s t h i sa r t i c l ed i s c u s s e dt h e d e v e l o p m e n to f “f u e lm e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s ”， d e n a t u r e df u e lm e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s a n d f u e lc o m p o n e n tm e t h a n o lf o rm o t o r v e h i c l e s ”s t a n d a r d s t a k i n gi n t oa c c o u n tt h em e t h a n o lc o n t a i n i n gt h ei m p u r i t ya n di t sp h y s i c a l a n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so ft h ei m p a c to ne n g i n ep e r f o r m a n c e ，b a s i n go nt h ei n d u s t r i a l m e t h a n o l ，t r a n s f o r mi t sp e r f o r m a n c ei n d e xt og a i n f u e lm e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s s t a n d a r d b a s i n go nf u e lm e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e st oa d do nac e r t a i np e r c e n t a g eo f d e n a t u r a n t ，t h r o u g hi t sm i s c i b l ew i t hm e t h a n o l ，l o w - t e m p e r a t u r es t r a t i f i c a t i o n ，a n dt e s t i n g d e n a t u r e df u e lm e t h a n o lp r e p a r e dm15a n dm 8 5m e t h a n o lg a s o l i n ep o w e r , e c o n o m y , e m i s s i o n sp e r f o r m a n c ea n dc o l d - s t a r tp e r f o r m a n c et e s tc o n d u c t e dd e n a t u r a n tp r o p o r t i o no f o p t i m i z a t i o n ，a n dt h em e t h a n o lf u e lt e c h n o l o g yi n d e xs e t t i n gt og a i n “d e n a t u r e df u e l m e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s ”a c c o r d i n gt ot h el o wp r o p o r t i o na n dh i i g hp r o p o r t i o no f m e t h a n o lg a s o l i n er e q u i r e m e n t s ，a d d i n gac e r t a i np r o p o r t i o no fa d d i t i v e si n t ot h ed e n a t u r e d f u e lm e t h a n o l ，c o n s t i t u t e saf u e lc o m p o n e n tm e t h a n o l ，t e c h n o l o g yi n d e xs e x i n gt og a i n f u e l c o m p o n e n t m e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s ” t h ep r i n c i p l eo ft e s t ，m e t h o d sa n dr e q u i r e m e n t si n t h e s i s ，r e f e r e n c ed o m e s t i ca n d i i i i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d sa n di n d u s t r ys t a n d a r d s t h ef i r s tp h a s eo f “f u e lm e t h a n o lf o rm o t o r v e h i c l e s ”h a sp a s s e dt h ec h e c k u pb yt h er e l e v a n td e p a r t m e n t ，t h es e c o n dp h a s eo ft h e d e n a t u r e df u e lm e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s a n dt h et h i r dp h a s eo f f u e lc o m p o n e n t m e t h a n o lf o rm o t o rv e h i c l e s ”n a t i o n a ls t a n d a r d sw i l la l s ob ei n t r o d u c e d k e y w o r d s ：m o t o rv e h i c l e ；e n e r g ys o u r c e ；m e t h a n o l ；s t a n d a r d s ；t e c h n i c a li n d e x ；a d d i t i v e ； d e n a t u r a n t i v 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：猎银孜 序朔日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：带纽波7 沙尸年明侈日 铷一劂娃今 勿哆 伪 长安大学硕士学位论文 1 1研究背景 第一章绪论 能源是人类生存与发展的第一性保证因素之一。中国的能源问题已经成为经济可持 续发展的主要瓶颈，也直接影响国家能源战略安全。2 0 0 1 - 、, 2 0 0 6 年我国石油进口量年 均增长1 7 3 ，进口额年均增长率为3 9 7 。根据国家发展和改革委员会相关预测，2 0 2 0 年我国石油消费量将达到4 5 - 5 0 亿吨，对外依存度将超过6 0 。 为保障能源安全供应和可持续发展，十一五规划要求优化生产和消费结构，构筑稳 定、经济、清洁、安全的能源供应体系。国家发改委出台节能中长期专项规划，确定了 十大重点节能工程，其中之一是节约和替代石油工程，发展醇醚燃料，推广高比例甲醇 汽油。 汽车是我国石油消费的重要用户，车用燃料是我国石油消费增长的最大驱动力。 2 0 0 6 年末，全国民用汽车保有量达到4 9 8 5 万辆( 包括三轮汽车和低速货车1 3 9 9 万辆) ， 比上年末增长1 5 2 。车用燃料的消耗约占全国石油总消耗量的4 2 5 ，预计2 0 2 0 年我 国汽车保有量将增长到1 3 , - - - , 1 5 亿辆，汽车用燃料将占石油总消耗量的5 0 以上。 汽车燃烧石油燃料排出的气体中除有h 2 0 、c 0 2 外，还有c o 、h c 、n o x 、s 0 2 等， 这些气体都不同程度地对人类、动物、植物等构成了危害。甲醇燃烧后主要形成h 2 0 和 c 0 2 ，排放比汽、柴油低3 0 以上，甲醇又不含苯、烯烃和硫。国际能源机构l e a 组织 美国、加拿大、芬兰等8 国，对不同燃料的汽车按同样工况法进行污染物排放评估，得 到的结论是：石油类燃料排放最高，燃气类燃料次之，醇醚燃料较好，氢气最清洁。 在众多替代燃料中，甲醇是一种非常有前途的车用代用燃料。甲醇可以利用煤炭、 天然气、煤层气、生物资源和分类垃圾制取，可以部分甚至完全替代汽油用作汽车燃料。 我国煤炭含量非常丰富，在生产、利用甲醇方面具有天然优势。煤质甲醇的生产成本每 吨约1 0 0 0 元人民币，市场销售价为每吨1 6 0 0 - - 2 2 0 0 元。目前，全国的甲醇生产量在8 0 0 - 1 0 0 0 万吨，预计在2 3 年内国内甲醇生产能力可达1 5 0 0 - 2 0 0 0 万吨，如果达到每年替 代1 2 0 0 万吨汽油，则可为国家节约外汇约1 0 0 多亿美元 1 l 。 第一章绪论 1 2甲醇燃料的研究现状和应用前景 1 2 1 国外甲醇燃料的研究现状和应用前景 2 0 世纪7 0 年代出现的两次石油危机及严格的环保要求，大大促进了醇类车用燃料 的开发，甲醇汽油和乙醇汽油都是液态清洁燃料，在国际上早已经作为清洁汽车燃料使 用。 作为甲醇燃料的主要形式，甲醇汽油的开发及应用，在国外开始于2 0 世纪7 0 年代， 从替代能源的角度考虑，德国、美国、日本等国先后投入了人力、物力进行甲醇燃料及 甲醇汽车配套技术的研究开发。在7 0 - - 8 0 年代期间，德国就推出了甲醇汽车，德国大 众汽车公司还在中国推出m 1 0 0 甲醇燃料示范车。美国重点开发m 8 5 、m 1 0 0 专用甲醇 燃料汽车。美国福特公司还开发了可使用甲醇与汽油以任意比例混合的灵活燃料汽车 ( f f v ) ，这种车由燃料传感器识别成分，通过电脑提供发动机最佳运行参数，这样就 不会受到加油站限制。目前f f v 汽车在美国已经能大规模商业生产。日本对甲醇燃料 研究始于2 0 世纪8 0 年代后期，进入9 0 年代初期已有3 0 0 多辆甲醇燃料汽车投入运行。 在德国、奥地利和美国，低浓度甲醇燃料已商业化应用，分别占其汽油市场的8 5 、5 0 和1 0 。瑞典、新西兰等国近几年也推广使用了含1 5 甲醇的汽油。 中高浓度的甲醇汽油混合燃料( 甲醇含量在1 5 - - - 8 5 之间) 是今后甲醇燃料的发 展趋势。但是由于受甲醇理化特性的限制，甲醇一汽油混合燃料仍然普遍存在着材料相 溶性、毒性、金属腐蚀性等世界性的技术难题，使甲醇的掺合比例无法提高，不能获得 更多的经济效益。美、德、日、加等国早在2 0 世纪7 0 年代就开始这项研究，但仍未从 根本上解决这几大难题。 1 2 2 国内甲醇燃料的研究现状和应用前景 甲醇是传统的化工产品，其原料煤、天然气和可再生的植物纤维素等资源丰富。甲 醇燃料来源丰富，燃烧性能优良，完全或部分的取代石油作为内燃机燃料，不但能缓解 石油供应紧张的矛盾，还能显著降低有害物质的排放，具有较强的经济效益和社会效益。 2 长安大学硕上学位论文 图1 1 国内甲醇燃料应用范围 我国在甲醇燃料方面的研究开发工作起步较早，上世纪7 0 年代初期有少数大专院 校、科研部门和个别汽车制造企业开始了甲醇燃料汽车的研究工作，并取得了一定进展。 在“六五”期间，国家科委与交通部和山西省共同组织，在山西省进行m 1 5 - - 一m 2 5 甲醇燃 料的研究试验，共有4 8 0 辆货车参与了试验及示范工作。在此期间还建设了4 个甲醇燃 料加注站，并且通过加入适量杂醇等助剂，在解决甲醇燃料在使用过程中与汽油的相溶 性方面积累了许多经验。在“七五”期间，由国家科委组织，中国科学院牵头并由大专院 校、汽车、环境、卫生等6 方面参加组成的攻关组，重点针对北内集团生产的4 9 2 发动 机进行了扭矩、热效率和尾气排放等方面的系统研究，并且有3 辆汽车参与了整车试验， 各项试验指标均取得了较满意的效果【2 1 。 1 9 8 9 年1 月至1 9 9 0 年7 月，中国科学院生态环境研究中心对甲醇发动机和装用甲 醇发动机的桑塔纳轿车进行了燃用m 1 5 和m 1 0 0 甲醇燃料的台架试验和模拟道路试验 【2 ，3 ，4 , 5 1 o 1 9 9 5 年，国家科学技术委员会组织山西省、中国科学院、清华大学、化工部与美国 福特汽车公司、麻省理工学院联合开展“中国山西省及其他富煤地区把煤转化成汽车燃 料的经济、环境和能源利用的生命周期评估”软科学研究，取得了重要成果【6 1 。 1 9 9 6 年，山西大同云冈汽车集团有限公司和中科院工程物理研究所与福特汽车公司 合作研制成功甲醇灵活燃料汽车，该车装用福特3 0 升v 6 f f v 发动机，可使用无铅汽 油或甲醇含量低于8 5 的甲醇汽油混合燃料，能适应不同的行驶环境。2 0 0 0 年，云冈 汽车集团将自行研制的全甲醇发动机装在中巴车上，又将3 0 辆出租车改造成甲醇汽车 【4 】 o 1 9 9 7 年，国家经贸委批准在山西省实施国家甲醇燃料汽车示范工程，山西省先后投 入5 0 辆甲醇中巴车进行示范运营，累计行程达2 0 0 万千米；山西省晋中市起动了甲醇 3 第一章绪论 汽车产业化工程，用2 - - - 3 年的时间在全市推广使用3 0 0 辆甲醇中型客车和1 5 0 辆甲醇 城市出租车，建设标准甲醇加注站2 个，改造部分加油站，初步形成“煤制甲醇一甲醇 发动机一输配系统一技术服务”的区域性产业化示范基地【2 】。 2 0 0 2 年3 月，山西省提出争取用5 1 0 年的时间把山西省建设成国家燃料生产基地 和清洁汽车产业化示范地区，并公布了“山西省燃料生产基地和清洁汽车产业化示范暂 行管理条例”，同时确定了2 0 0 0 辆m 1 0 0 甲醇中型客车和7 0 0 辆m 8 5 甲醇出租车的改造 目标1 6 j 。 到目前为止，山西省共有正规的、较大规模的燃料调配企业6 家，并且还有一些企 业即将加入。在山西省及周边省市累计销售甲醇汽油6 0 0 0 0 余吨，变性甲醇1 2 0 0 0 余吨， 添加剂1 2 0 0 余吨。大同云冈汽车制造公司为国内一些省市改装燃用甲醇的车辆已超过 1 0 0 0 辆。 陕西省委、省政府高度重视甲醇汽油燃料与甲醇汽油燃料汽车产业化的发展。2 0 0 4 年7 月，陕西省质量技术监督局颁布实施了d b 6 1 t 3 5 2 2 0 0 4 车用m 1 5 甲醇汽油、 d b 6 1 t 3 5 3 2 0 0 4 车用m 2 5 甲醇汽油、d b 6 1 t 3 5 1 2 0 0 4 车用燃料甲醇等地方标准； 2 0 0 5 年7 月，陕西省政府第十七次常务会议将甲醇汽油产业的发展正式提到了议事日 程，并成立了“陕西省甲醇汽、柴油试点工作办公室”，全面协调陕西省甲醇汽油燃料的 推广应用。目前，延安市、宝鸡市的甲醇汽油燃料汽车已经运行。 河南省、四川省、甘肃省、宁夏回族自治区等地区的甲醇汽油燃料都有不同程度的 研究、应用和推广。在不远的几年，全国可能全部供应甲醇汽油。 甲醇无论生产还是使用，两个环节经济效益都是非常可观的，以煤制甲醇的生产效 益来看，每生产1 吨甲醇耗煤1 5 - 1 8 吨，产煤区的煤价在1 0 0 元吨左右，工业甲醇成 本8 0 0 元吨左右，而市场甲醇价在2 3 0 0 元吨，这是巨大的利益空间。再以甲醇燃料的 使用看，理论上1 8 吨甲醇相应于1 吨汽油，而实际中甲醇汽油辛烷值高、爆发力强， 实际消耗1 4 吨相当于1 吨汽油，按目前汽油价7 3 1 7 元吨，甲醇2 3 0 0 元吨，每消耗1 吨甲醇可比汽油降低成本2 9 2 6 元。 中国经济的快速发展，也为甲醇汽油提供了巨大市场需求。专家预测，到2 0 2 0 年 中国的石油产量在1 3 - 2 0 亿吨，供需缺口3 3 - 3 6 亿吨，按3 吨石油生产1 吨汽油计 算，汽、柴油缺口1 2 亿，相当于2 0 9 2 2 8 亿吨甲醇，而且还不包括甲醇作为四大基 本原料的消耗。2 0 2 0 年甲醇的市场销量可能在3 亿吨左右，尽快出台甲醇发展产业政策， 促进甲醇工业发展，形成国家支柱产业是当务之急【5 】。 4 长安人学硕士学位论文 随着科技的发展和进步，特别是世界范围内的石油涨价和石油资源日见枯萎，甲醇 作为燃料的经济性更加凸现出来，同时甲醇燃料的大力推广和应用，还具有良好的环保 特性，可减少汽车尾气污染物h c 、c o 的排放6 0 以上，是个利国利民的好事引。如 此巨大的市场和环保效益、经济效益呼唤国家产业政策尽快出台，甲醇燃料的产业发展 前途将会一片光明。 1 3甲醇燃料的技术可行性分析 作为发动机代用燃料的醇类主要有甲醇、乙醇两种。甲醇由于其不完全燃烧的产物 中导致臭氧形成的成分较少，在美国排放标准中被列为清洁燃料，现已被大量使用。 1 3 1 甲醇燃料的理化性质 甲醇是无色透明、易挥发、易燃的液体，其中甲醇有毒。它们的热值较低、蒸发潜 热较高、抗爆性能好、含氧量高，而且，甲醇在少量水分存在的情况下还容易产生相分 离。甲醇和汽油的物理化学性质比较可见表1 1 1 6 , 7 , 8 。 表1 1 醇类燃料的理化性质 项目甲醇汽油 化学式c h ，o h c 4 - c 1 2 的烃化合物 分子量 3 29 5 - 1 2 0 碳含量( 质量比) 3 7 58 5 8 8 质量成分氢含量( 质量比) 1 2 51 2 1 5 氧含量( 质量比) 5 0 oo 2 0 c 密度( k g l ) 0 7 9 1o 7 2 o 7 5 理论空燃比( 质量比) 6 4 71 4 7 雷德蒸汽压( 3 7 8 c ) ( m p a ) 0 0 3 70 0 5 o 0 9 沸点( ) 6 4 5 3 0 - 1 9 0 凝固点( ) 9 7 85 7 闪点( ) 1 14 3 自燃温度( ) 4 7 02 6 0 3 7 0 水中溶解度( m g l ) 互溶 1 0 0 2 0 0 汽化潜热( k j k g ) 1 1 0 93 1 0 5 第一章绪论 表1 1 ( 续) 燃料低热值( m j k g ) 1 9 9 24 4 5 2 研究法( r o n ) 1 1 28 4 , - , 一9 6 辛烷值 马达法( m o n ) 9 27 0 - 8 4 1 3 2 甲醇燃料的生产来源 甲醇可以从天然气、石油、煤、木材及其它生物体来制取。甲醇最早是通过木材干 馏法和氯甲烷水解法制取，而目前生产甲醇的原料是天然气、轻质油、重质油、煤焦炭 等。从上个世纪5 0 年代开始，天然气和石脑油逐步成为合成甲醇的主要原料。国际上 甲醇主要由天然气( 约占世界7 8 ) 、重油( 约占1 0 ) 、石脑油( 占7 ) 、液化石油气 ( 占3 ) 、煤炭( 占2 ) 生产。目前，全世界的甲醇生产能力已达6 0 0 0 万吨年。 我国的甲醇主要是以煤炭为原料生产的。我国能源结构长期以煤及煤炭的下游产品 为主，煤产量占全国能源的7 6 ，从储量看，已探明储量为7 6 5 0 亿吨，煤炭无疑是我 国的主导能源，在我国未来能源结构中将扮演越来越重要的角色。 1 3 3 甲醇燃料作为汽车燃料的可行性分析 甲醇可直接作为内燃机的燃料，具有以下良好特性【9 , 1 0 , 1 1 】： 1 甲醇分子量小、分子结构简单。甲醇燃料中含有氧，按质量计算，甲醇中含有 5 0 的氧，有利于完全燃烧；c h 小，有利于燃烧时产生较多的水和较少的c 0 2 。 2 甲醇的沸点和凝固点均较低，前者有利于燃料空气混合气的形成，后者可保证 发动机在低温下工作。 3 醇类的热值比较低，甲醇的质量低热值只有汽油的4 5 ，因此，在同等的热效 率下，醇类燃料的有效质量燃油消耗率高。醇类燃料是富氧燃料，它在气缸内完全燃烧 时所需的过量空气系数远小于燃用汽油时所需要的值。 4 甲醇的汽化潜热是汽油的3 6 倍，高汽化潜热和低的蒸汽压，将导致混合气形成 困难和发动机起动困难，但可以使进气温度降低，提高充气效率；同时，由于甲醇的汽 化潜热大，可以改善发动机燃烧后的内部冷却，改善发动机的动力性，降低排气温度。 5 甲醇具有较高的辛烷值，具有较高的抗爆震性能，对通过提高发动机压缩比来提 高发动机的热效率很有利，所以，甲醇是良好的汽油机代用燃料，也是提高汽油辛烷值 的优良添加剂。普通汽油与1 5 2 0 的甲醇混合，辛烷值可以达到优质汽油的水平。 6 甲醇的着火界限比汽油宽，能够在较稀的混合气状态下燃烧，即可以使发动机在 6 长安大学硕上学位论文 稀混合气条件下稳定运转，对排气净化和降低油耗非常有利。 7 甲醇的燃点比汽油高，不易于发生火灾事故，比使用汽油安全：醇类燃料的沸点 及蒸汽压都比汽油低，有助于燃油一空气混合气的形成，不过其中缺乏高挥发性成分， 对起动不利。 8 甲醇对某些非金属材料( 如塑料、橡胶等) 有溶胀作用，对某些金属材料( 如锡、 铅、铝等) 有轻微的腐蚀作用，在使用中应采取相应的措施。 9 醇类燃料含有羟基，能与水互溶，而烃类燃料憎水性强，因而甲醇与汽油的相溶 性差，甲醇与汽油按定比例混合时，在一定温度范围内具有分层现象。 1 0 甲醇汽油常温常压下为液体，操作容易，储带方便。 甲醇与汽油按照一定比例混合，并添加一定添加剂组成混合燃料后，低比例甲醇汽 油，如m 3 、m 5 ，可以和汽油一样使用，发动机不需作任何改动，在欧洲等地曾大量当 作汽油销售，但一般要添加助溶剂等以防燃料分层：中比例甲醇汽油，如m 1 5 、m 2 5 ， 发动机只需做稍微调整，技术问题较简单，曾在欧洲一些国际性车队进行示范，必须添 加助溶剂；高比例甲醇汽油，如m 8 5 、m 9 0 ，需要对发动机进行改装、优化，其功率、 排放和热效率都优于原汽油机【1 2 1 。目前，甲醇生产技术、燃烧高比例和纯甲醇燃料的专 用甲醇燃料汽车技术比较成熟，市场供应也比较充分，而且高比例甲醇燃料在国外也已 经商业化【1 3 】。但是甲醇汽油在毒性、金属腐蚀性等方面还存在严重问题，还需要组织列 车用甲醇汽油全面、系统、科学的可行性论证。 1 4 本文研究目的和内容 目前没有查阅到国外与本标准相符的可供参考的变性燃料甲醇标准，只有与之相关 的“高比例甲醇汽油”标准：美国试验与材料协会标准a s t md 5 7 9 7 2 0 0 6 汽车点火式 发动机用燃料甲醇( m 7 0 m 8 5 ) ，该标准的适用范围：该标准适用于甲醇体积含量为 7 0 - - - 8 5 ，碳氢化合物体积含量为3 0 - - 1 4 ，可用于汽车点火式发动机的陆地交通 工具的混合燃料，见表1 2 【1 4 】。 7 第一章绪论 表1 2a s t md 5 7 9 7 2 0 0 6 汽车点火式发动机用燃料甲醇0 4 7 0 m 8 5 ) ) 项目 l 级2 级 3 级 外观清澈透明，无悬浮物和沉淀物 水的质量分数s o 5 酸的质量分数( 以h c o o h 计) 觞s 5 0 ( 以乙酸计) m g l ( g 或碱的质量分数( 以n h 3 计) s 8 48 07 0 甲醇+ 高级醇( 体积分数)之 1 4 1 61 4 2 01 4 3 0 烃或脂肪醚脯( 体积分数) 4 8 6 26 2 8 3 8 3 1 0 3 蒸汽压l c p as 2 62 63 9 铅m g l 5 磷m g n 。 s o 。2o 30 4 硫m g l5 1 6 0 2 0 03 0 0 高级醇( c2 c8 ) ( 体积分数) s 2 实际胶质m g l o o m ls 5 未洗胶质m g lo o m l s 2 0 总氯m g k g s 2 无机氯m g k g s 1 实际胶质m g l o o m l s 2 国内相关标准只有地方标准和企业标准 1 5 , 1 6 , 1 7 , 1 8 , 1 9 】： 陕西省地方性标准车用燃料甲醇d b 6 1 t 3 5 1 2 0 0 4 山西省地方性标准车用燃料甲醇d b l 4 t 9 3 2 0 0 2 陕西长征新能源有限公司企业标准( ( c z m 0 5 1 1 变性车用燃料甲醇q c z 0 0 2 - 2 0 0 5 陕西长征新能源有限公司企业标准c z m 0 6 1 2 变性车用燃料甲醇q c z 0 0 4 - - 2 0 0 6 山西华顿实业有限公司企业标准 变性燃料甲醇q 1 4 0 0 0 0 h d 0 0 5 2 0 0 4 这些地方标准基本上是参照工业用甲醇标准来制定。因此不能完全满足全国性 甲醇汽油燃料生产及汽车应用对燃料的技术需求。随着甲醇汽油燃料和甲醇汽车技术的 发展，以及煤基燃料替代石油基燃料的可行性逐渐得到认可，甲醇汽油燃料和甲醇汽车 呈现快速发展的趋势，为规范我国甲醇汽油燃料的生产，保证甲醇汽油燃料产品质量、 规范市场，出台车用燃料甲醇产品标准是非常急需和必要的。见表1 3 各地方标准对比。 8 长安大学硕士学位论文 表1 3 各地方标准对比 项目 陕西省地方标 山西省地方标 陕两长征新能 准 准 源企业标准 山两华顿实业 d b 6 l 厂r 3 5 1 2 0 d b l 4 厂1 9 3 2 0 0 0 ，c z 0 0 2 有限公司企业 0 4 变性燃料 9 2 0 0 5 和 标准变性燃 一 q c z 0 0 4 - - 料甲醇 变性燃料甲 q 14 0 0 0 0 h d 0 0 甲醇2 0 0 6 变性燃 醇 5 2 0 0 4 料甲醇 清澈透明，无 外观 肉眼可见悬浮 物和沉淀物 密度( p 2 0 ) ( g 册) 0 7 9 1t 0 7 9 30 7 9 1 o 7 9 50 7 9 1t 0 7 9 60 7 91 o 7 9 5 沸程( o ，1 0 1 3k p a ，在 6 4 - - 8 0 ( 9 0 馏 “0 6 5 5 范围内，包括 6 4 - 6 66 4 6 6 “1 2 2 出温度) 6 4 6 c ：l - 0 1 ) * cs 水溶性试验 澄清 淆清 水的质鼍分数5 o 1 50 1 5o 1 50 1 5 酸的质量分数( 以h c o o h 计) 舭冬0 0 0 30 0 0 5 0 0 0 3 0 0 0 5 或碱的质量分数( 以n h 3 计) 0 o 0 0 80 0 0 2o o 0 0 8 s 羰基化合物的质量分数( 以 o o l0 0 1 50 0 1 h c h o 计) s 蒸发残渣的质量分数 s o 0 0 50 0 0 50 0 0 5o 0 0 5 无相分离 ( ( 1 5 + x ) 低温抗相分离( 车用甲醇汽 c z 车用甲醇汽 油添加剂加入汽油在一2 0 ， 油添加剂加 4 8 h 后)( 8 5 x ) 汽油 在- 2 0 0 c ，4 8 小 时) 无特殊异臭气 气味 味 辛烷值之 1 1 01 1 0 甲醇汽油生产企业以基础汽油、变性燃料甲醇为原料即可调配出合格的甲醇汽油， 生产、贮运程序大大简化。然而，目前的市场现状是甲醇汽油有低比例甲醇汽油，以 m 1 5 为代表；又有高比例甲醇汽油，以m 8 5 为代表；所使用的添加剂完全不同。二是 各添加剂生产企业所使用的添加剂组分上也有较大差别，并且对所采用的原料实行保 密。考虑到以上综合因素，建议变性燃料甲醇标准分三个阶段实现。 第一阶段“车用燃料甲醇”标准，只在某些性能指标上对工业甲醇进行修改，使之既 适合车用燃料，又使甲醇生产设施不进行大的改、扩建，也便于标准的尽快出台，不失 时机的推动甲醇汽油与甲醇汽油汽车产业的发展。 第二阶段“变性燃料甲醇”标准，在车用燃料甲醇中按一定比例加入变性剂。甲醇变 性剂：即为添加到甲醇中，使得甲醇向变性燃料甲醇方面进行某些性能的转化，其目的 主要是当甲醇的使用范围扩大后，提高其安全性能。作为甲醇变性剂的主要物质有染色 剂、火焰显色剂、助燃剂和清净剂等。变性剂的主要功能说明见附件。 o 第一章绪论 第三阶段“车用燃料组分甲醇”标准。待甲醇汽油添加剂技术较为成熟、市场比较稳 定、生产企业较为集中时，制订“车用燃料组分甲醇”标准。车用燃料组分甲醇由车用燃 料甲醇、变性剂、甲醇汽油添加剂构成。调配甲醇汽油仅需要基础汽油与车用燃料组分 甲醇即可。 基于以上原因，本文的主要研究内容有以下几个方面： 1 制定车用燃料甲醇标准； 2 制定车用变性燃料甲醇标准； 3 制定车用燃料组分甲醇标准。 1 5 本章小节 本章主要概括本课题的研究目标和要解决的问题，同时介绍甲醇和汽油的理化性 质。作为本课题的研究对象，重点研究制定规范标准中的各项指标及其相应的检测方法。 1 0 长安大学硕士学位论文 第二章车用燃料甲醇标准的制定 2 1标准征求意见稿形成过程的说明 在起草本标准的工作过程中，随着对行业、市场及产品的研制状态的了解，目前称 为“变性燃料甲醇”的产品不同地区、不同企业概念不同，变性剂的多种、不公开性、配 制比例、地区气温变化影响、检测方法问题认为目前交性燃料甲醇产品不成熟，标准化 对象不明确，给统一制定国家标准带来困难，根据本标准的目的，本产品的用途，特别 是根据同时下达计划的甲醇燃料( m 8 5 ) 和m 1 5 甲醇汽油国家标准起草小组( 本标准 的用户) 的意见，认为对于m 1 5 用变性燃料甲醇根本不需要加入助燃剂因为m 1 5 甲醇 汽油的蒸汽压已超出汽油很多( 蒸气压高，夏天会产生气阻) ，加入助燃剂会影响蒸气 压，而且对蒸气压的影响与助燃剂的成分、加入量都有很大的关系，这些数据目前都没 有。m 1 5 甲醇汽油适用于点燃式发动机的汽车，加入助燃剂是否会产生早燃，这方面的 数据也没有。m 1 5 用变性燃料甲醇也不需要加入火焰显色剂，因为该产品是一种调配 m 1 5 甲醇汽油的原料，不是终端用户产品。如果要加的话，必须明确其主要成分，同时 要增加测量火焰亮度的指标和方法。 综上所述，目前对变性燃料甲醇的变性处理的看法和意见并不统一，起草小组建议 本次制定标准名称改为“车用燃料甲醇”，标准适用范围为“本标准规定了车用燃料甲醇 的技术要求、实验方法、检验规则及标志、包装、运输、贮存和安全等。本标准适用于 煤、天然气等为原料合成的车用燃料甲醇的生产、检验和销售。车用燃料甲醇用于车用 点燃式内燃机燃料的原料。”据此，形成了本标准征求意见稿。 试验内容： 1 ) 密度( 2 0 ) 试验方法的确定； 2 ) 粘度试验方法的确定： 3 ) 蒸发残渣试验方法的确定； 4 ) 水分试验方法的确定； 5 ) 酸度或碱度试验方法的确定； 6 ) 沸程试验方法的确定； 7 ) 甲醇含量试验方法的确定； 8 ) 无机氯和总氯试验方法的确定； 第二章车用燃料甲醇标准的制定 9 ) 钠、铜、铁和铅含量试验方法的确定。 2 2 试验方法及试验意义 2 2 1 试验方法 1 ) 警示 试验方法规定的一些试验过程可能导致危险情况，操作者应采取适当的安全和健康 措施。 2 ) 一般规定【2 0 2 1 ，2 2 】 除非另有说明，在分析中仅使用确认为分析纯的试剂和g b t6 6 8 2 2 0 0 8 规定的三 级水。分析中所用标准滴定溶液、制剂及制品，在没有注明其它要求时，均按g b t 6 0 1 - - 2 0 0 2 、g b t6 0 3 - - 2 0 0 2 之规定制备。 3 ) 外观 在具塞比色管中加入实验样品，在日光或日光灯下目测。 4 ) 密度的测定【2 3 】 按g b t4 4 7 2 1 9 8 4 中密度计法的规定进行。 在1 5 3 5 的范围内，试样密度的温度校正系数为0 0 0 0 9 3g ( c m 3 ) 。 取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果。两次平行测定结果之差值不大于 0 0 0 0 5g c m 。 5 ) 沸程的测定【2 4 】 按g b t7 5 3 4 2 0 0 4 的规定进行测定。蒸馏烧瓶：1 0 0 m l ，温度计的示值范围5 0 7 0 ，分度值为0 1 。 6 ) 水分的测定【2 5 】 按g b t6 2 8 3 2 0 0 8 的规定进行。 取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果。两次平行测定结果之差不大于 0 0 1 。 7 ) 酸度或碱度的测定 ( 1 ) 方法概要 试样用不含二氧化碳的水稀释，以溴百里香酚蓝为指示剂，试样呈酸性则用氢氧化 钠标准滴定溶液滴定游离酸，试样呈碱性则用硫酸标准滴定溶液滴定游离碱。 1 2 长安大学硕士学位论文 ( 2 ) 试剂 氢氧化钠标准滴定溶液：c ( n a o h ) - - 0 0 1m o l l ； 硫酸标准滴定溶液：c ( 1 2h 2 s 0 4 ) = 0 0 1m o l l ； 溴百里香酚蓝指示液：1g l ； 无二氧化碳的水。 ( 3 ) 仪器 滴定管- 1 0 m l ，分刻度为0 0 5 m l 。 ( 4 ) 分析步骤 试样用等体积的无二氧化碳的水稀释，加4 - - 5 滴溴百里香酚蓝指示液鉴别，若呈 黄色，为酸性反应，测定酸度；若呈蓝色，为碱性反应，则测定碱度。 取5 0 m l 无二氧化碳的水于2 5 0 m l 锥形瓶中，加4 - - - , 5 滴溴百里香酚蓝指示液。测 定游离酸时，用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至溶液呈浅蓝色，加入5 0 m l 试样，再用氢 氧化钠标准滴定溶液滴定至溶液由黄色变为浅蓝色，保持3 0s 不褪色即为终点。测定游 离碱时，用硫酸标准滴定溶液滴定，溶液由蓝色变为黄色，保持3 0s 不褪色即为终点。 ( 5 ) 结果计算 酸度以甲酸( h c o o h ) 的质量分数计，数值以w l 表示；碱度以氨( n h 3 ) 的质 量分数计，数值以w 2 表示；分别按式( 2 1 ) 和式( 2 2 ) 计算： w 。：! 匕! ! 竺竺竺b ：丝1 0 0( 2 1 ) y p ， w 22 y p t 式中： v 1 试料消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升( m l ) ： c l 氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每升( m o l l ) ； 肘。甲酸的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔( g m 0 1 ) ( m i = 4 6 0 2 ) ； p f 测定温度t 时的试样的密度，单位为克每立方厘米( g c m 3 ) ； v 2 _ 硫酸标准滴定溶液的体积的数值，单位为毫升( m l ) ： c ：硫酸标准滴定溶液浓度的准确数值，单位为摩尔每：s r - ( m o l l ) ； 1 3 第二章车用燃料甲醇标准的制定 m ：氨的摩尔质量的数值，单位为克每摩尔( g m 0 1 ) ( m ：= 1 7 0 3 ) ； y 试样的体积的数值，单位为毫升( m l ) ( 矿= 5 0 ) 。 取两次平行测定结果的算术平均值为测定结果。两次平行测定结果的相对偏差不大 于3 0 。 8 ) 无机氯含量的测定 ( 1 ) 方法提要 在中性至弱碱性范围内( p h 6 5 , - - - 1 0 5 ) ，以铬酸钾为指示剂，用硝酸银滴定氯化物 时，由于氯化银的溶解度小于铬酸银的溶解度，氯离子首先被沉淀出来，然后铬酸盐与 过量的硝酸银反应以铬酸银的形式被沉淀，产生