甲醇汽油推廣應用技術問題探討

李仙舟 孫錦凌 邸振春（蘭州寰球工程公司，甘肅 蘭州 730060）

1 互溶性

甲醇是極性較強的有機物，而汽油則主要是由烴類等非極性有機物組成，兩者的極性差很大，甲醇汽油存在低溫相穩定性問題。互溶性差會造成熱效率下降、排污增加，同時增加發動機的振動和噪聲，造成機件早期損壞。混合體系中水含量、溫度和汽油組成（大部分為烷烴組分）等因素是影響甲醇汽油互溶性的主要因素，需添加助溶劑以增強其穩定性能。大量表明，助溶劑可降低甲醇汽油相分離溫度，且隨著助溶劑添加量增大逐漸降低。

2 耐水性

甲醇即具有親油性又具有親水性，但親水性表現的更強，如在常溫下M15甲醇汽油中水的含量達到20㎎/g時，體系平衡將被打破，出現渾濁分層現象，表現出耐水性差的特征。對甲醇汽油而言，遇水不穩定性是最具有限制性的問題，是關系到甲醇汽油能否安全使用和全面推廣的關鍵性問題。一旦出現相分離，甲醇汽油就無法正常使用。水會與甲醇形成氫鍵，新的氫鍵作用力打破體系的原始平衡狀態需要外力促使體系產生新的平衡，如升高體系溫度、使用大量相穩定劑等。

研究指出，助溶劑能夠提高甲醇汽油的耐水性，助溶劑中疏水基碳鏈增加可改善甲醇汽油的抗水性能，復配助溶劑比單一添加劑作用效果好。

3 冷啟動性能

甲醇具有氣化潛熱高、沸點低、蒸發氣壓低等特點，其氣化潛熱約為汽油氣化潛熱值的3.17倍。因此，在發動機冷啟動時，甲醇的蒸發變得困難，混合氣中甲醇的濃度無法達到著火濃度下限，致使發動機無法正常著火燃燒。

針對甲醇作為車用燃料冷啟動困難的問題，目前已提出了多個方案以改善甲醇汽油的冷啟動性能，如預熱塞方案、進氣管預熱等。目前甲醇汽油冷啟動難問題的解決將集中在燃料配方改進、用汽油方式啟動兩方面，前者在短期內無法普及推廣，而汽油啟動方案將大量運用于在用車改裝及新出廠車型。

4 高溫氣阻性

由于甲醇與汽油蒸氣壓的差異，導致混合燃料產生低沸點共沸物，對拉鳥爾（Rault）定律呈正偏差，從而增加了汽油機的氣阻性能。與此同時，不完全燃燒的甲醇汽油，由于烴類物質裂解、氧化聚合產生碳渣沉積，易導致汽化室噴嘴堵塞，發生氣阻。研究顯示，混合體系中甲醇的含量及汽油的組分均會影響甲醇汽油的飽和蒸汽壓。針對上述問題，國內現有的解決方法主要包括：調整基礎汽油的蒸汽壓或添加能與甲醇或汽油形成高恒沸物的添加劑；促進甲醇汽油充分燃燒、抑制高溫下的氧化聚合或添加抗阻沉積劑。近年來，關于添加劑結構對甲醇汽油相穩定性及蒸發性的影響已有相關文獻報道，以進一步消除甲醇汽油的高溫氣阻問題。

5 金屬腐蝕性

發動機燃料系統的腐蝕是制約甲醇汽油發展的又一關鍵因素。在無水的汽油中，活性硫化物是引起金屬腐蝕的主要原因。然而，甲醇汽油混合體系中水分的存在及甲醇燃燒產生的甲醛、甲酸等會激活金屬的酸腐蝕和電化學腐蝕。與此同時，甲醇汽油蒸發潛熱大、汽化不充分，未汽化的甲醇會破壞汽缸壁上的潤滑油膜，從而加快汽缸壁表面的腐蝕。甲醇汽油腐蝕性隨著甲醇含量的增加而增大。針對性的研制腐蝕抑制劑能有效抑制甲醇汽油對材料的腐蝕性，并對其中各元素比例進行優化，以更好的保護金屬材料、防止其酸或其他腐蝕的發生。

6 非金屬材料的溶脹性

作為一種優良的小分子有機溶劑，甲醇對汽車中常用的非金屬材料零件及橡膠配件都有較強的溶脹作用。當橡膠被浸泡在甲醇汽油中時，甲醇會滲入橡膠網狀高分子聚合物中，使網狀結構發生膨脹。與此同時，橡膠和甲醇都有極性，相似相溶容易發生膨脹，導致發動機的非金屬材料零件和橡膠配件變形和脆裂，氣密性變差，甚至導致油路出現故障。此外，醇汽油中使用的添加劑如助溶劑中的某些成分也會對橡膠和塑料部件產生溶脹作用。針對甲醇汽油對非金屬材料的溶脹性，目前主要采用兩種解決方案：（一）采用對甲醇汽油溶脹性較低的材料，在進行橡膠材料的選擇時需根據甲醇汽油的配比綜合考慮；（二）采用防溶脹劑來降低甲醇汽油對汽車非金屬材料的溶脹作用。

7 發動機潤滑油侵蝕變質

甲醇汽化潛熱大，氣化不良或未氣化的甲醇汽油會滲入曲軸箱內，稀釋并萃取出潤滑油中的添加劑，使抗泡劑和抗磨劑等添加劑失去作用。與此同時，甲醇汽油燃燒產生的甲醛、甲酸等物質會中和潤滑油中的堿性清潔劑和分散劑，使潤滑油迅速惡化變質，從而導致汽油機油抗磨性降低，加劇發動機的磨損、縮短發動機的使用壽命。調整潤滑油添加劑和潤滑油黏度等級可有效緩解甲醇發動機的磨損、結焦等問題。

8 毒性和非常規排放

作為一種典型的神經毒物，甲醇是一種沸點低、易揮發的接觸有害物質。甲醇對人體具有中等毒性，用作車用燃料時其環保問題不容忽視。除此之外，甲醇汽油燃燒產生的甲醛等非常規排放物濃度較高，對人體健康存在威脅。然而，國內各大高校對甲醇燃料毒性的研究顯示，在正確規范地使用甲醇燃料的前提條件下，甲醇汽油對生態環境和人體健康的危害不會大于汽油，甚至更小。可采用傅里葉變換紅外光譜技術檢測車內甲醛排放物，采用三元觸媒轉換器可改善甲醇汽油尾氣中甲醛的排放，使其更加環境友好。

9 結語

綜合以上因素，甲醇汽油的開發應用存在多方面的技術問題，其中助溶劑作為車用甲醇汽油的相穩定劑，可改善甲醇汽油制備過程中存在的互溶、腐蝕、氣阻、溶脹等問題。與此同時，甲醇汽油抗阻沉積劑、金屬腐蝕抑制劑、防溶脹劑和甲醇汽油專用發動機潤滑油的開發應用，以及甲醇汽車自身材質的改進等均為甲醇汽油的進一步開發利用所必需。全面協調完善上述多方面的技術問題，消除人們心中的疑慮，才能為我國甲醇汽油的推廣應用鋪平道路。