甲醇作為交通燃料的使用

1、甲醇作為交通燃料的使用2007年11月VII. 廢氣排放的影響A. 主要受到管制的廢氣排放相對汽油而言,甲醇在內燃發(fā)動機中燃燒時具有一些本質的優(yōu)勢。一氧化碳排放量是燃燒化學計量學中的一個計量函數, 與作為同一計量學的汽油燃燒相比, 并沒有顯著的不同 33。同樣,碳氫化合物與汽油具有相同的排放程度，然而同絕大多數汽油產生的碳氫化合物相比, 未經燃燒的甲醇作為大氣中臭氧前體物則具有明顯更低的活性。盡管這一優(yōu)勢在一定程度上被甲醇燃燒中增加的甲醛排放量所抵消, 但現代催化體系已經可以非常有效的減少甲醛的排放量，從而使甲醇比汽油更具凈效益。圖VII.1 給出了甲醇燃燒用計量學得出的普通發(fā)動機一氧化碳和碳

2、氫化合物的排放趨勢。對類似的發(fā)動機, 甲醇燃燒所排放的氮氧化合物量通常低于汽油所產生的排放量(見圖VII.2)。這主要歸因于甲醇較低的峰值火焰溫度。其次是因為甲醇的高潛熱, 從而降低了它的預燃溫度。當以恒定的壓縮比例操作發(fā)動機時, 結果表明如果以100%的甲醇代替汽油, 氮氧化合物的排放量可以減少30 40,41。然而如果當發(fā)動機的壓縮比增加, 或者同時發(fā)動機的其他方面產生了變化以期把甲醇的具體潛能增加到最大, 那么這個優(yōu)勢會被明顯的降低。對大眾汽車的研究顯示, 如果增加壓縮比至13:1, 以期利用甲醇的高辛烷值, 那么發(fā)動機排出的氮氧化合物量就會增加到當汽油在壓縮比8:1的情況下的同一水平4

3、2。然而, 在現代的三元催化系統(tǒng)下，這種固有的從發(fā)動機排放較低氮氧化合物的優(yōu)勢將不再顯著。最近, 均質壓縮點火(均質壓燃)燃燒系統(tǒng)的發(fā)展為使用純凈甲醇作為內燃機燃料帶來了希望。當甲醇被用在均質壓燃發(fā)動機上, 排放的氮氧化合物可降低到近于零值 43。均質壓燃發(fā)動機有潛力取代汽油及柴油發(fā)動機。甲醇和汽油的混合物會依據從甲醇中輸入到混合物中的氧氣含量來影響汽車的排放量。圖VII.3 顯示了測試結果的總體趨勢和置信區(qū)間, 測試是基于對很多車輛使用了一系列甲醇混合物 (包括共溶劑) 的結果 44。這些都是基于那個年代(八十年代早期)典型的廢氣排放控制系統(tǒng)的尾部排氣管的排放, 這種排放包括氧化催化的方式。

4、通過甲醇及其共溶劑來添加氧氣, 結果導致燃料的化學計量意義上的精簡, 其結果是一氧化碳和碳氫化合物減少了, 而氮氧化合物則略有增加。這些結果被協(xié)調研究安理會在為美國能源部所做的測試中確證了45。 美國環(huán)境保護局(環(huán)保局)測試了六個正在運營的客車, 這些被選的客車代了1995年大眾化的燃料和廢氣排放系統(tǒng), 即采用高達40%乙醇混和于汽油中46。這些車輛都是1990年和1992年的模型，都裝配了燃油噴射和三元催化反饋廢氣排放控制系統(tǒng)。所使用的汽油則代表一般夏季時間所使用的汽油, 乙醇是經濺灑方式混合的(即碳氫化合物部分未被調制以適用于乙醇混合)。所有的排放測試都是對底盤測功機所做的, 使用了聯(lián)邦測

5、試的程序。盡管在這些測試中都使用了乙醇, 但它們都是具有代表性的甲醇混合物，其中具有多達28的含氧量，這是在標準排放量變化中的主要決定因素。(沒有指明這些車輛在更高的混合級別測試中, 是否有可接受的駕駛性能)。在美國環(huán)境保護局測試過的六部車輛中, 盡管廢氣排放量變化多樣，然而在圖VII.3中它們都顯示了相同的趨勢。基于對結果的線性回歸分析，環(huán)保局發(fā)現這些車輛平均顯示了當混合物中有14的氧氣含量時，一氧化碳排放量減少了45 (相當于40的乙醇或28甲醇)。當氮氧化合物增加了64時, 碳氫化合物減少了32。因此, 雖然這些車輛比用于圖VII.3測試中的車輛至少新十年, 然而它們都表現出了相同的趨勢

6、。毫無疑問，這是因為事實上大多數汽車具有現代排放控制系統(tǒng),排放發(fā)生于開環(huán)操作階段，例如：冷啟動，暖機，然后是節(jié)氣門大開的加速度。不過應該注意到，與圖VII.3中的數據相比, 這些車輛已降低了對燃料中氧含量的反應，雖然這種反應仍然顯著。軌道發(fā)動機公司曾經為澳大利亞環(huán)境署做過一份更新的研究, 使用了新型汽車和含有20乙醇(7氧氣)的燃料47。他們測試了五個2001年型號的車輛，這些車輛都具有電子燃油噴射和三元催化廢氣排放控制系統(tǒng)。這些汽車被選擇作為澳大利亞汽車的代表, 但和世界其他地方的汽車比起來, 他們有著同樣的燃料和廢氣排放控制系統(tǒng)，也許只是校準刻度有所不同。 對這些車輛的廢氣排放的測試采用了

7、美國聯(lián)邦的測試程序，同樣的測試程序也被環(huán)保局用于他們的測試項目中。軌道發(fā)動機公司發(fā)現, 平均而言, 當使用20的乙醇時, 碳氫化合物的排放量減少了30, 一氧化碳排放量減少了29，而氮氧化合物則增加了48。這些結果與環(huán)保局的結果相似, 但相對更高 (環(huán)保局的結果顯示當氧氣含量在7時, 碳氫化合物的總排放量減少了16, 一氧化碳排放量減少了22，氮氧化合物增加了32)。在這兩組汽車之間的一個區(qū)別是軌道發(fā)動機公司購買的是新車, 在排放測試前這些車已行駛了4000英里。而環(huán)保局測試的車輛是舊車(每輛車的累計里程沒有列出)。還應當指出的是, 所作的比較是這三組車輛排放量的百分變化, 而不是絕對的排放水

8、平, 當然不同車輛的排放水平是不一樣的。這些排放量的變化均顯示出在任何情況下, 燃油系統(tǒng)并不能夠完全補充從乙醇中增加的氧氣量。氧氣添加的一個長期而潛在的影響是催化劑更加快速的退化。在使用20的乙醇以及當節(jié)氣門全開時的狀態(tài)下, 軌道發(fā)動機公司所測量的每輛汽車的催化劑的溫度都要高于汽油的溫度，這是因為燃料系統(tǒng)無法維持理想的化學計量。在節(jié)氣門全開時的狀態(tài)下, 加速上升的催化劑的溫度導致了加速了催化劑的退化，并增加了當催化劑降解時所有的排放量。事實上，這就是軌道發(fā)動機公司在其駕駛車輛80000公里(50000英里)后, 再測量排放量時發(fā)現的48。在駕駛了50000英里后, 五部汽車中只有兩輛顯示出碳氫

9、化合物和一氧化碳排放量降低了, 而在4000英里的測試中, 所有的汽車在使用20%乙醇時都顯示出碳氫化合物排放量降低了。在50000英里以及使用20%乙醇時, 五部中的四部車輛都顯示了增加的氮氧化合物的排放量，在4000英里測試中也獲得了同樣的結果, 只是在4000英里和50000英里測試中, 汽車顯示出不同的降低程度。軌道發(fā)動機公司調查了排放退化最嚴重的汽車, 發(fā)現該催化劑的轉換效率已大幅度下降，最可能的原因是較高的催化劑操作溫度。這部汽車的馬力與重量比率較低, 所以大部分時間發(fā)動機都在進行高負荷運轉, 這就加快了由于較高的排氣溫度造成的催化劑的退化。對其他車輛這種影響是相似的，但反應更為緩

10、慢。這些測試項目暗示, 在汽車上使用并非為其設計的中度到高度的甲醇混合物, 盡管在短期內可以減少一氧化碳和碳氫化合物的排放量，但就長期而言, 如果催化劑更迅速的退化會造成所有的排放量的增加。B. 二氧化炭排放和汽油一樣,甲醇燃燒所產生的最主要的化合物是二氧化碳。為了生成同樣多的能量, 和汽油相比, 甲醇只產生94二氧化碳量。為提高甲醇的效益而被優(yōu)化的發(fā)動機則排放更少的二氧化碳量。由美國阿貢國家實驗室管理的溫室氣體, 被管制的排放量, 和能量在交通中的使用 模型(GREET)顯示, 如果兩用燃料汽車使用85甲醇(M85), 它們的二氧化碳排放量是同類車輛使用汽油時二氧化碳排放量的96%49。與純

11、凈甲醇相比, 這個增幅主要是因為M85中含有15%的汽油。GREET模型還包括了一輛"純凈的"甲醇汽車, 已經為使用M90所優(yōu)化。這種”純凈的"甲醇車輛二氧化碳排放量是類似汽油車輛二氧化碳排放量的89%。這種相對于使用M85車輛的降幅主要是由于GREET模型的內置假設, 既使用"純凈"甲醇的汽車要比使用汽油的類似汽車節(jié)省7%的燃料。如果汽車的發(fā)動機被優(yōu)化以便于甲醇的使用, 那么在使用甲醇時, 則能節(jié)省更多的燃油, 同時相應減小二氧化碳的排放量。C.有毒物質當甲醇燃燒時, 排放的碳氫化合物中主要包括未經燃燒的甲醇和醛類化合物，其中最多的是甲醛。測

12、試表明，純凈甲醇會產生約兩倍于汽油的醛類化合物50 (圖VII.4顯示了甲醇和汽油中醛類化合物的總體排放趨勢)。對純凈甲醇汽車的測試證明甲醛是甲醇燃燒時的主要有毒排放物51。使用催化轉換器, 醛類排放量可以得到有效的控制。 汽油產生附加的有毒物質，諸如1,3丁二烯，苯，正己烷，甲苯，和二甲苯, 它們一般產生于各種碳氫化合物。當甲醇被添加到汽油中，這些有毒物質的生成量會相應減少。另外，如果甲醇添加導致化學計量向不足量轉化, 與此相關的碳氫化合物排放量的總體降低會成比例的減少有毒排放物。D. 霧化排放相比汽油而言, 純凈甲醇會產生較少的霧氣，因為它的沸點較汽油的初始沸點高。聯(lián)盟石油公司的早期工作發(fā)

13、現, 同汽油相比, 甲醇的霧氣降低了汽車炭罐吸收氣體的能力 36。然而, 美國生產和使用的M85車輛與相應的汽油車輛一樣, 符合同樣的霧化排放標準, 并且炭的長期降解并未作為問題報告過。正如在第五節(jié)中解釋過的, 在汽油里加入甲醇將極大增加霧氣量, 緣于汽油蒸餾曲線的較低部分。由于汽車的霧化系統(tǒng)是為汽油設計的, 如果在汽油中加入甲醇, 但同時汽油沒有被改良以減少其前端波動 (0至50被蒸餾), 將幾乎肯定會導致濾氣罐的飽和，結果則產生非常高的霧化排放。為響應在美國使用甲醇和汽油共混物的要求, 環(huán)保局制定了一項改良霧化指數, 以期用來反映由甲醇造成的汽油前端波動的變化。符合改良霧化指數的甲醇和汽油

14、混合物應該不會造成霧化排放的增加。在一個環(huán)保局對甲醇和汽油豁免請求的裁決中，他們的評論是如果合理配制的共混物，將不會降低碳罐吸附氣體的能力52。為獲得汽車M85霧化排放的認證書, 環(huán)保局要求在測試中使用M85, 直接分餾而得的汽油, 以及具有最高氣壓的兩者的混合物 53 。當燃料系統(tǒng)已逐漸拋棄鐵制油箱和管道, 而改用塑料制造的系統(tǒng), 有可能導致甲醇和甲醇混合物的滲透排放。(所謂滲透是燃料通過燃料系統(tǒng)所用的橡膠材料進行霧化, 主要透過油箱和管道)，在美國，已經對汽油里乙醇混合物的滲透排放量做過測量。結果表明，乙醇混合物中的乙醇往往被首先吸收到塑料燃油管道和油箱中，然后從其外表面蒸發(fā)掉54。由于甲

15、醇對熱塑性彈性體的反映類似于乙醇，在某些較壞情況下，甲醇混合物也會造成滲透排放。如果選擇適當的材料以及合理的設計, 滲透式的排放是可以預防的。舉例來說，塑料油箱的制做工藝已經得到改進以減少滲透損失(氟化和磺化)。采用減少了滲透成分連續(xù)層的多層燃料箱也得到發(fā)展。盡管減少滲透的技術毫無疑問要比普通塑料箱昂貴，它們可以作為同樣的技術用于使用汽油的汽車中以減少滲透排放量,以滿足最嚴格的霧化排放標準，即，在加利福尼亞州實行的PZEV標準(部分零排放車輛)。當更嚴格的霧化排放標準變得更加普及時，為使用甲醇的汽車配備此類的燃料系統(tǒng)的成本差價將變得無足輕重。E. “從油井到車輪”的溫室氣體盡管與汽油相比, 甲

16、醇燃燒不會造成明顯不同的二氧化碳排放量，然而當考慮到整體通過最終用途提取資源的途徑時, 情況就不一樣了。這類對運輸車輛排放的溫室氣體的評估被稱為"從油井到車輪" 。在這種情況下，假定甲醇是專門用于為甲醇設計的內燃機汽車，以利用甲醇的性能來提高效率。 GREET模型主要就是用于這項分析的 49。GREET模型僅僅包括簡單數字來表示從煤中提取的甲醇和從生物量中提取的甲醇。一個獨立的對從煤中提取的甲醇的”從油井到車輪”的溫室氣體的估算被用于這種分析。 下面列出的是生產甲醇的天然資源： - 天然氣- 煤- 存儲了二氧化碳的煤- 生物質因為天然氣是目前可用來生產甲醇的主要資源，所以天

17、然氣被包括進來作為比較的基準。但是，應該認識到， 這種天然氣的情況只適用于北美 - 從其他地方或在特定情況下從天然氣中產生的甲醇可能有更高或更低的溫室氣體。煤的情況也只適用于北美, 并在假設使用煙煤的時候 (出自于GREET模型的特點)。兩種水平的截存包括：反應目前技術的75的效率, 和根據美國能源部的目標在2012年達到90的效率55。從生物質中產生的甲醇假設使用的是木材資源以及利用氣化技術。甲醇內燃機汽車假設比類似的汽油內燃機汽車效率高749 。原因包括較高辛烷值，較低燃燒溫度，和更有效地燃燒。圖VII.5給出了結果。天然氣中的甲醇預計產生比汽油略少的溫室氣體, 這主要是由于假設汽車使用甲

18、醇時的效率要高7。隨著各種溫室氣體排放有可能從汽油生產中產生, 或者從天然氣的甲醇生產中產生，這種不同很有可能是不顯著的。未經過截存的煤中的甲醇產生幾乎兩倍于汽油的溫室氣體 - 這種結果并不出人意料，尤其考慮到煤炭的高碳含量和低氫含量。使用目前的碳截存效率水平, 從煤獲得的甲醇顯示出非常類似于汽油的溫室氣體排放量 - 改善碳截存能使溫室氣體進一步降低約15。最后，生物質產生的甲醇有一個溫室氣體凈正值, 因為所有用來制造甲醇的碳都是一種可再生資源(也就是說，所排放的碳通過原料的再生又被截存回地面)。 在考慮煤的情況時，我們假設工廠僅僅生產甲醇。那些又生產甲醇又發(fā)電的工廠比專門的工廠更有潛力和效率

19、來生產甲醇。相對于效率55的專門工廠, 使用空氣產品LPMEOHTM甲醇生產技術的生產效率估計為7156。從這些設施中的生產的甲醇將有相應較低的溫室氣體排放量。VIII. 基礎設施的影響甲醇產于世界各地, 并經海洋油輪行銷于多個國家。本節(jié)側重于甲醇在使用運輸車輛的國家中分銷，儲存及零售分配。A. 分銷取決于具體的體容和運輸距離, 甲醇通常經由鐵路油罐車，駁船和卡車油罐車發(fā)送 57。在美國，只有極少量的甲醇是通過輸油管道傳送, 而且傳輸距離也一般很短58?？紤]到運輸體積和距離的因素, 管道運輸是最符合成本效益的長期燃料運輸方式。許多國家已通過管道來運輸石油產品，但使用這些管道運輸甲醇面臨著幾大障

20、礙。在開始使用甲醇時，甲醇只占所有經由管道運輸液體燃料中很小的一部分。間歇運輸甲醇的石油管道面臨與石油混雜, 以及需要額外的適用于甲醇的存儲方式。當石油產品由管道運出后，需設計一個截斷點以確保石油質量, 同時盡可能的保留其與甲醇的交融部分。舉例來說，甲醇有可能被一次輸送, 在前后端配以不同等級的汽油。其混雜部分可以保留在甲醇中，從而防止其混入汽油產品中，比如M85。然而，不同產品在管道中的打包運輸具有擴散效應，因而使這種安排方式越發(fā)復雜。如果甲醇不得不與汽油以外產品打包運輸，這種切割方式是不能接受的。在此類情況下，大量的混雜部, 或稱之"傳輸混合物"將不得不移除并重新處理。

21、這一過程可能是由一個小型區(qū)域輸送混合物分離器來完成，但在某些情況這些混合物將不得不運回煉油廠。對于由甲醇和石油燃料組成的界面, 該分離處理將會更為困難。此外，甲醇將帶出管道中已有的水份和石油殘留物, 從而進一步降低的界面混雜體的質量。一項盡可能減少界面混雜體體積的技術是通過使用一種使不同產品在管道中實施實際上的隔離，這種裝置通常成為"PIG"。然而利用PIG未必能解決吸水及殘留物夾雜的問題，同時也無法確知派PIG通過管道的實用性頻率 (管道流動通常只能延一個方向-PIG必須送回其插入的地方)。 在確知經由現有的石油管道來裝運的甲醇是否具有可操作性之前, 上述這些問題以及其他

22、問題需要進行深入的探討。一些現有的管道可改為甲醇專用。一旦這些管道得以清理, 上述所討論的關于石油管道間歇運輸, 以及吸水及殘留物夾雜的問題便不復存在。即使如此，潛在的材料與現有的管道兼容性問題仍需加以研究，并且當使用現有的石油管道為甲醇運輸專用時，獲得適合貯存甲醇存儲罐的可及性仍是一個問題。B. 儲存甲醇大容量存儲裝置應做適當水平或垂直設計。為限制濕氣濾滲，建議使用一個保護性通風孔并配以消焰器，或使用氮氣屏蔽。考慮到甲醇的低傳導性，正確的接地是十分必要。在零售服務站貯存時，地下油罐是首選。地下儲存有如下幾個優(yōu)勢：燃油維持在相對恒定的低溫; 為車輛加油使地上空間最大化; 從罐車重新裝滿將可以利

23、用重力，而不是油泵。甲醇罐體可使用不銹鋼，碳鋼，或與甲醇兼容的玻璃纖維。在美國，置于地下的甲醇存儲罐必須有二次防護，因為甲醇被列為危險化學品。二次防護包括：- 雙層罐體- 將罐體置于圓拱型水泥墻體中- 使用甲醇不能滲透的天然或合成襯里，在罐體周圍挖掘構筑防護帶對于加油站的地下甲醇存儲罐，通常使用保護性通風孔并配以消焰器來防止其吸收水份， 而不是使用氮氣屏蔽。保護性通風孔通常調節(jié)到只有當罐內壓力超過 7-21 千帕 1-3 PSI），以及當罐內真空部分含水超過5-10厘米（2-4英寸）才開始工作 59。當存放純凈甲醇時這一點尤其重要，因為罐內揮發(fā)空間具有易燃性，不像儲存汽油或M85其揮發(fā)空間過于

24、飽和反而不易燃。在存儲甲醇前，現有的地下石油罐必須進行徹底的清洗以除去所有的水分和沉渣物。一些地下存儲罐使用的墊襯必須與甲醇相適。除了來自空氣的濕氣入滲，水分往往經由密封不好的加油閥進入地下存儲罐。應努力防止水自地表滲透，因為這類水分往往包括諸如鈉和氯離子之類的雜質，從而導致甲醇的腐蝕性大大增加了。C加油站加油站必須能夠將甲醇從地下儲存罐，經加油機送入汽車油箱60。大多數地下儲油罐用潛水泵輸油，其泵內必須使用與甲醇兼容的材料。當甲醇從地下儲油罐抽出時，其經由管道輸送至分流機(參見圖VIII.1)。 與油罐相似，運輸甲醇的管道可以由不銹鋼，碳鋼或者與甲醇兼容的玻璃纖維制成。在美國，管道和地下儲油

25、罐遵守一樣的規(guī)則，即要求其為雙層管壁或二次防護。VIII.1 甲醇加油站示意圖（資料來源：編號60）至于管螺紋連接，推薦使用適于甲醇的特富龍®膠帶或粘膠。用于汽油的管道涂料將被甲醇溶解，導致泄露。螺栓連接必須使用與甲醇兼容的墊圈。旨在為石油燃料設計的加油機通常使用鋼材，生鐵，鋁，黃銅，青銅材和不銹鋼。其中，只有鋼材和鑄鐵適用于甲醇。此外，加油機所使用的一些墊片與橡膠墊圈也未必適于甲醇。分配器制造商已開發(fā)出與甲醇兼容的產品，必須使用這些部件來防止故障已及由甲醇外泄所導致的火災。絕大多數加油機裝有可擰上的，和有可更換部分過濾器。最耐用的過濾器，包括尼龍過濾元件和甲醇兼容的膠粘劑。因為甲醇

26、可與許多金屬發(fā)生反應，同時產品的腐蝕會導致甲醇汽車燃料系統(tǒng)出現問題，因而建議甲醇濾芯孔隙采用3微米平均直徑，而不是典型的用于汽油汽車的10微米平均直徑59。小孔徑過濾器元件更容易導致靜電累積。由于甲醇的低傳導性，這一問題尤其突出。在情況嚴重時，從濾芯向容器的放電引起容器自內向外的快速侵蝕，最終形成一個孔洞。在背壓明顯形成之前更換過濾器將大大減低靜電的積聚。當使用甲醇時，為汽油設計的加油機輸油管會迅速變質，并在加油時把剝離碎片帶入汽車，反過來將堵塞燃油過濾器。即使與甲醇兼容的輸油管也發(fā)現塑性體剝離現象，因而應在安裝前在甲醇中浸泡24小時59。對于大多數加油機建議使用必須與甲醇兼容的斷開式端口配件

27、。為甲醇設計的常規(guī)噴嘴業(yè)已存在，但更好的解決辦法是問題"干斷"或"免溢"的噴嘴。免溢噴嘴（見圖VIII.2和VIII.3 ）是由甲醇燃料電池聯(lián)盟，一個由巴斯夫公司，英國石油公司，戴姆勒-克萊斯勒，Methanex公司 ，挪威國家石油公司和巴拉德牽頭的工業(yè)聯(lián)盟所開發(fā)的61。在噴嘴和汽車燃油貯箱中置入光纖通信以確保在輸油時與電荷絕緣。使用這種噴嘴可以消除漏油，和防火安全和防止人體接觸甲醇的有關顧慮62。圖VIII.2 在使用中的同一免溢甲醇加油噴嘴（資料來源：編號61）圖VIII.3 在使用中的同一免溢甲醇加油噴嘴（資料來源：編號61）VIII. 甲醇在柴油

28、重型機車中的使用甲醇的物理和化學性質使其特別適用于火花引燃式發(fā)動機的燃料，但它的無煙式燃燒能力(由于缺乏碳-碳化學鍵) 亦吸引了柴油機設計者來找到如何使用它的方法。很多在柴油機發(fā)動機中使用甲醇的方法已經得到研究，其中包括在雙噴射發(fā)動機，和在改良的可實行壓縮甲醇點火的發(fā)動機中使用復合劑，乳劑，熏蒸，并配以點火增強劑63。應該注意到在這些方法中，只有使用點火改進劑和壓縮點火技術才能使發(fā)動機中柴油燃料得以分離，然而徹底的分離并沒有被視為一項要求，因為甲醇的排放效益通常高于它所取代了柴油燃料部分。柴油機也可以改裝成火花點火式發(fā)動機，但這一改裝實質上是將其改裝成奧托循環(huán)發(fā)動機。目前裝有的甲醇發(fā)動機的重型

29、車輛已進行大批量測試64,65,66,67。A 甲醇與柴油燃料混合使用甲醇在柴油中溶解度非常有限（只有幾個百分點），過去并沒有認真考慮將其用于柴油發(fā)動機中。而其他可融于柴油的含氧化合物已進行嚴肅的探討68。B 甲醇乳劑與柴油燃料混合使用甲醇在柴油中非常有限的溶解度導致了廣泛的研究，以找到用甲醇透過乳劑融入柴油的辦法63,69。通過使用乳劑，已發(fā)現有可能將大量甲醇混入柴油中（測試一般使用10-30）。已發(fā)現甲醇乳液的缺點包括下列內容：- 在甲醇中需要添加大致等量的乳化劑，從而使燃料變得昂貴。 - 添加甲醇使乳液中的的十六烷值迅速減少，因而需要改變發(fā)動機噴油記時系統(tǒng)，或者增加點火改良劑。 - 在低

30、溫中乳劑變得非常粘稠，且往往在有水存在時與甲醇分離。- 乳劑容易導致燃油噴射系統(tǒng)部件腐蝕，并出現和橡膠墊圈兼容性問題。 - 相對柴油燃料，乳劑的容積熱值相對降低，可能有必要調整增加燃油流量以保證整體工作性能?；谏鲜鲈颍状既閯┖筒裼腿剂系幕旌鲜褂蒙袥]有實現商業(yè)化。C 甲醇通過熏蒸使用熏蒸是一項通過與碳化合或蒸汽化技術將酒精通過進氣歧管導入柴油機，隨后由柴油機噴油點火。這就要求加上一個化油器，燃油噴射系統(tǒng)，或者汽化器，并配以一個單獨為甲醇設計的油箱，管路和控制器。在甲醇輸送時必須限制在滿負荷，以防止不發(fā)火以及防止在中間和高負荷變化時產生的發(fā)動機爆震。在中等負荷范圍內，高達50的燃料能量可從甲

31、醇中得到，而在發(fā)動機低負荷態(tài)，已被證明高達80的燃料能源需由柴油提供63。然而典型的整體替代價值實際上要低得多。對發(fā)動機而言，實現其最大化的柴油燃料替換的控制要求，增加了發(fā)動機控制系統(tǒng)的復雜程度。熏蒸系統(tǒng)的一個優(yōu)點是可能實現從熏蒸轉換到直接用柴油燃料運行如果甲醇為間歇性供應，這顯然是一個理想的選擇。 渦輪增壓發(fā)動機采用甲醇熏蒸法目前具有一定難度。一般來說，在渦輪增壓前加入甲醇相對容易一些。但甲醇難以蒸發(fā)，完全是因為它具有高度的潛熱，而且液體撞擊壓縮機葉片會造成其迅速損害。壓縮機以后引入甲醇緩解了這個問題，然而會使安裝更加困難?？傮w而言，熏蒸是最適合改造的應用技術，它可以對降低廢氣排放量產生有利

32、影響70。D 甲醇的雙噴嘴發(fā)動機中的使用在雙噴射發(fā)動機中，加入了一個專為甲醇設計的二次噴射系統(tǒng)。初始的噴射系統(tǒng)僅注入足夠的柴油來引燃甲醇。雙噴射發(fā)動機能非常有效地用于大量的甲醇 - 許多研究單位已實現了在滿負荷時效率達90，在閑置和低負荷下達到50 63 。此類設計的發(fā)動機已具有與柴油發(fā)動機具有基本相同的效率，同時保留了甲醇低排放的優(yōu)點（即低氮氧化物和顆粒物） 。雙噴射發(fā)動機從未實現商業(yè)化，無疑是由于他們的增加的成本（第二燃料系統(tǒng)）和同時裝有兩種燃料系統(tǒng)的不便性。E 甲醇和點火改良劑的使用點火改良劑（也稱為十六烷值改進劑）對使用甲醇的柴油發(fā)動機提供了一個具有吸引力的方法。在甲醇中加入點火改良劑

33、能使其具有和柴油燃料相同的可點燃性。這允許在未改裝的柴油發(fā)動機中使用甲醇，從而避免復雜和昂貴的發(fā)動機改裝（雖然燃油噴射系統(tǒng)仍需要修改以增加流量，并與甲醇相容）。而且視操作員的需要，這一方法可以允許同一發(fā)動機交替使用甲醇和柴油燃料。雖然點火改良甲醇除小規(guī)模論證并沒有得到廣泛使用，自1979年在巴西梅賽德斯-奔馳巴西發(fā)起了一個用于公共汽車的試驗項目，巴西已經采用點火改良乙醇作為燃料，最初的應用經驗令人鼓舞，梅賽德斯-奔馳巴西在 1983 年22噸級和32噸級卡車的改進的發(fā)動機上使用點火改良乙醇。（亦提供了為現有卡車提供的改進工具包。）截至1986年，共約1700輛使用點火改良乙醇的卡車（包括新型和

34、改進型）在巴西運行63。由于大多數點火改良劑的成分中含有氮，氮氣對氮氧化物的排放影響引起人們的關切。大量實驗表明，只有一小部分氮最終成為氮氧化物，而從總體上看，氮氧化物排放量減少主要取決于甲醇的排放特性63。總之，點火改良甲醇提供了一種在現有的和新產柴油發(fā)動機中使用甲醇的方法，發(fā)動機只需做適當改進以解決材料的相容性問題。點火改良劑的成本亦是評估點火改良甲醇是否代表著一種可行燃油的一個因素。就此而言，二甲醚亦有很好的發(fā)展前景71。F 甲醇在壓縮點火柴油發(fā)動機中使用一些研究機構論證了柴油發(fā)動機可以在輝光插頭或"熱點"的輔助下在燃燒室內實現甲醇的壓縮點火。底特律柴油機公司利用這個

35、概念在他們熱門的二沖程柴油發(fā)動機中制造了一個壓縮點火版的，該發(fā)動機用在美國數以百計的工交汽車，和其他重型機車上72。通過輝光插頭加熱，該發(fā)動機實現了在低負荷下的甲醇壓縮點火，并在高負荷下，通過保留了大量的已燃氣體來加熱流入的甲醇，使其達到在壓力下點火。這些發(fā)動機具有非常低的氮氧化物排放量，而唯一的顆粒排放是在消耗潤滑油時產生的。盡管這些發(fā)動機已不再使用，并已由新設計的四沖程發(fā)動機（無甲醇版本）所取代，它們仍以展示了甲醇壓縮點火發(fā)動機的設計能力?？ㄌ乇死諡槠?306四沖程柴油發(fā)動機開發(fā)了一個甲醇版的發(fā)動機，其采用輝光插頭以實現點火73，Navista為其DT-466四沖程柴油發(fā)動機設計的甲醇版，

36、亦采用了輝光插頭74。展望未來，均質混合氣壓點火技術為設計采用甲醇壓縮點火的低排放和高效率的重型發(fā)動機提供了廣泛的機會43。X. 非上路發(fā)動機和車輛A. 小型發(fā)動機數以百萬計的小型發(fā)動機每天被用在草坪割草機，鏈鋸，樹葉鼓風機等機械中。其中二沖程設計占有一個非常小的市場分額的大部分，而在這類產品中另外一些較大型發(fā)動機為四沖程。絕大多數的發(fā)動機都由單汽缸和簡單燃料系統(tǒng)組成的油箱，切斷閥和非常簡單的化油器構成。因為這一類發(fā)動機的價格非常便宜，其材料是基于成本來選擇的，并沒有像汽車燃油系統(tǒng)部件所設計的那樣, 能夠抵御相同程度的濫用。 這些小型發(fā)動機，出于運行穩(wěn)定，易于發(fā)動，及耐用性的原因，通常被校準了

37、在化學計量"過量的"一面操作。因此，這些發(fā)動機通常使用的汽油中混入相當大比例的甲醇, 也不影響它的操作。在單缸 (123cc位移) 發(fā)電機組發(fā)動機的測試中，當使用含30甲醇的汽油時, 發(fā)現操作沒有任何不良影響 75。這主要是由于當發(fā)動機在滿負荷的狀態(tài)下使用含30甲醇的汽油，這種發(fā)動機在過量的化學計量下運轉的事實。在滿負荷時，汽油中30的甲醇把8.7一氧化碳排放量減少到了4.8。同樣， 碳氫化合物的排放量從730減少到495 ppm。氮氧化合物的排放量沒有被測量，但在過分計量時，有可能在任何情況下他們都非常低。醛類的排放量沒有被測量，但可以預期甲醛排放量將由于甲醇的燃燒而顯著

38、增加。發(fā)動機制造商協(xié)會(EMA)代表的是小型發(fā)動機制造商的利益。盡管他們大多數沒有提到使用了甲醇, 但個別制造商用的使用乙醇混合物的手冊還是提供了一些說明。盡管一些小型發(fā)動機制造商愿意使用乙醇混合物，他們仍然建議當發(fā)動機在未使用狀態(tài)下, 不應允許該燃料留在燃油系統(tǒng)里。推斷是因為它們的燃料系統(tǒng)不斷曝露在外, 這樣的情況不適合使用乙醇。這樣可能造成老化的塑料部件，如線路和油箱，以至于腐蝕的燃料系統(tǒng)，甚至內部發(fā)動機部件 例如兩沖程發(fā)動機的曲軸箱。已發(fā)現緩蝕劑成功的減少了二沖程發(fā)動機材料的腐蝕, 有希望被引進作為燃油的組成 76。B. 大型發(fā)動機大型非上路發(fā)動機通常來自于運輸發(fā)動機，雖然有些是為特定目

39、的而建造的。他們共同的特點是都有一個簡單的燃料系統(tǒng)，并沒有廢氣排放控制系統(tǒng) (雖然在美國這種情況正在改變，美國正在給非上路發(fā)動機實施廢氣排放標準)，大型非上路發(fā)動機通常不像較小型非上路發(fā)動機, 在過量記量的狀態(tài)下操作的。其結果就是，更容易注意到它們燃料里是否加入了甲醇, 比如更困難的冷啟動，當油門快速變化時遲緩的瞬間反應, 和降低的最大功率輸出。使用甲醇混合物后不久有可能堵塞燃油過濾器, 因為甲醇能夠去除一直以來在燃油系統(tǒng)上沉淀的各種殘留物。當使用甲醇混合物時, 這些發(fā)動機的排放量變化與小型非上路發(fā)動機相似:極大的減少了一氧化碳和碳氫化合物，氮氧化物略有增加。因為這些引擎很少使用催化劑，預計甲

40、醇混合物將增加甲醛的排放量， 而碳氫類有毒物將可望減少，如上述第七節(jié)所解釋的。 在大型非上路發(fā)動機里使用甲醇混合物，很可能造成燃料系統(tǒng)零件被腐蝕以及增加發(fā)動機的磨損，除非更加頻繁地更換燃油。許多這些發(fā)動機使用化油器，化油器是金屬制成，因此可以腐蝕，并有許多橡膠和塑料部件也將被甲醇降解。燃料管路有可能會脹大及軟化，在惡化時導致漏水。過濾元件易于解體，因為生產中使用的膠水當接觸到甲醇時顯示出被溶解了。附錄燃油規(guī)定中重要的性能和特點在當今世界上大多數或全部甲醇工廠已遵照嚴格的化學等級標準設計生產甲醇。在較高水平的化學純度并沒有被要求時，較寬松的"商業(yè)級甲醇"規(guī)格也被用到。低于化學

41、等級的甲醇可能是因為甲醇化工廠使用了低于純度設計的標準，或者儲存和運輸受到了污染，或從其他過程，例如在回收甲醇的化學過程中，比如在對苯二甲酸二甲酯的生產中。 隨著對甲醇作為燃料用于內燃機和燃料電池車輛以及作為汽油的混和組分的興趣變化，可能需要考慮為這些使用采用新標準，基于甲醇的性能及其對混合燃料的影響。這樣的標準可以采取若干形式，包括對甲醇本身的標準，對甲醇和助溶劑混合物的標準，以及對最終混合燃料的標準。 應該考慮列為這樣標準的某些參數也適用于純甲醇燃料的使用（例如，100和85），以及低水平甲醇混合物（如5-10，包括助溶劑），而其他參數的使用可能對高級與低級混和物會有所不同。一些燃料的甲醇

42、參數可能比化學標準的純度低，但對燃料使用的關注則建議設立無關超純化學標準的額外參數。美國測試和材料協(xié)會(ASTM)為85用于s開發(fā)并保管了詳細的標準78。加利福尼亞州則制定出一種針對85的規(guī)格標準78 ，雖然它已被美國測試和材料協(xié)會的標準所取代。加利福尼亞州還制定了純甲醇的規(guī)格標準，為甲醇所用于重型汽車或其他幾乎是純凈甲醇的混合燃料79。這些規(guī)格和標準體現了美國使用甲醇作為汽車燃料方面積累的經驗。以下的敘述對規(guī)格說明中各種燃料性能和特點的重要性提供了見解。低度甲醇混合物所要關注的性能容水性甲醇和水有非常高的相容性，盡管甲醇和水對構成汽油的許多碳氫化合物有相當低的溶解度。汽油中甲醇和水的溶解度都

43、取決于汽油的組成部分，與芳香族烴的溶解度最高，其次是烯烴。因此，甲醇容易把污染的水帶進汽油，并且一旦到了汽車的油箱內會吸引更多的水。隨著水的聚集或顯著的氣溫下降，混合燃料容易分離成不同的相態(tài)，包括水與甲醇的相態(tài)和汽油本身的相態(tài)。如果發(fā)生在油箱里，水相將降至底部，但分離也可能發(fā)生在燃料系統(tǒng)的其他部分，這會造成各種潛在的問題，包括因為發(fā)動機沒有足夠的揮發(fā)性碳氫化合物而無法啟動，或者因為汽油已喪失了甲醇的辛烷值（芳香烴也可能部分分離）而發(fā)生敲擊，或過濾器堵塞，腐蝕，等等。避免相態(tài)分離并與水相關的問題，需要在甲醇混合物的市場與營銷中采取眾多的防范措施。對于燃料成分中的容水性（超出對甲醇含量的限額）可以

44、通過下面一些方法解決：結合使用助溶劑（通常是高級醇），配制汽油的混合制劑 ，并限制甲醇和混合燃料中的含水量，在銷售時實施這些措施。不幸的是，配制高容水的混合制劑一般來說對排放控制的配制有不利因素。 ASTM標準 D 4814，美國汽車火花點火燃料的標準規(guī)定，其中包括對容水性的規(guī)定和給特定地區(qū)按月提供相態(tài)分離的最高溫度。不幸的是，這一標準的測試程序D 6422, 很明顯的具有較差的可重復性。所以在缺乏一個可靠的測試方法的情況下, 相分離標準D 4814有可能被淘汰。如果沒有這樣的標準,對甲醇及其混合燃料水含量的限制，以及對助溶劑的要求，可能是唯一的可控制參數。具體的引力也可能被用來代表甲醇里的水

45、含量，但不能用來顯示混合燃料的容水性。揮發(fā)/蒸餾汽油以及汽油和乙醇混合物的揮發(fā)性，對避免冷啟動（揮發(fā)性不足）和駕駛性能問題，如氣阻，以及過量霧氣排放（過度揮發(fā)）很重要。揮發(fā)性參數通常包括氣液比，氣壓，和蒸餾措施中溫度與蒸發(fā)率的關系。在低度時混合甲醇和汽油通常會增強氣壓, 以至在蒸餾曲線上制造出一個隆起或"膝蓋"，使用助溶劑可減少它的發(fā)生，但混合溶劑可能需要特別設計，以提供可接受的揮發(fā)特性。僅僅依靠減少輕烴來補償前端增強的揮發(fā)性能，可能導致啟動問題和其他駕駛性能退化。羰基化合物羰基化合物通常作為副產物產生于甲醇或高級醇生產中, 濃度較高時, 其毒性受到關注。 丙酮丙酮已經受到了關注，其中包括對未控制的燃燒和對車輛可能的損壞。被環(huán)保局豁免的"商業(yè)級"甲醇規(guī)定里包括了對丙酮的限制，盡管這些可能沒有直接出自對燃料的關切或經驗。 酸度低分子量酸可以對金屬有很強的腐蝕性，特別是在水溶液中，這可能是由于甲醇的高水溶性。一種控制的方法就是限制乙酸的重量百分比。 堿度過分的堿度可能反映過剩的氨，這也可以具有腐蝕性或導致不良的燃燒性能，也許能通過重量百分比來控