乙醇汽油耐水性能的改进及桉叶油汽油的初步研究.pdf

天津大学 硕士学位论文 乙醇汽油耐水性能的改进及桉叶油汽油的初步研究 姓名：孙传庆 申请学位级别：硕士 专业：化学工程 指导教师：李士雨;周军 20090501 摘要 车用乙醇汽油易吸水形成含水相，在低温下导致油水分层( 相分离) ，对燃 料的整体使用性能造成不良影响，甚至使发动机熄火本文以乙醇汽油为基料， 考察了在不同含水量下，多种添加剂对其相分离温度的影响，并测定了相应的理 化性能，对实验结果进行了分析，对部分理化性能的测定方法进行了研究 实验结果表明，单一的C 3 “ - - , C 8 醇对含水量0 ．5 ％( 体积百分比，以下同) 的E I O 的相分离温度的降低程度不能达到使用要求( 车用汽油一般要求、 异丁醇 叔丁醇 单因素降低相分离温度排序： 异丁醇 乙酸乙酯 桉油 叔丁醇 最佳桉油／叔丁醇／异丁醇／乙酸乙酯 组合= O ．o l o ／o ．0 0 5 ／o ．0 0 5 ／0 ．0 0 3 4 - 1 48- 1 46 ．． 一1 4 ． ． ． 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 表3 - 3 初选方案( 2 ) T a b l e3 - 3 P r i m a r yo p t i o n s ( 2 ) K l_ 4 3 ．2 5- 4 8 ．1 2- 8 3 ．0 0 - 6 4 ．3 0 影响显著性排序： 极差K 2 ．7 0 ．4 0 ．8 4 ．1 5 ．3 5 ．5 0 ．5 0 ．8 5 环己醇 J E T 醇 异戊醇 J E 庚醇 分析K 3 ．7 9 ．5 5．6 0 ．9 5．7 4 ．7 0 ．7 8 ．0 5 单因素降低相分离温度排序： R 3 0 ．3 03 6 ．0 3 4 7 ．5 02 7 ．2 5 正庚醇 异戊醇 正丁醇 环己醇 最佳正丁醇／异戊醇／环己醇／正庚醇 组合：0 。

0 1 0 ／0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 I ／0 ．0 0 5 —4 l - 3—4 1 ·7—4 1 ·5 这个最佳组合降低相分离温度的效果还是可以满意的比较最佳组合与组合 ( 8 ) 的实验结果可知，异戊醇含量增加反而使相分离温度升高了实际上组合 ( 8 ) 成了事实上的最佳组合 ．2 4 ． 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 表3 _ 4 初选方案( 3 ) T a b l e3 - 4 P r i m a r yo p t i o n s ( 3 ) K l - 3 9 ．5 5 - 2 3 ．1 5- 1 6 ．5 5- 1 9 ．9 5 影响显著性排序： 极差K 21 1 ．3 54 ．9 01 ．2 0- 4 ．8 0 正戊醇 异辛醇 正己醇 正辛醇 分析 K 32 2 ．7 51 2 ．8 07 ．4 01 9 ．3 0 单因素降低相分离温度排序： R6 2 ．3 03 5 ．9 52 3 9 53 9 ．2 5 正戊醇 正己醇 正辛醇 异辛醇 最佳正戊醇／正己醇／正辛醇／异辛醇 组合：0 ．0 0 6 ／0 ．0 0 I ／0 ．0 0 I ／O ．O O l 一3 1 ·O一3 0 ·7—3 0 ·8 5 最佳组合就是组合( 1 ) 。

对两次配制的样品分别测定的相分离温度平均值完 全相同 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 表3 - 5 初选方案( 4 ) T a b l e3 - 5 P r i m a r yo p t i o n s ( 4 ) ( 注：A = 十二烷基三甲基溴化铵，B = 十六烷基三甲基氯化铵) 比较最佳组合与组合( 5 ) 可知，十二烷基三甲基溴化铵的浓度增大并不一 定会使相分离温度下降，这可能与形成的膜结构的稳定性有关由于阳离子表面 活性剂在燃烧中会产生氮氧化合物污染大气，所以尽量不要选择其作为改性剂 第三章 乙醇汽油混合燃料的改性 表3 - 6 初选方案( 5 ) T a b l e3 - 6 P r i m a r yo p t i o n s ( 5 ) 经过初选实验，暂时去除桉油、乙酸乙酯、正庚醇、乙醚、十二烷基三甲基 溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵、石油醚、甲酸乙酯，对余下的1 2 种试剂按照 碳原子数由少到多排序后，分成三组，实验结果如下： 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 表3 - 7 二选方案( 1 ) T a b l e3 - 7S e c o n d a r yo p t i o n s ( 1 ) K 1- 1 2 2 ．7 - 1 2 5 ．8 5 - 1 0 2 ．2 5- 1 2 2 ．4 影响显著性排序： 极差K 2 ．1 11 ．7 ．1 2 6 ．0 5 ．1 3 6 ．8 5．1 4 3 ．2 5 叔丁醇 正丁醇 仲丁醇 异丁醇 分析K 3．1 4 4 ．9 ．1 2 7 ．4 ．1 4 0 ．2．1 1 3 ．6 5 单因素降低相分离温度排序： R 3 3 ．21 ．5 53 7 ．9 52 9 ．6 0 异丁醇 正丁醇 仲丁醇 叔丁醇 最佳正丁醇／异丁醇／叔丁醇／仲丁醇 组合= 0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 3 - 5 7 ．4- 5 7 ．8- 5 7 ．6 - 2 8 ． 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 表3 - 8 二选方案( 2 ) T a b l e3 - 8 S e c o n d a r yo p t i o n s ( 2 ) K l·1 6 1 ．8一1 5 3 ．8 ·1 6 4 ．4 5 - 1 5 6 ．9 5影响显著性排序： 极差K 2．1 2 7 ．7 ．1 4 6 ．5．1 3 5 ．3．1 3 6 ．7 正丙醇 异戊醇 正戊醇 异丙醇 分析K 3 ．1 7 3 ．9 5 ．1 6 3 ．1 5 ．1 6 3 ．7 ．1 6 9 ．8单因素降低相分离温度排序： R4 6 ．2 51 6 ．6 52 9 ．1 53 3 ．1 异戊醇 异丙醇 正丙醇 正戊醇 最佳正丙醇／异丙醇／正戊醇／异戊醇 组合= 0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 1 ／o ．0 0 5 7- 6 2- 6 19 ～． 一6 1 ．．1． 1 ．本组配方实验效果大部分很好，配方将在后文中与筛选结果对照分析； 结论2 ．单因素实验中相分离温度最高的是异戊醇，由于其价格高，影响显著 性排序靠后。

不利于简化配方因此淘汰异戊醇 - 2 9 ． 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 序号正己醇环己醇正辛醇异辛醇 相分离( 分层) 温度／C l2 平均值 1 ．本组配方实验效果都很好，配方将在后文中与筛选结果对照分析： ⋯． 2 ．“最佳组合”与第5 、7 、8 、9 配方效果相仿，但配方5 的用药量少； 一～3 ．单因素实验中相分点最高的是环己醇，价格也高，不利于简化配方， 因此淘汰环己醇 综合考虑，淘汰仲丁醇，主要因为其不太常用，效果也不是特别突出 这样，经过二选实验，暂时去除正丁醇、异戊醇、环己醇、仲丁醇，余下8 种试剂按照碳原子数由少到多排序后，依次是：正丙醇、异丙醇、异丁醇、叔丁 醇、正戊醇、正己醇、正辛醇、异辛醇分成两组，做四因素三水平的正交实验， 实验结果如下： 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 序号正丙醇异丙醇异丁醇叔丁醇 相分离( 分层) 温度／“ 1 2 l2 平均值 I ．在本组四种试剂中，相分离温度x ' t - 正丙醇最敏感，但异丙醇降低程度 结论2 ．萎喜釜分组优选的配方，但显然低碳醇的效果并不是最好的这与文 献中报道的结果有所不同 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 表3 - 1 1 三选方案( 2 ) T a b l e3 ·1It h et h i r do p t i o n s ( 2 ) K 1 —1 5 4 ．7 —1 5 7 ．0 9 —1 5 7 ．0 - 1 5 3 ．6 5 极差K 2 - 1 5 5 ．2 - 1 5 4 ．2 - 1 6 0 ．4 - 1 6 1 ．6 分析K 3 - 1 6 2 ．1 5 —1 5 9 ．9 5 - 1 5 4 ．6 5 - 1 5 6 ．8 R 7 ．4 55 ．7 5 5 ．7 57 ．9 5 影响显著性排序： 异辛醇 正戊醇 正己醇 正辛醇 单因素降低相分离温度排序： 正戊醇 正己醇 正辛醇 异辛醇 最佳正戊醇／正己醇／正辛醇／异辛醇 组合= O ．0 0 5 ／0 ．0 0 5 ／0 ．0 0 3 ／0 ．0 0 3 本组配方的相分离温度大都低于- 5 0 。

C ( 配方5 的相分离温度也很接 结论近于一5 0 C ) ，完全满足车用汽油的使用要求且波动不大( 最大温差低 于9 ．1 ℃) ，易于控制操作误差 该组试剂组合与初选方案( 3 ) 完全相同，但是正戊醇加量减少了反而使相 分离温度下降机理需要进一步研究原因可能是由于正戊醇属于非对称分子， 分子间作用力较小，使包覆水分子的“膜”结构不稳定所致 第三章乙醇汽油混合燃料的改性 3 ．3 小结 本章讨论了2 0 种化学试剂对含水量0 ．5 ％( 体积百分比，以下同) 的E I O 的相 分离温度的影响，实验结果表明，单一组分的C 1 ～C 8 醇不能使样品的相分离温 度的降低到使用要求( 车用汽油要求≤- 4 2 C ) ，但组合配伍多数具有明显降低相 分离温度的作用，其中，当配方中的正己醇／环己醇／正辛醇／异辛醇 = 0 ．3 ％：0 ．3 ％：0 ．5 ％：0 ．1 ％时，混合燃料的相分离温度低达一7 1 ．6 ℃可以明显看到， “正己醇／环己醇／正辛醇／异辛醇”组合和“正戊醇／正己醇／正辛醇／异辛醇”组 合，都显示出很强的降低样品相分离温度的能力 对于试用的桉叶油，实验结果表明其单一使用时对降低E I O 样品的相分离温 度没有明显作用，但与其它试剂组合使用时，有一定程度的作用，如当桉叶油／ 叔丁醇／异丁醇／乙酸乙酯= 1 ．0 ％：0 ．5 ％：0 ．3 ％：0 ．1 ％时，混合燃料的相分离温度可达 至U - 1 3 ．0 5 ℃，这显示用桉叶油做增溶剂还有一定局限。

对于阳离子表面活性剂，单一使用时对降低样品的相分离温度有作用，但不 显著，如果与醇、醚组合配伍，当正丙醇／乙醚／十二烷基三甲基溴化铵／十六烷 基三甲基氯化铵= O ．8 ％：0 ．1 ％：0 ．0 0 3 ( g ／m 1 ) ：0 ．O ' 0 5 ( g ／m 1 ) 时，混合燃料的相分 离温度可达- 1 5 ．4 C ，显示其效果有所增强，但依然有限 第四章乙醇汽油混合燃料的理化特性及测定方法的改进 第四章乙醇汽油混合燃料的理化特性及部分测定方法的改进‘5 1 m 2 1 4 ．1 混合燃料的密度、酸度、馏程、残炭、运动粘度 4 ．1 ．1 密度 车用乙醇汽油混合燃料的密度大小，决定了单位体积的油箱内容纳的燃料质 量，和能量密度( 单位质量燃料的热值) 共同确定了总能晕基数，决定了汽车的 最大行驶里程是一个最基本的物性参数 实验仪器包括： 石油密度计一盒( S Y 一0 5 型石油密度计) 单位：k g ·m ．3 ，分度值：0 ．5 玻璃量筒：内径比密度计外径至少大2 5 r m ，高度能使密度计下端距量筒底 部至少高2 5 r r 蚰；恒温浴：准确到±0 ．5 S Y D - 1 8 8 4 石油产品密度试验器( 上海昌吉地质仪器有限公司) 实验方法参考G B ／T1 8 8 4 —9 2 。

4 ．1 ．2 酸度 酸度主要反映燃料对机械装置( 管路与部件等) 的腐蚀因为乙醇汽油的相 对分子质量较小，酸性物质含量很低，检测时必须特别仔细 主要仪器与药品包括： 电加热板、水浴装置一套，分液漏斗、试管、量筒、锥形烧瓶、漏斗等若干 微量滴定管一套 酸度计具有玻璃一氯化银电极( 精密p H 计( p H S ．3 C ) ) 精度为p H i 9 ．0 ～1 0 ．0 1 0 ．0 4 ．1 ．3 馏程 馏程是反映燃料组成的重要参数之一测量仪器包括： 石油产品馏程测定器：L C Y 。