第３９卷第３期　２０１２年５月　华北电力大学学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ＮｏＡｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｖｏ１．３９．Ｎｏ．３　

Ｍａｙ，２０１２　

甲醇柴油混合燃料的理化特性研究　

韩大明，焦　杨　

（东北林业大学交通学院，黑龙江哈尔滨１５００４０）　

摘要：为了有助于开展甲醇柴油混合燃料在柴油发动机上的应用研究，开展了不同比例甲醇柴油混合燃料的　

主要理化特性的研究工作。通过对不同比例混合燃料的冷滤点、馏程、密度、粘度、表面张力、十六烷值和　

腐蚀性等理化特性的测试和比对，初步探讨了甲醇含量对混合燃料理化参数的影响规律。实验结果表明：随　

着甲醇掺混比例的增加，混合燃料的十六烷值、粘度、表面张力逐渐降低；腐蚀性和凝点变化不大；混合燃　

料的低温蒸馏特性较强。　

关键词：甲醇柴油；混合燃料；理化特性　

中图分类号：ＴＫ４２７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—２６９１（２０１２）Ｏ３—０１０２—０５　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ－ｄｉｅｓｅｌ　

ＨＡＮ　Ｄａ—ｒｕｉｎｇ，ＪＩＡＯ　Ｙａｎｇ　

（Ｔｒａｆｆｉｃ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｆｏｒｅｓｔｒｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｅｒｂｉｎ　１５００４０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｈｅｌｐ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈａｎｏｌ・ｄｉｅｓｅｌ　ｂｌｅｎｄ　ｆｕｅｌ　ｉｎ　ａ　ｄｉｅｓｅｌ　ｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　

ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ・ｄｉｅｓｅｌ　ｂｌｅｎｄ　ｆｕｅｌ　ｈａｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　

ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｃｏｌｄ　ｆｉｌｔｅｒ　ｐｌｕｇｇｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ，ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ，ｄｅｎｓｉｔｙ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｎｓｉｏｎ，ｃｅｔａｎｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ａｎｄ　

ｃｏｒｒｏｓｉｖｉｔｙ　ａｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ，ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｒａｔｉｏ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｌｅｎｄｓ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｉｓ　ｉｎｉｔｉａｌｌｙ　ｄｉｓ—　

ｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｅｔａｎｅ　ｎｕｍｂｅｒ，ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ，ＳＵｒｆａｃｅ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌｅｎｄｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　

ｅｏｎｒｅｎｔ　ｏｆ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｌｅｎｄｓ；Ｃｏｒｒｏｄｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｒｅｅｚｉｎｇ　ｐｏｉｎｔ　ｒｅｍａｉｎ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ；Ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｌ－ｌａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　

ｔｈｅ　ｂｌｅｎｄｓ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｈｉｇｈ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｈａｎｏｌ—ｄｉｅｓｅｌ；ｂｌｅｎｄ　ｆｕｅｌ；ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　

０　引　言　

随着工业和交通业的迅速发展，以石油为原　

料的液体燃料的消耗量持续增长，而石油资源却　

在日益减少。因此，内燃机除应注重节能研究　

外，还应致力于研究开发新的代用燃料，尤其是　

开发甲醇¨　。甲醇可由天然气合成或从煤炭提　

炼，生产资源丰富，工艺比较成熟，运输和储存　

都比较方便，并且是低排放的燃料。甲醇的性质　

接近汽油，许多国家已在汽油机上推行应用甲醇　

汽油。由于汽油机的压缩比较小，热效率较差，　不能充分发挥甲醇辛烷值高的优点，因此，在柴　

油机上燃用甲醇的研究一直是替代燃料的研究热　

点之一［　。　

甲醇柴油混合燃料的研究在一些国家受到广　

泛的重视，但我国对甲醇柴油混合燃料的理化特　

性方面的研究极少，只对其燃烧及排放性能进行　

了初步的研究和试验。甲醇柴油混合燃料必需加　

入添加剂来改善本身体系的理化特性，来改善由　

于甲醇和柴油的十六烷值、粘度和闪点等性质差　

别较大而引发的一系列问题，因此对甲醇柴油混　

合燃料理化特性的研究可为其推广应用奠定基础。　

１醇类燃料的理化特性　

收稿日期：２０１１—１１—０３．　基金项目：詈龙　皇　科　零目（Ｅ　００８２９）；东北　醇类是烃基与羟基组成的化合物，从本质上　林业大学研究生科技创新项目

．　第３期　韩大明，等：甲醇柴油混合燃料的理化特性研究　１０３　

决定了醇类可成为替代石油系燃料的内燃机燃　

料。而烃基的存在又决定了它有很多不同于石油　

系燃料的特性。燃料在内燃机燃烧做功过程是一　

个复杂的物理化学变化过程。燃料的着火燃烧特　

性取决于其挥发性、沸点、汽化热、闪点、着火　

温度、辛烷值、十六烷值、粘度等一系列物理化　

学特性　。　

表１列出了甲醇燃料与汽油、柴油的理化特　

性。可以看出，甲醇的辛烷值较高，十六烷值较　

低，着火温度较高，闪点较低，因而甲醇和汽油　

的性质较接近，和柴油的性质相差较大，故甲醇　

在柴油机上的应用较汽油机难度大。由于甲醇燃　

料“含氧”的特点，燃烧时理论上所需空气只有　

汽油或柴油的５０％左右，对于改善扩散燃烧时由　

于油气混合不均匀而生成碳烟和微粒具有积极的　

作用，从而又使甲醇在柴油机上的应用成为可能。　

表１　几种燃料的主要理化特性的比较　

Ｔａｂ．１　Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓｅｖｅｌ＇ａｌ　ｆｕｅｌ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　

２试验部分　

２．１　试验原料　

油样：０号普通柴油为基础油。　

无水甲醇：分析纯，天津市富宇精细化工有　

限公司提供。　

添加剂：东北林业大学交通学院研发中心研　

制并提供。　

配置甲醇柴油混合燃料，按重量百分比１０％　和２０％，由以下部分组成：柴油４０％～８０％，　

甲醇１％～４０％，环烷酸３％～４０％胺类化合物　

０．１％一５％，助溶剂０．１％～４％。　

配置甲醇柴油混合燃料中添加剂主要成分有　

环烷酸，胺类化合物为以下结构的化合物：Ａ　

（Ｃ２Ｈ４ＮＨ）ｎＣ２Ｈ４ＮＨ２．Ａ＝一ＮＨ２或一ＯＨ，ｎ≥　

０。助溶剂为十个碳原子以下的醇。作用就是解　

决混合油料的互溶、稳定和助燃的问题。　

２．２　试验场所　东北林业大学交通学院实验中心。　

２．３试验方法　采用ＧＢ／Ｔ２６５试验方法，采用ＧＢ２６５型石　

油产品运动粘度测定仪进行混合燃料粘温特性试　

验。蒸馏特性试验按照ＧＢ／Ｔ６５３６试验方法运用　蒸馏仪进行。使用密度计对普通柴油和甲醇柴油　

的密度进行测量。　

３混合燃料的部分理化特性　

３．１　冷滤点　

冷滤点是用来评价混合燃料的低温流动性的　

重要指标之一。混合燃料的低温流动性能不仅关　

系到柴油机燃料供给系统供油能否正常，而且与　

柴油在低温下的储藏、运输等有着密切的关系。　

对于甲醇柴油混合燃料，由于甲醇的凝点为　

一９７．８　ｑＣ，因而混合燃料的冷滤点不会因甲醇的　掺人而升高，反而还会保持较好的低温使用性　

能。因此甲醇柴油的添加比例不会影响到混合燃　

料的冷滤点。　３．２混合燃料的馏程　为了保证柴油在燃烧室内能迅速蒸发气化及　

良好的低温起动性能，对柴油的蒸馏特性有一定　的要求。燃料油的蒸馏曲线是其馏出率随温度的　

变化曲线。燃料油蒸馏曲线的形态代表着燃料油　

中轻、中、重馏分的比例。而这种分配比例对于　燃料油在内燃机中的着火、燃烧和放热的时刻和　

强度起着决定性的作用　。本文以０号柴油为基　础油，针对Ｍ０、Ｍ１０、Ｍ２０（符号Ｍ后面的数　

字表示甲醇在混合燃料中的体积百分比）混合燃　

料进行蒸馏特性试验，试验结果如图１所示。　

由图１可以看出，混合燃料中甲醇掺混比例　

越大，相同馏出率所对应的馏出温度越低。并且　

随着温度的升高，混合燃料的馏出率不断的增　

加。由试验结果可知，在４０％馏出率以下，混合　

燃料与基础油馏出曲线相差很大，随着馏出率的　

增大，混合燃料与基础油的蒸馏曲线逐渐接近，　

最终基本重合到相同的终馏点。通过燃料的蒸馏　

特性试验得知，不同馏出率所对应的混合燃料的　华北电力大学学报　

蒸馏容｛　（％）　—　卜＿Ｍ０—＿｜卜Ｍ１０—１卜Ｍ２０　

图１　燃料的蒸馏特性　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｕｅｌ　馏出温度始终低于基础油的馏出温度，且混合燃　

料中掺混甲醇比例越高，相对馏出温度越低。综　

上所述，在储存甲醇柴油混和燃料时，混合燃料　

的低温蒸发性是值得考虑的一个重要因素。　

３．３混合燃料的密度　

密度是燃油的重要参数之一，燃油的大部分　

物化性质与密度之间都存在着某种内在关系。燃　

油里的碳原子数目越多，意味着输出功率越大，　

同时产生碳烟微粒的可能性也增加　。　

表２是燃油密度在不同甲醇体积百分含量时　

的数值，测试温度是２０　ｑｃ。由于甲酵的密度较　

小，因此混合燃料的密度会随着甲醇加入量的增　

大而减小。又由于助溶剂的密度较大（大约为　

０．９５左右），防止了混合燃料密度的降低，由表　

２可见混合燃料的密度并没有随甲醇体积百分含　

量的增大而降低，并且仍大于燃油密度。　表２不同甲醇含量的甲醇柴油实测密度　Ｔａｂ．２　Ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｄｉｅｓｅｌ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｄｅｎｓｉｔｙ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｅｔｈａｎｏｌ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｇ／ｃｍ　

混合燃料的密度随各组成部分变化的拟合公　

式　：　

Ｐ＝ＰＤ（１一Ｃｌ—Ｃ２）＋ＰＭＣＩ＋ＰＢＣ２　式中：Ｐ为温度２０℃时混合燃油的密度　。为２０　ｑＣ　

时柴油的密度；ｐ　为２０℃时甲醇的密度；ｐＢ为２０　

℃时助溶剂的密度；Ｃ　为甲醇的体积含量；Ｃ：为助　

溶剂的体积含量。由拟合公式可以算出在２０℃时　

的任何百分比含量的甲醇柴油混合燃料的密度值，　

通过密度计也可以测出混合燃料的密度，ＭＩＯ和　

Ｍ２０分别为０．８６９　２　ｇ／ｃｍ　、０．８６２　９　ｇ／ｃｍ　。计算　

值与测量值之问的误差≤０．３％。　３．４混合燃料的粘度　

粘度是发动机燃油的一个重要特性，它是衡　量流体内部摩擦阻力大小的尺度，是流体内部阻　

碍其相对运动的一种特性，体现了流体抵抗剪切　

作用的能力。在柴油机中，燃油在供油系统，中　

起着润滑和防漏作用，燃油的粘度是发动机燃料　

一个重要的评价指标，燃料的粘温曲线（粘度随　

温度变化关系）是燃料重要的品质特性　。　

甲醇燃料的粘度比柴油低，甲醇掺混比例不　

同，混合燃料的粘度也不同。温粘特性可由本实　

验得到。考虑到发动机燃油系统工作温度范围，　

本文以０号柴油为基础油，在２０％～１００％的范　

围内，对基础油和Ｍ１０、Ｍ２０混合燃料进行粘温　

特性试验，试验结果如图２所示。　

６０　８０　ｌＯ０　温度／＇Ｃ　——●—一ＭＯ——●一Ｍ１０——●ｒ—Ｍ２０　

图２混合燃料的温粘特性对比　Ｆｉｇ．２　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｍｉｘｅｄ　ｆｕｅｌ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　

由图２可知，运动粘度的变化较密度明显。　

随着温度升高（约１００℃），不同比例混合燃料　

的粘度均逐渐降低直至和０号柴油的粘温曲线基　

本重合，并且随着甲醇掺混比例的增大，混合燃　

料的粘度逐渐降低。这是因为甲醇的沸点为　

６４．５℃，远小于柴油的沸点。当混合燃料的温度　

升高大于甲醇的沸点６４．５　ｃＩ＝时，甲醇首先从混　

合燃料中蒸发出来。当混合燃料的温度继续升高　

达到到８０℃时，甲醇已大部分从甲醇柴油混合　

燃料中蒸发出来。当温度在８０℃以后，几种混　

合燃料的粘温曲线基本重合。　

由表３可见，虽然混合燃料与原油相比运动　

表３燃料在不同温度下的粘度　

Ｔａｂ．３　Ｆｕｅｌ　ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ　５　４　３　２　１　Ｏ　∞　ｄ，

魁摇