论文:甲醇汽油的稳定性能研究.pdf
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1、西安石油大学 硕士学位论文甲醇汽油的稳定性能研究中文摘要论文题目:甲醇汽油的稳定性能研究专 业:化学工艺摘要随着工业化进程的加快和机动车辆的不断增加,石油资源紧缺,世界能源面临危机,而且以石油为原料的车辆排放对环境的污染问题越来越严重。因此,寻找资源丰富、环 境友好、技术成熟、经济可行的新型车用代用燃料显得更为迫切。甲醇等醇类是除石油 以外内燃机的最佳代用燃料,且甲醇的生产原料易得,工艺成熟,价格低廉。甲醇与汽 油在助溶剂或者增溶剂的作用下得到的调合燃料具有形态均一、燃烧性能良好、高效清 洁等特点,所以甲醇汽油的开发和应用可以优化能源结构,降低对石油的依赖,缓解石 油供需矛盾,必将成为汽车代用
2、燃料的发展方向。但是甲醇汽油存在遇水易分层、低温稳定性能差等问题。本文结合甲醇汽油的国内 外研究现状,详细论述了甲醇汽油的理化指标,分析了甲醇汽油在应用过程中存在的技 术问题,重点探讨了甲醇汽油的低温稳定性和抗水性问题。论文对不同种类汽油与甲醇 的调合燃料的稳定性进行了实验研究,考察了汽油中典型的单体炫组分与甲醇混合后的 低温稳定性能,研究的不同种类不同含量助溶剂对甲醇汽油低温稳定性的影响,以及对 甲醇汽油抗水性能的影响,并进行量化研究,筛选出效果良好的助溶剂,并对所配制的 甲醇汽油的蒸发性能进行了评价,得到性能稳定的甲醇汽油。关键词:燃料甲醇汽油助溶剂低温稳定性 抗水性论文类型:应用基础英文
3、摘要:;ABSTRACTWith the rapid development of the industrialization and the continuously increase of the power-driven vehical.the petroleum resources are lack very much.The energy sources of the world is face of the dangerous,and the polluteion of the environment because of the frain oflF gas of the veh
4、ical which bum the petrolenm is more and more serious.So,looking for the new fuel substitute for automotive gasoline which have the rich natural,no threaten to the environment,mature technology,low-priced and convenient uses is very urgent.Methanol and alcohol fuel is the best replaceable fuel of th
5、e internal combustion engine except the petrolenm fuel.It is very cheep,and the methanols production material is easy to abtain,the production process is matural.Methanol and gasoline can be blended and which have the follows characters after added the co-solvent or the emulsifier:the form is homoge
6、nization and transparent,the burning natural capacity is fine,it is good to the environment and so on.So,the exploitation and how to use the methanol-gasoline blend fuel can optimize the energy structure,reduce the rely on the petrolenm resource,mitigate the contradiction of the suppy and the requir
7、ement of the petrolenm.The methanol-gasoline blend fuel will replace the traditional automotive gasoline certainly.But the methanol-gasoline fuel exist some questions,for example the anti-water and the low temperature stability are not good.Combining with the study present condition of the domestic
8、and the oversea,the methanol-gasoline 5s target of the physics and chemistry were discussed in this article,analyzing the technology question in the use,the focal point of this study is the anti-water and the low temperature stability questions.The stability question was studied in this article when
9、 the different type gasoline was blended with the different content of methanol.The low temperature stability was investigated when monomer hydrocarbon of the gasoline were blended with the methanol.Studying the influence to methanol-gasoline,s low temperature stability and anti-water character when
10、 adding different kind and different content of co-solvent,and the result was quantized.Chooseing co-solvent which has good result to the stability of methanol-gasoline,evaluating the evaporation of the methanol-gasoline,compounding the methanol-gasoline blend fuel which has the stabilityin英文摘要chara
11、cters.Key words:fuel;methanol-gasoline;co-solvent;low temperature stability;anti-water characterThesis:Fundament StudyIV第一章绪论第一章绪论1.1 研究背景近几年来,我国汽车工业发展迅速,汽车保有量逐年增加,从1994年的940万辆增 加到2003年的2400万辆,年增长率为10%左右。目前,除少量汽车使用液化气、天然 气外,常规的车用燃料主要来自石油。随着世界经济的高速发展,各国对石油的需求量 还将不断增长,但石油是不可再生资源,储量有限,供应紧张。从1993年起我国成为石
12、 油净进口国。据原国家经贸委统计,2001年我国原油产量16380万吨,2002年原油产量 为16887万吨,年增长500万吨左右,而我国市场需求量为2.3亿吨,每年有6000万 7000万吨的原油资源缺口。2001年我国进口原油6025万吨,2002年我国进口原油6941 万吨。2004年我国进口原油12272万吨,进口成品油3788万吨,2005年原油进口 1.27 亿吨,可以看出我国未来石油需求将呈强劲增长态势,供需缺口较大。若不采取有效的 措施,估计到2020年,我国对国际石油市场的依存度将达到62%左右口啊 石油类能源 的安全供应已成为制约国民经济发展的关键。随着工业化进程的加快和机
13、动车辆的不断增加,石油资源紧缺,世界能源面临危机,而且以石油为原料的车辆尾气排放对环境的污染问题越来越严重。因此,寻找资源丰富、环境友好、技术成熟、经济可行的新型车用代用燃料显得更为迫切。甲醇等醇类是除石 油以外内燃机的最佳代用燃料,且甲醇的生产原料易得,工艺成熟,价格低廉。甲醇与 汽油在助溶剂、乳化剂的作用下得到的调合燃料具有形态均一、燃烧性能良好、高效清 洁等特点,所以甲醇汽油的开发和应用优化了能源结构,降低了对石油的依赖,缓解了 石油供需矛盾,所以甲醇燃料的研究开发具有巨大的发展潜力,必将成为汽车代用燃料 的发展方向。然而甲醇与汽油在常温下难溶,甲醇汽油遇水易分层,低温稳定性能差,从而影
14、响 到其储存和安全使用等问题,解决甲醇汽油稳定性问题是其推广应用的关键。本文结合 甲醇汽油国内外研究现状,介绍了甲醇汽油的优点,讨论了甲醇汽油存在的热值低、腐 蚀溶胀性等问题,重点探讨了甲醇汽油的低温稳定性和抗水性能,并对其进行了室内实 验研究。1.2 研究现状1.2.1 国外研究现状上世纪70年代石油危机以来,世界上出现了甲醇应用研究的热潮,美国、德国、日本、瑞典等国对甲醇汽油的开发、研究和应用都给予了大量的财力支持和政策倾斜,并积极地开发M100和M85型甲醇汽油。目前,在技术和成本方面,甲醇汽车己经达 西安石油大学硕上学位论文到实用阶段,开始在市场销售。低浓度甲醇汽油在美国、巴西等国家已
15、经商业化应用,美国福特和德国大众分别推出6000辆和200辆灵活燃料汽车投放市场。1995年,仅美 国加利福尼亚州就已有12700辆甲醇汽车投入运营。1994年,日本在中长期能源政策 中把甲醇燃料的开发与应用放在相当重要的位置,已有309辆甲醇汽车投入道路试运行。欧盟允许添加3%(体积分数)甲醇的汽油出售,无需特殊标明。世界上用于车用燃料的甲 醇量己超过二百万吨。甲醇汽油将成为21世纪汽车的代用燃料。1.2.2 国内研究现状国内从20世纪80年代起就开始甲醇汽车燃料的研究工作,经过多年的研究,我国 在甲醇汽油的开发及应用方面已具备了一定基础,在汽油中掺入5%、15%、25%、85%的甲醇及用纯
16、甲醇(100%)作为汽车燃料的试验研究方面已进行大量实质性工作,特别是 低比例掺烧甲醇,汽车无需做任何改动,可直接掺入汽油中使用。原国家科委在“六五”期间就组织了交通部和山西省科委进行了 M15甲醇汽油的示范。在山西省进行过475 辆M15卡车和4个M15加油站的商品化运行示范。福特公司与山西大同汽车制造厂 和中国科学院工程热物理研究所合作,研制成功甲醇灵活燃料汽车。该车引进福特V63.0 LFFV发动机,可使用无铅汽油或者甲醇含量不超过85%的甲醇一汽油混合燃料。此外,以甲醇为燃料的客车也加入到了北京市“绿色公交的行列。我国四川部分地区也有较 长期的甲醇汽油的应用经验,甲醇的添加比例约3%5
17、%。四川西南化工研究院对掺烧 15%甲醇汽油的汽车运行研究表明,只要对汽车结构作微小的改动,甲醇燃料在汽车的 动力性能和尾气排放污染物上与纯汽油相近。贵州科学院能源研究室研制的M80甲醇汽 油,经过EQ-140型东风载重货车和长途客车试用后,性能良好。国家经贸2001年11月 发布的7个可持续发展相关规划也包括了甲醇替代汽油的技术。2003年国家有关部门已 经将醇燃料列入“国家替代能源发展计划”7,8。2004年陕西省出台了车用M15、M25甲醇汽油及车用燃料甲醇地方标准,并逐步进 行试点。陕西省政府于2005年7月对该省甲醇汽油的发展做了总体部署,成立了陕西省 甲醇汽油领导小组,该省甲醇汽油
18、燃料的示范与推广应用进入了实施阶段,并先后在延 安、宝鸡、榆林和西安四城市进行了为期两年的试点。2007年省推广甲醇汽柴油办公室 公布,于2007年10月至2008年4月以延长石油集团为主,在其加油站范围内全面推广 M15甲醇汽油,同时协调中石油、中石化加油网点以及其它加油站完成区域甲醇汽油调 配中新的审核和建设工作,并于2008年4月后在全省范围内进行推广。甲醇汽油辛烷值高,燃烧性能良好,清洁环保,是汽油的最佳替代燃料,但仍存在 稳定性差、金属腐蚀性和塑胶材料溶胀性等技术难题,制约着甲醇汽油的发展,其中稳 定性问题是关键,它包括甲醇与汽油的相溶性、抗水性能和低温稳定性等方面,有效的 解决途径
19、是加入助溶剂。目前报道较多的甲醇汽油助溶剂有高级醇、低碳杂醇、MTBE 等,它们对甲醇汽油的相溶性和低温稳定性能有一定的改善作用,但对甲醇汽油抗水性 2第一章绪论能的提高不大,含有少量水分即会分层,影响燃料的安全使用。所以,选择性能良好的 甲醇汽油助溶剂,进一步提高甲醇汽油的相溶性、低温稳定性,并使其具有一定的抗水 能力是甲醇汽油研究的关键。1.3 研究意义及内容随着工业化进程的加快和机动车辆的不断增加,汽油等燃料的消耗量逐年递增,石 油能源面临危机,价格居高不下,汽车排放的尾气中CO、CH(碳氢化合物)、SOx、NOX 和PM(固体悬浮颗粒)等有害物质对人体和环境产生极大危害。面对这些问题,
20、寻找 资源丰富、环境友好、技术成熟、经济可行的车用代用燃料显得更迫切。研究发现,甲醇的含氧量高达50%,与汽油混合后,提高了汽油的含氧量,有助于 汽油的充分燃烧;甲醇汽油完全燃烧时,汽车尾气中CO、CH、SOx和PM的含量都会 下降,使用含甲醇15%10%的甲醇汽油作燃料,CO的排放量减少了 30%左右,NOx 减少了 30%50%,未燃烧CH的减少了 30%60%,降低了对环境的污染:我国是煤 炭大国,生产甲醇原料丰富,工艺成熟,价格低廉,具有很好的经济效益。所以,在我 国发展甲醇汽油可以优化能源结构,缓解石油供需矛盾,具有巨大的市场潜力。但是甲醇汽油仍然存在相溶性、抗水性能和低温稳定性能差
21、等问题,影响甲醇汽油 安全使用,制约了甲醇汽油的发展,加入助溶剂、增溶剂是改善此类问题的有效方法。所以,选择性能良好的甲醇汽油助溶剂,进一步提高甲醇汽油的相溶性、低温稳定性,并使其具有一定的抗水能力非常关键。本文主要针对低比例甲醇汽油低温稳定性能差、抗水性能差的问题进行探讨,将主 要从以下几个方面展开实验研究工作:1甲醇与汽油中典型单体煌组分之间的稳定性能研究;2甲醇与不同种类汽油之间的稳定性能研究;3不同种类、不同含量助溶剂对甲醇汽油低温稳定性能的影响;4不同种类、不同含量助溶剂对甲醇汽油抗水性能的影响;5助溶剂的复配对甲醇汽油稳定性能及抗水性能的影响;6甲醇汽油的低温存储性能;7对甲醇汽油
22、的蒸发性能进行评价。3西安石油大学硕士学位论文第二章甲醇汽油的性能甲醇汽油是由甲醇、汽油和添加剂在一定工艺条件下复配而成的车用燃料。即将甲 醇按一定比例掺入汽油中,通常以甲醇含量作燃料标记。例如,掺入5%、15%、85%甲 醇的汽油分别标记为M5甲醇汽油、M15甲醇汽油和M85甲醇汽油。甲醇燃料按掺烧比例的不同分为低比例、中比例、高比例掺烧和纯烧甲醇汽油。甲 醇比例小于10%为低比例甲醇燃料;甲醇含量为10%20%为中比例掺烧:甲醇含量大 于20%为高比例甲醇燃料;以100%甲醇作为燃料的是纯烧甲醇燃料。2.1 甲醇、汽油及甲醇汽油调合燃料的理化性质2.1.1 甲醇和汽油理化性质的对比表2-1
23、甲醇和汽油的燃料特性比较表阳)性质甲醇汽油分子式CH30HC,Cu相对分子量32.4约100碳含量(质量分数,下同),37.5碟氢化合物氢含量,%12.5碳氢化合物氧含量,49.9碳氢化合物密度(kg/LX2(TC)0.7930.693 0.790沸点/c64.732 210闪点/C126.1燃烧热(MJ/kg)19.91644.350水中溶解度(mg/L)互溶100 200自燃点/C500456汽化潜热(kJ/kg)1167293841雷德蒸汽压(38C)/MPa0.0320.074-0.088理论空燃比(kg空气/kg燃料)6.4514.6 15.1RON11284-96MON9270 8
24、4从分子结构上看,汽油中不含氧,甲醇中含氧量高达49.9%,更有利于燃料燃烧完 全。从密度上看,甲醇和汽油密度相差不大,混合燃料的密度相近,混合后分离倾向小。从汽化潜热上看,甲醇的汽化潜热远远高于汽油,燃烧时较难汽化,冷启动困难。从热 第二章甲醇汽油的性能值上看,甲醇比汽油小的多,做相同的功,消耗甲醇燃料比汽油要多。从沸点上看,醇 类燃料沸点较低,有利于燃料汽化。从理论空燃比上看,甲醇理论空燃比小于汽油,在 适当的条件下,可以实现稀薄燃烧。从辛烷值看,醇类燃料辛烷值较高,抗爆性能好,可采用高压缩比,提高热效率。2.1.2 抗爆性甲醇辛烷值大于110,远高于普通汽油,抗爆性能好。当其与汽油调合时
25、,多数情 况下有增值效应,特别是甲醇汽油的研究法辛烷值上升数量最为显著。下表为甲醇与四 种基础油混合,用不同的方法测得的辛烷值:表2-2甲醇辛烷值调合性能基础调测试辛烷值甲醇调入量(V%)和组分方法05101520直溜汽油RONC69.873.8_一_B149.8MONC68.372.0_一B142.3烷基化RONC94.697.2一_汽油B146.6MONC92.593.8_B118.5催化裂RONC88.390.091.993.494.6化汽油B122.3124.4122.3119.8MONC78.379.379.480.681.2B98.392.393.692.8催化重RONC98.19
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