第!"卷第!期
#$%&!",’$&!西华大学学报·自然科学版($)*+,%$-./0),1+/23*4/56·’,5)*,%78/3+83!99:年;月
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收稿日期:!99"@=!@9B
基金项目:四川省发改委计划项目(编号:9!!;=99B ),四川省科技攻关计划项目(编号:9;C C 99>@9="@;
)和四川省汽车工程重点实验室项目《<=9车用甲醇汽油》 华!,黄海波"
(=D 四川省清洁汽车工程技术研究中心,!D 西华大学交通与汽车工程学院;四川成都>=99;A
)
摘要:四川为推动车用燃料的多元化发展,拓展代用燃料的应用领域,优化调整车用能源结构,开展了车用
甲醇汽油的推广应用试点工作,并准备扩大试点范围。为了科学、规范地推进试点工作,四川制定、发布实施了E F :=/G""B H !99"《<=9车用甲醇汽油》。文章对该标准的制定情况及其主要技术指标作了阐释,以利于在<=9
车用甲醇汽油推广应用工作中对标准全面理解和贯彻实施。
关键词:甲醇汽油;燃料;标准
中图分类号:1"?;D =I "
文献标识码:J
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我国从9年代开始,较系统地开展过甲醇燃料研究,低比例甲醇燃料在四川省等地已有试验应用。在“六五”和“七五”期间,国家科委等有关部门组织进行了甲醇汽油的试验研究和车队运行示范,取得了良好的效果。
四川为推动车用燃料的多元化发展,拓展代用燃料的应用领域,优化调整车用能源结构,根据本省天然气资源丰富、天然气化工生产能力强的优势,提
出了在继续加强天然气汽车推广工作的基础上,开展车用甲醇汽油的推广应用工作。由于车用甲醇汽油目前尚无国家标准和行业标准,为使四川省甲醇掺烧有章可循,四川省计委和科技厅分别下达项目,成立了由省级有关部门和大专院校、科研机构等单位组成的项目课题组,进行车用甲醇汽油标准和相关操作规程、规范的研究制定。课题组结合四川的资源、环保的现状和发展趋势,在泸州市甲醇掺烧试验试点的同时,选择在用车主流车型,在发动机台架、汽车转鼓试验台等设备上对甲醇掺烧的经济、动
力、排放、耐久等综合性能进行了对比试验[!];对甲
醇汽油对发动机金属和橡胶、塑料零部件的影响进
行了试验、评价["];利用动物进行了对比毒理试
验[#、$],制订了相应的劳动卫生职业规范;对添加剂
使用性能进行了验证试验;对甲醇汽油的辛烷值、馏
程、蒸汽压等理化指标及互溶性能进行分析研究;对
甲醇汽油的配制、加注、安全储运方法和相关装置以
及甲醇汽油汽车使用、保养、维修的技术规范进行研
究。在试验、研究的基础上,综合比较优化,确定%!&为目前适合四川实际的甲醇掺烧比例。
’()!/*$$+,"&&$《%!&车用甲醇汽油》地方标准是在-(!./#&,!///《车用无铅汽油》的基础上,遵循-(/*!0!,"&&&《标准化工作导则》第!部分及-(/*!0","&&"《标准化工作导则》第"部分的规定编写制定的,与-(!./#&,!///的主要差异有:增加牌号/.号,增加甲醇含量项目,调整了馏程项目和蒸汽压项目中的指标,将机械杂质及水分
项目中水分项目单列,调整了苯含量、芳烃含量和烯
烃含量的指标,增加氧含量项目,增加低温稳定性项
目。
!主要技术指标说明
!"!范围
由于四川不具备大量炼制生产汽油调和组分油
的条件,因此标准规定的是在车用无铅汽油中加入
工业甲醇。甲醇是强极性有机化合物,汽油呈弱极
性,在使用环境温度范围内不能以任意比例相互混
溶,易发生分层;由于甲醇的强极性作用,其对材料
的适应性与汽油有差异。在一定条件下,对某些金
属有腐蚀,对部分橡胶和塑料件也有腐蚀、溶胀作
用。因此,标准规定允许加入改善使用性能的添加
剂(如助溶剂、金属腐蚀抑制剂等)。
!"#外观
-(!./#&,!///规定的车用无铅汽油不添加着染料,以便于与当时还存在的着的加铅汽油
区分。而国家已于"&&&年停止生产、销售和使用着的含铅汽油,因此,为便于与车用无铅汽油区分,该标准规定的%!&车用甲醇汽油添加染剂,外观为淡红。
!"$甲醇含量
标准中甲醇含量的试验方法采用12/*&33#《汽油中某些醇类和醚类测定法(气相谱法)》。目前四川的一些企业在开发中比例的车用甲醇汽油
量的试验方法也有采用12/*&33#的,但12/*
&33#中对醇含量的测定范围是!"4,超过此范围的则应当不宜采用12/*&33#来测定。
!"%牌号及抗爆性
目前的研究表明,甲醇的研究法辛烷值(567)可达!!&,但不同产地的汽油其组分有差异。在不同组
分的汽油中加入一定比例的甲醇后,其辛烷值(567和%67)的升高幅度不一,与汽油组分有关,难以到确切的共同规律,表!为中石油西南油气田分公司南充炼油化工总厂和标准起草组的部分实验测试数据。因此,不能简单以甲醇掺入的比例计算甲醇汽油的辛烷值,标准中甲醇汽油的牌号仍采用-(!./#&,!///中的牌号确定原则,以油品实际的567为依据确定。同时,随着汽车技术进步,配置高压缩比、高转速发动机的汽车逐步普及,对高辛烷值车用无铅汽油的需求越来越大,-(!./#&,
!///中规定的最高牌号(/)号)不能完全满足市场的需要,因此,借鉴中石油总公司8/193&,"&&#《/.号、/+号车用无铅汽油》的牌号规定,在制定标准时,增加了牌号/.号。
表!汽油中掺入不同甲醇比例对辛烷值的影响
序号%&%#%3%!&%!"%!)备注
!/!0+/"0"/"03/$0&催化汽油
"+)0/+30++.0)+/0$催):芳)
#+.0!++0)+/0//!03催3:芳$
$++03+/0+/&0$/"0+催.:芳#
)+/0$+/0//!0&/"0/催+:芳"
3/&0$/!0&/&!成品油(低烯烃)./#0&/#0)/#!成品油(低烯烃)
-(!./#&,!///规定的车用无铅汽油均有抗爆指数(;<=,即(567>%67)/")的要求,8/19 3&,"&&#规定的车用无铅汽油无;<=的要求。受我国现有的原油性质、成本控制和汽油炼制技术等因素的影响,市售成品汽油的重要组分是催化裂化汽油,其%67难以达到+.,因此,/.号(567)无铅汽油的;<=达到/"是比较困难的。而且甲醇对甲醇汽油的567贡献较大,对%67贡献较小,故%!&车用甲醇汽油标准中未对/.号的;<=作要求。
!"&馏程和蒸汽压
汽油的挥发性能对汽油机的工作性能、经济性、排污性、启动性及磨损等有着一系列重要影响,汽油必须符合有关挥发性的严格要求以保证车辆能满意地运行。蒸发性是车用液体燃料最重要的特性之
/
#
第"期周华等:《%!&车用甲醇汽油》标准解读
评价其质量的重要指标,表!列出了几种汽油规范中馏程的数据,表"是几种汽油规范对蒸汽压(#$%&
)的限值要求。表!几种汽油规范的馏程数据
美国新配方汽油世界燃料规范(’(())中
国
*+,(夏季限值)-,#.(夏季平均限值)
!类下限
!类-级上限
/.’0("1和2/3451山西6’7甲醇汽油标准
初馏点8"!9):’1,87"9"77!01!01:71,8’1"9"("9"00’11!’!1!’’1:(1,8’5795’;"9"
’"1
’07!’(1!’)7终馏点8
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’!9)
’(7
!!17
!
!17表"几种汽油规范对蒸汽压(#$%&
)的限值要求世界燃料规范!类
欧洲
*<!!)德国
=><7’511
日本/.’0("1
蒸汽压(+$
)
夏季77!01"7!01;7!01;7!51!0;冬季57!(1
77!(151!(107!(1
!))
标准起草组和泸州市分别委托四川省石油产品质量监督检验一站和二站进行了甲醇汽油的馏程检测,结果见表;。
表;馏程检测结果
(1
"
(6’1)(1
"
(6’7)("
"
(6’1)("
"
(6’7)泸州市(1
"(6’1):’1,87";0757;;79’:71,8(1(0(0(5)59!:(1,8’77’7)’7(’7)’7’9;终馏点,8’)’’(1’)
0’)5’)"91残留量,@(A /A )
’9)
’97
’9
7
’97
’91
图’是起草组用市售成品汽油((1
")配制的甲醇汽油的馏程试验曲线,图中“馏温上限”和“馏温下限”是指汽油具有满意驾驶特性的冷机特性和热机
特性[7]。
标准起草组分别在!11"年;月!7月和(月进行了用市售成品汽油配制的甲醇汽油的蒸汽压(#$%&
)试验,图!是依据试验数据绘制的曲线。图!#$%&蒸汽压试验曲线
馏程试验和蒸汽压(#$%&)试验表明:针对用车用无铅汽油配制的6’1甲醇汽油而言,与原同标号车用无铅汽油比较,车用甲醇汽油的’1@、71@、(1@蒸发温度及终馏点温度均降低,
其蒸汽压(#$%&)上升,但指标参数均在/.’0("1B ’(((的要求范围之内。因此,标准采用新的符合世界
燃料规范的技术指标体系,针对四川省的盆地气候环境特点,对馏程和蒸汽压(#$%&)的指标作了严于/.
’0("1B ’(((的修订,既体现了该标准的先进性和区域适用性,同时不会增加额外的实施成本。!"#铜片腐蚀
标准起草组委托四川省石油产品质量监督检验
一站进行的铜片腐蚀检测结果表明,在(1
"和(""车用无铅汽油中分别加入’1@的甲醇,铜片腐蚀(718,"C )均!’级,而分别加入’7@的甲醇后,
其铜片腐蚀检验均为不合格,需加入少量缓蚀剂才能使其铜片腐蚀检验合格。同时,试验中还发现,由于甲醇的产地和质量的差异,配制的甲醇汽油的腐蚀性也有差异。
甲醇汽油和汽油对发动机燃料供应系统的部分橡胶和塑料零件也有一定的腐蚀溶胀作用。标准起草组对现有常用的几种不同材料的汽车发动机供油
系非金属零件进行了浸泡对比试验[!],试验表明硬聚氯乙烯薄片在(""汽油和6’7甲醇汽油中浸泡后,其几何尺寸基本没有发生变化;而硬质聚氨脂发
泡塑料制成的浮子总成在6’7甲醇汽油中浸泡后
1
;西华大学学报·自然科学版
!117年
变,这类非金属零件,在使用甲醇汽油时,须更换为耐醇材料制作的。
!"#水分和低温稳定性
甲醇与汽油的溶解度受温度的影响很大。温度越高,互溶性越好,温度越低,互溶性越差,越易分层。因此,标准中增加了“低温稳定性”项目。根据四川的气象资料,盆地冬季极端最低气温为!"#$%(广元),高原地区冬季极端最低气温为!&’#(%(马尔康),兼顾技术指标测试条件的易操作性,将检测温度条件确定在!"%。
由于甲醇是极性很强的物质,与水完全互溶,相对于无铅汽油,甲醇汽油的吸水性显著增强。而水分的存在会使甲醇与汽油的临界互溶温度提高,分层更为容易,即使稳定的体系,当混入水分时也会重新分层。因此,应严格控制甲醇汽油中的水分含量。标准将“水分含量”单列,予以突出,试验方法采用水含量测定范围精确的)*/+,$-.《轻质石油产品中水含量测定法(电量法)》。
四川的空气相对湿度较大,甲醇汽油在储存过程中易吸收空气中的水分而影响其互溶稳定性。当前市场销售的成品汽油中一般均加有一定比例的/+01或异丙醇用于提高辛烷值,此部分/+01或异丙醇客观上就是助溶剂。标准起草组进行的实验表明,用成品汽油配制的/&(和/$,甲醇汽油,不添加助溶剂,在!$$%左右也能保持不分层(密闭状态)。因此,考虑到四川大部分地区全年最低气温不低于!"%的气象条件,目前成品汽油中含有相当比例的/+01的情况下,只要保证水分含量不超标,在成品汽油中直接加入&,2(3/3)的甲醇后完全能够互溶不分层,可不额外添加助溶剂。
!"$氧含量
现行的车用无铅汽油标准中,对加入的有机含氧化合物的含氧量有限值要求!$#’2(4/4)。该标准规定的车用甲醇汽油中,加入了含氧(,2的工业甲醇,在允许加入改善使用性能的添加剂中,也会有含氧化合物(如作为助溶剂的高级醇),因此,在编制标准时,考虑到加入的&,2(3/3)甲醇和允许加入添加剂中的氧含量及成品汽油中$#’2(4/4)的氧含量限值要求以及测试误差等因素,标准规定氧含量不超过"#’2(4/4)。标准设置了总的氧含量
项目,而不是在成品汽油的氧含量限值要求外设置其他含氧化合物项目,主要是比较简洁、直观,易于质量控制监测的操作。
!"%苯、芳烃和烯烃含量
随着环保要求的日益增高,对汽油中苯含量、芳烃含量和烯烃含量的要求越来越严格。在欧洲等一些对汽车排放、环保要求较高的发达国家,汽油中的苯、芳烃、烯烃含量要求均严于我国50&’67,8 &666的要求。因此,在制订标准时,考虑到5077" 8&66$规定的工业甲醇一等或优等品中,不含苯、芳烃和烯烃,在成品车用无铅汽油中,加入&,2(3/3)的工业甲醇后,必然使原来汽油中的苯、芳烃、烯烃被稀释,则对应/&,甲醇汽油中的苯、芳烃、烯烃含量就应相应下降&,2(3/3)。为此,该标准规定,苯含量!$#72,芳烃含量!7.2,烯烃含量! 7$2。此指标看似严于50&’67,8&666的规定,但应是自然达到,不额外增加实施成本。
$结束语
90(&/+--"8$,,-《/&,车用甲醇汽油》是标准起草组全体成员历时一年多,在进行了大量的试
验、实验和研究工作后,编制完成的。作为四川推广应用/&,车用甲醇汽油试点工作的主要技术规范之一,该标准的贯彻实施,将对试点工作起到重要的规范和指导作用。
参考文献
[&]童勇,余汉文,等:低比例甲醇汽油对发动机性能影响的试验研究[;]:四川工业学院学报,$,,-,$7(7):
[$]姚英,曾东建:甲醇汽油对供油系非金属件溶胀性试验研究[;]:汽车工艺与材料,$,,7,&,:
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[-]闫秀峰,黄海波,等:车用甲醇燃料毒性和环境影响评价[;]:职业卫生与病伤,$,,-,&6($):
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[.]何学良,等:内燃机燃料[/]:北京:中国石化出版社,&666:[’]刘治中,等:液体燃料的性质及应用[/]:北京:中国石化出版社,$,,,:
(责任编辑:周剑华)
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第$期周华等:《/&,车用甲醇汽油》标准解读