乙醇汽油,是指在普通汽油組分油中,按一定的體積比例加入燃料乙醇而成的一種混合燃料,具有一定環保和再生性的新型清潔燃料。乙醇汽油使用性能的好壞一直是一個爭議不斷的話題,特別是隨著乙醇汽油國五標準的推出,乙醇汽油的推廣速度也將進一步加快,研究國五標準乙醇汽油的理化性質有著一定的現實意義。
1.乙醇汽油的發展情況和使用現狀
(1)我國乙醇汽油的發展歷程21世紀初,出於轉化陳化糧、減少原油進口、改善環境等的考慮,我國開始推廣使用乙醇汽油(E10)。經過十幾年的發展,已經在全國部分省市地區全面或部分推廣使用乙醇汽油。全國乙醇汽油消費量約佔全國汽油總消費量的20%-30%左右。隨著最新版GB18351-2015號車用乙醇汽油(E10)指標的推廣,車用乙醇汽油進入一個「國Ⅳ」向「國Ⅴ」置換的時期。
(2)車用乙醇汽油的優點和缺點車用乙醇汽油具有生產來源天然、豐富;排放性好,清潔環保;繼承性好,轉換成本低;有效提高辛烷值,減少有害抗爆劑的使用等優點。但缺點也同樣存在,如:①經濟性差,受原料和原油價格影響大;②乙醇的熱值低、蒸發潛熱大,易產生氣阻;③對金屬和塑料有一定的腐蝕作用;④易吸水、易分層,保存時間短;⑤顧客接受度差。
(3)乙醇替代燃料發展的必然性①近年來,國內霧霾情況越來越嚴重,已經嚴重影響到我國人民的人體健康和生活生產活動,而汽車尾氣就是霧霾形成的一個主要因素,所以有效降低汽車排放控制霧霾的形成是今後乙醇汽油推廣的最大動力。②乙醇作為替代能源具有性質接近汽油、長續航、可再生性的優勢,對改善能源結構,降低原油對外依存度有很大幫助。
2.乙醇汽油的物化性質分析我國推廣使用的乙醇汽油主要是E10乙醇汽油,國標規定乙醇的含量約為10±2.0%。本次實驗主要針對國五乙醇汽油在使用中存在較大爭議的問題,選取部分物化指標進行測定,分別為辛烷值、餾程、實際膠質、銅片實驗、橡膠相容性等。
(1)實驗準備工作本次實驗選取的實驗油樣分別是茂名石化公司生產的92#純汽油(Ⅴ)(簡稱92#E0)、95#純汽油(Ⅴ)(簡稱95#E0)、測定物乙醇汽油(E10)(Ⅴ)使用92#純汽油(Ⅴ)按比例加10%分析純無水乙醇配製(試驗液組成為90%汽油+9.8%無水乙醇+0.2%蒸餾水)。茂名石化的原油加工裝置以催化裂化、催化重整、催化加氫為主,有著品質較好、雜質量少、辛烷值高的特點。
(2)實驗過程
①研究法辛烷值測定辛烷值是測定汽油燃燒性能的重要指標,一般來說辛烷值越高發動機工作狀況越好,燃燒也越完全。實驗測得數據如下:A.92#E0辛烷值為93.3;B.95#E0辛烷值為97.2;C.92#E10辛烷值為97.8,實驗溫度為23℃,RON。可知,本次被測的汽油油樣的辛烷值均明顯超過實際銷售標識的辛烷值,主要是因為茂名石化生產的汽油中重整和加氫組分比例高,可以保證在符合國Ⅴ標準下提供更高的辛烷值。92#E10乙醇汽油在92#E0汽油添加10%乙醇後,辛烷值有了明顯提高,提高幅度為4.5個RON,達到了97#汽油的辛烷值標準,說明乙醇作為一種高辛烷值添加劑是可以有效的提高汽油辛烷值,經濟效益還是很好的。
②餾程實驗汽油是一種混合物,餾程就是檢測汽油從初餾點到完全蒸發完的終餾點的這一溫度範圍,是評價燃料蒸發性能的主要指標,也是影響發動機使用性能的主要因素之一。
圖一 乙醇汽油和汽油恩氏蒸餾曲線由圖一中可以發現,92#E10乙醇汽油的蒸餾曲線明顯比純汽油有不同程度的下降。
在T10時,由於還離乙醇沸點比較遠,所以92#E10的餾出溫度只是比92#E0和95#E0略為要低,說明乙醇汽油的低溫啟動性能會更加好,但在夏天的高溫環境下更加容易發生氣阻現象。在T30到T60區間內,乙醇汽油的沸點明顯降低,說明在乙醇的沸點附近對汽油的影響非常大,乙醇汽油的蒸發性和發動機的加速性更好,汽油的升溫速度快,工作更平穩。在T80以後,乙醇汽油和純汽油的變化並不明顯,說明這個時候乙醇已經基本完全蒸發完,剩下的汽油組分性質與純汽油基本一樣,不會有加速零件磨損等情況。
③實際膠質實際膠質是指在試驗條件下測得的航空汽油、噴氣燃料的蒸發殘留物或車用汽油蒸發殘留物中不溶於正庚烷的部分,以mg/100ml表示。實驗測得數據如下:A.92#E0的實際膠質為21.6mg/100m L;B.95#E0的實際膠質為23.5mg/100m L;C.92#E10的實際膠質為24.2mg/100m L。實驗條件是溫度23.6℃,溼度35%,玻璃容器。由上可知,國五標準中規定乙醇汽油和純汽油的實際膠質含量(未洗膠質含量)均不能超過30mg/100m L,本次試驗的三個樣品均符合國Ⅴ指標。對比三種測試油品的實際膠質量,95#E0比92#E0的實際膠質量增加8.8%,主要是因為汽油在提高辛烷值的過程中添加了MTBE等抗爆劑,不揮發添加劑的加入在不同程度的增加了膠質的量;92#E10比92#E0的實際膠質量增加12%,說明乙醇加入到汽油中的確會對油品的膠質生成造成比較明顯的影響。從實驗數據可以推測在正常的儲存條件下,92#E10在儲存周期三個月內使用對發動機的影響輕微。
④銅片腐蝕實驗金屬腐蝕是指金屬材料與環境介質接觸發生化學或電化學反應而被破壞的現象。水和酸性物質是引起汽油腐蝕金屬的主要原因。實驗測得數據如下:A.92#E0銅片呈淡橙色,腐蝕等級為1級;B.95#E0銅片腐蝕呈淡橙色,腐蝕等級為1級;C.92#E10銅片腐蝕呈橙色,腐蝕等級為1級。實驗條件是在100℃±1℃下,浸泡銅片120min±5min。可知,國五汽油相比於國四汽油最大的改變就是硫含量從50mg/kg減到了10mg/kg,硫含量的降低減少排放的同時也減少了油品對發動機的腐蝕,在本次試驗中可以看到純汽油油樣對銅片幾乎沒有腐蝕,情況非常好,而92#E10油樣對銅片的腐蝕輕微,但還是可以發現顏色較純汽油的要深,主要是因為在有水存在下,無法避免的銅片腐蝕程度會大。試驗結果是乙醇汽油的銅片腐蝕程度比純汽油要大,但三種油樣都屬於腐蝕1級,是腐蝕最低的級別。
⑤橡膠相容性分析本次試驗主要是測試乙醇汽油與汽車供油系管路橡膠部件的相容情況,選用了使用時間為5年的豐田卡羅拉的輸油管路進行試驗。在將輸油管路浸泡到乙醇汽油中,密封並在室溫下保存,觀測其變化,室溫溫度在20℃到30℃之間。輸油管在浸泡一周以後,橡膠管明顯變軟,有溶脹現象;浸泡兩周後達到最軟,之後的2個月內情況並沒有加劇,晾乾後膠管表面沒有明顯粘手情況,柔韌性沒有明顯變化。結論就是,E10乙醇汽油對橡膠有一定的泡溶性,在前期比較明顯,但長期使用影響會逐漸減弱,使用過程中需要留意膠管變化。
3.分析與結論
(1)乙醇可以大幅度的提高油品辛烷值,既可以滿足保護環境的清潔要求,又可以滿足汽車壓縮比不斷增高而對高辛烷值油品的要求,唯一制約的最大問題還是乙醇的成本問題,但當油價再次回漲時,乙醇汽油的綜合優勢就會顯現。
(2)乙醇汽油的實際膠質相比純汽油有著比較明顯的提高,乙醇儲存過程中吸水是無法避免的問題,使用周期在三個月內,對發動機影響不大。
(3)國五標準的腐蝕性硫已經非常少,不論是乙醇汽油還是純汽油,硫對金屬的腐蝕在實際使用中基本可以忽略不計、而乙醇對橡膠的溶脹性情況也不是非常嚴重,並不需要特別擔心。另外,本次的實驗由於受到設備和環境限制,其他的一些重要的物化性質,如閃點、相分離等,因為實驗所在的廣東地處南方,全年溫度比較高,難以測定,而且實際使用意義很小,故不加以測試。