煤制乙醇調配乙醇汽油相穩定性的研究

拓宏兵，賀 剛，王小莉，何 偉，宣雙慶

（陜西延長石油能源科技有限公司，陜西西安 710068）

我國當初生產燃料乙醇主要是用陳化糧和木薯甘蔗等原料，隨著乙醇汽油的發展和試點范圍的擴大，勢必會消耗越來越多的糧食，增加糧食需求，出現“人車爭糧”的現象，引發糧食戰略安全問題。

而煤化工路線制乙醇是以煤氣化的合成氣為原料，經化學合成得到乙醇。與生物制乙醇生產工藝相比，成本有明顯優勢，且符合我國當前能源“貧油、富煤、少氣”的發展需求，煤制乙醇有望降低我國對石油的依賴，促進我國能源多元化變革。

但是，乙醇汽油容易發生相分離現象，使發動機在使用過程中啟動困難、輸出功率低，甚至導致發動機損壞。目前大多數學者研究了生物制乙醇調制乙醇汽油的相穩定性問題，而對煤制乙醇調制車用乙醇汽油的相穩定性研究極少[1-6]。

本文則采用低溫抗相分離實驗方法研究乙醇汽油的穩定性，系統研究了溫度、煤制乙醇含量、水含量、添加劑對相穩定性的影響。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料

實驗主要原料為：92#組分油（陜西延長永坪煉油廠）、無水乙醇（陜西興化的煤制乙醇，乙醇含量為99.6%）、添加劑（Ⅰ）（實驗室自制）、添加劑（Ⅱ）（實驗室自制）、水。

1.2 低溫抗相分離實驗方法

本實驗方法通過相分離溫度來反應乙醇汽油的相穩定性，相分離溫度越高則表示乙醇汽油相穩定性越差，相分離溫度越低則表示乙醇汽油相穩定性越好。實驗方法如下：

（1）細口磨砂比色管若干，按照乙醇、水、汽油、添加劑的順序配制一定比例的混合溶液，搖晃均勻后靜置 10 min，觀察現象。

（2）將存有樣品的細口磨砂比色管放入冰箱。室溫開始降溫，每降1℃，儲存7 d后觀察相穩定性現象，且記錄實驗現象。

（3）直至出現相分離現象，記錄相分離溫度，并做重復性實驗。

2 實驗結果與討論

2.1 溫度對相穩定性的影響

溫度是影響乙醇汽油相穩定性的重要因素。實驗在室溫下配制好乙醇汽油，放置到冰箱緩慢降溫，觀察乙醇汽油混合燃料的相分離現象。E10分別加0.3%和0.4%水的混合燃料在不同溫度下相分離現象（見表1）。

由表1實驗發現：隨著溫度的降低，乙醇汽油混合燃料越來越不穩定，直至溫度降到相分離溫度以下時，乙醇汽油混合燃料發生分層現象，分層現象隨著溫度降低越來越明顯。

機理分析：油水界面的表面張力大小決定了乙醇汽油相分離難易程度，而溫度的高低決定油水界面的表面張力大小。溫度越低，油水的表面張力變大，越容易發生相分離現象。

2.2 煤制乙醇含量對相穩定性的影響

乙醇含量是影響乙醇汽油相穩定性的重要因素之一。實驗用E10、E15、E20分別加入0.3%和0.4%水來降低相分離溫度，進行不同乙醇含量的相分離實驗。不同乙醇含量對應相分離溫度（見表2）。

從表2實驗結果可以看出：無論水含量為0.3%的乙醇汽油還是水含量為0.4%的乙醇汽油，乙醇汽油混合燃料的相分離溫度都隨著乙醇含量增大而升高。在乙醇體積百分比相同時，水含量0.3%乙醇汽油比水含量0.4%乙醇汽油的相分離溫度升高了很多。這與生物制乙醇結論吻合。

機理分析：乙醇具有親水親油能力，增大乙醇含量有利于汽油、乙醇、水三種物質形成穩定的復合體系，從而抑制乙醇汽油發生相分離現象。

2.3 水含量對相穩定性的影響

水含量是乙醇汽油發生相分離現象的重要因素之一。本實驗考察不同水含量對乙醇汽油的相分離現象。不同水含量對應相分離溫度（見表3），表3中水含量為體積百分數。

表3實驗表明：水含量與乙醇汽油混合燃料的相分層現象密切相關，E10乙醇汽油的相分離溫度隨著水含量增大而提高，即相穩定性變差。乙醇汽油分層量隨著水含量的升高而增大。

機理分析：乙醇分子形成氫鍵的能力比水分子弱，乙醇分子和水分子會形成復雜的締合體，當乙醇汽油含有少量的水也會因為水分對乙醇巨大的作用力使乙醇被從汽油中拖出，導致乙醇汽油發生相分離現象。

表1 不同溫度下乙醇汽油混合燃料相分離現象

表2 不同乙醇含量下乙醇汽油的相分離溫度

表3 不同含水量下乙醇汽油的相分離溫度

2.4 添加劑對相穩定的影響

乙醇汽油的相分離問題可以通過添加助溶劑來改善，本實驗用E10加入體積百分含量為0.4%的水，分別加入體積百分數為0.2%的添加劑，不同添加劑對乙醇汽油相分離溫度的影響（見表4）。

表4 不同添加劑與乙醇汽油的相分離溫度

表4實驗表明：通過加添加劑可以明顯改善乙醇汽油的相分離問題，且效果較明顯。

機理分析：添加劑既具有可以與乙醇和水作用的極性基團，又具有可以與組分油作用的非極性基團的化合物。只要加入適量的添加劑就能提高乙醇汽油的相穩定性。

3 結論

（1）在煤制乙醇調配的乙醇汽油中，水分含量、乙醇含量、溫度都是影響乙醇汽油相分離問題的重要因素。水分含量越高相穩定性越差，并且水分的存在就會導致相分層現象。煤制乙醇含量越高則乙醇汽油的相穩定越好。環境溫度越高越有助于互溶，相反溫度越低越易分層。

煤制乙醇調配的E10乙醇汽油，甚至E15及E20乙醇汽油，都可以解決相分離問題，也使中國大范圍推廣乙醇汽油成為可能。

（2）通過加添加劑能起到抗水、抗低溫的助溶效果，提高乙醇汽油的相穩定性，解決乙醇汽油南方怕水北方怕冷的問題，使得乙醇汽油不受地區環境的制約。

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