適用于M85 甲醇汽油的添加劑研制

董紅霞，劉泉山，劉玉峰，張春光

（中國石油潤滑油研究開發中心，甘肅蘭州 730060）

隨著經濟建設的高速發展，我國的能源消費需求迅速增加。2018 年，中國石油對外依存度達72 %，為近五十年來最高，遠遠超過了能源對外依存50 %的能源安全警戒線。并且隨著我國汽車保有量逐年上升，汽車尾氣造成的大氣污染也日益嚴重。出于節約石油資源和控制環境污染的考慮，在戰略上加快汽車清潔替代能源的開發與使用已成為中國能源發展的重大戰略決策問題和當務之急。

我國煤炭資源相對豐富，煤制甲醇是適合我國資源狀況的替代燃料。2009 年，我國開始實施GB/T 23510《車用燃料甲醇》和GB/T 23799《車用甲醇汽油（M85）》兩個標準，標準的出臺為甲醇從化工產品向車用燃料轉變提供了合法依據，標志著國家對甲醇汽油的態度日趨明確，有利于甲醇汽油的推廣。但在真正實現甲醇汽油的商品化的過程中，還必須解決很多主要關鍵技術問題，特別是高比例甲醇汽油存在金屬的腐蝕性、清凈性等問題。因此，開展M85 甲醇汽油添加劑的研制工作具有現實意義，可為甲醇汽油工業化生產奠定基礎。

1 試驗部分

1.1 試驗原材料及儀器

試驗原材料包括：92#基礎汽油（蘭州石化，滿足GB 17930）；燃料甲醇（上海焦化，滿足GB 23510）；腐蝕抑制劑；清凈劑（滿足GB 19592）；乙酸（分析純）；蒸餾水等。

試驗儀器包括：電子天平（0.000 1 g）；烘箱；廣口瓶（具塞）；金屬試片（40 mm×10 mm×2 mm）；汽油清凈性模擬試驗機等。

1.2 試驗方法

1.2.1 金屬腐蝕試驗[1]在230 mL 甲醇汽油中加入一定量的蒸餾水以及乙酸等腐蝕促進劑調成腐蝕試驗液。試驗中所采用的試片為銅片和鋼片等。試驗時將清洗稱重后的試片浸沒在裝有試驗液的容器中，在43±1 ℃下放置72 h，試片取出清洗、干燥后稱重或評級。以試片的失重量評價金屬腐蝕抑制劑的抗腐蝕效果，失重量越小，抗腐蝕性效果越好。

1.2.2 進氣閥沉積物試驗機評價車用汽油清凈性試驗方法 試驗方法為中國石油天然氣集團公司企業標準Q/SY 1133-2007[2]。1 200 mL 的試驗汽油在一定的壓力下通過流量測量系統進入噴嘴，與一定壓力和流量的空氣混合后，以一種扁平噴霧方式噴射到一個已加熱到試驗溫度的鋁制試驗片上，試驗前和試驗結束后對試驗片進行稱重，得出試驗片上沉積物的質量，以此作為評價車用汽油清凈性能的依據。

因為甲醇汽油對發動機金屬部件的腐蝕是個長期的過程，在甲醇汽油金屬腐蝕性試驗中人為加入一定量的蒸餾水和乙酸以增強甲醇汽油的腐蝕性，便于試驗研究開展。以15 %的基礎汽油和85 %的燃料甲醇調合成M85 甲醇汽油，試驗用金屬腐蝕試片的選擇主要是考慮甲醇汽油在儲運、使用過程中所接觸的金屬材料種類，如鋼鐵材料制的油罐、油桶、閥門等；銅材料如導管、濾網、量孔子等。本試驗主要選擇鋼、鋁、銅試片進行M85 甲醇汽油的腐蝕性試驗，試驗結果（見表1）。

由表1 結果可以看出，M85 甲醇汽油對鋼片、銅片、鋁片均有不同程度的腐蝕現象，其中對鋼片的腐蝕最嚴重。其中抗腐蝕材料16MnR 鋼、磷脫氧銅、防銹鋁的耐腐蝕性要好于普通金屬材料。因此，在甲醇汽油中需加入一定量的金屬腐蝕抑制劑，解決醇燃料在使用過程中與金屬部件接觸帶來的金屬腐蝕問題。

選用了A、B、C、D 四種金屬腐蝕抑制劑，考察了四種腐蝕抑制劑在M85 甲醇汽油中的抗腐蝕效果。試驗結果（見表2）。從表2 試驗結果可以看出，腐蝕抑制劑B 對銅片和鋁片能起到良好的抑制腐蝕作用；腐蝕抑制劑A 對鋼片的腐蝕能起較好的抑制腐蝕作用。由于A 和B 的防腐蝕機理不同，為綜合利用其防腐蝕性能同時也為降低生產成本，設計了試驗對A 和B進行復配，最終確定了腐蝕抑制劑B:腐蝕抑制劑A為2：1，總加劑量為50 μg/g 的添加劑配方對金屬腐蝕有很好的防護作用。

2 試驗結果及討論

2.1 金屬腐蝕抑制劑的篩選與確定

甲醇的親水性和吸濕性極強，甲醇汽油在儲運和使用過程中，因環境溫度和濕度的變化，甲醇汽油中的溶解水會析離成游離水，由于水會起到電解質的作用，因此，會對金屬產生強烈的電化學腐蝕。而且甲醇在制備過程中含有酸性物質例如甲酸等，在儲存和使用中也會因受到空氣的氧化或細菌發酵形成有機酸，這些酸性物質會對金屬產生較大腐蝕。

2.2 清凈劑的篩選與確定

因為甲醇對有色金屬材料具有明顯的腐蝕性，而銅、鋅、鋁、錫等有色金屬存在于燃油系統中，會受到明顯的影響，為抑制燃料對金屬材料的腐蝕，需要添加相應的腐蝕抑制劑；但是腐蝕抑制劑也會導致燃燒沉積物增加等負面效果，為平衡這種效應，需要選擇合適的清凈劑以減少燃燒沉積物的生成，M85 甲醇汽油國家標準GB/T 23799 中要求加入符合GB 19592 的車用汽油清凈劑[3]。

表1 M85 甲醇汽油對金屬的腐蝕性試驗結果

表2 腐蝕抑制劑的篩選試驗結果

本研究中選用了四種汽油清凈劑，分別為清凈劑E、清凈劑F、清凈劑G 和中國石油蘭州潤滑油研究開發中心自主研發的汽油清凈劑RHY2303。以基礎汽油和燃料甲醇調合成M85 甲醇汽油，分別加入RHY2303和清凈劑E、清凈劑F、清凈劑G，加劑量均為400 μg/g，利用進氣閥沉積物試驗機評價了汽油的清凈性，試驗結果（見表3）。

表3 清凈劑作用效果考察

從表3 的試驗結果可以看出，清凈劑G 和RHY2303 均能起到良好的清凈分散的作用。但由于清凈劑G 為進口劑，價格較昂貴，從經濟性考慮，選取蘭州潤滑油研究開發中心的RHY2303 作為M85 甲醇汽油的清凈劑。

在M85 甲醇汽油中加入不同劑量的汽油清凈劑RHY2303，進行了清凈性評價，考察了不同加劑量對清凈性的影響，試驗結果（見圖1）。清凈劑添加量對試驗片板面形貌的影響（見圖2）。

從圖1 和圖2 可以看出，隨著汽油清凈劑用量的增加，進氣閥沉積物逐漸減少，即對進氣系統沉積物的抑制效果增強。綜合成本及性能因素考慮，RHY2303加劑量確定為400 μg/g。

2.3 添加劑體系的適用性

為進一步考察M85 甲醇汽油添加劑體系的使用效果，在M85 甲醇汽油中加入金屬腐蝕抑制劑和清凈劑，進行了三次重復試驗，結果（見表4）。

表4 添加劑配方重復性試驗結果

試驗結果表明，所研制的M85 甲醇汽油添加劑具有良好的防腐、防銹性能，對進氣閥沉積物的生成具有良好的抑制作用。

3 結論及建議

圖1 清凈劑加劑量的考察

圖2 清凈劑加量對板面形貌的影響

試驗所研制的M85 甲醇汽油添加劑具有良好的防腐、防銹性能，對進氣閥沉積物的生成具有良好的抑制作用，可有效改善M85 甲醇汽油的使用性能，有利于M85 甲醇汽油的推廣應用，促進甲醇燃料的產業化推廣。M85 甲醇汽油對鋼片、銅片、鋁片均有不同程度的腐蝕現象，抗腐蝕材料耐腐蝕性要好于普通金屬材料，今后M85 甲醇汽油推廣應用所涉及到的發動機改造建議使用抗腐蝕金屬材料。