微乳化甲醇柴油金屬腐蝕性研究

摘 要：本文研究了微乳化甲醇柴油對黃銅、紫銅、45號鋼、Q235、鋁合金的腐蝕特性。并自制出緩蝕劑YGY，緩蝕劑對微乳化甲醇柴油的腐蝕油明顯抑制所用。

關鍵詞：微乳化甲醇柴油 金屬 腐蝕 緩蝕劑

中圖分類號：TQ517.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）12（b）-0076-01

1 我國能源消耗現狀

石油短缺，需要大量進口，2011年進口量為2.54億噸，對外依存度達到56.7%，隨著經濟社會發展，能源消費還將大幅增長。高昂的石油對我國的經濟發展構成了嚴重制約。能源供給形勢也很不樂觀，國際上油氣資源豐富的地區，政治局面形勢不穩，石油產量受到限制。

2 內燃機替代燃料

石油供應的緊缺以及內燃機有害氣體排放污染等問題都迫使人們尋找石油的清潔替代燃料。目前主要的替代燃料有[1]：（1）氫氣：氫氣被認為是最清潔的燃料，燃燒后沒有污染物的排放。但是氫氣成本太高，儲運不安全。（2）天然氣：天然氣主要成份為甲烷。天然氣燃燒更完全。天然氣儲存和運輸不便，并且安全性較差。（3）二甲醚：二甲醚是一種無色無毒的氣體。但是二甲醚粘度低，潤滑性差，而且能溶解多種橡膠材料。（4）生物燃料：生物柴油是以植物果實、動物脂肪油、廢棄食用油等為原料，與醇反應獲得。但是生物燃料價格高制約了生物柴油的廣泛推廣。（5）乙醇：乙醇是一種可再生資源。然而對糧食大量的消耗會引發很多的社會問題。（6）甲醇：我國是富煤炭、缺油氣、少再生能源的國家，預測出的全國煤炭資源總量達6000億噸是世界上煤炭儲存最豐富的國家之一，這樣的國情決定了以煤為原料生產甲醇燃料是緩解我國石油供應矛盾的有效措施之一。除了來源豐富的優勢以外，甲醇在生產價格、儲運以及加注等費用方面都具有很大的競爭優勢。因此，與其他國家相比，甲醇燃料在我國更有發展前途。

2.1 甲醇作為車用替代燃料

2.1.1 甲醇的理化性質

甲醇之所以能夠作為汽車燃料，主要是由以下幾個理化特性決定[1]。甲醇的抗爆性好；甲醇的著火極限寬；甲醇中含氧高達50%；柴油和甲醇密度差別不大；甲醇的汽化潛熱遠遠大于柴油；甲醇的冷凝點較低；甲醇的閃點遠遠的低于柴油的閃點；甲醇的沸點要比汽油和柴油都低。

2.1.2 甲醇在柴油機上的摻燒方式

由于甲醇的理化性質與柴油有較大差異，在柴油機上燃用甲醇燃料，需要對發動機供油系統或者甲醇燃料作些調整，選擇合適的摻燒方式，以獲得良好的發動機性能。當前研究較多的摻燒方式是乳化液法、雙供油系統法和低壓噴嘴法。[1]柴油與甲醇在噴入發動機之前均勻混合，混合好的燃料經噴油泵、噴油器噴入柴油機進行燃燒，此方法稱為乳化法。乳化法幾乎不需對發動機進行改動。然而乳化柴油只是暫時穩定，經過一段時間仍逃不掉分層的命運。乳化甲醇柴油的不穩定，限制了甲醇柴油的普及推廣使用。[1，2]

2.1.3 推廣乳化甲醇柴油之前必須解決兩個問題。

（1）穩定性問題。微乳化液只要配方合適恰當，將各個物質均勻混合，溶液即可自發形成，并且溶液均勻、透明、穩定。只要溶液的化學組成和溶液的保存的物理狀態不變，則溶液一直是穩定的。正因為微乳化溶液的熱力學穩定性，使用微乳化方法可以解決甲醇柴油穩定性問題。[2，3]

文獻[4]制備出穩定不分層的微乳化甲醇柴油。組分是：柴油為50%～70%、甲醇為10%～25%、油酸為6.8%～8.6%、異丁醇為2.7%～9.4%、乙酸乙酯為4.9%～6%、大豆油為1%～5%，上述比例為質量百分比。把上述各物質按照指定比例混合，攪拌3～5min。當甲醇質量含量為10%時稱為M10；當甲醇質量含量為20%時稱為M20，依次類推。用此方法制備成功的微乳化甲醇柴油保存一年依然不分層，保持澄清透明的狀態。實驗期間為環境溫度，溫度范圍-5℃～35℃，濕度范圍30%～80%。

（2）腐蝕問題。柴油對金屬的腐蝕很弱，主要是活性硫化物引起的銅片腐蝕。燃料系統大量使用各種金屬，如銅、鐵、鋁、鉛、鋅、鎂及其合金，甲醇對這些金屬都有不同程度的腐蝕性。甲醇柴油對金屬的腐蝕主要有下面幾個方面造成[5～7]。

①當柴油中存在醇時，醇會離解出氫氧根離子，氫氧根離子將會引起金屬的腐蝕，本文的微乳化甲醇柴油。②甲醇生產過程中不可避免的會有有機酸生成，本文為了制備微乳化甲醇柴油加了一定比例的有機酸，另外大豆油長時間放置還會產生酸敗，此三項會對金屬產生酸腐蝕和電化學腐蝕。③甲醇吸水性很強，含水的微乳化甲醇柴油將引起酸的電離，使活潑金屬的酸腐蝕加劇，并激活其他腐蝕行為。

微乳化甲醇柴油即使含有少量的甲醇也會使燃料腐蝕性大大增強，醇含量越高，腐蝕性越大。

防止微乳化甲醇柴油燃料腐蝕油料系統金屬的基本方法有類：一是改變原來油料系統的金屬，整個系統全部使用耐腐蝕的金屬來制造生產，此種方法無疑使一項巨大的工程；二是在微乳化甲醇柴油中加防腐蝕添加劑或者緩蝕劑。兩方法相比，顯而易見前者的經濟成本極高；后者只要找到合適的試劑及其配比即可，方法簡單，易行，而且成本很低，效果較好。[5～7]

3 微乳化甲醇柴油腐蝕特性的實驗研究

3.1 實驗材料

本文實驗所用微乳化甲醇柴油為根據文獻[4]制備而得。根據柴油系統所使用的金屬來選擇本實驗所用金屬試樣種類。[5-7]本實驗選擇六種金屬放置在微乳化甲醇柴油溶液中進行浸泡實驗。分別為45號鋼、Q235、黃銅、紫銅、CrWMn、鑄鋁合金。

3.2 實驗過程

實驗金屬金屬先用線切割機切成大小為10 mm見方的小試樣，然后用砂紙磨光，磨光后用暖風機烘干。

本文實驗所添加的緩蝕劑為自制緩蝕劑YGY。把不同質量分數的緩蝕劑添加到微乳化甲醇柴油M17中，緩蝕劑YGY的質量分數分別為微乳化甲醇柴油M17的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，然后在添加不同質量分數緩蝕劑的溶液中放置不同的金屬試樣進行浸泡。

3.3 實驗結果

浸泡一周、一月后觀察，加緩蝕劑的溶液顏色明顯較淺，證明緩蝕劑可以有效抑制微乳化甲醇柴油對45號鋼、Q235、黃銅、紫銅、CrWMn、鑄鋁合金的腐蝕作用。

4 結論

緩蝕劑可以有效抑制微乳化甲醇柴油對45號鋼、Q235、黃銅、紫銅、CrWMn、鑄鋁合金的腐蝕作用。

參考文獻

[1]張登攀.柴油機進氣預混甲醇的臺架試驗和醇氣混合過程數值模擬[D].江蘇大學，2011.

[2]崔正剛，殷福珊.微乳化技術及應用[M].北京中國輕工出版社，1999：83-90.

[3]胡福田，于新.甲醇—柴油微乳化液配方研制[J].廣東化工，2007，34（9）：5-8.

[4]宋印東，袁銀男，李鵬，等.一種微乳化甲醇柴油及其制備方法[P].中國：CN1022 29821A，2011.11.02.

[5]郭四虎，吳耀曲.甲醇汽油腐蝕抑制劑的應用特性試驗[J].化工生產與技術，2007，16（4）：30-32.

[6]陳林，陳凱，鄧冰清.生物燃料對金屬腐蝕的試驗研究[J].腐蝕與防護，2009，30（3）：165-170

[7]陳飛.生物物柴油的腐蝕性和穩定性研究[D].昆明理工大學，2011.