甲醇汽油添加剂与调配技术

2009年第5期(总第56期)

2009年10月

　能源建设

甲醇汽油添加剂与调配技术

吴家友

(南京巨澜科技公司,江苏　南京　210002)

摘　要:　介绍了中国甲醇车用燃料研发的历程及巨澜牌甲醇汽油的使用范围。指出,不需要采用甲醇专用发动机,也不必改装汽车就能使用大比例甲醇汽油,指出,甲醇汽油煤基醇醚燃料在车用能源领域实现大比例替代石油的新途径。

关键词:　甲醇;甲醇汽油;添加剂;催化燃烧;大比例

中图分类号:　TK411　　文献标识码:　A　　文章编号:　1674239972(2009)0520034203

MethanolGasolineAdditiveandTechnologyofDeploymentWUJia2you

(NanjingJulanTechnologyCompanies,JiangsuNanjing210002,China)

Abstract:ThepaperintroducestheprocessofdevelopmentofChina’sMethanolvehiclefuelandusescopeofJulanbrandmethanolgasoline.Itpointsoutthatmethanolvehiclecanusealargeproportionofmethanolgasolinewithoutusingspecialengineandrefittingvehicle,Inthefuturecoal-basedalcoholfuelmethanolgasolinewillinsteadofoil.Keywords:methanol;methanolgasoline;additive;catalyticfuel;largescale

0　引言

从2009年5月20日起,不到一个半月,国家标

准化管理委员会先后公告了GB/T23510-2009车用燃料甲醇、GB/T23799-2009车用甲醇汽油(M85)2个国家标准获得批准,并分别于2009年11月1日、12月1日起实施。

GB/T23799-2009车用甲醇汽油(M85)是中国近30a甲醇汽油发展史中诞生的首个车用甲醇汽油国家标准。该标准将为中国石油替代和节能减排,全面推进和规范中国大比例甲醇燃料的使用,拉动中西部煤基甲醇大省经济的发展,产生积极而深远的影响。同时,该标准也将成为甲醇从单一化工产品向大比例车用甲醇燃料领域转变的合法依据。以甲醇为基础调配大比例M85甲醇汽油进而大比例替代石油的时机已经成熟。

1　甲醇汽油研发历程和使用现状

早在20世纪70年代石油危机后不久,国内就已经开始了甲醇替代燃料的探索性研究。当时是在汽油中直接掺入低比例(3%～5%)的甲醇。从“六五”起就在煤炭大省山西开始了M5～M15(不改变发动机使用)、M85～M100(甲醇发动机使用)第一代甲醇汽油的试验研究,基本上处于简单掺混使用的阶段。

20世纪90年代,开始使用添加剂,试图达到增加甲醇用量、改善品质和延长稳定期等目的。市场上陆续推出了“助溶剂”“增标剂”“变性剂”等产品,直到现在某些品种仍在推销中,第二代甲醇汽油由此诞生,但仍没有实现质和量的根本跨越。

《中国化工报》2001年9月24日第二版头条题为“甲醇车:给中国汽车业1个机会”的署名文章,对此前甲醇汽油的发展历程作出了历史性的总结。“福特公司拨款20×108美元,调集精英研究了20a,也只研制出用85%甲醇、15%汽油的混合汽车燃料(指当时专用甲醇发动机使用的甲醇燃料)。”

人们囿于甲醇热值只有汽油50%低热值的思维,放弃了从15%～85%区间的甲醇燃料的开发利用,基本形成“共识”,即M15以下的甲醇汽油不改车即可使用,M85甲醇汽油则必须改装发动机或使

收稿日期:2009208221

作者简介:吴家友,1942年生,男,江苏阜宁人,1966年毕业于西北工业大学航空发动机专业,中国发明协会会员,中国有突出贡献专家,山西省醇醚清洁燃料行业技术中心专家委员会委员,全国醇醚燃料标准化技术委员会委员,南京巨澜科技公司法人代表。

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用专用甲醇发动机。

1998年“一种无铅车用混合燃料及其生产方,

法”的发明专利申请(已于2002年授权),拉开了采用催化燃烧理论开发第三代甲醇汽油的大幕,它实现了较第二代掺混使用甲醇汽油的三大突破。

a)大比例。实现了甲醇比例从15%～85%间的任意比例使用。

b)不改车。实现了使用车辆无需作任何改动即可直接使用大比例甲醇汽油,也可与普通汽油、乙醇汽油交叉使用或再掺混使用。

c)照样用。实现了M15～M60甲醇汽油的燃油消耗与汽油基本持平,而M70～M85甲醇汽油也取得了较低的替代比(1.4～1.5)。

国家发展改革委工业司在《中国醇醚燃料及醇醚清洁汽车发展专题报告(征求意见稿)》中明确指出“,根据中国能源结构特点和醇醚替代燃料研究示范成果,将煤基甲醇和二甲醚作为今后20a～30a过渡性车用替代燃料,是基本可行的,对中国实施能源多元化和能源替代战略具有积极意义。”

随着政策的逐步到位,GB/T23510-2009车用燃料甲醇、GB/T23799-2009车用甲醇汽油(M85)国家标准发布实施,为长期“争议不断”的甲醇汽油技术、产业的发展指明了方向。2　甲醇汽油添加剂技术2.1　甲醇汽油添加剂的发展第一代甲醇汽油属于直接掺混使用型,其甲醇

项别

种类吨价元用量%占吨成本%

M15添加剂

使用量一般在3%～5%(<10%),当时添加剂尚未提上日程,使用车辆也不需要作任何改动。

到了20世纪90年代,石油资源越来越难满足消费的增长,寻求廉价补充能源逐渐提上议事日程。第二代甲醇汽油由此诞生,M15甲醇汽油正式应用于部分汽车。

近20a来,业界一直没有摆脱甲醇热值低的困扰。专家们普遍担心由于甲醇热值低,影响汽车的动力。

工程热力学告诉我们,燃料的热值(能量)仅表示它作功W的能力,它与热值和功率成正相关,功率P是做功的效率,即单位时间T做功的能力。P=W/T。P,T呈负相关。通俗地说,专家关心的是P=W/T这个等式中“分子”的负面作用,忽略了通过催化“分母”可能发挥的积极作用。

用M60甲醇汽油设计1个简单的数学模型,通过计算发现,只要使M60甲醇汽油整个燃烧过程缩短0.001s,即可等效替代汽油使用,保持原发动机动力与油耗不变。

第三代催化燃烧甲醇汽油的理念由此形成。当然,业内普遍关注的冷启动、热气阻、动力不足、遇水分层、低温相分离、腐蚀溶胀、高温润滑等诸多技术难题,远不是“催化”2个字就能解决的。复杂的问题决定了整个添加剂配方的机理、成分的复杂。截至2009年7月,国内市场销售的甲醇汽油添加剂与巨澜牌的比较见表1。

表1　市场公开销售的主要甲醇汽油添加剂比较

M30添加剂

M45～M60添加剂

M70～M85添加剂

巨澜牌

256000.5128其他产品150001.02.03.0150300450巨澜牌

322500.8258其他产品150004.05.0600750巨澜牌

372500.8298巨澜牌276000.5138

　　另外,还有1个易被忽略的重要问题,即添加剂的质量和配制成的甲醇汽油的替代比的关系。2.2　巨澜牌大比例甲醇催化燃烧添加剂

巨澜牌大比例催化燃烧甲醇汽油添加剂是大比例甲醇汽油的核心技术,属于高效复合型产品,机理复杂,使用简单,其主要特点:a)大比例甲醇催化燃烧添加剂的添加量仅在1%以下。b)大比例甲醇催化燃烧添加剂不含铁、锰、锌等任何金属型化合物,尤适合当代高精密度的汽车发动机使用。c)使用大比例甲醇催化燃烧添加剂生产甲醇汽油,常温常压,无须搅拌、反应、静置、沉淀分离等复杂工艺,即配即用。d)使用大比例甲醇催化燃烧添加剂生产甲醇燃料,不再需要添加其他任何辅料。目前几种常见的甲醇汽油使用的添加剂原料与巨澜牌的比较见表2,巨澜牌系列型号添加剂适用范围见表3。

表2　几种常见油品使用的添加剂主要原料油品名称无铅汽油第二代甲醇汽油巨澜牌第三代甲醇汽油

添加剂主要原料羰基锰(MMT)、MTBE等二茂铁、多碳醇等非金属催化剂、多碳醇

副作用金属型添加剂

燃烧后会增加发动机的磨损

　　南京巨澜科技公司从2007年起,采用“吉利1.3L”轿车不作任何改动直接使用M85甲醇汽油,截至2008年底完成了10×104km的考核试验,系统无一部件出现故障需进行更换。

实践是检验真理的唯一标准。巨澜牌添加剂投放国内市场已达10多个省,免费发送样品200多份,3a来无一例产品质量问题。公司2007年整车道路试验仍在继续,总结鉴定工作正在进行,添加剂

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的产品质量国内保险将在2010年正式推出。

表3　巨澜牌系列型号添加剂适用范围推荐(供参考)添加剂型　号

A型B型C型D型

适　　用

甲醇汽油

M15～M25M30～M40M45～M60M70～M85

添加剂用　量

0.5%0.8%0.8%0.5%

替代比适用车型推荐车型

1.01.0～

1.11.4～1.5

各种型号大型车辆小型客车

中巴车面包车

到规定的标准;b)需要使用的添加剂有很强的化学亲和力,能在生产流程中迅速使燃料甲醇与原料油瞬间溶合不再分开;c)使用特殊的高效混合装置,保证比例悬殊的物料在瞬间能实现均匀分布并进行充分混合。

即配即用甲醇汽油调配工艺流程见图4。

各型轿车各型轿车各型轿车各型轿车甲醇车甲醇车

3　甲醇汽油的调配技术

生产甲醇汽油的工艺流程较简单(见图1)。通常是常温常压封闭进行,无三废产生,不会对环境造成污染,设备规模可大可小,尤适合在各省会城市及地级市建调配厂生产供应。

图4　即配即用甲醇汽油调配工艺流程图

4　M85甲醇汽油的应用前景

纵观相关媒体,几乎无不提及中国甲醇产能严

重过剩的报道。其实,真正“甲醇产能严重过剩”的问题主要出现在中国从西南、西北到华北及河南、陕西等一些煤基甲醇大省,他们的总产能(含在建)远超过千万吨。甲醇是有毒危化物品,大部分产区地处高原,山高路远,运力严重不足,运输成本居高不下,很难与进口的廉价甲醇相竞争,沿海发达地区也只能是望“醇”兴叹。

更富有挑战性的是,边远地区的煤基甲醇大省恰恰又是缺油大省,成品油消费完全靠省外“调进”。这看似简单的一“进”一“出”,却共同制约了中西部地区经济的可持续发展,直接关系到中国经济运行的安全和社会稳定。

现在GB/T23799-2009车用甲醇汽油(M85)的发布实施,无疑将使中国中西部等煤基甲醇大省顺利走出“甲醇困局”,给这些煤基甲醇大省带来一个全面可持续发展的机遇。同时,也使中国的能源布局和能源安全更趋合理。

随着GB/T23510-2009车用燃料甲醇、GB/T23799-2009车用甲醇汽油(M85)的实施和大比例甲醇汽油的逐步推广,对车用燃料实施大比例的甲醇替代,将现代煤化工技术和传统石油产品和谐互补,实现资源可持续合理利用,经济格局更趋合理,才能真正拉动内需实现能源安全环境友好。中国众多甲醇大省必将迎来前所未有和谐共赢的发展机遇。

目前,奇瑞和吉利集团旗下的上海华普都相继生产出了甲醇汽车。吉利汽车董事长李书福认为,甲醇汽车无论是在技术方面,还是配套设施方面,是短期内易于解决的方案。与传统汽油和柴油车相比,甲醇汽车碳排放要少很多。李书福称,吉利汽车的甲醇技术已经取得了突破。

巨澜M85甲醇汽油可以迅速实现中国甲醇对汽油的大量替代,促进中国能源安全和环境改善。

图1　甲醇汽油生产工艺流程图

3.1　传统的甲醇汽油调配技术

传统甲醇汽油调配站(见图2),一般适合规模较大的企业,有固定的石油销售渠道,便于正常经营管理。图2　传统甲醇汽油调配站

3.2　分步式甲醇汽油的制备

分步式甲醇汽油的制备是变性甲醇和甲醇汽油

分别独立调配完成。山西省推广甲醇汽油基本上以此模式为主,由企业将变性甲醇调配好,再易地交另一调配站最终调配出甲醇汽油进行销售,或直接由消费者自助配制使用。

分步式甲醇汽油的制备方法比较灵活,规模可大可小,既可通过石油渠道销售,也可以通过专卖店进行推广,突破销售瓶颈,快速扩大消费群体(见图3)。

图3　分步或自助甲醇汽油生产流程示意图

3.3　南京巨澜即配即用甲醇汽油调配工艺简介

使用即配即用甲醇汽油调配技术必须具备的3

个条件:a)要求使用的原料甲醇和基础油都必须达·36·