新型混合燃料互溶性的研究

新型混合燃料互溶性的研究

作者：李哲峰

来源：《商品与质量·学术观察》2013年第10期

摘要：柴油作为能源的主体带动了现代工业与经济的发展，但是随着对柴油的需求量的增加以及燃烧后带来环境污染等各种问题的出现，人们已经开始关注如何找到一种资源丰富，价格便宜，污染少的新型替代燃料。甲醇作为一种新型燃料可以满足上述要求，但是由于甲醇与柴油性质差异较大导致两者很难直接互溶使用，本文采用相似相溶原理，根据HLB值计算，界膜，吸附等理论为依据，采用三相图研究方法，制备出优良的助剂，在添加少量助剂的情况下能很好起到助溶作用，为新型柴油甲醇柴油的发展提供了有力的技术支持。

关键词：甲醇柴油互溶新型燃料

前言

石油资源是世界各国能源消费的主体，随着现代工业，经济的发展，人们对石油需求量日趋增大，作为石油主要用途之一的柴油常有供不应求的局面出现[1]。石油的短缺问题将成为制约世界经济发展的长期压力，柴油在动力性，经济性方面有很大的优势，但由于其燃烧效率低使其排气中含有大量黑色含碳物质的微尘悬浮在空气中，导致环境污染，柴油燃烧后产生的二氧化硫，多环苯类致癌物质，对人体健康也造成了极大危害。原油的缺乏与需求量增加，要求我们尽快发展清洁的替代产品，这已经是能源发展的基本需求之一。

甲醇作为一种替代能源[2]，资源丰富，价格便宜，可以从煤，木炭中制得，工业上制备甲醇的生产技术已经得到广泛成熟的应用[3]，也可以从其他化工工业的副产品中获得[4]。醇类燃料是国际公认的一种清洁代用燃料[5]，美国环保局认为：“采用甲醇燃料是实现清洁环境的最有效方法”，甲醇在常温下是液态，可以方便的储存与运输。在性能上甲醇具有辛烷值高，抗爆震，易降解，污染少等特点。正是由于甲醇的这些特点，国内外越来越多专家学者将目光投入到柴油添加甲醇燃料技术当中。目前，国内使用的甲醇柴油由于甲醇加入柴油后的，互溶性差，不稳定，容易出现分层现象[6]，尤其是甲醇大比例加入时甲醇柴油的稳定性，仍需要进一步解决[7]。多组分互溶体系的研究最有方便，最有效的工具就是相图法，该方法绘制简单，可以直观的反应体系内不同相状态的变化，本文采用三相图方法研究甲醇柴油互溶技术，配制出互溶性良好，稳定透明的甲醇柴油燃料，为甲醇柴油燃料提供了有高效助剂以及添加方法，也为今后的甲醇柴油燃料发展提供了必要的实验数据。

1、实验部分

1.1实验仪器与药品

甲醇，0#柴油，含碳系列醇，助溶剂-1（自配），助溶剂-2（自配），助溶剂-3（自配），助溶剂-4（自配）

搅拌器（自制），控温器（自制），互溶控制器（自制），恒温系统（自制）

1.2实验方法

（1）在一定温度下，用移液管取10ml甲醇放入干燥的250ml容器中，容器用胶塞密封以防止甲醇挥发，用滴定管添加柴油并搅拌，直至溶液出现浑浊为止，静置2～5min观察现象不变后记录柴油用量。

（2）混合溶液中缓慢添加助溶剂，并充分搅拌，直至溶液刚好由浑浊变澄清为止，静置2～5min观察现象不变后记录助溶剂用量。

（3）混合溶液中缓慢添加柴油，并充分搅拌，直至溶液由澄清变浑浊，静置2～5min观察现象不变后记录柴油用量。

（3）如此反复滴定直至滴定终点，根据以上数据绘出甲醇，柴油，助溶剂三相图。

1.3三相图研究方法

图1 三相图示例

本文采用三相图方法研究甲醇-柴油-助溶剂三元体系互溶情况，如图1所示，三角形边线为各组分浓度变化坐标，顶点各组分分别为100%，根据实验数据绘制出各个临界点，可根据临界点在边线上的坐标找出相应成分的含量。临界点上方为互溶区，下方为非互溶区。由三相图可知，临界曲线越靠近下方，非互溶区越小，助溶剂用量越少。

2、结果与讨论

甲醇分子含有一个羟基（-OH），是极性化合物；柴油是非极性多组分的碳氢化合物，正常情况下很难互溶；助溶剂分子一般是由非极性的亲油（疏水）碳氢链部分和极性的亲水（疏油）基团构成的，具有亲油和亲水的两亲性质。亲水基团可以通过氢键的相互作用和甲醇分子结合，亲油碳氢链通过范德华力作用和柴油中的烃分子结合，使甲醇分散到柴油中。

图2 碳醇效果影响

图3 优化助溶剂效果

如图2所示分别做含碳醇系列三相图，由图可以看出，随着碳链的增长，三相图中非共溶区的面积逐渐减小，共溶区的面积逐渐增大，碳醇的助溶效果增加。而异构体变化对助溶效果

影响不大。碳链越长越亲油性，碳链越短越亲水性，随着碳链的增长，助溶剂的亲水亲油基团出现一个平衡稳定值，可以很稳定的起到助溶效果。但是使用单一助溶剂的效果是有限的，必须与其他溶剂进行复配使用。

本文对部分常用的表面活性剂，吐温，司班，乳化剂，溶剂油，以及其他助剂[8]做互溶实验单独使用时效果并不理想，必须与其他助剂复配使用。通过特制的配比配制的燃料互溶效果良好，成本低廉。

3、结论与前景

良好的助溶剂是新型柴油甲醇柴油发展的基础，本文通过对助溶剂，表面活性剂，乳化剂以及其他助剂进行复配，制备出有良好助溶效果的添加剂，为甲醇柴油新型燃料的推广和应用提供了广阔的前景。但这只是实验的一部分，助溶剂复配上还有很大的发展空间去发展。

参考文献：

[1]周风起.中国中长期能源战略[M].北京：中国计划出版社，1999

[2]魏象仪.内燃机燃料学[M].大连理工大学出版社.1982

[3]Zhang zhili， Li Maode. Economic comparison of several alternative fuels[J].Energy Research and Information ， 2002，18（2）：80-85.

[4]蒋德明，高等内燃机原理[M].西安，西安交通大学出版社，2002

[5]吴冠京，车用清洁燃料[M].北京：石油工业出版社。2004：335

[6]李铁臻，候滨.微乳化柴油配方的研制[J].表面技术，2004，33（6）：72-75

[7]骆毅，何飞，新型燃料甲醇-柴油研究及发展趋势[J]，浙江工贸职业技术学院学

报.2008..8 （4）：61～65

[8]伍林，焦向科，程正载等.一种含工业醇的乳化柴油及其制备方法[p].中国

101250430A，2008-08-27