甲醇汽油的應(yīng)用及特性分析

1、范文 甲醇汽油的應(yīng)用及特性分析甲醇汽油的應(yīng)用及特性分析 摘摘 要要：隨著機(jī)動車數(shù)量不斷增加，機(jī)動車排氣對環(huán)境的污染越來越嚴(yán)重。另一方面 從上個世紀(jì)七十年代起，出現(xiàn)世界性的能源緊缺，明顯地預(yù)感到石油燃料供應(yīng)危機(jī)， 石油終將枯竭。內(nèi)燃機(jī)替代燃料研究的主要目的在于:應(yīng)付石油危機(jī)，提高燃料供應(yīng)的 安全性，為石油資源枯竭后燃料品種的平穩(wěn)過渡做準(zhǔn)備，提高現(xiàn)有能源的應(yīng)用效率， 開拓能源應(yīng)用新領(lǐng)域，減少污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等，人們在研究中發(fā)現(xiàn)，醇類是除石 油、天然氣以外，內(nèi)燃機(jī)最可代用的燃料。 論文對甲醇汽油的理化性能,動力性能,環(huán)境影響等方面作了詳細(xì)的論述,得出了甲 醇汽油作為替代燃料的優(yōu)勢和技術(shù)方面存在的不

2、足,其中技術(shù)方面問題主要有:甲醇汽 油的相溶性,氣阻與揮發(fā)損失,啟動問題,腐蝕性,甲醇對橡膠部件的溶脹性等,并進(jìn)一步 對這些問題提出了改進(jìn)和完善的措施,使甲醇汽油能更好地服務(wù)人類,此論述對甲醇汽 油的開發(fā)和應(yīng)用具有重大現(xiàn)實(shí)意義。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：甲醇汽油 性能分析 技術(shù)改進(jìn) 人體和環(huán)境影響 目 錄 1 前言 .1 1.1 能源結(jié)構(gòu) .1 1.2 甲醇作為燃料的發(fā)展過程 .1 1.3 甲醇汽油的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .2 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .3 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .4 2 甲醇汽油的生產(chǎn)與使用技術(shù) .7 2.1 生產(chǎn)工藝 .8 2.1.1 合成氣的制造 .8

3、 2.1.2 甲醇的合成方法 .8 2.1.3 天然氣法合成甲醇生產(chǎn)工藝舉例 .8 2.2 甲醇與汽油的摻燒方法 .11 2.2.1 化學(xué)混合法 .11 2.2.2 量孔摻配法 .11 2.2.3 霧化混合法 .12 2.3 發(fā)動機(jī)燃用甲醇的方式 .12 2.3.1 摻燒 .13 2.3.2 純燒 .13 3 甲醇、汽油及甲醇汽油之間性能比較 .1414 3.1 甲醇及汽油的燃料性質(zhì)比較.14 3.2 汽油與甲醇汽油的比較 .17 4 甲醇汽油主要技術(shù)問題的改進(jìn) .2020 4.1 甲醇汽油的穩(wěn)定性 .20 4.2 改進(jìn)甲醇汽油的動力性 .20 4.3 改善甲醇汽油的腐蝕性 .21 4.4 抑

4、制甲醇汽油的溶脹性 .21 4.5 改進(jìn)甲醇汽油的氣阻性 .21 4.6 改善甲醇汽油的冷啟動性 .21 5 5 甲醇汽油汽車對人體和環(huán)境影響 .2222 5.1 甲醇毒性和安全性 .22 5.2 甲醇汽車常規(guī)排放物 .22 5.3 甲醇汽車非常規(guī)排放物 .23 5.4 CO2排放 .24 6 6 結(jié) 論 .2525 參考文獻(xiàn) .26 致 謝 .2727 1 前言 1.1 能源結(jié)構(gòu) 提起甲醇燃料,必然會提到世界將來的能源發(fā)展結(jié)構(gòu)。據(jù)美國能源部和世界能源理 事會的一項預(yù)測表明,全球的石油生產(chǎn)將于 2010-2050 年間達(dá)到頂峰。他預(yù)測全球化石 類燃料資源的可開采期分別為:石油 39 年,天然氣

5、 60 年,煤 211 年。隨著石油能源的大 量開采和石油資源的日益短缺,世界的化石能源必將會向以煤和天然氣為主的能源結(jié)構(gòu) 發(fā)展。 我國是一個富煤少油的國家。1998 年國家統(tǒng)計明,國內(nèi)煤炭的保有儲量為 1007.07Gt,可開采儲量為 765.0Gt；石油預(yù)測資源量為 94.0Gt，可開采儲量為 5.26Gt；天然氣的預(yù)測資源量為 40 萬億立方米,可開采儲量為 2 萬億立方米。在世界 已探明的儲量中,中國的石油占 2.7%,天然氣 0.9%，而煤炭卻占 15%左右。因此煤炭資 源是我國主要的化石能源。正由于這種特殊的化石能源結(jié)構(gòu),形成了我國特有的以煤炭 為主的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。 前幾年,在我國

6、的能源消費(fèi)中,煤炭持續(xù)占到總能源消費(fèi)的 75%。近年來隨著石油進(jìn) 口的大量增加,煤炭消費(fèi)仍保持在 67%的絕對地位。據(jù)國家有關(guān)部門的統(tǒng)計預(yù)測,2010 年,中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭、石油、天然氣、水電、核電將分別占到 62.6%、29.6%、7.1%、2.6%、0.8%?？梢娢覈悦簽橹鞯哪茉聪M(fèi)結(jié)構(gòu)在近、中期內(nèi) 不會改變。 交通運(yùn)輸業(yè)是石油消費(fèi)的最大行業(yè),并且是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。目前內(nèi)燃發(fā)動機(jī) 所使用的燃料基本是石油產(chǎn)品,如汽油、柴油和煤油等。但隨著世界石油資源的日益減 少,以石油為基礎(chǔ)的交通運(yùn)輸業(yè)的不穩(wěn)定性正在逐年增加,社會經(jīng)濟(jì)的不安全性也正在 增加。為此,各國政府不斷鼓勵和支持尋找內(nèi)燃發(fā)

7、動機(jī)的替代燃料,以解決過分依賴石 油的狀況。 1.2 甲醇作為燃料的發(fā)展過程1 甲醇是最簡單的可以大規(guī)模工業(yè)合成的液體有機(jī)化合物。因其特性和汽油相似,可 以方便地儲存、運(yùn)輸和添加等,備受人們的關(guān)注。在內(nèi)燃機(jī)動車的潔凈替代燃料中,甲 醇具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。天然氣是甲醇燃料的最大競爭對手,但天然氣難以液化,儲存、 運(yùn)輸和添加帶來的嚴(yán)重安全隱患使人們望而生畏。乙醇除由石油路線合成外,可以采用 糧食發(fā)酵方法生產(chǎn),但乙醇合成成本遠(yuǎn)大于甲醇,不利于大規(guī)模作為內(nèi)燃機(jī)燃料使用,只 可以部分替代。 醇類燃料的使用可以追溯到第一次世界大戰(zhàn)。當(dāng)時由于汽油的短缺和戰(zhàn)爭的需要, 歐洲軍隊使用乙醇摻合汽油作為燃料。后來由

8、于乙醇帶來的不穩(wěn)定性和甲醇合成工業(yè) 的迅猛發(fā)展,甲醇合成成本大幅下降,使甲醇取代乙醇作為汽油的替代品。后來由于石 油工業(yè)的迅猛發(fā)展而使甲醇燃料的進(jìn)一步應(yīng)用受到限制。 20 世紀(jì) 70 年代,由于兩次嚴(yán)重的石油危機(jī),汽油價格直線上升,促使人們尋求不依 賴于石油的替代品。當(dāng)時甲醇生產(chǎn)能力過剩,可由煤和天然氣等原料生產(chǎn),成為替代汽 油作為內(nèi)燃機(jī)燃料的首選。80 年代以來,雖然國際石油價格下降,趨于穩(wěn)定,但由于對石 油危機(jī)的擔(dān)心和汽車尾氣對大氣環(huán)境的污染,不依賴于石油的環(huán)保型汽車受到重視,而 甲醇燃料正符合這一需求,從而得到了快速發(fā)展。90 年代后期,曾一時高昂的石油價格, 使世界各國政府再次認(rèn)識到石

9、油燃料的危機(jī)性,從而又一次促進(jìn)了甲醇燃料車的發(fā)展。 甲醇由碳、氫、氧三種化學(xué)元素組成,含氧量達(dá) 50%,且有燃燒速度快、放熱快、熱 效率高的特點(diǎn),加入到汽油中,可提高汽油的辛烷值,減少大氣污染物的排放。早在 20 世紀(jì) 70 年代,西歐國家就有加入 4%的甲醇摻合汽油出售。汽油中摻燒 35%的甲醇,發(fā) 動機(jī)無需作任何改動,運(yùn)轉(zhuǎn)正常,也未發(fā)現(xiàn)難啟動的問題,效果良好。汽油中摻入 1525%甲 醇時,需加入助溶劑,汽車發(fā)動機(jī)應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整。甲醇含量達(dá) 85%的摻合汽油或純甲醇內(nèi) 燃機(jī)機(jī)動車也在研究和開發(fā)中。 我國從 20 世紀(jì) 80 年代開始甲醇燃料的試用和研究工作。 “六五”期間,經(jīng)國家科 委組織,

10、交通部負(fù)責(zé)將 M15 甲醇摻燒汽油研究列入國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項目。在山西省組 建 480 輛汽車、四個加油站的營運(yùn)規(guī)模。 “七五”期間,國家科委、中科院負(fù)責(zé)將 492 發(fā)動機(jī)改燒高濃度甲醇燃料(甲醇含量在 85%以上)技術(shù)列入攻關(guān)項目。 “八五”期間進(jìn) 行了中、德甲醇燃料的科技合作項目,共有 8 輛桑塔納轎車在北京行使,并建有一個加 油站。同期,繼續(xù)將低比例甲醇燃料(3%、5%)應(yīng)用列入攻關(guān)計劃,分別在四川、重慶等 地數(shù)百輛汽車投入營運(yùn)試驗(yàn)。 除國家重點(diǎn)支持的有關(guān)科研開發(fā)項目外,各部門和科研院所也進(jìn)行了大量的應(yīng)用開 發(fā)研究。四川西南化工研究院對摻燒 15%甲醇汽油的汽車運(yùn)行研究表明,只要對汽車結(jié)

11、 構(gòu)作微小的改動,甲醇燃料在汽車的動力性能和尾氣排放污染物上與純汽油相近。四川 鄂西化工廠用解放牌汽車和東風(fēng)牌汽車各一輛,進(jìn)行了 5%甲醇汽油和 70 號汽油的道路 行車對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,在公路、山路和坡路上行使,以甲醇汽油為燃料的汽車行車 速度快,而且無論空車還是負(fù)載車,甲醇汽油比純汽油用量省,節(jié)約了燃料,同時也減少 了尾氣污染物的排放,有利于保護(hù)環(huán)境。在山西省政府和國家經(jīng)貿(mào)委的支持下,由山西 晉南機(jī)械廠和山西大同汽車廠制造的 50 部甲醇中巴車已投入商業(yè)示范運(yùn)營,采用的是 85%甲醇汽油混合燃料。經(jīng)過 19981999 年間的運(yùn)營,在經(jīng)濟(jì)性和汽車尾氣排放方面均 顯示出甲醇汽車的優(yōu)越性。

12、1.3 甲醇汽油的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 20 世紀(jì) 60 年代，為了凈化內(nèi)燃機(jī)的排氣，一些國家對低污染的醇燃料發(fā)生興趣， 開始進(jìn)行研究。70 年代初，出于政治原因的“石油危機(jī)” ，使許多國家為了能源安全和 外匯平衡，積極尋找石油的代用能源。在這種力量推動下，由于醇類燃料是液體燃料， 其儲運(yùn)、分配、攜帶、使用都和傳統(tǒng)的汽油、柴油相差無幾，而且其原料資源豐富， 因而受到國際重視。1976 年許多國家派代表在瑞典召開了第一次國際醇類燃料會議 (ISAF)，推動醇類燃料(主要是甲醇和乙醇)發(fā)展。隨著對大氣質(zhì)量要求的提高，人們 發(fā)現(xiàn)醇類燃料不僅可替代石油，而且其汽車尾氣排放比汽油和柴油的都低，對環(huán)境

13、更 有利。因此到了 80 年代，雖然石油價格回落，但發(fā)展醇類燃料的推動力己轉(zhuǎn)為改善大 氣環(huán)境質(zhì)量。美、日、加、德、瑞典、法、巴西、新西蘭等國家政府和一些汽車公司， 都大力推動醇類燃料汽車的研究、試驗(yàn)和示范推廣。 1.3.11.3.1 國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 美國是推廣甲醇燃料最有力的國家，政府確立以能源部(DOE)為中心，環(huán)保署(EPA )、 運(yùn)輸部(MOT)等機(jī)構(gòu)密切配合，并與國際能源機(jī)構(gòu)廣泛合作，對甲醇燃料的推廣應(yīng)用發(fā) 揮積極的指導(dǎo)作用。加州能源委員會(CEC)從 1978 年開始燃用 M85 甲醇燃料的試驗(yàn)。 1983 年組織了 500 多輛汽車進(jìn)行了車隊試驗(yàn)。MO

14、T 將多種 M100 甲醇發(fā)動機(jī)裝在公交汽 車上進(jìn)行了營運(yùn)試驗(yàn)，其中有火花塞助燃式甲醇發(fā)動機(jī)，如通用公司的二沖程壓燃式 甲醇發(fā)動機(jī)等。此外，DOE 計劃將甲醇汽車作為聯(lián)邦政府用車，并有 10 多輛作為政府 用車的甲醇汽車在加利福尼亞和伊利諾斯兩州的寒冷地區(qū)投入使用。截至 1995 年，已 有 12700 輛甲醇汽車在加州投入營運(yùn)，其中 400 多輛公交車上裝置了 DDC 公司生產(chǎn)的 6V92 壓燃式甲醇發(fā)動機(jī)2。 1973 年，日本通產(chǎn)省責(zé)成日本汽車研究所(JARI)和新能源綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)(NEDO)進(jìn) 行甲醇燃料的基礎(chǔ)研究。在通產(chǎn)省的資助下，JARI 于 1980 年開始甲醇燃料的實(shí)用性研 究

15、;1983 年又著手研究重型車用甲醇發(fā)動機(jī)。截至 1994 年 3 月，JARI 對不同型號的 32 輛甲醇汽車進(jìn)行了道路試驗(yàn)，車輛行駛里程最短為 4,300km，最長為 7,100km 。1984 年 5 月，日本汽車運(yùn)輸技術(shù)協(xié)會(JATA ), JARI 和 NEDO 作為制定團(tuán)體參加國際能源機(jī) 構(gòu)組織簽訂的“關(guān)于汽車甲醇燃料及混合甲醇研究開發(fā)計劃的實(shí)施協(xié)定” 。1984 年 6 月， 運(yùn)輸省成立了“汽車用甲醇燃料特別委員會” ，以降低汽車排放和燃料多樣化為目標(biāo)， 將甲醇燃料引入重型載重車和公交汽車使用領(lǐng)域，公布了甲醇車輛的試驗(yàn)計劃，加快 了甲醇燃料的可行性研究。1985 年 3 月，在運(yùn)

16、輸省的倡議下，54 家私營公司合資組建 了“日本甲醇汽車有限公司” ，從事 M100 甲醇汽車研究開發(fā)、M100 加油站的建設(shè)和相 關(guān)車輛的改裝。到 1993 年 3 月，該公司共向汽車運(yùn)輸公司推銷了 M100 甲醇汽車 572 輛;此后，該公司重組并改名為“低公害車輛普及機(jī)構(gòu)(LEVO)” 。 豐田公司從 1980 年起就開始了甲醇汽車的開發(fā)，進(jìn)行了燃用任意濃度甲醇的可行 性研究。五十鈴公司從 1986 年開始對 ELF 型 M100 甲醇汽車進(jìn)行車隊試驗(yàn)，歷時 6 年， 1992 年年底 ELF 通過鑒定，正式注冊營運(yùn)，當(dāng)時投放市場 188 輛甲醇汽車。三菱公司 開發(fā) M85 甲醇客車動力

17、裝置及 FFV，并成功地研制了 4D32 甲醇發(fā)動機(jī)。 加拿大政府為了減少對石油進(jìn)口的依賴，發(fā)揮甲醇生產(chǎn)大國的優(yōu)勢，同時滿足不 斷嚴(yán)格的排放法規(guī)，積極推廣甲醇燃料的應(yīng)用。加拿大能源委員會(NEB)認(rèn)為，發(fā)展甲 醇燃料有利于環(huán)境保護(hù)，具有戰(zhàn)略意義，必須普及甲醇燃料，政府主導(dǎo)企業(yè)和私營汽 車企業(yè)都要開展甲醇發(fā)動機(jī)的研究。19851989 年期間，加拿大政府共投資 800 萬美 元用于大型甲醇發(fā)動機(jī)的研制開發(fā)，承擔(dān)了開發(fā)經(jīng)費(fèi)的 50;政府還計劃資助甲醇轎車 的開發(fā);通過與美國福特公司的技術(shù)合作，開發(fā)甲醇與汽油混合比例可變的 FFV。 此外，加拿大還與美國、瑞典和前聯(lián)邦德國一道在 IEA 或 AFT

18、等國際會議的組織 中發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用。 前聯(lián)邦德國早在 1974 年就開始了甲醇燃料在汽車發(fā)動機(jī)上的應(yīng)用研究，政府在政 策和資金等方面給予了重點(diǎn)扶持。初期進(jìn)行車隊試驗(yàn)的甲醇汽車有 56 輛，行駛距離多 半超過了 km，有的達(dá)到了 km;試驗(yàn)中車輛排放性能良好，驗(yàn)證了甲醇汽車投入使用的 可行性。從 1984 年起，對 200 輛燃用 M85 甲醇燃料的轎車進(jìn)行了車隊試驗(yàn)，之后又對 燃用 M100 甲醇燃料的汽車進(jìn)行了試驗(yàn)。大眾公司甲醇車隊試驗(yàn)的行駛里程達(dá)到了數(shù) 10 萬千米，其動力分別裝用了曼公司、奔馳公司和道依次公司研制的甲醇發(fā)動機(jī)。1986 年，大眾公司向洛山磯奧運(yùn)會捐贈了 400 輛甲醇靈活燃

19、料轎車2。 瑞典是一個能源缺乏的國家，多年來一直致力于代用燃料的研究開發(fā)工作，并把 甲醇放在至關(guān)重要的位置。在政府資助下，以瑞典燃料公司為中心，對 1000 輛燃用 M15 甲醇燃料的汽車進(jìn)行車隊試驗(yàn)，同時對來自沃爾沃、薩伯、福特、豐田、三菱和馬 自達(dá)等廠家的燃用 M85M100 甲醇燃料車進(jìn)行了車隊試驗(yàn)2。 沃爾沃公司開發(fā)了二次噴射甲醇發(fā)動機(jī)，裝置甲醇發(fā)動機(jī)的公交車和載重車也進(jìn) 行了車隊試驗(yàn)。 英國和法國是以 1986 年的巴黎 AFT 國際會議為契機(jī)，開展甲醇燃料發(fā)動機(jī)的研究 的，起步較晚。意大利、丹麥、芬蘭、西班牙和南斯拉夫等國也是在 1986 年的 AFT 會 議后對甲醇燃料做出反應(yīng)的

20、。 南美的巴西已將甲烷燃料汽車商品化，之后對甲醇汽車進(jìn)行了車隊試驗(yàn);烏拉圭也 對甲醇燃料產(chǎn)生了極大的興趣。 亞洲的印度研究甲醇燃料較早，以印度技術(shù)學(xué)院和印度石油學(xué)院為主，馬德拉斯 大學(xué)和 ANA 大學(xué)等積極參與，開展了廣泛的研究，在 1982 年奧克蘭 AFT 國際會議上發(fā) 表多篇關(guān)于甲醇燃料的研究論文，在 1986 年巴黎 AFT 國際會議上發(fā)表了關(guān)于四沖程甲 醇發(fā)動機(jī)的論文，還發(fā)表了二沖程甲醇發(fā)動機(jī)方面的論文。 大洋洲的新西蘭是 1982 年 AFT 國際會議的舉辦國，已進(jìn)行了純甲醇汽車的車隊試 驗(yàn)。澳大利亞已有甲醇汽車正式投入市場營運(yùn)。 1.3.21.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景國內(nèi)研

21、究現(xiàn)狀及發(fā)展前景2,3 2,3 我國在甲醇燃料方面的研究開發(fā)工作起步較早，上世紀(jì) 70 年代初期有少數(shù)大專院 校、科研部門和個別汽車制造企業(yè)開始了甲醇燃料汽車的研究工作，并取得了一定進(jìn) 展。在“六五”期間，國家科委與交通部和山西省共同組織，在山西省進(jìn)行 M1525 甲醇燃料的研究試驗(yàn)，共有 480 輛貨車參與了試驗(yàn)及示范工作。在此期間還建設(shè)了 4 個甲醇燃料加注站，并且通過加入適量雜醇等助劑，在解決甲醇燃料在使用過程中與 汽油的相溶性方面積累了許多經(jīng)驗(yàn)。在“七五”期間，由國家科委組織，中國科學(xué)院 牽頭并由大專院校、汽車、環(huán)境、衛(wèi)生等 6 方面參加組成的攻關(guān)組，重點(diǎn)針對 492 發(fā) 動機(jī)進(jìn)行了扭

22、矩、熱效率和尾氣排放等方面的系統(tǒng)研究，并且有 3 輛汽車參與了路試， 各項試驗(yàn)指標(biāo)均取得了較滿意的效果。 1989 年 1 月至 1990 年 7 月，中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心對甲醇發(fā)動機(jī)和裝用甲 醇發(fā)動機(jī)的桑塔納轎車進(jìn)行了燃用 M15 和 M100 甲醇燃料的臺架試驗(yàn)和模擬道路試驗(yàn)。 1995 年，國家科學(xué)技術(shù)委員會組織山西省、中國科學(xué)院、清華大學(xué)、化工部與美 國福特汽車公司、麻省理工學(xué)院聯(lián)合開展“中國山西省及其他富煤地區(qū)把煤轉(zhuǎn)化成汽 車燃料的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源利用的生命周期評估”科學(xué)研究，取得了重要成果。 1996 年，山西大同云岡汽車集團(tuán)有限公司和中科院工程物理研究所與福特汽車公 司合作

23、研制成功甲醇靈活燃料汽車，該車裝用福特 3.0LV6FFV 發(fā)動機(jī)，可使用無鉛汽 油或甲醇含量低于 85%的甲醇汽油混合燃料，能適應(yīng)不同的行駛環(huán)境。2000 年，云岡 汽車集團(tuán)將自行研制的全甲醇發(fā)動機(jī)裝在中巴車上，又將 30 輛出租車改造成甲醇汽車。 1997 年，國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)在山西省實(shí)施國家甲醇燃料汽車示范工程，山西省先后 投入 50 輛甲醇中巴車進(jìn)行示范運(yùn)營，累計行程達(dá) 200 萬千米;山西省晉中市起動了甲 醇汽車產(chǎn)業(yè)化工程，用 23 年的時間在全市推廣使用 300 輛甲醇中型客車和 150 輛甲 醇城市出租車，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)甲醇加注站 2 個,改造部分加油站，初步形成“煤制甲醇-甲 醇發(fā)動機(jī)

24、-輸配系統(tǒng)-技術(shù)服務(wù)”的區(qū)域性產(chǎn)業(yè)化示范基地。 2002 年 3 月，山西省提出爭取用 510 年的時間把山西省建設(shè)成國家燃料生產(chǎn)基 地和清潔汽車產(chǎn)業(yè)化示范地區(qū)，并公布了“山西省燃料生產(chǎn)基地和清潔汽車產(chǎn)業(yè)化示 范暫行管理條例” ，同時確定改造 2000 輛 M100 甲醇中型客車和 700 輛 M85 甲醇出租車 的 2000 年在用車改造目標(biāo)。 到目前為止，山西省共有正規(guī)的、較大規(guī)模的燃料調(diào)配企業(yè) 6 家，并且還有一些 企業(yè)即將加入。在山西省及周邊省市累計銷售甲醇汽油 60000 余噸，變性甲醇 12000 余噸，添加劑 1200 余噸。大同云岡汽車制造公司為國內(nèi)一些省市改裝燃用甲醇的車輛

25、己超過 1000 輛。 陜西省委、省政府高度重視甲醇汽油燃料與甲醇汽油燃料汽車產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。 2004 年 7 月，陜西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局頒布實(shí)施了 DB61/T352-2004車用 M15 甲醇汽油 、DB61/T353-2004車用 M25 甲醇汽油 、DB61/T351-2004車用燃料甲醇等地方標(biāo) 準(zhǔn);2005 年 7 月，陜西省政府第十七次常務(wù)會議將甲醇汽油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展正式提到了議事 日程，并成立了“陜西省甲醇汽、柴油試點(diǎn)工作辦公室” ，全面協(xié)調(diào)陜西省甲醇汽油燃 料的推廣應(yīng)用。目前，延安市、寶雞市的甲醇汽油燃料汽車已經(jīng)運(yùn)行，西安市的甲醇 汽油燃料公交車輛也將開通。 河南省、四川省、甘肅省

26、、寧夏回族自治區(qū)等地區(qū)的甲醇汽油燃料都有不同程度 的研究、應(yīng)用和推廣。在不遠(yuǎn)的幾年，全國可能全部供應(yīng)甲醇汽油。 理論技術(shù)的不斷創(chuàng)新和實(shí)踐范圍的不斷擴(kuò)大，足以說明甲醇汽油技術(shù)已經(jīng)成熟， 適合大面積推廣。 2 甲醇汽油的生產(chǎn)與使用技術(shù) 甲醇又名木醇,木精。甲醇純品無色透明,是易燃、易揮發(fā)性的液體,沸點(diǎn) 65,蒸 汽壓 1218kPa(20), 2113kPa(30),能與水、乙醇、乙醚、苯、酮類等有機(jī)溶劑混 溶。甲醇閃點(diǎn) 11(易燃),有毒,蒸汽與空氣形成爆炸性混合物,遇明火有燃燒爆炸危險, 具有腐蝕性4。 合成甲醇可采用石腦油、減壓渣油、煤和天然氣為原料，在天然氣豐富的地區(qū)， 前幾種原料的生產(chǎn)成

27、本均無法與天然氣競爭。現(xiàn)提供國外有關(guān)資料介紹的幾種原料合 成甲醇的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)情況（見表 2.1） 。 表 2.1 各種原料合成甲醇的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較比較（60 萬 t/a） 指標(biāo)天然氣石腦油/減壓渣油煤 合成工藝催化蒸汽轉(zhuǎn)化高溫轉(zhuǎn)化氣化 原料轉(zhuǎn)化率/%61.359.638.0 裝置占地/%100200300 操作人員/%100140200 投資總額/百萬美元61.0178.0169.0 精甲醇成本/%100140150 從表中可見，天然氣合成甲醇的各項經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要優(yōu)于其他原料，適于加壓轉(zhuǎn)化， 是合成甲醇最理想的原料。20 世紀(jì) 80 年代以來，國外甲醇裝置向大型化方向發(fā)展。甲 醇的經(jīng)濟(jì)規(guī)模對投資與產(chǎn)品

28、成本影響較大，一般來講裝置規(guī)模越大，產(chǎn)品成本越低 （見表 2.2） 。 表 2.2 甲醇裝置規(guī)模與投資和產(chǎn)品成本的關(guān)系 項目裝置生產(chǎn)規(guī)模/萬 t/a 102030405060100 單位產(chǎn)品投資/%100766963595249 產(chǎn)品成本/%100676057545150 近 10 多年來，世界合成甲醇技術(shù)有了很大的發(fā)展，其趨勢為原料路線多樣化、生 產(chǎn)規(guī)模大型化、合成催化劑高效化、氣體凈化精細(xì)化、過程控制自動化以及聯(lián)合生產(chǎn) 普遍化。從而使合成技術(shù)更加優(yōu)化5。 甲醇的總生產(chǎn)成本美國為 145146 美元/t，中東為 6971 美元/t，美國的甲醇 生產(chǎn)成本高出中東一倍;中東地區(qū)甲醇產(chǎn)品 10%的

29、單位投資回報所占單位生產(chǎn)成本的比 例也比美國高得多。因此，中東地區(qū)生產(chǎn)的甲醇具有很強(qiáng)的競爭力。建議用天然氣制 甲醇的工藝路線采用 ICI 或 Lurgi 生產(chǎn)技術(shù)。專家認(rèn)為，天然氣價格在 0.450.80 元 /m3，我國天然氣制甲醇項目才有經(jīng)濟(jì)效益5。 2.1 生產(chǎn)工藝5 甲醇的生產(chǎn)工藝過程分為合成氣(氫和一氧化碳)的制造、甲醇的合成和精制 3 部 分。 2.1.12.1.1 合成氣的制造合成氣的制造 根據(jù)原料的不同，有以下幾種方法: (1)天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化法 以天然氣為原料制合成氣生產(chǎn)甲醇，這是國內(nèi)外發(fā)展的趨 勢。此法優(yōu)點(diǎn)是:投資少，成本低，運(yùn)輸方便，操作簡單。因此，充分利用天然氣合成 甲醇

30、，是國內(nèi)外主要的發(fā)展方向。 (2)煤氣化法 由煤制合成氣。 (3)重油部分氧化法 油品(石腦油、重油、渣油等)部分氧化制合成氣的工藝，主 要有德士古和殼牌兩個著名的方法。德士古系采用高壓氣化技術(shù);殼牌系采用中壓氣化 技術(shù)。 2.1.22.1.2 甲醇的合成方法甲醇的合成方法 目前世界上合成甲醇的工業(yè)生產(chǎn)方法有美國卜內(nèi)門(ICI)公司的低壓和中壓法，德 國魯奇(Lur-gi)公司的低壓和中壓法，日本三菱瓦斯化學(xué)公司 MGC 低壓法，丹麥托普 索公司節(jié)能型低壓法以及德國巴斯夫(BASF)公司的高壓法等。我國小規(guī)模裝置主要采 用高壓法，引進(jìn)裝置則采用低壓法。其中川維引進(jìn) ICI 法，齊魯引進(jìn)魯奇法。

31、與高壓 法比較低壓法的優(yōu)點(diǎn)是:能量消耗少，操作費(fèi)用低，產(chǎn)品純度高，設(shè)備費(fèi)用低，故新建 廠大多采用低壓法。國內(nèi)低壓法已經(jīng)投入生產(chǎn)，并對催化劑進(jìn)行了研究，已取得了好 的進(jìn)展。 德國巴斯夫公司的高壓法 這是最先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的甲醇生產(chǎn)工藝，由于操作條 件苛刻，能耗大，成本高，所以已逐步被中、低壓法工藝所取代。 ICI 低壓法 這是目前工業(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。其工藝過程為脫硫、 轉(zhuǎn)化、壓縮、合成、精餾。特點(diǎn):在采用不同原料時開車簡單，操作可靠，并且不同生 產(chǎn)能力的工廠均能使用離心式壓縮機(jī)，產(chǎn)品純度高，能充分利用反應(yīng)熱。 魯奇渣油聯(lián)醇法 我國山東齊魯石化公司引進(jìn)此方法。特點(diǎn):熱利用率高，在能 量利用

32、方面經(jīng)濟(jì)效果大。目前低壓法合成甲醇工藝中，魯奇法和 ICI 法在技術(shù)上比較 成熟。 中壓法 (ICI)公司、丹麥托普索公司、日本三菱瓦斯化學(xué)公司都有成功的方法， 中壓法與低壓法相比，工藝過程相同，但在投資和綜合指標(biāo)上都要略高一點(diǎn)。 2.1.32.1.3 天然氣法合成甲醇生產(chǎn)工藝舉例天然氣法合成甲醇生產(chǎn)工藝舉例 工藝流程說明 轉(zhuǎn)化工藝 工藝流程見圖 2.1。 圖 2.1 工藝流程簡圖 由管網(wǎng)來的天然氣壓力為 1.15MPa，溫度為常溫，其硫含量為 0.lppm。經(jīng)原料氣 壓縮機(jī)升壓至 2.5MPa，進(jìn)入蒸汽轉(zhuǎn)化爐預(yù)熱到 250，然后天然氣與汽提塔頂出口汽 提蒸汽相混合，混合后的水碳比由汽提塔的蒸

33、汽加入量調(diào)節(jié)，使混合原料氣的水碳比 為 3 左右。然后再經(jīng)對流段的原料蒸汽混合氣加熱盤管加熱至 510，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化爐 管內(nèi)，發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。在此，天然氣與蒸汽反應(yīng)生成 H2、CO、CO2，反應(yīng)后出爐管的氣 體溫度為 800左右，出口 CH4約為 3.0%。工藝氣首先經(jīng)過廢熱鍋爐，產(chǎn)生 3.9MPa 的 蒸汽。然后經(jīng)過鍋爐給水加熱器，將脫鹽水加熱至 225，這時，轉(zhuǎn)化氣去預(yù)精餾塔塔 底再沸器，回收工藝氣中的大部分低位能氣，工藝氣出預(yù)精餾塔塔底再沸器后經(jīng)水冷 分水后，即得到新鮮合成氣。 合成工段 合成氣經(jīng)合成氣壓縮機(jī)壓縮，與循環(huán)氣混合升壓至 5.5MPa 后，首先經(jīng)過合成塔進(jìn) 出氣換熱器加熱，進(jìn)入

34、合成塔，合成氣進(jìn)塔溫度為 225左右，在此，合成氣進(jìn)行甲醇 合成反應(yīng)，放出的熱量用于產(chǎn)生蒸汽。反應(yīng)后的氣體出塔溫度為 255，甲醇出口濃度 為 55%左右。出合成塔的高溫氣體熱量用于加熱入塔合成氣，然后經(jīng)水冷卻至 40左 右，冷凝分離出粗甲醇。不凝的氣體經(jīng)馳放少量惰性氣體后，大部分循環(huán)回合成氣壓 縮機(jī)循環(huán)段，與新鮮氣混合再進(jìn)合成塔。弛放氣大部分返回至一段爐作燃料使用。 ICI 反應(yīng)器屬等溫型列管反應(yīng)器，反應(yīng)熱靠管外沸騰的水很快移走，產(chǎn)生 3.9MPa 的飽和蒸汽。該蒸汽降壓后和轉(zhuǎn)化工段產(chǎn)生的 3.9MPa 的飽和蒸汽一起過熱到 360， 作為合成壓縮機(jī)驅(qū)動透平的動力，以及汽提塔的汽提蒸汽。 精

35、餾工段 預(yù)塔操作壓力 O.103MPa，粗甲醇送入預(yù)塔前須加熱到沸點(diǎn) 70，然后在塔內(nèi)分離 成塔頂氣和塔底液，塔頂氣主要是含甲醇的輕餾分，塔底再沸器用合成氣加熱保持塔 底液在沸騰狀態(tài)。 由于預(yù)塔頂引出的輕餾分量甚少，可考慮將其直接送一段轉(zhuǎn)化爐作燃料。預(yù)塔后 甲醇的蒸餾采用節(jié)能型蒸餾流程，即用兩個串聯(lián)的蒸餾塔實(shí)現(xiàn)甲醇的精餾，一塔在 O.61MPa 運(yùn)行，塔項可獲得 120的甲醇餾出物，且作為二塔再沸器熱源。塔頂氣冷凝 后即成為高質(zhì)量的甲醇產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 55%。 塔底液在 142左右通過上述料釜液換熱器降溫到約 91入二塔，二塔操作壓力 為 0.103MPa。 常壓精餾塔塔底污水含甲醇

36、0.1%。本流程將上述廢水大部分作萃取水循環(huán)用于 預(yù)塔，余量則送往轉(zhuǎn)化工段中的汽提塔經(jīng)汽提處理后，作除鹽水回收，從而實(shí)現(xiàn)了甲 醇蒸餾過程中廢水的零排放. 蒸汽平衡 整個甲醇裝置共有二處可副產(chǎn)蒸汽，一是一段轉(zhuǎn)化后工藝氣，溫度為 800的轉(zhuǎn)化 廢熱鍋爐;二是甲醇合成塔廢鍋。兩廢鍋副產(chǎn)蒸汽，它們的壓力為 3.9MPa，這些蒸汽再 在一段爐對流段中的蒸汽過熱器過熱至 360左右，然后供中壓蒸汽用戶合成壓縮機(jī)驅(qū) 動透平以及汽提塔。 合成壓縮機(jī)驅(qū)動透平為抽汽凝汽式，抽出的 0.6MPa 低壓蒸汽供精餾、脫氧槽等低 壓蒸汽用戶用，中低壓蒸汽管網(wǎng)與老廠聯(lián)網(wǎng)，便于互相調(diào)劑，穩(wěn)定生產(chǎn)，節(jié)省投資。 整個裝置的冷凝液

37、全部回收，送往除鹽水站凈化處理。 消耗指標(biāo) 每噸甲醇耗 970.76m3時天然氣，其中生產(chǎn)每噸甲醇燃燒 270m3天然氣，轉(zhuǎn)化天然 氣 700.76m3，尾氣量 1200 萬1300 萬方/t 甲醇。 表 2.3 10 萬 t/a(14.2t/h) 甲醇裝置消耗指標(biāo)（設(shè)計值） 項目 天然氣 /m3t-1 電 kwht- 1 循環(huán)水 /m3t-1 脫鹽水 /m3t- 1 氮?dú)?/m3t- 1 儀表空氣 /m3t-1 工廠空氣 /m3t-1 消耗定額970.7676.86245.14.8328.1714.0822.54 小時耗量13784.861091.45348068.59400200320 全

38、年耗量 0.97 億方 768.6 萬度 2451 萬 t 48.3 萬 t 281.7 萬方 140.8 萬方 225.4 萬方 三廢情況 廢氣 甲醇裝置廢氣排放點(diǎn)為一段轉(zhuǎn)化爐煙氣囪排出煙道氣，其主要成分為 CO2，02，N2，對大氣無毒害物質(zhì)，環(huán)境無控制指標(biāo)。 廢水 主要排出廢水為甲醇精餾塔塔底廢水和轉(zhuǎn)化酸性冷凝液，廢水可送至除鹽水再處 理后用作鍋爐給水，產(chǎn)生的廢氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐回收利用，做到無污水排放。 廢液 主要是舊觸媒更換排出，舊觸媒多為貴金屬成分，需要送回催化劑廠回收處理。 2.22.2 甲醇與汽油的摻燒方法甲醇與汽油的摻燒方法 甲醇與汽油摻燒作為汽油機(jī)的燃料時，常用的有三種方法:即化

39、學(xué)混合法、量孔摻 配法及霧化混合法6。 2.2.12.2.1 化學(xué)混合法化學(xué)混合法 化學(xué)混合法在國內(nèi)外普遍使用。其方法是按一定比例的甲醇摻入汽油中，因甲醇 與汽油混合時有兩相分離的問題，一般都需在混合燃料中加入助溶劑使其混合均勻， 才能使用。化學(xué)混合法的供燃料體系如圖 2.2 所示。 此法在汽車上使用簡單易行，發(fā)動機(jī)不做大的改動即可使用。推廣時需建立一套 完全的供燃料體系，但汽油和甲醇是不易混合均勻的物質(zhì)，所以分層現(xiàn)象乃是此法的 中心問題，在使用中必須解決。本文配制甲醇汽油混合燃料時就是采用這種方法。 汽車 圖 2.2 化學(xué)混合法供燃料體系示意圖 2.2.22.2.2 量孔摻配法量孔摻配法 量

40、孔摻配法的原理是使用了一支三通管路，在管道中安裝了選好的量孔，一只是 測量汽油的流量，另一只是測量甲醇的流量。經(jīng)過量孔的汽油和甲醇在三通管路中摻 配后送入化油器。其完整的供燃料體系如圖 2.3 所示。 此法的優(yōu)點(diǎn)是可以不用助溶劑或少用助溶劑，提高了燃料的經(jīng)濟(jì)性，并減少了加 油站供燃料的裝置。但由于甲醇與汽油的比重不同，粘度不同，在燃料系統(tǒng)中，供甲 醇及供汽油的壓力也不同，所以，經(jīng)過量孔摻配好的混合燃料其比例不易穩(wěn)定，摻配 后的燃料在管路中仍然存在分層的問題，這都致使發(fā)動機(jī)的工作不穩(wěn)定。 圖 2.3 量孔摻配法供燃料體系示意圖 2.2.32.2.3 霧化混合法霧化混合法 霧化混合法指汽油與甲醇分

41、別由兩套供燃料系統(tǒng)送至化油器喉口處，隨喉口真空 度變化按比例同時噴出汽油與甲醇。汽油和甲醇在霧化、汽化過程中進(jìn)行混合。圖 2.4 為此方法供燃料體系示意圖，此法也稱“雙燃料供給系統(tǒng)” 。 此法需改裝化油器，在化油器喉口處的汽油噴出量與甲醇噴出量，按使用要求合 理的匹配，是此法麻煩的所在。如果匹配的合理，發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、動力性均能達(dá)到 好的效果。此法對甲醇的含水量沒有嚴(yán)格要求，可直接使用粗制甲醇。 圖 2.4 霧化混合法供燃料體系示意圖 2.32.3 發(fā)動機(jī)燃用甲醇的方式發(fā)動機(jī)燃用甲醇的方式7 7 甲醇在汽車上的使用方式有摻燒和純燒兩種，其中摻燒是甲醇在汽車上的主要應(yīng)用 方式。 2.3.12.3

42、.1 摻燒摻燒 摻燒是甲醇在汽車上的主要應(yīng)用方式，將甲醇一定比例與汽油相混，根據(jù)需要加 入添加劑，形成不同的甲醇汽油，其摻入比例的不同可分為低、比例摻燒、中比例摻 燒和高比例摻燒。 低比例摻燒 指甲醇摻燒比例小于 10%的甲醇汽油，如 M5, M10 中比例摻燒 指甲醇摻燒比例小于 30%的甲醇汽油，如 M15, M25 高比例摻燒 指甲醇摻燒比例大于 30%的甲醇汽油，如 M85, M90 2.3.22.3.2 純燒純燒 當(dāng)采用純燒甲醇時，應(yīng)對發(fā)動機(jī)進(jìn)行必要的改造。 應(yīng)使用專用的高壓縮比點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)，其壓縮比可提高到 12，以充分發(fā)揮甲醇 的辛烷值高的優(yōu)勢。壓縮比提高后，宜采用冷型火花塞。

43、加大輸油泵的供油能力，以避免氣阻。 用附加供油系統(tǒng)及加強(qiáng)預(yù)熱等措施，改善冷啟動。 加大燃料箱，以保證必要的續(xù)駛里程。 改善有關(guān)的零件的抗腐蝕性和抗溶脹性等。 優(yōu)化設(shè)計后，純燒甲醇方式的動力性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能應(yīng)不低于汽油機(jī)。 3 甲醇、汽油及甲醇汽油之間性能比較 3.13.1 甲醇及汽油的燃料性質(zhì)比較甲醇及汽油的燃料性質(zhì)比較 甲醇和汽油作為燃料的物理化學(xué)性質(zhì)比較,如表 3.1 所示8-13 表 3.1 甲醇和汽油的燃料特性比較表 性質(zhì)甲醇汽油 分子式CH3OHC4C14碳?xì)浠衔?相對分子質(zhì)量32.04約 100 O49.9碳?xì)浠衔?C37.5碳?xì)浠衔?分子 組成 H12.5碳?xì)浠衔?/p>

44、 密度/(kg/L)(20)0.7930.6930.790 冰點(diǎn)/-96-60 沸點(diǎn)/64.732210 熱值/(kg/L)2008344350 水中溶解度互溶100200 混合燃料氣的熱值（空氣過 剩率為 1）/(kJ/m3)(STP) 34433397 閃點(diǎn)/126.1 體積百分?jǐn)?shù)/（%）36.57.6燃燒 上限溫度/43-30-12 體積百分?jǐn)?shù)/（%）6.01.4燃燒 下限溫度/7-43 自燃溫度/500456 汽化潛熱/(kJ/kg)1167293841 蒸汽壓（雷德法，37.8）/MPa0.0370.050.09 發(fā)火溫度/470240 性質(zhì)甲醇汽油 理論混合氣進(jìn)溫度/122.421

45、.6 理論混合氣熱值/(kJ/kg)26502780 層流燃燒速度/(m/s)5238 理論空燃比/( kg 空氣/kg 燃料)6.4514.615.1 研究法/(R)1128496 馬達(dá)法/(M )927084 辛 烷 值 (R+M)/21027090 以表中數(shù)據(jù)為依據(jù),不難得出以下認(rèn)識: 熱效應(yīng) 甲醇完全燃燒所需的空氣量比汽油少得多,而甲醇和空氣的理論混合熱值與汽油相 當(dāng),因此以甲醇為燃料相對減少了尾氣的排放量,熱值損失也相應(yīng)地減少使甲醇發(fā)動機(jī) 的總熱效率得到相應(yīng)提高。 抗爆性 甲醇的抗爆性能好,辛烷值高:馬達(dá)法辛烷值(MON)為 92,研究法辛烷值(RON)為 112【8】,因而以甲醇作

46、內(nèi)燃機(jī)燃料抗爆性能很好,無須提高辛烷值便可達(dá)到較好性能。 而汽油辛烷值較低,需加入添加劑,因而增加了經(jīng)濟(jì)成本并污染環(huán)境。 排放物及安全比較 汽油排放氣中造成污染的有害氣體有 CO、NOX、總烴(HC)。甲醇由于是碳氧化合物,氧 含量較高,使用甲醇燃料減少了汽車尾氣中的 CO 和碳?xì)浠衔?HC 的排放，但未燃燒完 全的甲醇及氧化生成的醛類排放量比汽油有明顯的增加【8】。德國大眾汽車公司的甲醇 汽車排放實(shí)驗(yàn)表明,其排放量與汽油相比,CO 減少了 62.5%,HC 減少了 33.3%,Nq 降低了 25%,而總?cè)┡欧帕吭黾恿?36 倍【11】。甲醇是一種毒性有機(jī)化合物,可經(jīng)呼吸道、消化 道和皮膚接

47、觸方式進(jìn)入人體,破壞人的神經(jīng)和視覺系統(tǒng)【10】。如果把危害程度分為 10 個 等級,1 為沒有危害,23 為低水平危害,46 為中水平危害,78 為高水平危害,910 為極端危害,則可將甲醇和汽油的危害性比較分析列為表 3.212。 表 3.2 甲醇和汽油的危害比較 指標(biāo)甲醇汽油 特定露天空間49 可能性密閉空間8（2-4） 2 火災(zāi)損害程度310 可滅火性710 著 火 性 著火后的 危害性 火焰可見度81 毒性310吸入低 濃度時 可能性1010 毒性1010吸入高 濃度時可能性34 毒 皮膚毒性98 接觸時可能性33 毒性1010 性 口服時 可能性8（2）3 括號中數(shù)字為改變設(shè)計后可降

48、低的值。 括號中數(shù)字表示添加劑存在時的可能性。 由此可見,作為燃料甲醇發(fā)生火災(zāi)的可能性比汽油小,且火災(zāi)后造成危害也比汽油 輕。低濃度時,甲醇的毒性要小于汽油。 熱值 甲醇的熱值為 19.6 MJ/kg,汽油熱值為 43.50MJ/kg。用甲醇替代汽油時,不但耗量 比汽油多,而且發(fā)動機(jī)的牽引力下降大。使用純甲醇作燃料時其耗量為汽油的 2 倍。 蒸汽壓及低溫性質(zhì) 甲醇的沸點(diǎn)比汽油要低,易于蒸發(fā),在夏天或熱帶地區(qū)應(yīng)用時易產(chǎn)生氣阻，但在春 秋兩季,由于溫度較低,甲醇作內(nèi)燃機(jī)燃料時基本不產(chǎn)生氣阻問題。 甲醇的汽化潛熱為 1109 MJ/kg,遠(yuǎn)大于汽油的汽化潛熱,50%的餾出點(diǎn)甲醇高出汽油 20。在低溫

49、條件下,甲醇的汽化性變差,因而冷啟動性能差。表明純甲醇的最低啟動 溫度為 5,當(dāng)環(huán)境溫度低于 5時,甲醇燃料車就難以啟動。此外,由于甲醇?xì)饣瘽摕?大,在汽車發(fā)動機(jī)的汽化器里形成的混合氣燃?xì)鉂舛冉档?不便于啟動加熱。這些性質(zhì) 使得純甲醇作為燃料用于內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生了諸多不利。 腐蝕性 甲醇對發(fā)動機(jī)易造成腐蝕和磨損。主要部位是活塞環(huán)和汽缸壁。因?yàn)?甲醇本身 及其燃燒中間游離基反應(yīng)(CH2OH+O2=HCOOH+H2O),生成的氧化產(chǎn)物甲酸等對環(huán)帶金屬表 面造成腐蝕;由于甲醇蒸發(fā)潛熱大,氣化不良而流入氣缸壁,使得潤滑油膜被沖刷而造 成磨擦磨損或與潤滑油、添加劑反應(yīng),導(dǎo)致后者失去防腐蝕作用而加快了活塞和氣缸

50、壁 的腐蝕磨損。 對橡膠材料的溶脹性 甲醇對汽車供油系統(tǒng)的材料如橡膠、塑料具有溶脹和龜裂作用,影響材料的使用性 能。見表 3.39。 表 3.3 汽油和甲醇對橡膠密封材料的溶脹作用 橡膠（塑料）名稱 無鉛汽油 烷烴 46.3% 芳烴 50% 烯烴 3.7% 甲醇 100% 氟(烷)橡膠(HK)1100 氟硅(烷)橡膠(FK)189 聚硫橡膠273 F70A 聚乙醚膠2211 聚氨酯橡膠2118 海帕龍(Hypalon)611 表氯醇橡膠(ECO)3331 丁晴橡膠(NBR)5114 氯丁橡膠(Neoprene)96-4 氯乙烯橡膠84-2 (20 d,21,以膨脹百分率表示) 3.23.2 汽

51、油與甲醇汽油的比較汽油與甲醇汽油的比較 甲醇直接作為內(nèi)燃機(jī)燃料時,它的很多技術(shù)性能上的缺陷是難以克服的。目前最具 有發(fā)展前景的汽油替代燃料是甲醇汽油,即將甲醇摻入汽油中通常甲醇含量作燃料標(biāo)記,如: 摻入 3%,5%,15%,85%醇的汽油分別標(biāo)記為 M3,M5,M15 和 M85 下面我們?nèi)砸詢?nèi)燃機(jī)對燃料 的要求來對甲醇汽油進(jìn)行討論。 相溶性 甲醇和汽油在使用環(huán)境溫度范圍內(nèi)不能以任意比例相互混合,會發(fā)生分層。研究表 明,甲醇含量較低或較高時,甲醇和汽油能在較低溫度下互溶,不會產(chǎn)生分層現(xiàn)象,而當(dāng) 甲醇含量居中時,相互溶解的溫度相對較高。為了使甲醇汽油能相互溶解且能穩(wěn)定儲存 和使用,必須加入助溶劑

52、,如 C4以上的高級醇類，但助溶劑和甲醇、汽油相比價格都比 較昂貴,這將增加混合燃料成本。因而實(shí)際應(yīng)用中,希望不加或少加助溶劑以降低燃料 成本,于是在生產(chǎn)和使用過程中,必須嚴(yán)格控制甲醇的含水量。 熱效應(yīng) 如前所述,由于甲醇含氧量高,當(dāng)加入汽油中時,無疑也提高了汽油的含氧量,有助 于汽油的充分燃燒。研究表明【11】:M5,M15,M85 的含氧量分別為 2.5%,7.5%,42.5%。故 使用甲醇汽油可相應(yīng)地減少尾氣的排放量,燃料的熱值損失也同樣會減少。 抗爆性 甲醇辛烷值較高,抗爆性能好。當(dāng)其與汽油調(diào)合時,其調(diào)合辛烷值并不一定與調(diào)合 比例呈線性關(guān)系,但多數(shù)情況下有增值效應(yīng),特別是甲醇汽油的研究

53、法辛烷值上升數(shù)量 最為顯著。選用 4 種基礎(chǔ)油與甲醇混合,用不同的方法測辛烷值,結(jié)果如表 3.4 所示(其 中 RON 為研究法,MON 為馬達(dá)法): 表 3.4 甲醇的辛烷值調(diào)和性能 甲醇調(diào)入量（V%）基礎(chǔ)調(diào) 和組分 測試 方法 辛烷值 05101520 RON C B 69.8 73.8 149.8 - - 直餾汽油 MON C B 68.3 72.0 142.3 - RON C B 94.6 97.2 146.6 - 烷基化油 MON C B 92.5 93.8 118.5 - RON C B 88.3 90.0 122.3 91.9 124.4 93.4 122.3 94.6 119.

54、8催化裂 化汽油 MON C B 78.3 79.3 98.3 79.4 92.3 80.6 93.6 81.2 92.8 RON C B 98.1 98.8 112.1 99.6 113.1 100.4 113.4 101.2 113.6催化重 整油 MON C B 87.0 87.5 37.0 87.7 94.0 87.9 93.0 88.1 92.5 注:C 代表實(shí)測的凈辛烷值。 B 代表計算得到的調(diào)和實(shí)測的辛烷值。 由表 3.4 數(shù)據(jù)可以看出,甲醇與 4 種基礎(chǔ)油調(diào)合后的辛烷值均大于甲醇的凈辛烷值,呈 正調(diào)合效應(yīng)。5%(V)的甲醇與直餾汽油和烷基化汽油的調(diào)合效應(yīng)特別好,RON 高達(dá) 1

55、46 以 上,MON 分別在 142 和 118 以上，甲醇與催化裂化汽油和催化重整汽油的調(diào)合性能遠(yuǎn)不 及前兩者,但 BRON 和 BMON 仍分別為 112 和 92。說明甲醇與飽和烴的辛烷值調(diào)合效應(yīng)優(yōu) 于與烯烴和芳烴的調(diào)合效應(yīng)。 排放物及安全性 由于甲醇含氧量高且易于純制,不含硫及其它復(fù)雜有機(jī)化合物,使得甲醇汽油燃燒更 加安全。由于熱效率的提高,汽車尾氣中的 CO 和碳?xì)浠衔?CH)，SO2,NOx 和固體懸浮 顆粒都會下降。美國 DOE 研究中心用 10 種汽車使用含醇 5%10%的甲醇汽油作燃料進(jìn) 行行車實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明,除一氧化碳減少 30%左右外,氧化氮,碳化合物及醛類排放率都和

56、基礎(chǔ)無鉛汽油的排放率差不多。另一系列實(shí)驗(yàn)說明,在一般汽油發(fā)動機(jī)上用甲醇汽油時,燃 燒排氣中的一氧化碳比用汽油時稍有減少,而氧化氮減少了 30%50%,未燃燒的碳?xì)浠?合物減少 30%60%,但醛氣增加到 3 倍;甲醇在燃料中的比例越高,未燃燒的甲醇排放量 及甲醛排放量就越高8。 熱值 甲醇熱值低,但它與汽油混合使用時調(diào)合燃料的熱值降低不大,消耗量增加也不大。 有資料報道,使用甲醇汽油 MIO 時消耗量只增加約 5%,這顯然不會影響到甲醇汽油的經(jīng) 濟(jì)性。 蒸汽壓及低溫性 甲醇本身的蒸氣壓比汽油要低約 32 kPa10,可是當(dāng)它調(diào)入汽油時,調(diào)合油的飽和蒸 氣壓對 Raoult 定律呈正偏差而顯著增

57、如,其升高程度受甲醇含量的影響。特別是當(dāng)汽 油中含有 5%的甲醇時,其蒸氣壓比同溫下汽油的蒸氣壓上升了 20 kPa 左右,而當(dāng)甲醇含 量在 5%15%時則上升得很少。因而使用甲醇汽油時,需嚴(yán)格控制基礎(chǔ)汽油的蒸氣壓,以 便為調(diào)入甲醇預(yù)留出適當(dāng)?shù)恼魵鈮荷仙臻g。甲醇汽化潛熱大,使用 100%甲醇燃料時, 汽車的啟動性能較差。然而行車實(shí)驗(yàn)表明,含量小于 20%的甲醇汽油可以在現(xiàn)有的汽車 發(fā)動機(jī)上使用,幾乎與汽油燃料無異。倘若使用甲醇含量較高的甲醇汽油作替代燃料, 則必須采用專門設(shè)計的汽車發(fā)動機(jī)。 腐蝕性 由于甲醇燃燒后會產(chǎn)生少量的甲醛或甲酸,帶來腐蝕性已如 3.1 節(jié)（6）所述。然而 實(shí)驗(yàn)表明,低

58、含量甲醇汽油腐蝕輕微。即便如此,為了保證汽車氣缸的使用壽命及安全 性,使用甲醇汽油時還是應(yīng)該使用甲醇腐蝕抑制劑及甲醇汽車專用的潤滑油。 對橡膠材料的溶脹性 由于甲醇本身存在對塑料的溶脹性,故甲醇汽油對汽車供油系統(tǒng)的溶脹作用不容忽 視,特別是當(dāng)甲醇含量達(dá)到 10%左右時。有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),如表 3.5 所示9。 表 3.5 含量 10%的甲醇汽油對橡膠密封材料的溶脹作用 橡膠(塑料)名稱甲醇 10% 氟(烷)橡膠(HK)21 氟硅(烷)橡膠(FK)22 聚硫橡膠28 F70A 聚乙醚膠45 聚氨酯橡膠58 海帕龍(Hypalon)66 表氯醇橡膠(ECO)77 丁晴橡膠(NBR)81 氯丁橡膠(Ne

59、oprene)81 氯乙烯橡膠87 (20d,21以膨脹百分率表示) 改進(jìn)氟橡膠的組成可使溶脹率保持在 115%以下達(dá)到一般控制指標(biāo)9。 一般情況下，甲醇與汽油按照一定比例，添加一定添加劑組成混合燃料后，低比 例甲醇汽油，如 M3、M5，汽油發(fā)動機(jī)不作任何改動，可以和汽油一樣使用，一般要添 加助溶劑（TBA）等，以防燃料分層；中比例甲醇汽油，如 M15、M25，發(fā)動機(jī)只需做調(diào) 整，技術(shù)問題較簡單，必須添加助溶劑；高比例甲醇汽油，如 M85、M90，需要對發(fā)動 機(jī)進(jìn)行改裝、優(yōu)化，其功率、排放和熱效率都優(yōu)于原汽油機(jī)。 4 甲醇汽油主要技術(shù)問題的改進(jìn) 4.14.1 甲醇汽油的穩(wěn)定性甲醇汽油的穩(wěn)定性

60、用作汽車的甲醇汽油必須均勻而穩(wěn)定。甲醇與汽油的相溶性很小，要制成大比例 的均勻穩(wěn)定的甲醇汽油，一般采取添加助溶劑的辦法解決，如芳烴、酮、醚、醇等類 化合物都是甲醇的好溶劑。從中選擇與汽油也有較好混溶性的物質(zhì)，以適當(dāng)比例相混 合，便可制得穩(wěn)定均勻的甲醇汽油。 添加 4的正丁醇或 3.2的正辛醇可以制得含甲醇 21，對水溶解度達(dá) 11.1的甲醇汽油。用此方法還可以制得含醇量在 550之間穩(wěn)定性良好的甲 醇汽油。 而由：甲醇 1080、汽油 1080、叔丁醇 12.2、硝酸亞鈰或硫酸亞鈰 0.51.6、以及磺化油 14.4組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))制成的甲醇汽油，因?yàn)榧状紦?入量大，故使用時不分層、穩(wěn)定性好，