甲醇汽油推广应用技术问题探讨

李仙舟 孙锦凌 邸振春（兰州寰球工程公司，甘肃 兰州 730060）

1 互溶性

甲醇是极性较强的有机物，而汽油则主要是由烃类等非极性有机物组成，两者的极性差很大，甲醇汽油存在低温相稳定性问题。互溶性差会造成热效率下降、排污增加，同时增加发动机的振动和噪声，造成机件早期损坏。混合体系中水含量、温度和汽油组成（大部分为烷烃组分）等因素是影响甲醇汽油互溶性的主要因素，需添加助溶剂以增强其稳定性能。大量表明，助溶剂可降低甲醇汽油相分离温度，且随着助溶剂添加量增大逐渐降低。

2 耐水性

甲醇即具有亲油性又具有亲水性，但亲水性表现的更强，如在常温下M15甲醇汽油中水的含量达到20㎎/g时，体系平衡将被打破，出现浑浊分层现象，表现出耐水性差的特征。对甲醇汽油而言，遇水不稳定性是最具有限制性的问题，是关系到甲醇汽油能否安全使用和全面推广的关键性问题。一旦出现相分离，甲醇汽油就无法正常使用。水会与甲醇形成氢键，新的氢键作用力打破体系的原始平衡状态需要外力促使体系产生新的平衡，如升高体系温度、使用大量相稳定剂等。

研究指出，助溶剂能够提高甲醇汽油的耐水性，助溶剂中疏水基碳链增加可改善甲醇汽油的抗水性能，复配助溶剂比单一添加剂作用效果好。

3 冷启动性能

甲醇具有气化潜热高、沸点低、蒸发气压低等特点，其气化潜热约为汽油气化潜热值的3.17倍。因此，在发动机冷启动时，甲醇的蒸发变得困难，混合气中甲醇的浓度无法达到着火浓度下限，致使发动机无法正常着火燃烧。

针对甲醇作为车用燃料冷启动困难的问题，目前已提出了多个方案以改善甲醇汽油的冷启动性能，如预热塞方案、进气管预热等。目前甲醇汽油冷启动难问题的解决将集中在燃料配方改进、用汽油方式启动两方面，前者在短期内无法普及推广，而汽油启动方案将大量运用于在用车改装及新出厂车型。

4 高温气阻性

由于甲醇与汽油蒸气压的差异，导致混合燃料产生低沸点共沸物，对拉鸟尔（Rault）定律呈正偏差，从而增加了汽油机的气阻性能。与此同时，不完全燃烧的甲醇汽油，由于烃类物质裂解、氧化聚合产生碳渣沉积，易导致汽化室喷嘴堵塞，发生气阻。研究显示，混合体系中甲醇的含量及汽油的组分均会影响甲醇汽油的饱和蒸汽压。针对上述问题，国内现有的解决方法主要包括：调整基础汽油的蒸汽压或添加能与甲醇或汽油形成高恒沸物的添加剂；促进甲醇汽油充分燃烧、抑制高温下的氧化聚合或添加抗阻沉积剂。近年来，关于添加剂结构对甲醇汽油相稳定性及蒸发性的影响已有相关文献报道，以进一步消除甲醇汽油的高温气阻问题。

5 金属腐蚀性

发动机燃料系统的腐蚀是制约甲醇汽油发展的又一关键因素。在无水的汽油中，活性硫化物是引起金属腐蚀的主要原因。然而，甲醇汽油混合体系中水分的存在及甲醇燃烧产生的甲醛、甲酸等会激活金属的酸腐蚀和电化学腐蚀。与此同时，甲醇汽油蒸发潜热大、汽化不充分，未汽化的甲醇会破坏汽缸壁上的润滑油膜，从而加快汽缸壁表面的腐蚀。甲醇汽油腐蚀性随着甲醇含量的增加而增大。针对性的研制腐蚀抑制剂能有效抑制甲醇汽油对材料的腐蚀性，并对其中各元素比例进行优化，以更好的保护金属材料、防止其酸或其他腐蚀的发生。

6 非金属材料的溶胀性

作为一种优良的小分子有机溶剂，甲醇对汽车中常用的非金属材料零件及橡胶配件都有较强的溶胀作用。当橡胶被浸泡在甲醇汽油中时，甲醇会渗入橡胶网状高分子聚合物中，使网状结构发生膨胀。与此同时，橡胶和甲醇都有极性，相似相溶容易发生膨胀，导致发动机的非金属材料零件和橡胶配件变形和脆裂，气密性变差，甚至导致油路出现故障。此外，醇汽油中使用的添加剂如助溶剂中的某些成分也会对橡胶和塑料部件产生溶胀作用。针对甲醇汽油对非金属材料的溶胀性，目前主要采用两种解决方案：（一）采用对甲醇汽油溶胀性较低的材料，在进行橡胶材料的选择时需根据甲醇汽油的配比综合考虑；（二）采用防溶胀剂来降低甲醇汽油对汽车非金属材料的溶胀作用。

7 发动机润滑油侵蚀变质

甲醇汽化潜热大，气化不良或未气化的甲醇汽油会渗入曲轴箱内，稀释并萃取出润滑油中的添加剂，使抗泡剂和抗磨剂等添加剂失去作用。与此同时，甲醇汽油燃烧产生的甲醛、甲酸等物质会中和润滑油中的碱性清洁剂和分散剂，使润滑油迅速恶化变质，从而导致汽油机油抗磨性降低，加剧发动机的磨损、缩短发动机的使用寿命。调整润滑油添加剂和润滑油黏度等级可有效缓解甲醇发动机的磨损、结焦等问题。

8 毒性和非常规排放

作为一种典型的神经毒物，甲醇是一种沸点低、易挥发的接触有害物质。甲醇对人体具有中等毒性，用作车用燃料时其环保问题不容忽视。除此之外，甲醇汽油燃烧产生的甲醛等非常规排放物浓度较高，对人体健康存在威胁。然而，国内各大高校对甲醇燃料毒性的研究显示，在正确规范地使用甲醇燃料的前提条件下，甲醇汽油对生态环境和人体健康的危害不会大于汽油，甚至更小。可采用傅里叶变换红外光谱技术检测车内甲醛排放物，采用三元触媒转换器可改善甲醇汽油尾气中甲醛的排放，使其更加环境友好。

9 结语

综合以上因素，甲醇汽油的开发应用存在多方面的技术问题，其中助溶剂作为车用甲醇汽油的相稳定剂，可改善甲醇汽油制备过程中存在的互溶、腐蚀、气阻、溶胀等问题。与此同时，甲醇汽油抗阻沉积剂、金属腐蚀抑制剂、防溶胀剂和甲醇汽油专用发动机润滑油的开发应用，以及甲醇汽车自身材质的改进等均为甲醇汽油的进一步开发利用所必需。全面协调完善上述多方面的技术问题，消除人们心中的疑虑，才能为我国甲醇汽油的推广应用铺平道路。