王志成，張偉君，鞠春紅，周紅霞

（黑龍江省能源環(huán)境研究院，黑龍江哈爾濱150027）

甲醇汽油產(chǎn)業(yè)是我國替代能源的重要部分，是在國內(nèi)缺油少氣、煤炭資源相對豐富的資源條件下興起的，同時也是在經(jīng)濟社會快速發(fā)展和汽車消費量逐年增長、油品供應日趨緊張的背景下“自下而上”發(fā)展起來的。國內(nèi)石油資源不足與煤炭供給的相對充裕，以及清潔燃料汽車制造技術不斷進步等因素，促進了甲醇汽油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

煤基甲醇是我國煤化工產(chǎn)業(yè)主要產(chǎn)品之一，現(xiàn)處于產(chǎn)能過剩狀態(tài)，因此價格低廉。中國工程院院士倪維斗說過，我國能夠替代石油的產(chǎn)品最符合條件的是甲醇汽油。甲醇汽油替代汽油應用，為我國煤化工產(chǎn)業(yè)鏈中下游產(chǎn)品開辟了新的應用途徑，提高了煤基甲醇的利用效益，緩解了我國汽油供需緊張的矛盾，經(jīng)濟和社會效益顯著。

我院圓滿完成了甲醇汽油研究及中間試驗，達到國際先進水平，為進一步探討和解決工業(yè)應用中可能出現(xiàn)的問題，又進行了M 20甲醇汽油工業(yè)應用與性能考核課題。

1 實驗部分

1.1 甲醇汽油催化劑的再優(yōu)化

催化劑直接加入甲醇中，摻入汽油，合成甲醇汽油，提高辛烷值、自溶性和環(huán)保性，是M 20甲醇汽油技術的關鍵。進一步優(yōu)化催化劑是保證甲醇汽油工業(yè)應用的前提。我們對催化劑的組分進行了計算機仿真模擬試驗，得到了最大能量釋放劑（M A），尾氣凈化劑（M B），自溶劑（M C）等催化劑（見圖1）。[1]

催化劑計算機仿真模擬試驗控制系統(tǒng)包括三個模塊：

I模塊為：篩選仿真模擬試驗。該模塊對眾多的催化劑元素進行仿真模擬試驗，從而確定催化劑的主要組分，最大能量釋放劑（M A）、尾氣凈化劑（M B）、自溶劑（M C）。

I I模塊為：正交仿真模擬試驗。該模塊進行催化劑的主要組分（元素）M A、M B、M C組合后的仿真模擬試驗，研究對辛烷值（R O N）的影響及作用。

圖1 計算機仿真模擬試驗控制系統(tǒng)圖Fig.1 Computer simulation test control system diagram

就催化劑的三種元素在車用甲醇汽油中的作用，我們通過計算機仿真試驗方法來對M A、M B、M C三個元素進行仿真試驗分析，并確定三個水平：

1水平：R O N84~87

2水平：R O N88~91

3水平：R O N91~95

三個極差8、2、2.4中最大的是8，這說明M A對R O N指標影響最大。第9號實驗中元素M A和M C是最佳水平，M B也在2水平上，該第9號試驗方案為最佳方案（見表1）。

表1 正交設計統(tǒng)計表Table 1 The orthogonal design TAB

I I I模塊為：優(yōu)選法仿真模擬試驗。通過對催化劑主要組分（元素）M A、M B、M C不同比例含量的仿真模擬試驗，確定其配方的比例。

通過I I模塊確定三個元素M A、M B、M C后，在計算機上進行模擬計算后，選擇了十組配方，在實驗室里進行對比試驗，選擇最佳配方（見表2），通過實驗找出最佳配方為第10組，其配方比例為M A 67%、M B 7%、M C 26%。

表2 配方試驗記錄Table 2 Formula test records

1.2 M20甲醇汽油催化劑的技術指標

表3 催化劑技術指標Table 3 Catalyst technical index

1.3 M20甲醇汽油行車試驗

通過研究國產(chǎn)主流車型東風140、解放141、四缸捷達燃用M 20甲醇汽油的不同工況得知：車輛加入甲醇汽油后，發(fā)動機動力性能與燃用汽油相當，發(fā)動機低溫啟動迅速，提速快，爬坡正常，并且油耗降低（均與乙醇汽油比較），經(jīng)拆機檢查，使用M 20甲醇汽油對發(fā)動機金屬零部件無任何腐蝕現(xiàn)象，對橡膠和塑料部件長期使用有輕微溶脹性，發(fā)動機運轉(zhuǎn)安全可靠。M 20甲醇汽油高溫不產(chǎn)生氣阻，并可低溫長期存儲。甲醇汽油工業(yè)應用進行了行車試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行了M 20甲醇汽油成本分析（見表4）和M 20甲醇汽油百公里油耗經(jīng)濟分析（見表5）。

表4 M系列甲醇汽油成本分析（噸成本）單位：元Table 4 M series methanol gasoline cost analysis unit:yuan

表5 百公里油耗經(jīng)濟分析Table 5 Economic analysis on fuel consumption by hundred kilometers

1.4 研究M20甲醇汽油催化劑大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)工藝

甲醇汽油催化劑合成工藝采用化學自溶技術，催化劑中各種組份不用攪拌，工藝簡便，操作方便，其工藝見圖2。

圖2 計算機自動控制車用甲醇汽油催化劑合成工藝Fig.2 Methanol gasoline catalyst synthesis process of the computer automatic control vehicle

1.5 研究M20甲醇汽油工業(yè)生產(chǎn)工藝

圖3 計算機自動控制車用甲醇汽油合成工藝Fig.3 Methanol gasoline synthetic process of computer automatic control vehicle

大摻量甲醇在催化劑的作用下合成車用甲醇汽油。工藝簡單，其汽油、甲醇、催化劑混合時采用自溶技術，不需攪拌。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，原材料來源廣泛，成本低廉，可以長期存貯。我們通過反復試驗，尋找出甲醇及催化劑在汽油中的摻入比例（質(zhì)量）為：甲醇20%，90#汽油79%，車用甲醇汽油催化劑1%。其工藝流程如圖3。

M 20甲醇汽油工業(yè)生產(chǎn)工藝流程短，無“三廢”產(chǎn)生。自溶合技術克服了汽油和大比例甲醇互溶性問題。

表6 M20甲醇汽油技術指標Table 6 M20 methanol gasoline technology index

2 結(jié)果與討論

2.1 技術指標檢測

M 20甲醇汽油通過工業(yè)應用及性能考核，特別是經(jīng)國家車用乙醇汽油質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、國家石油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、黑龍江省石油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗站的檢驗，達到汽油的技術指標，完全可以替代汽油應用。

2.2 企業(yè)標準與專利

制定企業(yè)標準：通過省質(zhì)量監(jiān)督局批準備案：Q/H N H 0013-2006《H N H-I型車用甲醇汽油催化劑》，備案編號：2300/E 303-2006。

Q/H N H 0014-2006《M 20含催化劑車用甲醇汽油》，備案號：2300/E 304-2006。

獲國家發(fā)明專利一項：《利用90#汽油生產(chǎn)高標號汽油的催化劑及其高標號汽油》，專利號：Z L200510126074.0。

2.3 與國內(nèi)外技術比較

醇類燃料自瑞典1975年提出甲醇可以成為汽車代用燃料以來，在歐洲，在美國，在巴西都積極研究醇類燃料，德國M 10甲醇汽油已在全國推廣[2]。

我院研制的M 20甲醇汽油催化燃燒技術與國內(nèi)外同行業(yè)相比有以下優(yōu)勢：

①創(chuàng)立了大比例甲醇催化燃燒技術理論，研制了高效催化劑，這是甲醇汽油的關鍵技術。

②用甲醇20%、90#汽油79%、高性能催化劑1%合成M 20甲醇汽油替代93#汽油，甲醇摻量高于目前國家標準M 15甲醇汽油。

③采用自溶技術，催化劑中各催化組分直接合成。

④采用自溶技術，甲醇、催化劑、汽油三物質(zhì)合成不需攪拌，自溶成為M 20甲醇汽油。

⑤使用M 20甲醇汽油不需改變發(fā)動機結(jié)構(gòu)，不需清洗油路，油箱。發(fā)動機動力性能與使用純汽油、乙醇汽油相當，運行安全可靠。

⑥M 20甲醇汽油使用方便，可與汽油，乙醇汽油互溶，低溫下可長期存儲，穩(wěn)定性好，不分層。低溫啟動正常，高溫時不產(chǎn)生氣阻。

3 結(jié) 論

我院M 20甲醇汽油技術經(jīng)過技術研究、中間試驗、工業(yè)應用與性能考核，證明技術指標達到93#汽油的使用標準，完全可以替代93#汽油應用。

［1］周學良.催化劑［日］［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002：156~159.

［2］何學良.內(nèi)燃機燃料［M］.北京：中國石化出版社，1999：369~372.