低比例甲醇汽油气阻研究进展

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摘 要：论述了低比例甲醇汽油气阻问题产生的原因及目前研究进展。结果表明：低比例甲醇汽油气阻是制约甲醇汽油推广的关键因素之一；目前解决气阻的途径有：催化改性；气阻指数和气阻温度控制；甲醇与汽油组分分子反应；基础汽油复配；添加气阻抑制剂等，各研究都在一定程度上解决了气阻问题。

关键词：低比例甲醇汽油 研究进展 气阻

The Research of Vapor Lock on Low Proportionof Methanol Gasoline Blends

Abstract： Discusses the vapor lock problem of low ratio of methanol gasoline blends and the present research progress. The results show that the vapor lock low proportion of methanol gasoline blends is one of key factors restricting promotion of methanol gasoline， solving manners： catalytic modification； The vapor lock index and the temperature control of vapor lock； Methanol and gasoline internal molecular reaction； Based on gasoline distribution； Add a vapor lock inhibitors， etc.， all research to a certain extent， have solved the problem of the vapor lock.

Key words： Low proportion of methanol gasoline blends The research progress Vapor lock

自上世纪七十年代醇类燃料开始应用以来，甲醇汽油的发展突飞猛进。特别是在2010年12月27日工业和信息化部组织召开甲醇汽车试点工作座谈会后，迅速就在上海、陕西、山西试点推广高比例甲醇汽油（M85、M100）等事宜进行讨论和部署。这是国家层面首次主导开展甲醇汽油推广试点工作，标志着甲醇汽油推广应用被正式纳入国家战略，甲醇汽油推广工作将因此提速[1]。

甲醇汽油以其甲醇含量分为低比例甲醇汽油（M5- M20），中比例甲醇汽油（M50-M70）和高比例甲醇汽油（M80- M100）。

然而，甲醇汽油在使用中仍然有一些技术问题没有彻底解决，特别是低比例甲醇汽油更是如此，其中，气阻问题就是低比例甲醇汽油有待解决的问题之一。虽然低比例甲醇汽油使用方便，不需要改造发动机，但由于甲醇汽油的蒸发性较汽油大，在夏季使用易出现气阻，影响发动机正常工作。气阻现象影响汽车供油管路以及加油管道的正常使用。低比例甲醇汽油挥发性的升高，还造了不必要的挥发损失，尤其是高温季节时尤为突出。因此，对于甲醇汽油在全国尤其南方地区夏季的推广普及造成了直接的影响。近年来在解决气阻问题方面，科技工作者在多方面的研究卓有成效。

本文就低比例甲醇汽油气阻产生的原因及目前国内采用的解决方案作一个简要分析。受市场应用影响，国外甲醇汽油方面的研究报道较少，不再论述。

一、气阻产生的原因

1.饱和蒸汽压变化

图1 不同种类甲醇汽油饱和蒸汽压

Fig.1 The saturated vapor pressure of different kinds methanol gasoline blends

甲醇汽油的饱和蒸汽压随甲醇含量变化而变化，如图1所示。低比例甲醇汽油饱和蒸汽压在M30前变化较大，约在10～25kPa，当甲醇含量为15% 时，其饱和蒸汽压达到最大，为71.9kPa。甲醇汽油的饱和蒸汽压范围为32～72kPa符合GB17930-2011《车用汽油》中的性能要求。低比例甲醇汽油（M15） 饱和蒸汽压较大，原因在于甲醇能和汽油中的某些烃类形成低沸点共沸物，造成整个燃料的挥发性增强，因此M15 启动性能好，但是容易形成气阻。随着甲醇比例增大，饱和蒸气压逐渐下降，推测是由于高比例甲醇汽油中甲醇的性能对饱和蒸气压影响较大，因此高比例甲醇汽油挥发性差，影响汽车的低温冷启动性能[2]。

2.甲醇分子与汽油分子间的关系

甲醇分子本身分子量小，但是由于氢键的存在，分子间具有强烈的自缔合作用，使得甲醇挥发性低。普通汽油主要由C4至C12的烃类混合物组成，并且含有大量的低烯烃、低碳烷烃等低沸点物质。因此与普通汽油相比，甲醇的饱和蒸汽压要远低于普通汽油。然而，当低含量的甲醇与汽油调配成甲醇汽油之后，饱和蒸汽压正偏离拉乌尔定律。这是由于甲醇分子被汽油中的非性分子包围，氢键作用被削弱，导致甲醇挥发性增强，并且由于低沸点共沸物的形成得甲醇在挥发的同时还会带出一部分不易挥发的汽油组分，进一步增强了甲醇汽油气阻的发生[3]。

二、解决低比例甲醇汽油的途径

目前，在解决低比例甲醇汽油气阻方面，文献报道了多种有效的方案，有些在实际生产应用中已经取得良好的经济和社会效益。

1.催化改性降低甲醇汽油的饱和蒸汽压

贾广信等[4]首次提出甲醇汽油蒸馏催化改性方法，一定程度上解决了甲醇汽油存在的饱和蒸气压升高的技术难题改善了油品品质。

甲醇汽油蒸馏催化改性的思路是先将甲醇汽油闪蒸分离出轻质组分和重质组分，然后将轻质组分送入反应器中进行催化改性，改性后的轻质油品再与重质油品混合得到改性甲醇汽油。研究采用Hβ沸石，在反应温度90℃，压力1MPa，进料空速1h-1，油气比0.3：135的条件范围内催化改性，使甲醇汽油易挥发组分转变为难挥发组分，从而降低甲醇汽油的饱和蒸汽压，降低幅度达10MPa以上[5]。

胡文斌[6]等采用负载型磷钨酸催化剂在甲醇汽油催化改性中的应用也取得良好的效果。以PW12为活性物质、SiO2为载体，采用浸渍法制得PW12/SiO2催化剂，用于M15甲醇汽油中的轻质组分的催化改性，并在条件为：PW12负载量30%，焙烧温度300℃下制得的催化剂，在反应温度80℃、空速2h-1、反应压力1.0MPa的条件下使反应后甲醇汽油的饱和蒸汽压降低。

2.应用气阻指数和气阻温度控制气阻的产生

许世海等[7]研究发现气阻倾向可以通过计算气阻指数和气阻温度进行对比分析，从而达到调控甲醇汽油气阻的目的。

气阻指数按下式计算：

IVL=PRV+nE70

式中，IVL为气阻指数，PRV为雷德法饱和蒸气压，E70为70℃以前汽油馏出的体积分数，n为常数。气阻指数越大，汽车高温下发生气阻的倾向越大。气阻指数与气液比有很好的相关性，与发动机气阻的相关性较高，且这个指数的测定要容易一些。

气阻指数表示燃料发生气阻的倾向，但是否发生气阻还与汽车的构造和气温有关。气阻指数一定的汽油用于特定的汽车上，则可能发生气阻的温度也就大致确定

研究结果表明气阻温度，气阻指数大。实际应用中也发现甲醇汽油的气阻倾向较高，在夏天天气较热时易发生气阻。，因此，实际应用中可能发生气阻的温度要高一些。从甲醇汽油实际应用情况来看，气温达到38℃以上时，有少数化油器汽车会发生气阻，绝大多数电喷汽车在40℃以下不会发生气阻。

3.利用分子之间反应降低饱和蒸汽压

刘宏建等[8]利用甲醇与汽油组分中的烯烃反应来降低甲醇汽油的饱和蒸汽压同时提高甲醇的掺入量。其制备方法，由下列原料制备而成：甲醇、汽油、C4、MTBE、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO-4、甲醇溶液I、汽油溶液II；其创新点在于：1.独特配方，解决了甲醇汽油的稳定性、腐蚀性、对橡胶的溶胀性、冷起动机等技术难题；2.通过改变催化剂，异丁烯反应，而且1-丁烯也参与反应，消耗甲醇更多，使甲醇生成了醚，降低了甲醇汽油的原料费用。生成物和过量的甲醇不用分离，简化了工艺流程，减少费用；3.通过用催化剂，汽油中的一部分烯烃参加反应，降低了汽油中烯烃的含量，提高了成品汽油的质量，消耗甲醇更多，使甲醇汽油的原料成本更低，部分甲醇生成了醚，加入相同质量甲醇的情况下，提高了甲醇汽油的质量。

4.基础汽油复配降低气阻

罗陶涛等[9]以芳构化汽油、重催化汽油、醚化汽油、重化汽油等常用的汽油为基础汽油混合甲醇，观察饱和蒸汽压的变化，结果表明重化汽油和醚化汽油进行调和 再加入其它处理剂等是可以改变甲醇汽油的蒸汽压的从而解决甲醇汽油的气阻问题。

5.气阻抑制剂

在汽油中添加抑制共沸物形成或抑制蒸发的添加剂，在解决低比例甲醇汽油气阻方面也取得了明显的效果。许世海等[10]分别在M10和M15甲醇汽油中加入四种体积分数为0.05%、0.10%、0.15%、0.20%的气阻抑制剂A、B、C和D，测定它们的馏程、饱和蒸气压和气阻指数。研究发现，效果最好的气阻抑制剂可以降低饱和蒸汽压20kPa左右，可以有效地控制低比例甲醇汽油的气阻。

三、结论

1.低比例甲醇汽油的气阻是甲醇分子和汽油组分相互作用在一定条件下产生的。

2.解决甲醇汽油的途径有：催化改性；气阻指数和气阻温度控制；甲醇与汽油组分分子反应；基础汽油复配；添加气阻抑制剂等。

参考文献

[1] 穆仕芳，尚如静，魏灵朝，蒋元力等.我国甲醇汽油的研究与应用现状及前景分析[J].天然气化工，2012，37（1）：62-66.

[2] 滑海宁，陈明星，李阳阳等.甲醇汽油腐蚀性与挥发性的实验研究[J].贵州大学学报（自然科学版），2013，30（3）：65-68.

[3] 彭志奎等.甲醇燃料[M].太原：山西科学技术出版社，2007：123.

[4] 贾广信，吴耀曲，孙茂华.一种甲醇燃料催化改性生产工艺[P]：CN：101497826A，2009.

[5] 杨俊召，贾广信，吴耀曲等.M15甲醇汽油轻组分催化改性工艺条件研究[J].煤炭转化，2010，33（4）：78-82.

[6] 胡文斌，贾广信等.M15负载型磷钨酸催化剂的制备及其在甲醇汽油催化改性中的应用[J].石油化工，2012，41（2）：150-155.

[7] 许世海，刘晓，秦敏等.甲醇汽油的蒸发性与气阻倾向研究[J].车用发动机，2008（3）：90-92.

[8] 陈雪枫，李伍成，蒋元力，刘宏建等.清洁甲醇汽油及其制备方法[P].CN：101885999A，2010.

[9] 罗陶涛，杨林，杨世光等.基础汽油对甲醇汽油气阻影响的研究[J].化学工业与工程技术，2005，26（2）：8-9.

[10] 许世海，刘晓，熊云，吴鉴臻等. 中国石油学会第六届石油炼制学术年会.2010：539-543.

[11] 吴黎明，王志强，张晴等.M15甲醇汽油高温气阻倾向研究[J].化学工程与装备，2011，7（53）：27-30.