一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油
技术领域
本发明属于车用甲醇燃料技术领域,具体涉及一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油。
背景技术
长期以来,轻型汽车的燃料一直以汽油为主,但是,这一使用模式越来越受到环境污染严重和资源日益紧缺的制约。为了改善这一困境,国际国内采用了多种能源替代方案,如天然气燃料、植物油燃料、氢燃料等。然而,这些替代方案若要大规模推广,都存在着严重的缺陷:天然气作为汽车燃料,成本较低,但是需要改装汽车的发动机装置,花费较大,而且天然气储罐占用了大量的后背箱空间;植物油燃料是以废弃的食用油等作为发动机的燃料,也存在着来源有限,发动机损害较大等弊端;作为较优能源替代方案的氢能源,在如何长期储存氢气、日常安全使用等问题上并没有得到彻底的解决。。
人们在研究中发现,醇类是除石油、天然气以外,内燃机最可代用的燃料在众多的汽车燃料的开发研究中,醇类燃料是替代石油燃料中的新希望,其中甲醇燃料更成为首选。目前,许多国家都在积极研究甲醇汽油,它能节约石油资源,清洁环保,具有良好的经济和社会效益。如在我国采用甲醇汽油,每年将可节省汽油上千万吨。因此,推广使用甲醇汽油,对我国国民经济发展是一项重大的举措,具有十分重大的意义。
甲醇作为一种代用燃料,不仅具有与汽油近似良好的燃烧性能,而且具有排放低、辛烷值高、抗爆性好、资源相对比较丰富、工艺成熟、成本低、运输方便等优点。在汽油中掺入一定比例的甲醇,就成为甲醇汽油。甲醇可以从石油、煤炭、天然气、木质纤维等原料转化而来,因而来源广泛,生产工艺成熟,成本较低。但是甲醇汽油也存在着一些缺点和不足,主要体现在:1、为了解决相溶性等问题,选用了苯、甲基叔丁基醚等对环境污染很大的添加剂,在实际应用中难以进行大规模推广;2、由于甲醇为高极性溶剂,燃烧过程中可以产生少量水,长期使用对发动机金属件、橡胶密封件等有腐蚀作用,现有技术虽然解决了甲醇和汽油的两相相溶问题,但是在防腐抗锈上并未提出解决办法;3、添加剂使用量过大,使得使用成本上升。4、在不改变动力系统的情况下,由于甲醇的蒸汽压低于常用汽油,使用过程中有气阻现象产生,影响汽车发动机的性能。5、甲醇的热值比汽油低,不加入促燃剂,动力性上受到很大影响。因此甲醇汽油添加剂的技术含量,是决定调配甲醇汽油品质优良的灵魂。甲醇汽油添加剂是一种新型环保燃料助剂产品,是在甲醇(符合GB338-2004优等品甲醇指标)中加入一种复合添加剂后对甲醇进行变性处理,再按照规定比例和普通汽油混合后作为车用燃料,使其改性,使其燃烧速度、气化热值、互溶性、爆发力加速性能、润滑性、抑制腐蚀性等方面接近传统汽油的甲醇燃料使之在甲醇汽油中发挥综合增效作用,达到作为商品汽油的理化质量指标及实际行车应用性能的要求。
发明内容
为了解决甲醇汽油普遍存在的蒸汽压高、遇水稳定性差、易腐蚀金属和橡胶等问题,本发明提供了一种甲醇汽油配方,制备的甲醇汽油具有抗水稳定性好、不易气阻、保护车内橡胶、金属等器件,燃烧充分动力强的优点。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:基础油30~75%、组分油10~15%、甲醇10~50%、添加剂1~10%,且各组分质量百分数之和为100%,其中所述基础油是90号、93号、97号的国标汽油中的一种。
进一步,上述所述组分油是由30~45%催化重整汽油和55~70%石脑油组成的混合物。
进一步,上述所述的添加剂的结构如下图所示:
进一步,所述的添加剂通过如下方法制备:
(1)将原料季戊四醇和带水剂加入到反应容器中,带水剂与季戊四醇的体积重量比为10毫升:1克,升温至60-70℃,待季戊四醇溶解后,加入反应物总质量3%的浓硫酸,氮气气体保护条件下,继续搅拌混合均匀;
(2)称取一定量的2-(4,5-二氢-1H-咪唑-2-硫基)-乙酸,其6-(4-5-二氢-1H-咪唑-2-氨基)-己酸与季戊四醇的摩尔当量比优选为0.5,用甲苯稀释混合均匀,甲苯与6-(4-5-二氢-1H-咪唑-2-氨基)-己酸的体积重量比为10毫升:1克;;
(3)搭好反应装置,氮气气体保护条件下,升高步骤(1)体系温度,直至体系开始回流,再将步骤(2)的溶液滴加到步骤(1)装置中,控制滴加速度为15滴/分,滴加完后继续回流反应48h,测定反应体系的酯化率为88%;
(4)反应结束后,冷却至室温,饱和碳酸氢钠水洗3-5次,再用去离子水洗3-5次,用除水剂除去油层中的微量水,过滤后减压蒸馏即得所需的甲醇汽油添加剂,
进一步,一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油的方法,包括以下步骤:
(1)于常温常压下,将上述质量百分比计的添加剂加入到装有甲醇的容器内,搅拌15~20min至充分混合均匀,得到甲醇混合液A;
(2)将上述质量百分比的基础油和组分油通过计量泵加入到带有加热的搅拌釜中;搅拌35-50min至充分混合均匀,得到汽油混合液B;
(3)将步骤(1)的甲醇混合液A通过计量泵打入到步骤(2)的汽油搅拌釜中,加热至40-55℃后搅拌40-60min,混合均匀后冷却至室温后打入成品罐即得本发明的甲醇汽油。
本发明具有如下的有益效果:
(1)本发明的一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,甲醇汽油添加剂和甲醇容易溶解,分散均匀,稳定性较好,无需增加其他专门工艺处理。
(2)本发明的一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,选用的甲醇汽油添加剂结构中含有的多羟基基团,当外界的水进入到甲醇汽油中,该添加剂同样可以将之吸收,从而大大提高了甲醇汽油的抗水分层能力;含有的咪唑结构,能够大大抑制甲醇汽油对金属的腐蚀,金属防蚀效果较好;含有硫醚键,能够有效结合游离基反应中产生的甲酸,有效抑制其对橡胶,塑料等的溶胀和龟裂,效果显著。
(3)本发明的一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,甲醇汽油在甲醇含量10~50%时,可以增溶5%的水而不发生相分离,在水含量5%以下均不发生相分离,具有良好的耐水性能。
(4)本发明的一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,选用的组分油混合物中烯烃含量极少或没有,这不但有利于抑制甲醇汽油被氧化,还可以与改变甲醇形成共沸物的成分,与添加剂协同作用,有利于大大降低蒸气压。
(5)本发明的一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,各组分之间互溶性好,协同作用突出,达到了提高甲醇汽油燃烧效率,动力增强的效果,且燃烧充分节油,污染物排放量降低。
(6)本发明的一种耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油,制备方法简单易操作,成本和能耗低,环保无污染,制备效率高,适合工业化生产。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明所用甲醇汽油添加剂的红外谱图。
图2是本发明所用甲醇汽油添加剂的核磁谱图。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
M10 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:90号国标汽油75%、组分油15%、甲醇9%、添加剂1%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例2
M15 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油70%、组分油15%、甲醇12%、添加剂3%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例3
M30 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油60%、组分油10%、甲醇25%、添加剂5%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例4
M50 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油40%、组分油10%、甲醇40%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例5
M60 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油25%、组分油15%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例6
M60 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油25%、组分油15%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例7
M60 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例8
M60 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由35%催化重整汽油和65%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例9
M60 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例10
M60 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由45%催化重整汽油和55%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例11
M10 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油75%、组分油15%、甲醇9%、添加剂1%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例12
M15 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油70%、组分油15%、甲醇12%、添加剂3%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例13
M30 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油55%、组分油15%、甲醇25%、添加剂5%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例14
M50 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油35%、组分油15%、甲醇40%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例15
M60 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油25%、组分油15%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例16
M60 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油28%、组分油12%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例17
M60 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例18
M60 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由35%催化重整汽油和65%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例19
M60 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例20
M60 93号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
93号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由45%催化重整汽油和55%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例21
M10 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油75%、组分油15%、甲醇9%、添加剂1%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例22
M15 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油70%、组分油15%、甲醇12%、添加剂3%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例23
M30 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油55%、组分油15%、甲醇25%、添加剂5%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例24
M50 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油35%、组分油15%、甲醇40%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例25
M60 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油25%、组分油15%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例26
M60 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油28%、组分油12%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例27
M60 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由30%催化重整汽油和70%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例28
M60 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由35%催化重整汽油和65%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例29
M60 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
实施例30
M60 97号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
97号国标汽油30%、组分油10%、甲醇50%、添加剂10%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由45%催化重整汽油和55%石脑油组成的混合物;使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
对比例1-3与实施例3进行比较,不同之处在于:
对比例1
M30 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油60%、组分油10%、甲醇30%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述所述组分油是由40%催化重整汽油和60%石脑油组成的混合物;
使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
对比例2
M30 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油60%、催化重整汽油10%、甲醇25%、添加剂5%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
对比例3
M30 90号甲醇汽油,它由以下质量百分比的原料组成:
90号国标汽油60%、石脑油10%、甲醇25%、添加剂5%,且各组分质量百分数之和为100%,
上述使用的甲醇复合国标GB/T 23510-2009《车用燃料甲醇》标准要求。
上述实施例和对比例所涉及到的添加剂的制备方法如下:
(1)将1.36kg原料季戊四醇和13.6L甲苯加入到反应容器中,升温至65℃,待季戊四醇溶解后,加入催化剂浓硫酸64.8g,氮气气体保护条件下,继续搅拌混合均匀;
(2)称取0.8kg的2-(4,5-二氢-1H-咪唑-2-硫基)-乙酸,用8L的甲苯稀释混合均匀;
(3)搭好反应装置,氮气气体保护条件下,升高步骤(1)体系温度,直至体系开始回流,再将步骤(2)的溶液滴加到步骤(1)装置中,控制滴加速度为15滴/分,滴加完后继续回流反应48h,测定反应体系的酯化率为88%;
(4)反应结束后,冷却至室温,饱和碳酸氢钠水洗3-5次,再用去离子水洗3-5次,用100g无水硫酸钡除去油层中的微量水,过滤后减压蒸馏即得所需的甲醇汽油添加剂。
FTIR(KBr):3200-3350cm-1为羟基特征峰,羟基峰强而宽,表明结构中含有的羟基数量多,其他分子结构中含有的基团均如图1红外谱图所示,其结果与核磁谱图对应。
核磁谱图如图2所示,核磁测试结果如下:
1H-NMR(300MHz,DMSO-d6)δ11.13(f,1H),4.24(e,3H),4.09(d,2H),3.94(c,2H),3.74(b,4H),3.39(a,6H)。
本发明实施例1-30和对比例1-3的耐蚀抑涨、抗水甲醇汽油的方法,具体包括以下步骤:
(1)于常温常压下,将上述质量百分比计的添加剂加入到装有甲醇的容器内,搅拌15~20min至充分混合均匀,得到甲醇混合液A;
(2)将上述质量百分比的基础油和组分油通过计量泵加入到带有加热的搅拌釜中;搅拌35-50min至充分混合均匀,得到汽油混合液B;
(3)将步骤(1)的甲醇混合液A通过计量泵打入到步骤(2)的汽油搅拌釜中,加热至40-55℃后搅拌40-60min,混合均匀后冷却至室温后打入成品罐即得本发明的甲醇汽油。
甲醇汽油进行相关性能测试:
1.抗水性能测试:
将上述实施例1-30和对比例1-3的甲醇汽油中添加5%的水,结果如下表1所示。
表1加入5%水后甲醇汽油抗水性能的检测结果
组分 |
水含量(%) |
结果 |
空白 |
5 |
分层明显 |
实施例1-30 |
5 |
均不分层 |
对比例1 |
5 |
分层明显 |
对比例2 |
5 |
不分层 |
对比例3 |
5 |
不分层 |
由上表1测试结果可以看出,本发明的甲醇汽油抗水性能抗水性能特别优异,5%以下的水分均不分层,抗水效果明显。
2.金属腐蚀实验:
甲醇容易腐蚀和磨损发动机,主要部位发生在活塞环和汽缸壁,本发明经过大量的研究实验,实验参照ASTM G31—72“金属实验室沉浸腐蚀试验的推荐规范”和国家标准GB378—64《发动机燃料铜片腐蚀试验法》,将相同尺寸已处理过的45#钢、H65黄铜和紫铜标准试样,随机选取实施例3,11,15,17,22,30进行测试,用橡胶塞封口,外接冷凝管与大气接通,每组平行试样2~3个。试验温度控制为(25±1)℃,时间为10天。实验结果见表2。
表2不同组别对金属腐蚀性能的浸泡实验
从表2的测试结果可以看出,本发明制备的甲醇汽油金属耐腐蚀性能特别优异,效果明显。
3.橡胶测试实验,结果如表3:
表3橡胶溶胀测试
从表3的测试结果可以看出,本发明制备的甲醇汽油橡胶耐腐蚀性能特别优异,添加剂的效果明显。
4.饱和蒸气压测试(雷德法饱和蒸汽压测试)
表4饱和蒸气压值
从表4的测试结果可以看出,本发明制备的甲醇汽油具有较好的低气阻性能,根据测试结果,通过冬天和夏天的大量测试,冬天仍然像纯汽油一样易点火成功,夏天不产生气阻,可像商品汽油一样方便使用、贮存和运输。
5.尾气检测
通过发动机台架试验和整车台架试验,证明本发明的甲醇汽油与对应的90号、93号、97号国标汽油相比,动力有所增加,有害物质排放减少15-30%。
以上述依据本发明的实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。