甲醇汽油理化性能的研究【毕业论文】.doc

1、 本科毕业论文 （ 20 届） 甲醇汽油理化性能的研究 所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科毕业生论文 I 摘要 随着时代的进步，人民生活水平的不断提高，加之工业化水平的迅猛发展，汽车的使用也已经达到了社会的极限承受能力。所以，汽车使用的 最大问题也就同时暴露出来。众所周知，汽车的使用最大的问题在于燃料的供应，在这样的情况之下，汽车使用量的快速增长和汽油燃料的供给不足成为了人们不得不关注的一个现实问题。加之汽车使用的快速增长，汽车尾气的排放也明显增多，环境污染方面的问题也日益严重起来。因此，寻找可替代石油在汽车发动机当中使用的新型燃料成为了

2、人们不断探索的一个新的领域。 经研究分析，甲醇汽油作为一种能够替代汽油的新型燃料虽然有它非常好的一个使用前景和功能效果，但是实际使用过程中也发现了很多问题，诸如甲醇汽油的腐蚀性、溶胀性、分层等方面的问题依然 困扰着甲醇汽油的广泛推广使用 这篇文章将论述甲醇汽油理化性能以及分析其作为汽车替代燃料主要技术上的问题，并对其对供油系统汽件的溶胀性及对金属的腐蚀性进行了实验研究。 关键词 :甲醇汽油；腐蚀性；溶胀性 本科毕业生论文 II Abstract As the times progress and the peoples living standards have assumed tremend

3、ous increase in physical, the industrial level, the car has already reached the limit of the society endurance. therefore, the use of the biggest problems is also revealed, it is well known that the use of the biggest problem lies in the fuel supply, in such circumstances, the use of the rapid growt

4、h and petrol shortage of fuel supplies to the people had to focus on a practical question Gasoline, methyl alcohol as a substitute for the new fuel though it was a prospect and functions, the actual use in the process also found many problems, such as gasoline, methyl alcohol is cooler stability, to

5、xicity and still plagued by the widespread use of methyl alcohol. Discuss methanol-gasoline in detail on property of physicochemical, Evaluate the methanol-gasoline applicability as a alternative fuel Advice methanol-gasoline the importance technical problem as a alternative energy source. Study the

6、 test to estimate the melting property between methanol-gasoline and rubber and the rusty to metal ensure additive prescription on methanol parts of fuel system, can gain the aim on ensuring performance and reducing the cost. Key words: alternative energy source methanol-gasoline Property of physico

7、chemical rusty creaming the melting property between methanol-gasoline and rubber 本科毕业生论文 III 目 录 中文 摘要 . I 英文摘要 . II 1 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1 国际石油供给情况 . 1 1.1.2 我国石油供给现状 . 1 1.1.3 寻求清洁能源必要性 . 1 1.2 甲醇汽油的国内外研究现状及发展前景 . 2 1.2.1 甲醇汽油在国外的发展 . 2 1.2.2 甲醇汽油在国内的发展 . 3 1.3 研究意义 . 3 2 甲醇汽油的性能 . 5 2.1 甲醇汽

8、油的理化性能 . 5 2.2 对甲醇汽油理化技术指标要求 . 6 2.3 甲醇汽油作为汽车替代能源的主要技术问题 . 7 2.3.1 腐蚀问题 . 7 2.3.2 低温起动性能较差 . 7 2.3.3 热值较低 . 8 2.3.4 甲醇汽油的分层问题 . 8 2.3.5 溶胀问题 . 9 3 实验部分 . 10 3.1 甲醇汽油对橡胶的溶胀性实验研究 . 10 3.2 甲醇汽油对金属腐蚀性的研究 . 12 总结与展望 . 15 总结 . 15 不足及展望 . 15 致 谢 . 错误 !未定义书签。 【参考文献】 . 16 本科毕业生论文 1 1 绪论 1.1 研究背景 能源是经济发展和社会文明

9、的物质基础。 20 世纪利用的主要能源是煤和石油。石油是世界上最主要的能源。在第二次世界大战之后 ,石油在能源消费中所占的比例跃进为第一。但是自从 1973 年以来到目前为止发生了三次能源危机 ,每次能源危机对产业结构和能量模式都产生深远的影响 ,促使各国 节约石油能源消耗和寻找新的替代能源。中国必须开拓更加广泛的能源供应渠道和方式 ,合理利用资源 ,大力发展清洁能源 ,从根本上解决能源短缺的危机。 1.1.1 国际石油供给情况 在 20 世纪初 ,当从石油提炼汽油成为第二次工业革命的标志，传统的煤燃料改为以石油为动力，这大大地促进了世界经济发展的过程。从那时起 ,能源问题也是军事和政治经济问

10、题。当然 ,石油作为最重要的能源，不仅是重要的经济因素 ,更是政治因素，它杠杆世界经济增长和社会发展的重要的战略资源。 作为石油出口国 ,石油是最主要经济考虑因素，而对于石油进口国家 ,石油的 安全供应是经济完整的操作的基础。但是自从新世纪以来，石油价格的上涨和频繁波动影响各国家的心脉，如何防范石油安全的风险显然已经成为各国关注的焦点，中国也不例外。随著我国石油对外依存度明显上升，安全问题成为我国急需解决的问题。 国内外专家认为 ,当一个国家的石油进口量超过 5000万吨 ,国际市场的变化将影响到国家国民经济运行，如果进口量超过 1 亿万吨之后 ,就要考虑采取外交、经济、军事措施确保石油供应的

11、安全。未来的世界石油供应情况将会发生变化，国际竞争会更加激烈，对石油需求的过度依赖及高速增长是我国面临的基本石油安全 问题 1。 1.1.2 我国石油供给现状 中国石油工业和石油安全的历史上，有两个具有里程碑意义的时段。一个是 1963 年 ,另一个是 1993 年 ,前者以大庆油田为标志，中国进入了一个大规模发展、大量出口和大力消费阶段；但在 1993 年 ,中国由一个石油出口国转变为净进口国 ,石油状况出现“两高一低”，即进口和消费高 ,而生产率增加缓慢。在中国经济的快速发展的情况下 ,石油短缺将成为我国未来发展的绊脚石。 根据权威数据显示 2，中国石油探明储量是 23 亿吨 ,只能挖掘

12、14 年左右；天然气可探明储量为 6100 多立方米，仅够开采 32 年 ,;最充裕的煤炭储量为 900 亿万吨 ,但开采年限也不足 100 年。与此同时 ,中国近年来的经济增长较快，中国国内生产总值 (GDP)每增加百分之一 ,石油消费将增加 0.7% - 0.8%。更糟糕的是，中国的国内生产总值、单位能耗比发达国家高出一至三倍。 一方面是 ,中国经济高速发展，而中国的石油储备已接近枯竭 ,另一方面国内石油能源浪费现象很严重。据粗略估计一下 ,因为中国近年的“汽车文化”的发展 ,中亚地区对中国的石油供应 ,每年也许不足以小汽车的耗油量 1.1.3 寻求清洁能源必要性 鉴于人类能源消费持续增长

13、 ,而主要采用 的化石能源十分有限 ,开始出现能源消耗，产生了一系列严重的环境污染和温室气体排放问题。全球气候变化不得不引起人们的关注。化石燃料的燃烧排放一氧化碳 (CO),碳氢化合物 (HC)和一氧化氮几乎有一半来自汽油发动机的排放。流行病学研究表明 3,长期暴露于汽车的排放物将会增加有关肺癌患癌症的风险。在城市居民死于肺癌的 1/5 是受空气污染的小颗粒 ,通常这些粒子主要来自汽车尾气的排放。汽车排放的废气污染了人类的生存环境 ,严重地威胁着人们的身心健康和生命。汽车尾气的排放导致的空气污染已经成为全国的共同问题。 我国不仅存在能 源供给不足和能耗激增的尖锐矛盾 ,还存在能源需求和供应相对

14、不足的本科毕业生论文 2 结构矛盾。因此 ,发展新的更清洁的能源 ,开发高质量的替代燃料 ,以缓解我国石油资源相对短缺、减轻环境污染 ,优化能源结构 ,削弱不利因素对中国经济发展的长期制约具有十分重要的现实意义。 1.1.4 甲醇汽油作为汽车代用燃料的优势 甲醇是一种无色透明、易挥发的可燃液体。甲醇与汽油相比，辛烷值高，抗爆性好，含氧量高，热值低，甲醇略带酒精味，有毒。甲醇的燃烧性能与汽油很相似，甲醇燃烧后的 HC, CO, NOx 排放比汽油低。 甲醇汽油就是在汽油里掺入一定比例的甲醇 ，还要加入一定量的添加剂以解决甲醇汽油混合燃料的遇水和低温分层、金属腐蚀性、橡胶溶胀性等问题。目前常用的甲

15、醇汽油有 M15, M25, M85 三种，其中， M 表示甲醇汽油，其后面的数字表示在混合燃料中甲醇所占的容积比例，甲醇汽油还有 M5，纯甲醇也可以作为替代燃料。 甲醇作为为石油替代燃料 ,不仅可以优化燃料结构、缓解能源供求之间的矛盾、而且来源比较广泛 ,也为肥料生产、煤炭加工等副产甲醇的企业带来巨大机遇和可观的经济效益。因此 ,发展甲醇作为汽车替代燃料具有重要的现实意义。从节约能源和减少对化石燃料的依赖 ,保护环境 ,减少空气污染的角度来看 ,都证明甲醇是一种很好的汽车代用燃料 ,具有很大的开发价值和应用前景。 推广甲醇汽油有四大好处 :减少石油进口，改善城市环境，降低燃油费用，创造就业机

16、会。 1.2 甲醇汽油的国内外研究现状及发展前景 1.2.1 甲醇汽油在国外的发展 1975 年 ,瑞典首先提出了甲醇可以用来作为汽车替代燃料 ,然后建立了全国性的甲醇开发公司 (SMAB)。在 1979 年 ,日本政府制定了新的国家能源政策 ,然后建立了相应的“醇用技术委员会” ,统一指导所有日本的醇类燃料的研究和开发工作。同一时期 ,前联邦德国成功研制了甲醇发动 机 ,并在 1979 年创办了“用于公路运输的醇类染料”的研究计划。从那时起 ,联邦德国主办六家生产汽车的工厂，成千上万辆小汽车加入 M15(即汽油中含有 15%的甲醇和少量的添加剂 ,其余的都是汽油 )投入运行 ,、在德国各主要

17、城市普遍设立了一个加油站 M15 甲醇汽油供应站 ,形成巨大的甲醇汽油供应网络。此外 ,德国大从汽车公司使用的纯甲醇汽车也取得了很大成功。到目前为止 ,德国仍是世界上发展甲醇汽车最有成效的的国家之一。国际能源组织(IEA)曾组织芬兰、美国、荷兰、加拿大等 8 个国家在芬兰技术研究中心对各个国家生产的 14辆使用新配 方汽油、柴油、汽油、 M85 液化石油气和压缩天然气液化天然气等汽车，根据不同的燃料汽车排放标准进行评估 ,其结果为排放性能最糟糕的是没有使用三元催化汽油得汽车车 ,而使用三元催化后明显变好 ,但仍比不上未经过三元催化得 M85 排放性能好。可见 M85 甲醇是比较清洁的燃料。所有

18、这些都证明了甲醇汽油的可行性是经得起考验的。 自从 20 世纪 70 年代的石油危机以来，世界上就掀起了甲醇应用与研究的热潮，其中美国、德国、日本、瑞典等国家对于甲醇汽油的开发、研究与应用都给予了大力的财力支持和政策指导，而且积极有效地开发 M100 和 M85 型的甲醇汽油。现如今在技术和成本方面，甲醇汽油已达到实用的阶段，并在市场上开始销售。低浓度的甲醇汽油在美国、巴西等国家已经处于商业化的应用阶段，还有美国福特与德国大众分别推出了 6000 辆和 200 辆灵活燃料汽车投放到市场。在 1995 年的时候，仅美国加利福尼亚州就拥有 12700 辆甲醇汽车投入使用。 1994年，在长期能源政

19、策中日本把甲醇燃料的开发和应用放在极其重要的位置，而且已经有 309辆甲醇汽车投入道路试运行。而对于欧盟来说就相对推广得不是很广，欧盟仅允许添加 3%（体积分数）甲醇的汽油出售。总之，甲醇汽油绝对会 是 21 世纪汽车的代用燃料。 本科毕业生论文 3 1.2.2 甲醇汽油在国内的发展 近年来，随着我国经济快速増长，煤炭的开采量也随着大幅度地提高，煤化工行业发展也比较迅速。我国以煤为原料来生产甲醇的能力和产量都创下新的高度。在 2000 2008 年期间，甲醇生产能力年增长率为 25%， 2010 年得总产量更是达到 3000 万吨上下。“十二五”计划中期每年甲醇产量预计将超过 5000 万吨。

20、自从 20 世纪 80 年代开始起，我国就开始研究甲醇汽车燃料的工作。经过多年的研究，我国在甲醇汽油的开发和应用方面已具备了一定基础，在汽油中掺入 5%， 15%， 25%， 85%的甲醇及用纯甲醇（ 100%）作为汽车燃料的实验研究方面已进行大量具有实质意义的工作，尤其是低比例掺烧甲醇，即汽车不需要做任何的改动，可以直接掺入汽油使用。在“六五”期间，原国家科委就已经组织过交通部和山西省科委进行 M15 甲醇汽油的示范研究。在山西省进行了 475 辆 M15 卡车以及 4 个 M15 加油站的商品化运行示范。山西大同汽车制造厂和福特公司以及中国科学院工程热物理研究所合作，成功研制了甲醇灵活燃料

21、的汽车。该车主要特点是引进福特 V63.0LFFV 发动机，可以使用甲醇含量不超过 85%的甲醇 -汽油 混合燃料或者无铅汽油。而且，以甲醇作为燃料的客车也加入到了北京市“绿色公交”的行列。我国四川省部分地区也有较长时间的甲醇汽油的应用经验，其中甲醇的添加比例约为 3%-5%。同时四川西南化工研究院对掺烧 15%甲醇汽油的汽车运行进行研究，结果表明，只要稍微改动汽车的结构，在汽车的动力性能和尾气排放污染物上甲醇燃料与纯汽油相差无几。贵州科学院能源研究室研制出的 M80 甲醇汽油，经过 EQ-140 型东风载重货车和长途客车使用后，性能良好。国家经贸委 2001 年 11 月发布的 7 个可持续

22、发展相关规划中也包括了甲醇替代汽油的技术。 2003 年国家有关部门已经将醇燃料列入“国家替代能源发展规划”。 在 2004 年 ,陕西发布了汽车燃料甲醇和 M15 M25 甲醇汽油地方标准 ,同时逐步进行试点研究项目。在 2005 年 7 月，陕西省政府对省内发展甲醇汽油进行布局 ,创立了甲醇汽油领导小组 ,确证了甲醇 -汽油燃料的应用进入了实施的阶段 ,并且先后在延安、宝鸡、玉林和西安四个城市进行为期两年的试点研究工作。在 2007 年，省推广甲醇汽油和柴油办公室宣布 ,2007 年10 月至 2008 年 4 月 ,主要以延长石油集团为基础，在全省的加油站内全面推广 M15 甲醇汽油的应

23、用，同时协 调中石化、中石油加油网点以及其他的加油站在 2008 年 4 月后在全省范围内得到一定的提高。 甲醇汽油具有辛烷值高，燃烧性能良好，清洁环保等特点，可以说是汽油的最佳替代燃料，但同时也存在着金属腐蚀性、稳定性差和塑胶材料溶胀性等相关技术上的难题，这些问题制约了甲醇汽油的发展与推广，其中稳定性问题包括抗水性能、低温稳定性以及甲醇与汽油的相容性等方面问题，加入助溶剂是比较有效且符合实际的解决途径。目前有较多报道甲醇汽油助溶剂中有低碳杂醇、高级醇、 MTBE 等，它们对甲醇汽油的低温稳定性和相容性能有一定的改善作用，不过对甲 醇汽油抗水性能的提高影响不大，含有少量水分还是容易会分层，进而

24、影响燃料的使用安全性 1.3 研究意义 1、符合国家的能源政策，是国家节能减排的重要方向，减少对石油能源的依赖。 我国是一个石油资源贫乏的国家，随着国民经济建设的发展，国内的原油已经出现了供不应求的现状，而国内甲醇资源丰富，推广和发展甲醇汽油可用其替代成品汽油，缓解成品油紧张的状况。国家“十一五”规划强调“能源产业要坚持节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展、构建稳定、经济、清洁的能源供应体系”。确立了“加大对替代能源的开发和利本科毕业生论文 4 用，推进包括煤基醇醚 燃料、生物质液体燃料、煤制油、天然气等替代能源的多元化发展”的国家节能减排的重要政策。甲醇汽油是醇醚燃料的一种，它以煤、天然气

25、等为原料加工而成，在我国“富煤、贫油、少气”的条件下，已收到国家的高度重视，国家发改委、科技部等八部委联合下推广，将其列为国家“十一五”规划十大重点节能工程项目及国家“星火计划”项目。 2008年，我省柴油、汽油消费量 1达到 210万吨，其中汽油约 500万吨。由于浙江省缺少油气，石油能源需要从其他省调配。加入全面使用 M15的甲醇汽油，从理论上说，一年可以减少消费汽油约 75万吨，这样一来便 减弱了对石油能源的依赖，从而有利于能源消费结构的调整。 2、有利于保护生态环境 甲醇的物质构成，决定其燃烧充分、杂质少、对环境影响小等特点，比汽油更加环保。根据西安环境监测站、长安大学对燃烧甲醇汽油的

26、车辆排放的尾气检测中，显示一氧化碳、碳化氢、氮氧化物等大气污染颗粒物平均比国家标准下降 80%-90%。与纯汽油相比，甲醇汽油有明显的空气净化优势，成本低、污染少，是减少汽车尾气污染的有效措施。对于我省而言，它是一项重点工程，有利于建设“绿色浙江”的工程。 “绿色浙江”是省委、省政府在浙江省经济发展“十一五”规 划中提出的建设目标。其主要内涵是通过结构调整、技术创新来提高能源的效率和利用率，减少资源的大量消耗，通过广泛地使用新能源来发展经济。同时，减少排放有害有毒的物质，使生态环境能够得到有效的保护。甲醇是一种低碳能源，可以从生物质中制取。甲醇作为汽油代用的燃料，明显减少了汽车尾气中有害有毒物

27、质的排放。因此，甲醇汽油的推广使用将有利于促进生态省的建设发展。 3、良好的社会效益和经济效益 目前市场上甲醇与成品汽油一直存在着较大的价格差（约为 4000元 /吨），以甲醇部分替代成品汽油，可大大降低成品油的成本，产出更大效益 。同时，油品价格下跌，将直接惠及社会，惠及广大车辆使用者。 带动相关企业的发展。据了解，我省已有多家企业几年来一直致力于甲醇汽油的研究、开发与生产，较好地解决了甲醇汽油使用过程中如何防止腐蚀、遇水相分离、防气阻和低温启动等技术上的问题，能够生产配制出各种不同体积比例的甲醇汽油，如 M50、 M30、 M15等。M15能够使用于不作任何改装的现用车辆。推广使用甲醇汽油

28、作用明显，它将会极大地调动这些新能源生产企业的积极性，有利于促进相关产业发展和地方经济建设。 明显的经济效益。物品的价格是价值与市场供需状况共同作用的 结果。石油是稀缺资源，也是不可再生能源，它将长期作为一种供不应求的能源，石油及一切与其相关的产品不可能再回到上世纪 80年代以前那么廉价。柴油、汽油价格尽管会有波动，甚至短期回落，但其上升趋势将不会发生改变。目前，汽油和甲醇的价格比是 3:1，甲醇的价格优势明显。所以一般来说从事甲醇汽油生产用户、企业、经销商均能从中获的一定的回报，一旦积极性提高，甲醇汽油的推广使用也将得到改善。 就业岗位的创造。甲醇汽油的推广与使用，一方面能够带动产业链结构的

29、发展和调整，另一方面可以创造大量的就业岗位，有助于缓解严峻的就业压力 ，体现企业的社会效益和 社会责任。 本科毕业生论文 5 2 甲醇汽油的性能 2.1 甲醇汽油的理化性能 工业甲醇是一种有毒液体，而且很容易挥发掉，在常温下是没有颜色的。工业甲醇的化学性质比较活泼，能发生酯化、烷基化等反应。甲醇有些酒精味，要是被人体食入会引起胃痛，头晕等症状，严重时还会导致失明更严重可能会死亡。甲醇是没有酸性的，虽然它的分子中有羟基具有碱性，但是甲醇是没有碱性的。通过测试发现，用酚来检测甲醇的酸碱性，它们的颜色不变，呈中性。如果把甲醇与汽油作对比，它具有汽化潜热大、热值低、抗爆性能好、氧含量高等特点。醇类 的

30、理化性质对比见表 2.1。 表 2.1 醇类与汽油的理化性质对比 4 5 项目 甲醇 乙醇 丙醇 汽油 分子式 CH3OH C2H5OH C3H7OH C8H18 分子量 32 46 60 114 氧含量（ m%） 50 34.8 26.7 0 密度（ 20 ） (kg/L) 0.7914 0.7843 0.7855 0.72-0.75 沸点（） 64.8 78.3 97.2 30-220 雷德蒸汽压（ kpa） 31.0 17.33 6.4 62.0-82.7 低热值（ MJ/kg） 20.26 27.20 30.98 44.52 汽化潜热（ kJ/kg） 1101 862 690.8 29

31、7 自燃点（） 470 420 260-370 闪点（） 11 21 -43 辛烷值 RON MON 112 92 111 92 106 99 91 82 理论空燃比（ m/m） 6.4 9.0 10.3 14.8 由表 2.1 可以得出甲醇作为燃料有以下特点 : 1、和汽油相比，醇类辛烷值较高，作为汽车的燃料具有很好的抗爆性能，比较适合高压缩比的汽车发动机。因此可以作为优良的汽车发动机燃料来 替代汽油 ,还可以减少废气排放的污染物，以减少对大气的污染 2、甲醇的氧含量非常高 ,氧的质量分数占一半 ,所以当完全燃烧时，甲醇汽油的所需空气量 ,较少 ,燃烧产生的尾气废气热量 ,将相应减少。这使发

32、动机始热效率得到提高，燃烧后所造成的污染程度也比较轻。 3、甲醇的汽化潜热比汽油高，因为甲醇汽化潜热过高而蒸汽压较低 ,所以体系混合气的形成及发动机启动比较困难。但是优点是能够使汽油进口温度下降 ,提高发动机的效率，也可以利用甲醇的汽化潜热 ,改善燃烧发动机内部冷却条件，降低排气温度，改善发动机的动力性能。 4、热值低，甲醇的 热值为 20.26MJ/kg，仅是汽油的 45.5%。所以相同的情况下 ,甲醇汽油消耗更大。而且醇类燃料是一种高氧含量的汽油发动机的燃料 ,燃烧时 ,它在气缸中氧含量没有汽油需求那么高。 5、醇类燃料蒸气压力和沸点比汽油低，燃油与空气的混合相对容易些，但缺少高挥发成分

33、,不利于汽油发动机。但甲醇比汽油具有更高的自燃点 ,所以不容易发生火灾 ,比使用汽油来得更安全。 本科毕业生论文 6 6、因为醇类燃料含有羟基 ,所以与水互溶性较好而碳氢化合物燃料的疏水性较强 ,所以甲醇汽油相互溶解能力较差。如果一定比例的甲醇和汽油混合 ,在一定温度范围内浸渍一段时 间会出现分层现象。 7、甲醇燃烧条件相对汽油较低， ,即使在低水平的空气氧含量的条件下 ,甲醇也可以燃烧 ,这是很有好处的 ,如发动机在空气氧含量稀少的条件下仍能稳定运行 ,对排气净化和汽油损失是十分有利的。 8、甲醇对某些非金属材料具有溶胀之效 ,对某些金属材料有轻度腐蚀作用 ,所以在使用过程中应采取相应的保护措施。 2.2 对甲醇汽油理化技术指标要求 陕西地方标准 DB61/T 352-2004车用 M15 甲醇汽油规定了车用 M15 甲醇汽油理化技术指标要求标准，陕西地方标准 DB61/T 353-2004车用 M25 甲醇 汽油规定了车用 M25 甲醇汽油理化技术指标要求标准 6，这两种标准的制定是以汽油的理化技术指标要求作为基础的，而且增加了车用燃料甲醇含量、遇水抗相分离性能和低温抗相分离性能要求。汽油与车用甲醇汽油 M25, M15 的理化技术指标要求对比见表 2.2。