醇類燃料的發(fā)展歷程使用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢

1、醇類燃料的發(fā)展歷程使用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢陳偉 浙江科技學(xué)院內(nèi)容摘要目前, 世界的石油資源日趨減少, 石油燃料的短缺現(xiàn)象已經(jīng)出現(xiàn), 并且日益嚴(yán)重。另外, 隨著汽車保有量的增長, 約占能源總需求量40%的車用燃料的消耗量與日俱增, 巨大的燃油消耗不僅對日益枯竭的石油能源造成巨大壓力, 同時大量燃油燃燒不當(dāng)所排放出的污染物已成為威脅人類生存的主要因素。因此, 尋求資源豐富、環(huán)境友好和經(jīng)濟可行的代用燃料已成為人類待解決的重大問題。醇類作為液體燃料，其儲存、攜帶、使用都和傳統(tǒng)的汽油、柴油差不多。生產(chǎn)乙醇燃料的原料主要來自于農(nóng)作物，屬可再生能源。用生物技術(shù)路線取代化學(xué)技術(shù)路線進行生物燃料的生產(chǎn)，已成為全球

2、各國能源規(guī)劃的核心內(nèi)容。本文研究了醇類燃料的發(fā)展歷程，使用現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:醇類燃料發(fā)展現(xiàn)狀未來趨勢概述乙醇（CH3CH2OH）、甲醇（CH3OH）均是重要的有機化工原料，在化學(xué)、醫(yī)藥、輕工、紡織及運輸?shù)刃袠I(yè)都有著廣泛的用途。乙醇主要用作溶劑，也用于制染料、涂料、合成橡膠、醫(yī)藥、洗滌劑、化妝品等。乙醇既可以由乙烯水合制成，也可由谷類、甘蔗和任何含淀粉或糖類的農(nóng)作物為原料采用生物發(fā)酵方法制成。目前，國際上燃料乙醇的總產(chǎn)量約為2400萬t，巴西是世界上最大的乙醇生產(chǎn)國之一，2000年乙醇產(chǎn)量達到1031萬t，其主要生產(chǎn)原料是甘蔗。美國現(xiàn)有乙醇生產(chǎn)能力約為868.88萬t，2002年乙醇產(chǎn)

3、量達到650萬t左右，其主要原料為玉米。我國乙醇生產(chǎn)主要依靠玉米、薯類和甘蔗等發(fā)酵制取。目前，全國乙醇產(chǎn)量約200萬t/a。甲醇主要用于制造甲醛、醋酸、氯甲烷、甲胺和硫酸二甲脂等多種有機化工產(chǎn)品，也是農(nóng)藥、醫(yī)藥的原料，還是非常重要的溶劑之一。目前，國際上甲醇主要由天然氣（目前約占世界78）、重（占10）、石腦油（占7）、液化石油氣（占3）、煤炭（占2）生產(chǎn)，我國甲醇主要是以煤炭為原料生產(chǎn)。甲醇的生產(chǎn)方法主要是合成法。目前，全世界的甲醇生產(chǎn)能力已達3700萬t/a，2000年全世界甲醇產(chǎn)量達2835萬t。我國現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)廠家約100家，2000年甲醇生產(chǎn)能力299.15萬t，2001年全國甲醇產(chǎn)

4、量為206萬t，進口150萬t。1908年，美國人HenryFord設(shè)計并制造了世界上第一臺使用純乙醇的汽車。20世紀(jì)30年代乙醇在美國第一次和汽油混合用于汽車燃料，同期，德國、法國、巴西和新西蘭等國也開始了乙醇/汽油混合燃料的應(yīng)用。70年代第二次世界石油危機后，世界各國從尋找替代燃料的目的出發(fā)，紛紛開展一系列摻醇汽油或純甲醇（純乙醇）代替車用汽油的研究工作。其中，巴西、美國等國曾先后推廣使用含10、22、85等不同比例乙醇的車用燃料。德國、瑞典、新西蘭等國曾先后推廣使用含15甲醇的M15汽油，1987年美國加州開始推廣使用含85%甲醇的汽油。目前，巴西汽油只有20%乙醇含量的乙醇汽油和純乙醇

5、燃料，美國市場上以10%乙醇含量的乙醇汽油為主。1990年，美國國會通過空氣清凈法（修正案），為改善城市空氣質(zhì)量，開始實施含氧及新配方汽油計劃，要求在汽油中添加含氧量不大于2.7%（m/m）的含氧化合物。目前，美國約有17個州在使用新配方汽油，新配方汽油的用量約占全美汽油消耗量3.5億t的1/3，其中，大約有25的汽油使用乙醇（乙醇加入量約5.7%10.0）。我國在“六五”、“七五”期間，曾將甲醇汽車技術(shù)開發(fā)列為國家科技重點攻關(guān)項目，其間，我國和聯(lián)邦德國曾合作進行了M100（純甲醇）汽車技術(shù)的合作研究，經(jīng)過近10年的研究開發(fā)，我國目前已開發(fā)成功甲醇制備、甲醇腐蝕抑制劑、加油站建設(shè)、發(fā)動機改造技

6、術(shù)、甲醇汽車用潤滑油等一系列甲醇燃料及汽車的配套技術(shù)。但隨著國際原油價格的不斷降低，這些技術(shù)目前并未得到實際應(yīng)用。國內(nèi)開展乙醇燃料研究及應(yīng)用工作的并不多，據(jù)不完全了解，“八五”期間，在交通部能源管理辦公室的主持下，交通部屬有關(guān)科研機構(gòu)對乙醇作為車用燃料進行了一系列的研究。其中，1985年，云南省科委和云南交通科學(xué)研究所進行了E60乙醇汽油（含60工業(yè)乙醇）的發(fā)動機臺架及行車試驗；19861990年，福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所開展了E20乙醇汽油的應(yīng)用研究；交通部公路科學(xué)研究所先后進行的E20、E40、E60及100乙醇汽油應(yīng)用研究等。2000年9月2001年10月，根據(jù)國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)指示，國家經(jīng)貿(mào)委

7、組織中國石化集團公司等單位對車用乙醇汽油的可行性進行了系統(tǒng)的試驗研究，在科學(xué)實驗基礎(chǔ)上制定了變性燃料乙醇國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18350-2001）及車用乙醇汽油國家標(biāo)準(zhǔn)（GB18351-2001）等。2002年3月國家八部委聯(lián)合頒布了車用乙醇汽油使用試點方案和實施細則，組織實施了車用乙醇汽油的使用試點工作。2003年6月，車用乙醇汽油的使用試點工作在河南、黑龍江2省5市圓滿結(jié)束，約有20余萬輛汽車使用了近20萬t車用乙醇汽油。車用乙醇汽油使用試點工作取得重要成果，為進一步推廣使用車用乙醇汽油奠定了堅實的基礎(chǔ)。2醇類燃料的理化性質(zhì)甲醇、乙醇都是無色透明、易揮發(fā)、易燃的液體，其中甲醇有毒，它們的熱值較低

8、、蒸發(fā)潛熱較高、抗爆性能好，含氧量高，除此之外，甲醇、乙醇在少量水分存在的情況下還容易產(chǎn)生相分離。表1是甲醇、乙醇、甲基叔丁基醚（MTBE）和汽油理化性質(zhì)的比較3甲醇、乙醇作為車用燃料的技術(shù)可行性分析3.1乙醇作為汽車燃料的技術(shù)可行性乙醇與汽油在某些理化性質(zhì)與汽油非常接近，但有些性能則相差較大。（1）辛烷值高、抗爆性能好，乙醇的研究法辛烷值達到111，馬達法辛烷值為91。添加乙醇可以較為有效地提高汽油的抗爆性，有關(guān)研究結(jié)果顯示，國內(nèi)典型催化裂化汽油（RON為90.6）中添加10（體積）乙醇后，其RON可提高3.4個單位，MON可增加1.4個單位。乙醇對烷烴類汽油組分（烷基化油、輕石腦油）辛烷值

9、調(diào)合效應(yīng)好于烯烴類汽油組分（催化裂化汽油）和芳烴類汽油組分（催化重整汽油）。（2）乙醇含氧量高達34.7%，乙醇可以以比MTBE更少的添加量加入汽油中（美國含氧汽油中通常需添加7.7乙醇，新配方汽油通常乙醇添加量為5.7。汽油中添加7.7%乙醇，氧含量達到2.7%，如添加10乙醇，氧含量可以達到3.5%。（3）通過添加乙醇或其它含氧化合物，并改變汽油組成，美國新配方汽油可以有效降低汽車尾氣排放，美國汽車/油料（AQIRP）的研究報告表明：使用含6乙醇的加州新配方汽油，與常規(guī)汽油相比，HC排放降低10%27%，CO排放減少21%28，NOx排放減少7%16，有毒氣體排放降低9%32%；國內(nèi)研究結(jié)

10、果表明，燃用乙醇含量10%（體積）車用乙醇汽油的國產(chǎn)典型汽車CO、HC排放分別減少了約30%和10。（4）乙醇的熱值為26.77MJ/kg，比常規(guī)汽油熱值（43.50MJ/kg）要低，因此，使用乙醇汽油后，發(fā)動機的油耗隨著乙醇摻入量增加而增加。有資料報道，使用含10乙醇的混合汽油時，發(fā)動機的油耗約增加5%。在相同辛烷值的前提下，發(fā)動機的動力性能也有不同程度的下降。乙醇摻入量小于10%時，對汽車發(fā)動機的供油系統(tǒng)、點火系統(tǒng)及壓縮比不必做任何調(diào)整。當(dāng)乙醇摻入量大于10%時，應(yīng)適當(dāng)提高發(fā)動機壓縮比，加大化油器主量孔尺寸及點火提前角，使燃用乙醇的汽油機的功率接近原機水平。（5）乙醇的汽化潛熱大，理論空燃

11、比下的蒸發(fā)溫度降大于常規(guī)汽油。汽化潛熱大會導(dǎo)致汽車動力性及經(jīng)濟性下降，在低溫條件下，乙醇汽油不易啟動；另外汽化潛熱大使化油器中形成的燃氣混合比低（乙醇空燃比僅為9），比汽油正常燃燒所需的理論空燃比15低得多，影響混合氣的形成及燃燒速度，使汽車驅(qū)動性能下降，影響最大功率的發(fā)揮，不利于汽車的加速性。巴西、美國在使用較高比例（含20100%乙醇）乙醇汽油時，通常通過增加發(fā)動機進氣加熱系統(tǒng)或廢氣預(yù)熱空氣系統(tǒng)，提高進氣溫度，改善混合氣形成及燃燒，改善乙醇汽油的低溫啟動性。（6）乙醇在生產(chǎn)過程中一般會含有酸性物質(zhì)，而且乙醇本身的吸水性使之在貯存過程中含有少量水分，同時受到空氣的氧化或細菌發(fā)酵也會產(chǎn)生少量的

12、有機酸，都會對發(fā)動機產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕和磨損。有關(guān)試驗結(jié)果表明，汽油添加015%乙醇后，紫銅試件隨乙醇濃度增加而腐蝕增加，乙醇含量15時，銅片腐蝕達3a級；鑄鐵試件出現(xiàn)0.02%0.04%的增重；對其它金屬的腐蝕影響不明顯。國內(nèi)有關(guān)研究顯示，在常溫（20）條件下，隨乙酸含量增加，乙醇對紫銅試件的腐蝕增加；40溫度條件下，乙酸對黃銅試件的腐蝕有所增加，對紫銅試件的腐蝕嚴(yán)重，對其它金屬腐蝕影響不大；當(dāng)乙酸含量超過70ppm后，乙醇汽油對紫銅的腐蝕迅速增加。乙醇的蒸發(fā)潛熱大，汽化不良而流入汽缸壁，致潤滑油膜被沖洗而造成潤滑油稀釋或嚴(yán)重乳化，導(dǎo)致發(fā)動機部件的摩擦和磨損。國外在使用E85或E100等高比

13、例乙醇時，通常需要適合燃用乙醇的特制發(fā)動機，其供油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)材料需經(jīng)防腐處理。使用低比例乙醇燃料時，金屬腐蝕抑制添加劑的加入（300500ppm）可以有效抑制乙醇汽油對銅片（黃銅、紫銅）的腐蝕。（7）乙醇作為一種化工溶劑，對汽車供油系統(tǒng)的橡膠部件有一定的溶漲作用，對油泵的密封及其它部件的合成橡膠材料大都有輕微的腐蝕、溶漲、軟化或龜裂作用。有關(guān)試驗結(jié)果表明：不同橡膠的耐油性順序為：聚氯醚（氯醇膠)氯化聚醚氟橡膠氯丁膠丁腈膠氰化丁腈膠順丁膠乙丙膠丁苯膠天然膠硅橡膠丁基膠。（8）乙醇的抗水性較差，乙醇汽油在少量水分存在的情況下容易發(fā)生相分離。有關(guān)試驗結(jié)果表明：隨著乙醇汽油中水含量的增加，相分離溫

14、度明顯提高，以含10乙醇汽油為例，當(dāng)調(diào)合汽油中水含量小于3000ppm時，相分離溫度為-30以下，當(dāng)水含量增加至4000ppm時，相分離溫度為-16。在相同水含量的條件下，隨著乙醇含量的增加，相分離溫度有較大幅度降低。（9）乙醇本身的飽和蒸汽壓為18kPa，但研究表明，乙醇調(diào)入汽油后，會產(chǎn)生明顯的蒸汽壓調(diào)合效應(yīng)，當(dāng)乙醇添加量為3.0%5.7%時，乙醇汽油的調(diào)合蒸汽壓隨乙醇添加量增加而提高，最高達58kPa；當(dāng)乙醇添加量大于5.7%時，乙醇汽油調(diào)合蒸汽壓隨乙醇添加量增加逐漸降低。3.2甲醇作為汽車燃料的技術(shù)可行性3.2.1甲醇汽油的抗爆性甲醇的抗爆性能較好，其研究法辛烷值達到112，馬達法辛烷值

15、為106，而且它和汽油混合后的調(diào)合辛烷值較高。表2為甲醇在國內(nèi)典型汽油中的辛烷值調(diào)合性能，由表2可以看出，甲醇在3種汽油組分中均呈正的辛烷值調(diào)合效應(yīng)，其中，摻5甲醇在烷烴類直餾汽油中的調(diào)合效應(yīng)好于烯烴類催化裂化汽油和芳烴類重整汽油，其增加研究法辛烷值的能力要明顯好于提高馬達法辛烷值。表2甲醇在國內(nèi)典型汽油中的辛烷值調(diào)合性能3.2.2甲醇汽油的腐蝕性甲醇在生產(chǎn)過程中一般會含有酸性物質(zhì)，而且甲醇本身的吸水性使之在貯存過程中含有少量水分，同時受到空氣的氧化或細菌發(fā)酵也會產(chǎn)生少量的有機酸，以及甲醇燃燒后產(chǎn)生的甲醛、甲酸等，都會對發(fā)動機產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕和磨損影響。美國Ford公司的研究發(fā)現(xiàn)，使用甲醇汽

16、油后，發(fā)動機潤滑油中的鐵含量比使用無鉛汽油大5.2倍。發(fā)動機磨損的主要表現(xiàn)是活塞環(huán)和汽缸壁的磨損和腐蝕，其主要原因是甲醇及其燃燒中間游離基反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物（如甲酸）對金屬表面的侵蝕。另外，甲醇的蒸發(fā)潛熱大，汽化不良而流入汽缸壁，致潤滑油膜被沖洗而造成的潤滑油稀釋、并嚴(yán)重乳化導(dǎo)致發(fā)動機部件的摩擦磨損。RIPP的研究結(jié)果表明，甲醇汽油對汽車油箱的鉛錫鍍層有腐蝕作用，如含水分則對鋼板及焊接鋼管也會產(chǎn)生腐蝕，對一些銅、鋅、鋁等金屬及其合金也有腐蝕作用。3.2.3甲醇汽油對橡膠材料的溶漲性實踐證明，甲醇汽油對汽車供油系統(tǒng)橡膠部件的溶漲作用較大，對油泵的密封及其他部件的合成橡膠材料大都有腐蝕、溶漲、軟化或

17、龜裂作用，甚至對紙樹脂濾芯及金屬濾芯也有腐蝕作用，有時對化油器金屬有斑蝕作用。試驗表明，氟硅橡膠和氟烷橡膠具有較好的耐甲醇溶漲性能。日本的研究表明，特別是含10甲醇的汽油對各種橡膠的溶漲率都比較大。表3為甲醇汽油對不同橡膠（密封）體積變化的影響。表3含醇汽油對橡膠體積變化的作用，3.2.4甲醇的毒性甲醇是典型的神經(jīng)毒物，可經(jīng)呼吸道、胃腸道和皮膚吸收,甲醇對人體的神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)影響最大，它經(jīng)消化道、呼吸道或皮膚攝入都會產(chǎn)生毒性反應(yīng)，甲醇蒸氣能損害人的呼吸道粘膜和視力。急性中毒癥狀有：頭疼、惡心、胃痛、疲倦、視力模糊以至失明，繼而呼吸困難，最終導(dǎo)致呼吸中樞麻痹而死亡。慢性中毒反應(yīng)為：眩暈、昏睡

18、、頭痛、耳鳴、視力減退、消化障礙。甲醇攝入量超過4g就會出現(xiàn)中毒反應(yīng)，誤服量超過10g就能造成雙目失明，飲入量大造成死亡。致死量為30mL以上，甲醇在體內(nèi)不易排出，會發(fā)生蓄積，在體內(nèi)氧化生成甲醛和甲酸也都有毒性。在甲醇生產(chǎn)工廠，我國有關(guān)部門規(guī)定，空氣中允許甲醇濃度為5mg/m3，在有甲醇氣的現(xiàn)場工作須戴防毒面具，廢水要處理后才能排放，允許含量小于200mg/L。3.2.5甲醇汽油的排放性能國內(nèi)外一系列的試驗研究結(jié)果表明，由于甲醇具有很高的含氧量，使用甲醇汽油可以有效提高發(fā)動機的熱效率，減少汽車CO及HC的排放，而未燃燒的甲醇及醛類排放則較普通汽油有明顯增加。例如，德國大眾汽車公司進行的甲醇車隊

19、的排放試驗結(jié)果表明，甲醇汽車排放與汽油車相比，CO降低62.5%，HC減少33.3%，NOx減少25，而總?cè)┡欧旁黾恿?6倍。國內(nèi)研究表明，使用甲醇汽油，汽油發(fā)動機的CO排放比使用汽油下降了48，HC下降了39；NOx基本不變；使用M15、M100燃料，發(fā)動機的甲醛排放增加34倍，使用M15的未燃甲醇排放約50ppm，使用M100時為500ppm，甲醇在燃料中的比例越高，未燃的醇排放量越高。3.2.6甲醇汽油的其它性能除上述性能外，甲醇汽油的熱值為19.60MJ/kg，比汽油的43.50MJ/kg要低許多，因此，使用甲醇汽油后，發(fā)動機的油耗隨著甲醇的摻入量增加而增加。有資料報道，當(dāng)使用含10甲

20、醇的汽油時，發(fā)動機的油耗增加約5。在相同辛烷值的前提下，發(fā)動機的動力性能也有不同程度的下降。甲醇汽油在少量水分存在的情況下容易發(fā)生相分離，影響貯存和汽車正常運轉(zhuǎn)。甲醇本身的飽和蒸汽壓為33kPa，但研究表明，甲醇調(diào)入汽油后，會產(chǎn)生明顯的蒸汽壓調(diào)合效應(yīng)，調(diào)合油的蒸汽壓顯著增加。表4列出甲醇在催化裂化汽油和重整汽油中的調(diào)合蒸汽壓試驗結(jié)果。表4甲醇的蒸汽壓調(diào)合效應(yīng)，kPa表4結(jié)果表明，甲醇汽油的蒸汽壓比較高，容易產(chǎn)生氣阻，影響汽車的正常使用。此外，試驗表明，摻10甲醇的汽油蒸發(fā)排放比基礎(chǔ)汽油高12倍。甲醇汽油的低溫性能和冷啟動性能較差，這主要是由于甲醇的蒸發(fā)潛熱比汽油高3倍，低溫條件下，甲醇汽油不易

21、啟動，另外汽化潛熱大使化油器中形成的燃氣混合比為6.45，比汽油正常燃燒所需的理論空燃比15低得多，使汽車運轉(zhuǎn)性能不良，驅(qū)動性能下降，影響最大功率的發(fā)揮，不利于汽車的加速性，嚴(yán)重的將影響汽車的驅(qū)動性能。4國外醇類燃料的歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢41巴西推廣乙醇燃料的經(jīng)驗巴西是石油資源貧乏國家之一,早在20年代巴西就開始在汽車中應(yīng)用乙醇/汽油混合燃料。第二次世界大戰(zhàn)之后,隨著石油供應(yīng)的緩和,巴西乙醇/汽油混合燃料的應(yīng)用停滯不前,直1974年第一次世界石油危機才促使巴西政府下決心推行乙醇汽油計劃,1975年,巴西制定并開始實施了乙醇汽油全國計劃,第一批汽車使用的混合燃料是22%乙醇和78%汽油。1979

22、年,當(dāng)?shù)诙问臀C來臨時,巴西政府采取了一系列政策鼓勵生產(chǎn)、使用乙醇/汽油混合燃料。與此同時,巴西汽車工業(yè)也對使用乙醇/汽油混合燃料的第一代汽車進行了一系列的改進,如:由于乙醇熱值低,為保證發(fā)動機正常運轉(zhuǎn),巴西燃用乙醇的汽車壓縮比已普遍提高到12以上;對發(fā)動機油箱、化油器等供油系統(tǒng)進行防腐處理。由于乙醇的汽化潛熱高,為提高發(fā)動機進氣溫度,利用排氣預(yù)熱空氣系統(tǒng)及在發(fā)動機化油器下安裝電加熱器,保證了乙醇或混合燃料的正常汽化。巴西政府的乙醇計劃極大地促進了甘蔗生產(chǎn)、蔗糖加工、乙醇生產(chǎn)及乙醇汽車技術(shù)科研和生產(chǎn)的發(fā)展,同時形成了蔗糖、乙醇成套制造技術(shù)和乙醇汽車技術(shù)的科研和工業(yè)體系。巴西的乙醇產(chǎn)量從19

23、76年的6億L猛增到1990年的120億L,使用混合燃料汽車銷量從1978年的只占汽車總銷量的0.3%上升到1986年的90%以上。近幾年,由于國際原油價格低迷,巴西燃料乙醇的應(yīng)用發(fā)展緩慢。4.2美國乙醇然料的應(yīng)用情況1930年,乙醇/汽油混合燃料在美國內(nèi)布拉斯加州地區(qū)首次面市,1978年,含10%乙醇的混合汽油在內(nèi)布拉斯加州大規(guī)模使用。1979年,美國國會為減少對進口原油的依賴,從尋找替代能源的角度出發(fā),建立了聯(lián)邦政府的“乙醇發(fā)展計劃(使用E10,減免聯(lián)邦稅)”,開始大力推廣使用含10%乙醇的混合燃料,聯(lián)邦計劃的實施使美國的乙醇工業(yè)得到迅速發(fā)展,乙醇產(chǎn)量從1979年的3790萬L迅速增加到1

24、990年的3.3億L。在1990年以前,美國推廣乙醇主要出于兩個目的,首先乙醇是很好的代用燃料資源;其次,在美國車用汽油無鉛化進程中,乙醇部分起到了替代鉛的抗爆作用。1990年,美國國會通過空氣清凈法修正案,對汽油除了要求控制蒸汽壓、苯含量外,還要求含氧汽油添加(2.7m%的氧;新配方汽油添加李2.0m%的氧。EPA批準(zhǔn)使用的含氧化合物有:MTBE、TAME、ETBE、乙醇等(不包括甲醇)?？諝馇鍍舴ㄐ拚割C布后,乙醇作為主要含氧化合物之一被廣泛用于美國含氧汽油和新配方汽油生產(chǎn)。目前,美國汽油消費量為1250億加侖,相當(dāng)于3.46億噸,大約25%為含乙醇汽油。其中,在芝加哥等中西部地區(qū)汽油中乙

25、醇的加入量通常為10%,在需要使用含氧或新配方汽油地區(qū)的乙醇添加量則為5.7%(含氧量2.om%)或7.7%(含氧量2.7m%)。除此之外,1993年,美國加州開始實施靈活燃油車輛計劃,制定了用于輕型車的E85(85%乙醇+15%汽油)和用于重型卡車和公共汽車的E100(100%乙醇)的燃料規(guī)格。1999年3月25日,美國加利福尼亞州州長Davis發(fā)布公告:基于MTBE對加州環(huán)境及居民健康的影響,在不違背美國聯(lián)邦空氣清凈法要求的前提下,加州將于2003年l月l日起禁止MTBE的使用。1999年7月26日,美國國家環(huán)保局局長卡羅爾布朗納(CarolM.Browner)在收到該小組的報告后發(fā)表公告

26、,美國EPA將與國會合作,盡快制定必要的立法,在不犧牲清潔空氣方面已取得利益的前提下,幫助各州在當(dāng)前法律下減少使用并逐步禁止使用MTBE。目前,美國新能源法案計劃在4年內(nèi)逐步禁止使用MTBE,17個州已通過立法已經(jīng)開始禁止使用MTBE,截止到2002年已經(jīng)有約50%的MTBE被取代,加州在2004年l月1日全面禁止使用MTBE,目前加州已有約85%的汽油為乙醇汽油,美國加州汽油中乙醇的添加量通常為5.7%,以滿足汽油含氧量2.om%的要求。上述美國有關(guān)MTBE的最新進展情況表明,美國將開始大量減少使用MTBE,并很可能在未來幾年里全面禁止使用MTBE。此舉無疑將對美國乃至全世界的煉油業(yè)、MTB

27、E、乙醇的生產(chǎn)和使用產(chǎn)生深遠的影響。目前,美國燃料乙醇工業(yè)共有75套生產(chǎn)裝置,總的生產(chǎn)能力為869萬t,在建生產(chǎn)能力158萬t。2002年全美生產(chǎn)乙醇645萬t。美國有關(guān)協(xié)會預(yù)測,隨著新乙醇廠的投產(chǎn),2003年預(yù)計全美乙醇產(chǎn)量”4萬t。根據(jù)美國可再生燃料規(guī)劃,2012年的燃料乙醇需求量將達到1892.5萬t。4.3 國外甲醇汽油的應(yīng)用情況甲醇汽油開發(fā)及應(yīng)用在國外開始于20世紀(jì)70年代的第二次石油危機,從替代能源的角度考慮,德國、美國、日本等國先后投人人力、物力進行甲醇燃料及甲醇汽車配套技術(shù)的研究開發(fā)。在70一80年代期間,美國加州、德國等地均組織了甲醇汽車示范車隊(包括德國大眾汽車公司在中國建

28、立的M100甲醇汽車示范車隊)。美國對甲醇燃料和甲醇汽車都進行開發(fā)和應(yīng)用,重點開發(fā)燃燒M85、M100專用甲醇燃料汽車。美國開發(fā)了M100汽車,但是由干甲醇加油站限制,行駛里程受限制,用戶不便,故美國福特公司開發(fā)了可使用汽油或醇與汽油以任意比例混合的燃料的靈活燃料汽車(FFV),這種車由燃料傳感器識別成分,通過電腦提供發(fā)動機最佳運行參數(shù)。這樣就不會受到加油站限制。目前,FFV汽車在美國已經(jīng)能大規(guī)模商業(yè)生產(chǎn),這些由Ford汽車公司特制的使用高比例甲醇的靈活燃料汽車主要集中在加州地區(qū)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明,1998年后美國甲醇燃料汽車和甲醇燃料都在減少,目前,美國加州甲醇汽油加油站也僅剩下l座,其中原因是

29、多方面的:甲醇作為汽車燃料的缺陷,特別是甲醇有毒,使得甲醇在比較重視健康安全和生活質(zhì)量的美國不受歡迎;1997年開始的亞洲金融危機波及全球,使得世界上油價低迷,甲醇價格難以同石油價格競爭,1998年美國福特汽車公司停止生產(chǎn)FFV甲醇汽車;美國農(nóng)業(yè)作物豐富,美國政府非常重視保護農(nóng)民利益,使得毒性小和安全性比較好的乙醇燃料得以迅速推廣;此外,CNG、LNG、電力等代用燃料在美國市場發(fā)展空間比較大,也使甲醇代用燃料在美國受到冷落。美國、歐洲及日本汽車制造商堅持反對在汽油中摻燒甲醇,在美國車用無鉛汽油標(biāo)準(zhǔn)ASTM4814中,要求汽油中甲醇含量最大不超過0.3Vof%,MTBE的加入量最大可為15Vol

30、%;乙醇最大10Vol%;ETBE或TAME最大17Vol%。1998年12月世界汽車制造商組織聯(lián)合發(fā)布的“世界燃料規(guī)范”中,要求“不允許使用甲醇”。在歐洲85/536/EEC法規(guī)中,車用汽油中甲醇的添加量3Vol%(同時必須包括腐蝕抑制添加劑)。國外反對在汽油中加入甲醇,主要原因是甲醇腐蝕性比較大,目前的技術(shù)還不能很好解決甲醇汽油金屬腐蝕性問題,汽車的耐久性(16萬km)得不到保障。此外,由干甲醇有毒,使用不慎容易對人體造成傷害或致人死亡。S國內(nèi)醉類瀚料的研究及應(yīng)用5.1國內(nèi)甲醇燃料汽車研發(fā)和推廣應(yīng)用概況我國從20世紀(jì)70年代開始,較系統(tǒng)地研究甲醇燃料。低比例的甲醇燃料在四川省等地加油站出售

31、。國家科委在“六五”期間,組織M15甲醇摻燒汽油的研究、示范。曾在山西省進行過475輛M15汽車和4個加油站的商品化運行試驗。不過由于M15燃料中,需添加防止燃料分層的助溶劑(丁醇、雜醇、MTB)E,在我國不易廉價獲得,因而在“七五”期間,國家科委改為組織了十幾個單位進行高比例甲醇的試驗研究。與此同時,與德國大眾汽車公司進行了歷時7年的M100甲醇汽車國際技術(shù)合作研究,以及與美國福特汽車公司進行FFV合作研究,從而對國產(chǎn)發(fā)動機的優(yōu)化改造、與汽車的匹配、甲醇燃料配方、腐蝕抑制劑、專用機油、耐醇材料、排氣催化凈化、對環(huán)境和人體健康的影響等都進行了系統(tǒng)的研究。1997年國家科委和國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布【19

32、97018號文批準(zhǔn)山西省實施國家甲醇燃料示范工程,并先后投入50輛甲醇中巴車進行示范運營,該項目已經(jīng)于2001年11月驗收。中國第一家甲醇發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)一一晉中新天地發(fā)動機廠研發(fā)的多點電噴發(fā)動機,列入了國家高新技術(shù)創(chuàng)新項目,在先后經(jīng)歷了由化油器型、單點電噴型到多點電噴型,由定比例低甲醇(M15)到定比例高甲醇(M85)遞進式研制后,產(chǎn)品技術(shù)日趨成熟,多點電噴發(fā)動機成為試驗示范的動力支撐,目前該機已經(jīng)具備批量生產(chǎn)能力。1996年7月,大同汽車制造廠、中國工程院熱物所與美國福特公司合作,采用云崗牌DTQ6600中巴車成功地試制了我國第一臺靈活燃料甲醇汽車(FFV)。該車采用中央控制系統(tǒng)(ECU)和

33、多個傳感器,通過這些系統(tǒng),這部汽車可使用汽油與甲醇任意混合比例燃料。1998年3月大同汽車制造廠又試制了第二批巧臺定比例M85甲醇清潔燃料汽車,這巧臺甲醇汽車在太原至榆次公路上運行,各項指標(biāo)良好。大同汽車制造廠2001年6月試制成功M100全甲醇清潔燃料燃燒裝置。在普通燃油發(fā)動機上安裝該裝置后,可100%燃燒甲醇而不摻入汽油。該裝置已在夏利、捷達、6490越野車和6600中巴車上試驗成功。普通汽車安裝該裝置,燃燒100%甲醇后,除具有明顯的環(huán)保優(yōu)勢后,汽車的加速性、速度與普通汽車相當(dāng),而運行成本則比燃油汽車低得多,此外安裝該裝置的成本也不高,對普通發(fā)動機改造,每臺成本可控制在2000元人民幣以

34、下,這種裝置還可以避免國產(chǎn)甲醇中含蠟成分較高而導(dǎo)致噴油嘴被蠟質(zhì)堵塞現(xiàn)象,燃料消耗比傳統(tǒng)甲醇發(fā)動機下降30%以上。山西省已經(jīng)具備甲醇產(chǎn)業(yè)化的條件,今后5年山西省將增加至甲醇汽車5000輛。對于低比例M3、MS甲醇汽油還在四川省部分地方應(yīng)用,四川省技術(shù)監(jiān)督局還制定該甲醇汽油地方標(biāo)準(zhǔn)DB51/T259一1996。河南課河石化集團宣稱中比例甲醇汽油M50已研制成功,該集團還制定了該燃料的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/LHSHool一2001,并稱該甲醇汽油可以直接在汽車上使用,發(fā)動機無需改造。北京騰飛時代公司也稱研制成功M19環(huán)保復(fù)合燃料,宜稱該燃料在不改變發(fā)動機結(jié)構(gòu)下,解決了甲醇對橡膠的溶脹問題、加入甲醇后發(fā)動機動力

35、下降問題、遇水分層問題、冷啟動困難問題。5.2國內(nèi)乙醇汽油研發(fā)和推廣應(yīng)用概況在2000年以前,國內(nèi)開展乙醇燃料研究及應(yīng)用工作的并不多,據(jù)不完全了解,“八五”期間,在交通部能源管理辦公室的主持下,交通部屬有關(guān)科研機構(gòu)對乙醇作為車用燃料進行了一系列的研究,其中,1985年,云南省科委和云南交通科學(xué)研究所進行了60%乙醇汽油的發(fā)動機臺架及行車試驗;1986一1990年,福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所開展了E20(含20%工業(yè)乙醇的混合汽油)的應(yīng)用研究;交通部公路科學(xué)研究所先后進行的E20、E40、E60及100%乙醇汽油應(yīng)用研究等。1987年,中國石化銷售公司下屬的中南石油公司、湖北省石油公司、廣西自治區(qū)

36、石油總公司等單位也列項對18%一22%乙醇汽油、5%乙醇柴油等進行營運應(yīng)用試驗,試驗結(jié)果通過了中國石化銷售公司的技術(shù)鑒定。2000年9月,根據(jù)國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)指示,國家經(jīng)貿(mào)委要求中國石化集團公司組織有關(guān)科研單位開始對乙醇作為車用燃料的可行性進行了系統(tǒng)研究。已經(jīng)完成的的研究工作包括:燃料乙醇作為車用燃料的可行性試驗研究、乙醇汽油的行車試驗、燃料乙醇作為車用燃料的經(jīng)濟性分析、變性燃料乙醇及車用乙醇汽油國家標(biāo)準(zhǔn)的制定、燃料乙醇金屬腐蝕抑制劑研究、車用乙醇汽油應(yīng)用技術(shù)研究等。2002年3月,國家八部委聯(lián)合頒布了車用乙醇汽油使用試點方案和實施細則,組織實施了車用乙醇汽油的使用試點工作。其中,河南省南陽、鄭州、

37、洛陽三市車用乙醇汽油使用試點工作分別于2002年3月8日、6月8日、6月18日陸續(xù)啟動,中國石化集團公司分別在三個試點城市完成設(shè)計規(guī)模45萬t/a的車用乙醇汽油配送中心的建設(shè),河南南陽天冠集團完成20萬t變性燃料乙醇生產(chǎn)裝置的改造。三市試點封閉區(qū)域內(nèi)的249座加油站經(jīng)過改造銷售車用乙醇汽油。2003年6月,車用乙醇汽油的使用試點工作在河南、黑龍江兩省五市圓滿結(jié)束,在車用乙醇汽油使用試點期間,約有20余萬輛汽車和5萬余輛摩托車使用了近20萬t車用乙醇汽油。6總結(jié)雖然世界各國都在根據(jù)自身的實際情況發(fā)展代用燃料汽車,代用燃料汽車也將有比較快速度增長。但是在未來20年內(nèi),代用燃料汽車數(shù)量(甲醇汽車只是

38、其中的極小一部分)所占汽車比例最高不會超過30%,可以預(yù)見未來相當(dāng)長的時期內(nèi)汽車用燃料仍將以汽油和柴油為主。推廣使用車用乙醇汽油是我國一項重要戰(zhàn)略決策。推廣使用車用乙醇汽油可以緩解國內(nèi)石油短缺矛盾。我國在1993年后成為石油凈進口國,受資源的影響,國內(nèi)原油供求矛盾日益突出,這將成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展的長期壓力。九屆人大四次會議通過的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要提出,要開發(fā)燃料乙醇等石油替代品,采取措施節(jié)約石油資源。推廣使用車用乙醇汽油可以有效緩解玉米等糧食的轉(zhuǎn)化,促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)。我國是一個農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和消費大國,黨中央、國務(wù)院始終高度重視農(nóng)業(yè)問題。近年來,我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)連年豐收,

39、糧食綜合生產(chǎn)能力已接近5億t,實現(xiàn)了農(nóng)產(chǎn)品供給由長期短缺到總量基本平衡、豐年有余的歷史性轉(zhuǎn)變,然而糧食深加工轉(zhuǎn)化問題未能得到很好的解決。針對目前糧食供給相對過剩、糧價下跌、農(nóng)民收入增長緩慢問題,國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十個五年計劃綱要提出,要通過加工轉(zhuǎn)化、擴大出口等多種方式,解決糧食等農(nóng)產(chǎn)品階段性供過于求問題。推廣使用車用乙醇汽油可有效解決玉米等糧食的轉(zhuǎn)化,形成一個長期、穩(wěn)定、可控的糧食消費市場,有助于增加和穩(wěn)定農(nóng)民收入,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)。推廣使用車用乙醇汽油有利于環(huán)境的改善。燃料乙醇屬于可再生資源,車用乙醇汽油含氧,可有效促進發(fā)動機的燃燒,降低汽車尾氣有害物質(zhì)的排放,有利于改善大氣環(huán)境。美

40、國、巴西乙醇汽油的應(yīng)用經(jīng)驗以及國內(nèi)車用乙醇汽油可行性研究、使用試點經(jīng)驗表明,推廣使用車用乙醇汽油在技術(shù)上是可行的,但是一個系統(tǒng)工程,需要國家經(jīng)濟及稅收政策上的支持,并建立車用乙醇汽油生產(chǎn)、儲運、銷售、使用、市場監(jiān)管、價格調(diào)控、質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)保監(jiān)測的成套政策措施和管理辦法。目前,盡管甲醇生產(chǎn)技術(shù)比較成熟,市場供應(yīng)也比較充分,燃燒高比例和純甲醇燃料的專用甲醇燃料汽車技術(shù)也比較成熟,高比例甲醇燃料在國外也已經(jīng)商業(yè)化。但是由于種種原因,美國對高比例甲醇汽油和全甲醇燃料已經(jīng)在逐步減少使用,同時已停止生產(chǎn)高比例甲醇燃料汽車。國內(nèi)外研究及應(yīng)用經(jīng)驗表明,甲醇汽油在毒性、金屬腐蝕等方面存在著嚴(yán)重問題,盡管國內(nèi)外已

41、開發(fā)成功各種金屬腐蝕抑制劑,但這類技術(shù)還不能完全解決甲醇汽油的腐蝕問題,只能部分抑制或減緩腐蝕的發(fā)生。不能完全保證汽車16萬km的耐久性要求,因此,國外對發(fā)展低比例、中比例的甲醇燃料持反對態(tài)度,美國、歐洲等國外工業(yè)發(fā)達國家已禁止在車用汽油中摻混甲醇,尤其國內(nèi)外汽車制造商均強烈反對使用低比例甲醇汽油。因此,在不改變汽車發(fā)動機前提下發(fā)展汽油摻燒中、低比例甲醇技術(shù)應(yīng)持謹(jǐn)慎、科學(xué)的態(tài)度,并充分征求汽車制造商的意見,組織對車用甲醇汽油全面、系統(tǒng)、科學(xué)的可行性論證。5.乙醉汽油推廣的優(yōu)勢與不利因素5.1應(yīng)用乙醇汽油的優(yōu)勢推廣應(yīng)用乙醇汽油的優(yōu)勢主要有:乙醇辛烷值高(RON為11,MON為91),抗爆性好。國

42、內(nèi)典型催化裂化汽油中添加10%乙醇后,其RON可提高.34個單位,MON可提高1.4個單位。令乙醇氧含量高達34.7%,汽油中含,O%的乙醇,其氧含量可達3.5%.乙醇碳氫比低，有利于燃燒完到全,且燃燒干凈,熱效率較高,污染輕微,有利于降低排放。與普通汽油相比41r,應(yīng)用乙醇汽油可降低尾氣中一氧化碳排放量約20%一30%,減少烴化物排放量約12%,使有害物質(zhì)排放總量減少30%以上。令乙醇的汽化潛熱比汽油高約3倍,混合燃料蒸發(fā)汽化可以促使進氣溫度進一步降低,有利于增加發(fā)動機進氣量,提高發(fā)動機功率。令乙醇資源較為豐富,生產(chǎn)技術(shù)成熟,當(dāng)乙醇摻混比例小于10%時,無須對汽車發(fā)動機做大的改動。令乙醇是一

43、種有機溶劑,具有較好的清潔作用,能有效清除油箱及油路系統(tǒng)中燃油雜質(zhì)的沉淀和凝固,具有良好的油路疏通作用31r。5.2應(yīng)用乙醇汽油的不利因素推廣應(yīng)用乙醇汽油的不利因素主要有:令由于乙醇的熱值比車用汽油低,導(dǎo)致使用乙醇汽油的車輛油耗增加。與普通汽油相比f51,使用1E0乙醇汽油時,油耗略有增加.但車輛的動力性能、加速性能及冷啟動性能沒有明顯變化。令乙醇的蒸發(fā)潛熱大,低溫下不易啟動,導(dǎo)致汽車的動力性和經(jīng)濟性有所下降。令乙醇作為一種化工溶劑,對汽車供油系統(tǒng)、油泵、加油槍的橡膠部件有一定的溶脹作用。令乙醇抗水性差,乙醇汽油在少量水的存在下容易發(fā)生相分離。令乙醇生產(chǎn)成本相對較高,需要國家相關(guān)財稅政策的支持61r。6.醇類燃料發(fā)展前景展望 6.1甲醇燃料我國對甲醇的需求量已占據(jù)世界第1位,但產(chǎn)能過剩也是事實。加之受金融危機的影響,下游需求萎縮,來自中東及東南亞諸國的低價甲醇大量沖擊國內(nèi)市場,加劇了甲醇市場供大于求的矛盾。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示171,2000一2006年,我國甲醇產(chǎn)能年均增長速度為25%,2006一2010年甲醇產(chǎn)能年均增長速度為36%。2009年,我國甲醇產(chǎn)能達到3.2xl?！皌,而國