车用乙醇汽油分层问题的研究

龚冬梅，张翠君，张戟，陈淑凤

(石油化工科学研究院，北京100083)

　　摘要：车用乙醇汽油是一种具有发展潜力的清洁燃料，但是由于乙醇具有亲水性，车用乙醇汽油在储运过程中易发生分层，这是使用乙醇汽油首先需要解决的问题。本实验考察了水含量对乙醇汽油分层的影响，研究了某些醇类对乙醇汽油的增溶效果，观察了乙醇汽油的储存情况。

　　1前言

　　车用乙醇汽油(以下简称乙醇汽油)是由变性燃料乙醇与汽油以一定比例调合而成的一种汽车燃料。乙醇汽油具有辛烷值高、抗爆性好、含氧量高等优点，是一种清洁燃料，可以显著降低汽车尾气中有害物质的排放^[1]。乙醇汽油的推广使用可以节约日益减少的石油资源。

　　然而，由于乙醇的亲水性，乙醇汽油容易吸水，当水含量过大或温度降低，都会导致分层，即发生了相分离。一旦发生相分离会导致调合、储存时出现问题，在使用中出现发动机启动困难，降低输出功率，甚至导致发动机损坏；因此乙醇汽油相分离是乙醇汽油使用中首先需要解决的问题。

　　为了便于研究这个问题，我们采用相分离温度来表征相分离特性。相分离温度越低则表示乙醇汽油越不易发生相分离。本试验通过以下四个方面对乙醇汽油的相分离特性进行了研究：①乙醇汽油中水含量对相分离温度的影响；②乙醇含量对相分离温度的影响；③增溶剂对相分离温度的影响；④乙醇汽油储存试验。

　　2试验部分

　　2.1乙醇汽油中水含量对相分离温度的影响

　　采用燕山石化炼油厂的三催化汽油(以下简称燕山三催化)为基础油，用移液管定量地向乙醇汽油中加入微量的水混合摇匀，配成所需的不同水含量的乙醇汽油样品，参照美国ASTMD6422-99乙醇汽油调合组分相分离标准实验方法，测定不同水含量的乙醇汽油的相分离温度，实验结果见下页表1。

　　只有在水含量较低时，醇—汽油—水三元混合物才易形成均相体系，水含量增大易发生相分离。

　　实验表明，水含量对乙醇汽油相分离温度的影响很大，水含量越高，相分离发生的温度越高，水含量高的乙醇汽油样品，以下同。到一定程度时，在室温下乙醇汽油即可发生相分离。

　　2.2乙醇含量对乙醇汽油相分离温度的影响

　　乙醇含量的增高有利于形成均相体系，从表1也可以看出，在水含量相同的情况下，乙醇含量越高，相分离温度越低。

　　2.3增溶剂对乙醇汽油相溶性的影响

　　乙醇汽油相分离的问题可以通过加入增溶剂来改善。调入高级醇、醚、芳烃等化合物能降低乙醇汽油的相分离温度[2]。它们能把乙醇汽油中的水进行乳化，使每个小水滴外裹一层油膜，使乙醇汽油不易发生相分离，具有增溶作用[3]。本试验用异丁醇(分析纯)、叔丁醇(化学纯)为增溶剂，考察其对乙醇汽油相溶性的影响。结果见表2。

　　实验表明，在乙醇汽油中加入异丁醇、叔丁醇后相分离温度有明显的下降(对于E10的乙醇汽油而言，加入1.0%异丁醇可使相分离温度下降约10℃)，相分离温度下降的幅度随着其加入量的增大而增大，说明异丁醇、叔丁醇确有明显的增溶效果。

　　2.4乙醇汽油储存实验

　　乙醇汽油中的乙醇具有吸水性，能从大气中直接吸收水分，当水分增大到一定程度时，可导致乙醇汽油发生相分离，直接影响到乙醇汽油的使用。为此本实验模拟了乙醇汽油的储存情况，对储存过程中乙醇汽油的水含量变化和相分离情况进行了考察。

　　储存实验方法是：在葡萄糖注射液玻璃瓶内注入500mL乙醇汽油(基础油为燕山三催化)，用橡胶塞密封后，插入一支9#注射针头与大气相通。将试验样品放于室外能防尘、雨、雪的环境中，每月测一次水含量的变化，并检查样品相分离情况。室外储存试验表明，随着储存时间的增长，储存样中的水含量呈增加的趋势，这是由于乙醇的吸水性所致，但所有室外样品经3个月的储存均未发生相分离。

　　2.5模拟储罐底部有游离水的储存实验

　　在实际生产中和储运、使用中，储油罐底部可能存在有游离水，在这种情况下，乙醇汽油中的乙醇会溶入水中，导致乙醇损失并引起相分离温度的变化，为了考察这种储存条件下乙醇含量随时间的变化，本储存实验模拟储罐底有水层的情况，方法是在医用注射液玻璃瓶中加入500mL乙醇汽油，向瓶底小心注入25mL水，每月测定乙醇汽油中乙醇含量的变化，从装样静置半天后测定乙醇汽油中乙醇含量。

　　试验表明，样品静置半天，乙醇含量就有所下降，1个月内下降急剧，1个月后趋于平稳，由此可见乙醇汽油在储运过程中，要严格防止水的进入。目前美国用于调合乙醇汽油的燃料乙醇仍然采用汽车、火车、轮船等成本较高的运输手段，在调配中心分别用计算机将燃料乙醇和汽油计量、加入专用的运输车辆，完成调合，送至加油站销售，其储存周期只有4～5天。而我国现在仍在生产厂完成调合，然后分销运输至各加油站，在这种情况下，如何防止水的进入积聚非常重要。

　　3结果讨论

　　乙醇汽油相分离温度的变化与其中乙醇含量、水含量有关，在乙醇浓度7.7%～15%的范围内，相分离温度随着乙醇浓度的增加而降低；随着水含量的增大而升高。

　　乙醇汽油中加入某些醇类如异丁醇、叔丁醇等能降低相分离温度，产生一定的增溶作用。

　　在储存期间内经3个月，样品均未发生相分离，说明无游离水存在。乙醇汽油一旦遇到游离水就会发生相分离。因此，乙醇汽油在生产、贮运、使用中，要严格控制储罐中的游离水，以保证乙醇汽油的正常使用。

　　参考文献：

　　[1]曹湘洪.我国发展燃料乙醇和乙醇汽油应注意的若干问题[J].石油炼制与化工，2001，32(6)：7-10.

　　[2]陆九芳，李总成，包铁竹.分离过程化学[M].北京：清华大学出版社，1993.106-116.

　　[3]斯坦利M瓦拉斯.化工相平衡[M].北京：中国石化出版社，1992.317-321.