拓宏兵，賀 剛，王小莉，何 偉，宣雙慶

（陜西延長石油能源科技有限公司，陜西西安 710068）

我國當(dāng)初生產(chǎn)燃料乙醇主要是用陳化糧和木薯甘蔗等原料，隨著乙醇汽油的發(fā)展和試點范圍的擴(kuò)大，勢必會消耗越來越多的糧食，增加糧食需求，出現(xiàn)“人車爭糧”的現(xiàn)象，引發(fā)糧食戰(zhàn)略安全問題。

而煤化工路線制乙醇是以煤氣化的合成氣為原料，經(jīng)化學(xué)合成得到乙醇。與生物制乙醇生產(chǎn)工藝相比，成本有明顯優(yōu)勢，且符合我國當(dāng)前能源“貧油、富煤、少氣”的發(fā)展需求，煤制乙醇有望降低我國對石油的依賴，促進(jìn)我國能源多元化變革。

但是，乙醇汽油容易發(fā)生相分離現(xiàn)象，使發(fā)動機(jī)在使用過程中啟動困難、輸出功率低，甚至導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞。目前大多數(shù)學(xué)者研究了生物制乙醇調(diào)制乙醇汽油的相穩(wěn)定性問題，而對煤制乙醇調(diào)制車用乙醇汽油的相穩(wěn)定性研究極少[1-6]。

本文則采用低溫抗相分離實驗方法研究乙醇汽油的穩(wěn)定性，系統(tǒng)研究了溫度、煤制乙醇含量、水含量、添加劑對相穩(wěn)定性的影響。

1 實驗部分

1.1 主要實驗材料

實驗主要原料為：92#組分油（陜西延長永坪煉油廠）、無水乙醇（陜西興化的煤制乙醇，乙醇含量為99.6%）、添加劑（Ⅰ）（實驗室自制）、添加劑（Ⅱ）（實驗室自制）、水。

1.2 低溫抗相分離實驗方法

本實驗方法通過相分離溫度來反應(yīng)乙醇汽油的相穩(wěn)定性，相分離溫度越高則表示乙醇汽油相穩(wěn)定性越差，相分離溫度越低則表示乙醇汽油相穩(wěn)定性越好。實驗方法如下：

（1）細(xì)口磨砂比色管若干，按照乙醇、水、汽油、添加劑的順序配制一定比例的混合溶液，搖晃均勻后靜置 10 min，觀察現(xiàn)象。

（2）將存有樣品的細(xì)口磨砂比色管放入冰箱。室溫開始降溫，每降1℃，儲存7 d后觀察相穩(wěn)定性現(xiàn)象，且記錄實驗現(xiàn)象。

（3）直至出現(xiàn)相分離現(xiàn)象，記錄相分離溫度，并做重復(fù)性實驗。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 溫度對相穩(wěn)定性的影響

溫度是影響乙醇汽油相穩(wěn)定性的重要因素。實驗在室溫下配制好乙醇汽油，放置到冰箱緩慢降溫，觀察乙醇汽油混合燃料的相分離現(xiàn)象。E10分別加0.3%和0.4%水的混合燃料在不同溫度下相分離現(xiàn)象（見表1）。

由表1實驗發(fā)現(xiàn)：隨著溫度的降低，乙醇汽油混合燃料越來越不穩(wěn)定，直至溫度降到相分離溫度以下時，乙醇汽油混合燃料發(fā)生分層現(xiàn)象，分層現(xiàn)象隨著溫度降低越來越明顯。

機(jī)理分析：油水界面的表面張力大小決定了乙醇汽油相分離難易程度，而溫度的高低決定油水界面的表面張力大小。溫度越低，油水的表面張力變大，越容易發(fā)生相分離現(xiàn)象。

2.2 煤制乙醇含量對相穩(wěn)定性的影響

乙醇含量是影響乙醇汽油相穩(wěn)定性的重要因素之一。實驗用E10、E15、E20分別加入0.3%和0.4%水來降低相分離溫度，進(jìn)行不同乙醇含量的相分離實驗。不同乙醇含量對應(yīng)相分離溫度（見表2）。

從表2實驗結(jié)果可以看出：無論水含量為0.3%的乙醇汽油還是水含量為0.4%的乙醇汽油，乙醇汽油混合燃料的相分離溫度都隨著乙醇含量增大而升高。在乙醇體積百分比相同時，水含量0.3%乙醇汽油比水含量0.4%乙醇汽油的相分離溫度升高了很多。這與生物制乙醇結(jié)論吻合。

機(jī)理分析：乙醇具有親水親油能力，增大乙醇含量有利于汽油、乙醇、水三種物質(zhì)形成穩(wěn)定的復(fù)合體系，從而抑制乙醇汽油發(fā)生相分離現(xiàn)象。

2.3 水含量對相穩(wěn)定性的影響

水含量是乙醇汽油發(fā)生相分離現(xiàn)象的重要因素之一。本實驗考察不同水含量對乙醇汽油的相分離現(xiàn)象。不同水含量對應(yīng)相分離溫度（見表3），表3中水含量為體積百分?jǐn)?shù)。

表3實驗表明：水含量與乙醇汽油混合燃料的相分層現(xiàn)象密切相關(guān)，E10乙醇汽油的相分離溫度隨著水含量增大而提高，即相穩(wěn)定性變差。乙醇汽油分層量隨著水含量的升高而增大。

機(jī)理分析：乙醇分子形成氫鍵的能力比水分子弱，乙醇分子和水分子會形成復(fù)雜的締合體，當(dāng)乙醇汽油含有少量的水也會因為水分對乙醇巨大的作用力使乙醇被從汽油中拖出，導(dǎo)致乙醇汽油發(fā)生相分離現(xiàn)象。

表1 不同溫度下乙醇汽油混合燃料相分離現(xiàn)象

表2 不同乙醇含量下乙醇汽油的相分離溫度

表3 不同含水量下乙醇汽油的相分離溫度

2.4 添加劑對相穩(wěn)定的影響

乙醇汽油的相分離問題可以通過添加助溶劑來改善，本實驗用E10加入體積百分含量為0.4%的水，分別加入體積百分?jǐn)?shù)為0.2%的添加劑，不同添加劑對乙醇汽油相分離溫度的影響（見表4）。

表4 不同添加劑與乙醇汽油的相分離溫度

表4實驗表明：通過加添加劑可以明顯改善乙醇汽油的相分離問題，且效果較明顯。

機(jī)理分析：添加劑既具有可以與乙醇和水作用的極性基團(tuán)，又具有可以與組分油作用的非極性基團(tuán)的化合物。只要加入適量的添加劑就能提高乙醇汽油的相穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）在煤制乙醇調(diào)配的乙醇汽油中，水分含量、乙醇含量、溫度都是影響乙醇汽油相分離問題的重要因素。水分含量越高相穩(wěn)定性越差，并且水分的存在就會導(dǎo)致相分層現(xiàn)象。煤制乙醇含量越高則乙醇汽油的相穩(wěn)定越好。環(huán)境溫度越高越有助于互溶，相反溫度越低越易分層。

煤制乙醇調(diào)配的E10乙醇汽油，甚至E15及E20乙醇汽油，都可以解決相分離問題，也使中國大范圍推廣乙醇汽油成為可能。

（2）通過加添加劑能起到抗水、抗低溫的助溶效果，提高乙醇汽油的相穩(wěn)定性，解決乙醇汽油南方怕水北方怕冷的問題，使得乙醇汽油不受地區(qū)環(huán)境的制約。

［1］孟迎，白曉宇，李凱，等.我國乙醇生產(chǎn)技術(shù)及煤制乙醇技術(shù)研究進(jìn)展［J］.煤炭與化工，2017，40（8）：21-23.

［2］曾清湖，高亞娜.乙醇制備工藝路線研究進(jìn)展［C］.第十屆全國工業(yè)催化技術(shù)及應(yīng)用年會論文集，2013：98-100.

［3］羅馬吉，劉云鵬，李忠照，等.含水乙醇汽油穩(wěn)定性研究［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報，2016，39（5）：361-364.

［4］黃艷仙，揭永文，黃克明.助溶劑對乙醇汽油儲存穩(wěn)定性的研究［J］.廣東化工，2009，36（4）：15-17.

［5］劉訓(xùn)標(biāo)，陳軍堂.含水乙醇汽油分層問題的環(huán)境因素實驗研究［J］.石油化工應(yīng)用，2010，29（4）：6-8.

［6］李金朋.中比例甲醇汽油制備及性能研究［D］.北京：北京化工大學(xué)，2015.