汽油的密度为0.730~0.748g/Cm3,车用燃料甲醇的密度为0.791~0.793g/Cm3,甲醇与汽油混合后会产生相分离,密度大的甲醇位于容器底部,密度小的汽油位于上部,在低温遇水条件下表现得更为突出,甲醇汽油添加剂要求具有互溶作用,能够将甲醇与汽油互溶成单一稳定的液相。
由于汽车使用环境恶劣及工作状况多变,这就相应地对所使用的燃料提出了更高要求,即便有些环境我们可以人为改变,但是季节变化和温度变化,人们还是无能为力。甲醇和汽油的互溶性一直是甲醇汽油研究的一个重点问题。甲醇和汽油能否互溶或者说互溶性的好坏,对燃料储存和使用都有很大的影响。不但要解决甲醇汽油的互溶性问题,还要有预防温度变化后导致的分层。因为甲醇汽油的分层,对电动燃油泵来说直接关系到燃料的泵送性能,混合不均会导致燃料实际供给失衡,还必须清楚甲醇与汽油的互溶性取决于温度、甲醇的含量和水的含量,温度愈低、水分愈大、两者的互溶性愈差,见图6-1。
在同一配比下,甲醇与汽油的互溶性随温度升高而改善,反之亦然。当甲醇含量较小时,甲醇含量增加,甲醇与汽油的互溶性下降,分层区域扩大。当甲醇含量达到一定比例时,互溶性最差。继续加大甲醇含量,互溶性改善,分层区域减少。当混合燃料中水的含量增加时,甲醇与汽油的互溶性下降,分层区域扩大。
图6-1 甲醇汽油互溶性和水的关系
这里就涉及甲醇与汽油的混合方法。若不采取措施直接将甲醇加入汽油,两者的互溶性很差。
实验表明,在20℃、-5℃和-20℃时不分层的甲醇最大加入量分别为5%、2%和1%(体积分数)。考虑北方冬季的使用环境,可以认为甲醇与汽油是不互溶的。
可以采用不同的方式促使甲醇与汽油相互溶合,如机械搅拌方法,采用叶片搅拌、齿轮泵加波纹管、高压喷射等措施对甲醇汽油实施搅拌。
叶片搅拌:分别进行了不同转速、不同搅拌时间、不同甲醇含量的实验,结果表明,叶片搅拌可以使相同温度下不分层的甲醇含量增加,但是效果甚微。而且,搅拌过程中造成汽油氧化生胶,当搅拌时间大于10min时(叶轮转速为600r/min),混合油底部出现胶质与甲醇的混合物。此外,叶片搅拌也不满足大批量生产的要求。
齿轮泵加波纹管:齿轮泵加波纹管是在实验室条件下采用的一种混合方式,相当于工业生产中的管道混合器,此方法不易促使汽油生胶,也适合大量生产,在实际使用中与助溶剂共同使用效果非常好,也被广泛使用。(www.daowen.com)
研究结果表明,直接混合或机械混合的预混方法是行不通的。目前使用化学方法,加入添加剂。在甲醇和汽油混合燃料加入助溶剂是改善互溶性的有效措施。有无助溶剂甲醇和汽油的互溶性有很大区别,如图6-2所示。
可以用作甲醇与汽油助溶剂的物质有:高碳醇、MTBE、乙醇和杂醇等。
图6-2 助溶剂对互溶的影晌
在M5混合燃料中加入8%(质量分数)苯、二甲苯不能使甲醇和汽油互溶,可以证明苯和二甲苯等没有助溶作用。
在M15混合燃料中加入1%(质量分数)高碳醇,可以在0℃存放一个月以上不分层。加入1.5%高碳醇,可以在-20℃下存放一个月以上不会分层。加入2%高碳醇,可以在-30℃下存放一个月不会分层。MTBE、异丙烯也有一定的助溶效果,但是考虑它们会恶化甲醇汽油的排放和化学性质,所以不宜使用。
甲醇吸水能力非常强,能够无限溶于水,甲醇汽油吸收空气中的水汽后也会产生相分离。
同时,在这里还涉及一个使用中需要注意的问题,就是如果甲醇汽油存放在无风干燥的空气里,能够维持相当长时间的互溶,但是如果暴露在潮湿有风的空气中,甲醇汽油会很快分层。这个现象的原因,就是因为甲醇有很强的吸水性,吸收空气中的水分使得甲醇和汽油分离。那为什么有风的情况下会很剧烈呢?主要是因为在没有空气流动的情况下甲醇和汽油的挥发抑制水分的吸收,有风的时候甲醇和汽油的挥发被扰动加快水分的吸收。其实,对于汽油也存在这个问题,只是情况要比甲醇汽油好一点。甲醇汽油一定要密封储存,这也是易挥发类物质必须的保存条件。
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