醇類(lèi)代用燃料-畢業(yè)論文

武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)論文緒論近年來(lái)，中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)取得了持續(xù)快速發(fā)展，隨之而來(lái)的是環(huán)境污染形勢(shì)越來(lái)越嚴(yán)峻。就大氣環(huán)境來(lái)說(shuō)，大氣污染呈多元化的發(fā)展趨勢(shì)，特別是隨著機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的迅速增長(zhǎng)，城市大氣污染在煤煙污染的同時(shí)，機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染越來(lái)越嚴(yán)重。一些大城市的空氣污染已由煤油型污染轉(zhuǎn)向煤煙和機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣混合型污染，氮氧化物居高不下，成為主要污染物；交通道路的CO濃度常年超標(biāo)[1]。由機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染物引起的城市光化學(xué)污染也逐漸突出。同時(shí)，隨著全球工業(yè)的迅速發(fā)展，石油等不可再生能源也面臨著前所未有的能源危機(jī)，能源短缺將是一個(gè)困擾全球的問(wèn)題，石油危機(jī)也意味著經(jīng)濟(jì)危機(jī)。所以，為了改善環(huán)境污染和能源結(jié)構(gòu)，我們一方面應(yīng)該更合理的利用有限的資源，另一方面我們也應(yīng)該采取相應(yīng)的措施來(lái)尋找可持續(xù)的清潔代用燃料本文對(duì)醇類(lèi)代用燃料進(jìn)行了一定的研究。由于醇類(lèi)是烴基和羧基的組合，這從本質(zhì)上也決定了其作為發(fā)動(dòng)機(jī)代用燃料的可行性。醇類(lèi)與汽油、柴油某些相似的物理化學(xué)性質(zhì)使其成為有潛力的清潔代用燃料，下文對(duì)甲醇汽油、甲醇柴油、乙醇汽油、乙醇柴油以及二甲醚做了相應(yīng)的介紹，并從技術(shù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的角度對(duì)其可行性與優(yōu)越性進(jìn)行了分析。除了可行性的介紹，本文也對(duì)醇類(lèi)燃料的不足與技術(shù)缺陷做了一定的介紹，分析了制約醇類(lèi)代用燃料發(fā)展的一些因素。發(fā)展清潔代用燃料勢(shì)在必行，這也需要廣大的科技工作者和相關(guān)部門(mén)作出進(jìn)一步的努力。我相信，隨著時(shí)間的推移，相關(guān)技術(shù)和其它條件將不斷成熟，醇類(lèi)代用燃料的使用與推廣將會(huì)不斷擴(kuò)大，它將有著光明的前景。1汽車(chē)，石油與環(huán)境1.1中國(guó)及世界汽車(chē)保有量概況根據(jù)國(guó)外的IHSautomotive汽車(chē)咨詢(xún)公司發(fā)布公告稱(chēng)，預(yù)計(jì)到2013年底，全球的汽車(chē)產(chǎn)量有望實(shí)現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，包括汽車(chē)和輕型卡車(chē)在內(nèi)的總產(chǎn)量將會(huì)超過(guò)8000萬(wàn)輛。而截至2011年底，全球的汽車(chē)包括重型卡車(chē)在內(nèi)，共有9.79億輛汽車(chē)在路上行駛，而在2012年，得益于亞洲特別是中國(guó)以及南美等地區(qū)汽車(chē)需求的增長(zhǎng)，全球汽車(chē)市場(chǎng)正在緩慢復(fù)蘇[2]。盡管有報(bào)道稱(chēng),中國(guó)汽車(chē)市場(chǎng)增長(zhǎng)正開(kāi)始放緩,但仍可以看到，從2000年到2011年間,中國(guó)的汽車(chē)數(shù)量從低于1000萬(wàn)輛快速增長(zhǎng)到7300萬(wàn)輛，而且大多數(shù)車(chē)企認(rèn)為，中國(guó)以及其他新興市場(chǎng)的需求仍未飽和。隨著近年來(lái)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定增長(zhǎng)，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)也取得了飛速增長(zhǎng)。2012年上半年全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)和駕駛?cè)吮３挚焖僭鲩L(zhǎng)趨勢(shì)，截至2012年6月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)總保有量達(dá)2.33億輛。其中，汽車(chē)1.14億輛，摩托車(chē)1.03億輛。全國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)诉_(dá)2.47億人，其中汽車(chē)駕駛?cè)?.86億人。截至6月底，全國(guó)汽車(chē)保有量為1.14億輛，與2011年底相比，增加811萬(wàn)輛，增長(zhǎng)7.66%。汽車(chē)保有量占機(jī)動(dòng)車(chē)總量的48.87%，比2011年底上升1.81個(gè)百分點(diǎn)。全國(guó)17個(gè)城市的汽車(chē)保有量超過(guò)100萬(wàn)輛，其中北京、成都、天津、深圳、上海等5個(gè)城市的汽車(chē)保有量超過(guò)200萬(wàn)輛。私人汽車(chē)保有量達(dá)8613萬(wàn)輛，占全部汽車(chē)保有量的75.62%，比2011年底上升1.21個(gè)百分點(diǎn)。盡管今年是創(chuàng)紀(jì)錄的產(chǎn)量水平,但仍然沒(méi)有完全滿(mǎn)足現(xiàn)有的生產(chǎn)能力。IHS稱(chēng),如果每個(gè)制造商都充分利用發(fā)揮他們的生產(chǎn)設(shè)施，2012年汽車(chē)產(chǎn)量可能達(dá)到9500萬(wàn)輛。但依現(xiàn)在的形勢(shì)，預(yù)計(jì)是到2016年才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),也許2016年將是第一次全球汽車(chē)年產(chǎn)量超過(guò)1億輛的年份。到2011年底,包括重型卡車(chē)等車(chē)型在內(nèi)，估計(jì)全球共有9.79億輛汽車(chē)在路上行駛,比2010年增加3000萬(wàn)輛。而到2012年底,全球汽車(chē)總量會(huì)突破10億輛,這意味著在這個(gè)星球上大約平均每七人就擁有一輛車(chē)。1.2中國(guó)和世界石油概況1998年6月7日，美國(guó)《洛杉磯時(shí)報(bào)》發(fā)表題為《即將來(lái)臨的石油危機(jī)——真正的危機(jī)》的文章認(rèn)為[3]，今后10年左右，世界石油供應(yīng)似乎是充足的。在今后20年左右的時(shí)間，全球石油產(chǎn)量可能開(kāi)始持續(xù)下降。雖然市場(chǎng)力量和石油生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)可能使石油供應(yīng)繼續(xù)保持到21世紀(jì)，但是石油危機(jī)的到來(lái)可能比一般人的設(shè)想早得多。美國(guó)托萊多大學(xué)地質(zhì)學(xué)教授克雷格·哈特菲爾德指出：“自1979年以來(lái)，全世界已燒掉的石油比到那一年為止人類(lèi)整個(gè)燒油史中燒掉的石油還多?！边@位教授認(rèn)為，自從石油時(shí)代開(kāi)始以來(lái)，全世界已燒掉約8000億桶石油。據(jù)估計(jì)，約有1萬(wàn)億桶到1.6萬(wàn)億桶石油埋藏在可以廉價(jià)開(kāi)采的地層中。按目前世界石油消耗速度看，1.6萬(wàn)億桶石油大約60年就會(huì)消耗光。而且世界石油消耗速度并未停滯，而是在逐年增加。目前全球每天消耗石油量已達(dá)7100萬(wàn)桶，幾乎每年增加2％。以每年這個(gè)增加數(shù)字計(jì)算，到2010年，全世界將消耗掉從經(jīng)濟(jì)到技術(shù)上都容易開(kāi)采的全部石油的一半。盡管地質(zhì)勘探技術(shù)有了驚人的進(jìn)步，但所探明的新的石油儲(chǔ)量明顯減少，因?yàn)楝F(xiàn)有石油消費(fèi)量同新勘探到的石油量的比例是4∶1。在不久的將來(lái)，不論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，最終都會(huì)面臨石油危機(jī)。在本世紀(jì)內(nèi)，世界主要靠豐富的低價(jià)石油推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)車(chē)輪的前進(jìn)，如果石油枯竭那么世界經(jīng)濟(jì)將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?！吨袞|報(bào)》認(rèn)為，到1997年底，開(kāi)采石油已達(dá)8070億桶，其中一半是在石油動(dòng)蕩的70年代開(kāi)采的。根據(jù)一些保守的估計(jì)，石油儲(chǔ)量不會(huì)超過(guò)8300億桶。還有一些報(bào)告指出，世界石油總儲(chǔ)量約達(dá)9950億桶。目前，世界每年消費(fèi)石油240億桶，而新勘探出的石油越來(lái)越少，每年只有50億桶。中東地區(qū)以外的石油儲(chǔ)量正在下降。石油資源是有限的。據(jù)美國(guó)石油業(yè)協(xié)會(huì)估計(jì)，地球上尚未開(kāi)采的原油儲(chǔ)藏量已不足兩萬(wàn)億桶，可供人類(lèi)開(kāi)采不超過(guò)95年的時(shí)間。在2050年到來(lái)之前，世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將越來(lái)越多地依賴(lài)煤炭。其后在2250到2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應(yīng)枯竭。未來(lái)石油燃料的產(chǎn)量終將日趨減少，許多世界能源機(jī)構(gòu)及權(quán)威人士認(rèn)為：現(xiàn)已查明易開(kāi)采的石油可維持50年左右，1990年左右世界石油產(chǎn)量達(dá)到過(guò)一個(gè)高峰，而后逐步下降，本世紀(jì)將出現(xiàn)石油短缺的現(xiàn)象。到2030年液體燃料中的40%左右要由煤的合成燃料來(lái)滿(mǎn)足。面對(duì)即將到來(lái)的能源危機(jī)，全世界認(rèn)識(shí)到必須采取開(kāi)源節(jié)流的戰(zhàn)略，即一方面節(jié)約能源，另一方面開(kāi)發(fā)新能源。1.3機(jī)動(dòng)車(chē)排放污染隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和汽車(chē)保有量的高速增長(zhǎng)，正面臨汽車(chē)能源需求與環(huán)境保護(hù)的雙重巨大壓力。汽車(chē)行駛的主要燃料是從石油中提煉出來(lái)的柴油和汽油，據(jù)世界能源大會(huì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)的能源資源[4]，煤的保有儲(chǔ)量約占世界的30％，可采年數(shù)達(dá)數(shù)百年，石油的保有儲(chǔ)量?jī)H占世界的2.4％。1993年起我國(guó)已成為石油純進(jìn)口國(guó)，2000年我國(guó)石油總需求的33％已從國(guó)外進(jìn)口，2010年我國(guó)石油總需求的47％需進(jìn)口，隨著制造業(yè)和汽車(chē)的發(fā)展，我國(guó)石油的供應(yīng)將嚴(yán)重不足。在另一方面[5]，我國(guó)的汽車(chē)排放已成為城市大氣環(huán)境的一個(gè)主要污染源。汽車(chē)數(shù)量劇增，給自然環(huán)境中的空氣、土地資源、水資源、海洋、人文環(huán)境及人類(lèi)的生存和健康帶來(lái)許多不利影響。這些影響效應(yīng)往往相互疊加，引發(fā)出人類(lèi)事先未曾預(yù)料到的諸多問(wèn)題。汽車(chē)是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力而行駛的，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃料做功后排放的尾氣中，含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、碳?xì)浠衔镆约皩?duì)人體產(chǎn)生不良影響的其他一些固體細(xì)微顆粒物。一氧化碳是無(wú)色、無(wú)刺激的有毒氣體，是汽車(chē)有害排放物中濃度最高的一種成分。城市大氣中的一氧化碳大部分都來(lái)自汽車(chē)尾氣，它是燃油燃燒不充分的產(chǎn)物，車(chē)速越慢，交通堵塞越嚴(yán)重，排放量就越多?？諝庵幸谎趸紳舛容^低時(shí)，可導(dǎo)致人體出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)慢性中毒，引起頭痛，眼睛發(fā)直。當(dāng)每立方米的空氣中一氧化碳含量達(dá)到4克時(shí)，能在30分鐘內(nèi)使人死亡。二氧化碳是大氣主要的溫室氣體之一。當(dāng)大氣中二氧化碳含量升高時(shí)，會(huì)增強(qiáng)大氣對(duì)太陽(yáng)光中紅外線(xiàn)輻射的吸收，阻止地球表面的熱量向外散發(fā)，使地球表面的平均氣溫上升，產(chǎn)生溫室效應(yīng)。目前，全世界二氧化碳的排放量已超過(guò)200億噸，其中汽車(chē)的排放量約占10％～15％。汽車(chē)尾氣排放物中的二氧化碳占廢氣總量的20％。氮氧化物與空氣中的水分和其他物質(zhì)反應(yīng)形成酸雨、酸霧等，腐蝕金屬物、汽車(chē)、建筑物和歷史文物等。酸雨還污染河流、湖泊，嚴(yán)重影響?hù)~(yú)類(lèi)生存。氮氧化物與空氣中的水分、氨以及其他化合物反應(yīng)，生成含硝酸的細(xì)微顆粒物，影響呼吸和呼吸系統(tǒng)，損害肺組織；進(jìn)入人體肺臟深部，引起或者惡化呼吸系統(tǒng)疾病。汽車(chē)尾氣中所含的各種碳?xì)浠衔锟偡Q(chēng)為烴類(lèi)，成分有百余種之多，其濃度總量比一氧化碳要少。碳?xì)浠衔镏写蟛糠謱?duì)人體健康的直接影響并不明顯，但碳?xì)浠衔镏泻猩俨糠秩╊?lèi)(甲醛、丙烯醛)和多環(huán)芳烴(苯)。其中甲醛與丙烯醛對(duì)鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起結(jié)膜炎、鼻炎、支氣管炎等癥狀，它們還有難聞的臭味。苯被認(rèn)為是一種致癌物質(zhì)。汽車(chē)尾氣中含有的細(xì)微顆粒物，主要有作為抗爆劑加入到汽油中的四乙基鉛經(jīng)燃燒后生成的鉛化物微粒以及燃料不完全燃燒生成的碳煙粒等。鉛化物擴(kuò)散到大氣中對(duì)人體健康十分有害，當(dāng)人們吸入這種有害物并積累到一定程度時(shí)，將阻礙血液中紅血球的生長(zhǎng)與成熟，使心、肺等發(fā)生病變。鉛中毒的癥狀主要表現(xiàn)為頭暈、頭痛、失眠、多夢(mèng)、記憶力減退、乏力、食欲不振、上腹脹滿(mǎn)、惡心、腹瀉、便秘、貧血、周?chē)窠?jīng)炎等。重癥中毒者有明顯的肝臟損害，會(huì)出現(xiàn)黃疸、肝臟腫大、肝功能異常等癥狀。2汽車(chē)代用清潔燃料的提出與意義任何國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都與能源問(wèn)題密切相關(guān)，而內(nèi)燃機(jī)對(duì)燃料的需求，在能源總消耗中占很大比例。當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)主要用石油作為燃料，一般工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家消耗在內(nèi)燃機(jī)上的燃料約占整個(gè)石油消耗量的60%左右。未來(lái)石油燃料的產(chǎn)量終將日趨減少，許多世界能源機(jī)構(gòu)及權(quán)威人士認(rèn)為：現(xiàn)已查明易開(kāi)采的石油可維持50年左右，1990年左右世界石油產(chǎn)量達(dá)到過(guò)一個(gè)高峰，而后逐步下降，本世紀(jì)將出現(xiàn)石油短缺的現(xiàn)象。到2030年液體燃料中的40%左右要由煤的合成燃料來(lái)滿(mǎn)足。因此，為保證未來(lái)交通運(yùn)輸以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，研究與開(kāi)發(fā)清潔代用燃料是勢(shì)在必行。另一方面汽車(chē)用的汽油、柴油，造成的環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，在各國(guó)的大中城市，汽車(chē)尾氣排放污染已經(jīng)成為大氣污染的最主要污染源，它們對(duì)人體健康的危害已經(jīng)引起世人的關(guān)注。這也是人們使用其它清潔能源替代石油產(chǎn)品的重要原因。代用燃料的發(fā)展就是為了解決目前面臨的能源短缺問(wèn)題，可以在不會(huì)影響汽車(chē)使用的情況下發(fā)展新的代用燃料，其性能可能更優(yōu)于一般的普通燃料，同時(shí)它的使用也更加經(jīng)濟(jì)。舉例說(shuō)明[6]，拿油改氣來(lái)說(shuō)，如果一輛索納塔出租車(chē)采用油改氣的話(huà)，一天可節(jié)約燃料費(fèi)25元，一月可節(jié)約750元，一年下來(lái)能節(jié)約9000元。而改裝費(fèi)只需8500元，不到一年便能收回成本。再如一種醇燃料酒精車(chē)來(lái)說(shuō)，以一輛出租車(chē)每天跑350公里計(jì)算，酒精車(chē)比汽油車(chē)一年可節(jié)約燃料費(fèi)上萬(wàn)元。而油車(chē)改裝成酒精車(chē)需3000元。改裝時(shí)只要在汽油車(chē)上安裝無(wú)觸點(diǎn)高能點(diǎn)火裝置，便能將高濃度有水酒精迅速燃燒，啟動(dòng)汽車(chē)。改裝一輛汽油車(chē)只需1個(gè)多小時(shí)，只在油路和電路上稍作變動(dòng)，其它部件基本不動(dòng)。而且它們?nèi)紵蟮奈矚庖膊粫?huì)嚴(yán)重污染環(huán)境，相反可能要比汽油作為燃料更清潔。代用燃料指的是傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料(如汽油和柴油)的替代品?！睹绹?guó)能源政策法規(guī)》將代用燃料定義為甲醇、非自然乙醇、其它酒精燃料或至少85%的這些燃料與汽油或柴油的混合燃料、CNG、LNG、LPG、氫氣、煤炭衍生物的液體燃料以及生物質(zhì)能源等。根據(jù)汽車(chē)的特點(diǎn)，使用的代用燃料或新能源應(yīng)具備如下條件[7]:(1)資源豐富，價(jià)格適宜；(2)燃料的熱值，尤其是混合氣熱值能滿(mǎn)足內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力性能的要求；(3)能滿(mǎn)足車(chē)輛起動(dòng)性能、行駛性能以及加速性能等方面的要求；(4)能量密度較高、儲(chǔ)存運(yùn)輸方便；(5)發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)變動(dòng)較小，技術(shù)上可行；(6)現(xiàn)有的燃料儲(chǔ)運(yùn)分配系統(tǒng)能用得上；(7)對(duì)人類(lèi)健康、環(huán)境保護(hù)以及安全防火等無(wú)有害的影響；(8)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命以及可靠性沒(méi)有不良影響。所以，針對(duì)我國(guó)自然條件和"富煤貧油"能源資源特點(diǎn)，加快天然氣的開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)發(fā)展可從煤、天然氣制取的甲醇、二甲醚燃料和從生物質(zhì)木薯、秸稈、玉米等制得的乙醇燃料，形成適合中國(guó)國(guó)情、具有中國(guó)特色的汽車(chē)代用燃料體系，對(duì)逐步改變汽車(chē)能源結(jié)構(gòu)，降低對(duì)石油燃料的依賴(lài)性，減輕對(duì)石油需求的壓力，保證我國(guó)能源安全，保護(hù)大氣環(huán)境具有重大戰(zhàn)略意義。3甲醇燃料3.1世界和我國(guó)甲醇燃料的使用狀況上世紀(jì)二十年代甲醇汽油開(kāi)始用作車(chē)用燃料[8]；在二次世界大戰(zhàn)期間，甲醇汽油廣泛應(yīng)用于德國(guó)；上世紀(jì)七十年代受二次石油危機(jī)的影響，美國(guó)、日本、德國(guó)和瑞典等國(guó)先后投入人力、物力進(jìn)行甲醇燃料及甲醇汽車(chē)配套技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。美國(guó)對(duì)甲醇燃料和甲醇汽車(chē)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，重點(diǎn)開(kāi)發(fā)燃燒M85（含甲醇85%）、M100（含甲醇100%）專(zhuān)用甲醇燃料汽車(chē)。1987年美國(guó)福特汽車(chē)公司及美洲銀行，改裝500輛福特車(chē)，試用M85甲醇燃油，總行程3380萬(wàn)千米，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3年，取得甲醇汽車(chē)改裝生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。1995年美國(guó)DOE能源研究中心投入12700輛甲醇車(chē)試用M85。日本汽車(chē)研究所1993年用大型公共汽車(chē)、載貨車(chē)使用M85、M100燃料，進(jìn)行了6萬(wàn)千米的道路試驗(yàn)，以檢驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的耐久性、可靠性。1994年，日本奧托甲醇型汽車(chē)，用7年時(shí)間進(jìn)行道路試驗(yàn)。1996年，日本本田技研工業(yè)株式會(huì)社，試用汽油、甲醇自由混合雙燃料車(chē)，已完成確保與汽油大致相同耐久、可靠的靈活燃料車(chē)，得出的結(jié)論是，成本降低，有利于批量生產(chǎn)。在歐洲，瑞典1975年首先提出甲醇可以成為汽車(chē)代用燃料，并隨即成立國(guó)家級(jí)的瑞典甲醇開(kāi)發(fā)公司（SMAB）。前德意志聯(lián)邦共和國(guó)在上世紀(jì)七十年代開(kāi)始研制甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)，1979年制定了“用于公路交通運(yùn)輸?shù)拇碱?lèi)燃料”的研究規(guī)劃，將M15汽油用于汽車(chē)，其間組織過(guò)由6家汽車(chē)廠(chǎng)生產(chǎn)的一千多輛燃醇汽車(chē)投入試運(yùn)行，并在全國(guó)主要大、中城市建立M15汽車(chē)加油站，形成全國(guó)供應(yīng)甲醇汽油的網(wǎng)絡(luò)。在上世紀(jì)七八十年代，德國(guó)大眾汽車(chē)公司還在中國(guó)建立了M100甲醇汽車(chē)示范車(chē)隊(duì)?？梢哉f(shuō)，德國(guó)是至今世界上發(fā)展甲醇汽車(chē)最有成效的國(guó)家。資料表明：使用甲醇汽油用于汽車(chē)是完全可行的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，瑞典、新西蘭已推廣使用M15汽油，意大利計(jì)劃用含甲醇80%的混合醇代替汽油。綜合世界其他國(guó)家研究和實(shí)用結(jié)果，可以得出在現(xiàn)有汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上，不致發(fā)生運(yùn)行障礙的酒精混合率以乙醇20%或甲醇15%為最合適的界限。我國(guó)對(duì)甲醇燃料的研究起步于20世紀(jì)70年代初期?！傲濉逼陂g由國(guó)家科委組織、交通部負(fù)責(zé)將M15(甲醇占15%)甲醇滲燒汽油研究列入國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目,在山西組織有480輛汽車(chē)、并建有4個(gè)加油站的營(yíng)運(yùn)規(guī)模?！捌呶濉逼陂g,由國(guó)家科委組織,中科院負(fù)責(zé)將北內(nèi)的492發(fā)動(dòng)機(jī)改燒甲醇(M85以上)技術(shù)列入攻關(guān)項(xiàng)目?！鞍宋濉逼陂g,進(jìn)行中、德M100科技合作項(xiàng)目,有8輛桑塔納轎車(chē)在北京行駛,并建有一個(gè)加油站。同期,國(guó)家繼續(xù)將低比例M3、M5甲醇燃料應(yīng)用列入攻關(guān)計(jì)劃。在四川、重慶等地有數(shù)百輛汽車(chē)投入運(yùn)營(yíng)試驗(yàn)。多年來(lái),有關(guān)部門(mén)和科研院所進(jìn)行了相應(yīng)甲醇燃料汽車(chē)的開(kāi)發(fā)研究。1996年由國(guó)家科委和福特汽車(chē)公司組織中科院、清華大學(xué)、化工部、山西省等單位參加并完成“中國(guó)山西和其他富煤地區(qū),把煤轉(zhuǎn)化汽車(chē)燃料及其應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和能源利用的生命周期評(píng)估”的課題研究。在此基礎(chǔ)上由國(guó)家科委推薦,原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委于1997年對(duì)國(guó)家甲醇燃料汽車(chē)試驗(yàn)示范項(xiàng)目立項(xiàng),由山西佳新能源化工實(shí)業(yè)有限公司承擔(dān)實(shí)施,組建50輛甲醇輕型客車(chē)隊(duì)進(jìn)行商業(yè)化試驗(yàn)示范。另外,山西省自行研制成功的“華頓甲醇汽油”,在太原經(jīng)23輛汽車(chē)試驗(yàn)運(yùn)行5個(gè)月效果良好,并組織了卡迪拉克、凌志400、本田雅閣、富康、捷達(dá)、桑塔納、金杯、解放140、微型車(chē)等十幾種車(chē)型共23輛汽車(chē)參加試用,3個(gè)月銷(xiāo)售使用20噸,無(wú)一例不良反應(yīng)。它不僅每噸售價(jià)比國(guó)標(biāo)號(hào)汽油低出200元至800元,而且二氧化碳等尾氣排放平均降低了30%以上。此次檢測(cè)認(rèn)定,其各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)同標(biāo)號(hào)國(guó)標(biāo)無(wú)鉛汽油,環(huán)保與節(jié)能功效突出,取得較為理想的效果。實(shí)驗(yàn)證明,甲醇作為燃料應(yīng)用于汽車(chē)已完全突破技術(shù)關(guān),特別是以15%的比例將甲醇摻入汽油中燃燒,無(wú)任何技術(shù)和環(huán)保問(wèn)題,也不用改造發(fā)動(dòng)機(jī),加注燃料也不受地域限制。2002年山西省在太原、陽(yáng)泉、臨汾、晉城等4個(gè)城市進(jìn)行了甲醇汽油產(chǎn)業(yè)化示范推廣。到今年3月底,中石化山西分公司所屬各試點(diǎn)城市石油公司,已新建和改建了100座加油站銷(xiāo)售甲醇汽柴油。山西佳新公司生產(chǎn)的M85～M100甲醇燃料公交車(chē)和城際公交車(chē),先后在陽(yáng)泉、太原至?xí)x中等地投入運(yùn)營(yíng);大同云崗汽車(chē)集團(tuán)公司全甲醇燃料裝置,在省內(nèi)外改裝在用車(chē)的數(shù)量已達(dá)1000輛,年燃用甲醇1萬(wàn)多噸。全省累計(jì)使用甲醇汽油的機(jī)動(dòng)車(chē)達(dá)到了近50萬(wàn)輛次,涉及近50種車(chē)型,共消耗甲醇汽油12192噸,使用變性甲醇1836噸。經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā),我國(guó)在甲醇燃料汽車(chē)的開(kāi)發(fā)方面已具有了一定基礎(chǔ),作為在汽油中摻入5%、15%、25%和85%的甲醇及純甲醇(100%)汽車(chē)燃料的試驗(yàn)研究,也進(jìn)行了大量的實(shí)質(zhì)性工作。特別是低比例摻燒甲醇,汽車(chē)無(wú)需做任何改動(dòng),直接摻入汽油中使用。3.2甲醇的物化性質(zhì)甲醇是一種透明、無(wú)色、易燃、有毒的的液體，略帶酒精味。熔點(diǎn)－97.8攝氏度，沸點(diǎn)64.8攝氏度，閃點(diǎn)12.22攝氏度，自燃點(diǎn)47攝氏度，相對(duì)密度0.7915，爆炸極限下限6%，上限36.5%，能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數(shù)有機(jī)溶劑相混溶。內(nèi)燃機(jī)燃用的石油燃料（汽油、柴油等）是烴類(lèi)燃料，而醇類(lèi)是烴基和羧基組成的化合物，這就從化學(xué)性質(zhì)上決定了醇類(lèi)可以作為內(nèi)燃機(jī)的代用燃料。從分子組成上來(lái)看，汽油、柴油是碳原子為5～12或10～21的液態(tài)烴類(lèi)混合物，不含氧元素。而甲醇的分子式CH3OH，含有1個(gè)碳原子、4個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子，是含氧燃料，因此CO和炭煙生成傾向小，燃燒不冒煙。甲醇與汽油、柴油在物理化學(xué)性質(zhì)上有相似的地方，也有不同的地方[9]。甲醇燃料與汽油、柴油物理化學(xué)特性的比較見(jiàn)表3.1。（1）從分子結(jié)構(gòu)上看，甲醇是含氧燃料，更有利于促進(jìn)燃料的完全燃燒，節(jié)省燃料，CO和炭煙生成傾向小，燃燒不冒煙，大大改善了尾氣排放性能。（2）從密度上看，甲醇與汽油、柴油密度差別不大，與混合燃料的密度相近，混合后分離的傾向小。（3）從沸點(diǎn)看，甲醇沸點(diǎn)比汽油、柴油低，因此在能使汽油、柴油沸騰的條件下，甲醇也能沸騰。表3.1甲醇與燃料汽油、柴油物理化學(xué)性質(zhì)比較特征參數(shù)甲醇汽油柴油分子式CH3OHC5～C12烴C10～C21烴密度（液相）kg/L0.790.72～0.780.82～0.86沸點(diǎn)/℃6530～190180～370汽化潛熱（MJ/kg)1110310250低熱值（MJ/kg)19.544.042.5空燃比6.514.6～14.814.6～14.7混合氣低熱值（MJ/kg)辛烷值RON/MON111/9291～98/82～88——十六烷值50～1040～45自燃點(diǎn)/℃450260200著火界限%6.7～361.5～7.61.5～8.2（4）從汽化潛熱看，甲醇的汽化潛熱大，甲醇汽化時(shí)吸收的熱量比汽油大得多，使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度降低，提高了充氣效率，但增加了發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)困難。采取增加冷起動(dòng)裝置可解決冷起動(dòng)困難。（5）從理論空燃比看，甲醇比汽油小，當(dāng)量甲醇燃燒消耗的空氣比汽油少。（6）從低熱值看，甲醇比汽油、柴油低，因此，做同樣的功，甲醇消耗比汽油、柴油要多。（7）從辛烷值看，甲醇辛烷值111，遠(yuǎn)高于汽油，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，提高熱效率，提高動(dòng)力性，降低耗油量。同時(shí)抗爆性也較汽柴油更好。（8）從十六烷值看，甲醇比柴油低，著火性差，在柴油機(jī)上直接燃用甲醇困難，但采取有效改進(jìn)措施，可實(shí)現(xiàn)甲醇替代柴油。（9）從著火界限看，汽油和甲醇的著火極限分別是1.4%～7.6％和6.7%～36％，甲醇燃料能夠在較寬的混合氣濃度范圍內(nèi)工作。3.3甲醇作為汽車(chē)燃料的技術(shù)可行性甲醇可直接作為內(nèi)燃機(jī)的燃料，具有以下良好特性[10]：1．甲醇分子量小，分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。甲醇燃料中含有氧，按質(zhì)量計(jì)算，甲醇中含有50％的氧，有利于完全燃燒；C/H小，有利于燃燒時(shí)產(chǎn)生較多的水和較少的CO2。2．甲醇的沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)均較低，前者有利于“燃料-空氣混合氣”的形成，后者可保證發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下工作。3．醇類(lèi)的熱值比較低，甲醇的質(zhì)量低，熱值只有汽油的45％，因此，在同等的熱效率下，醇類(lèi)燃料的有效質(zhì)量燃油消耗率高。醇類(lèi)燃料是富氧燃料，它在汽缸內(nèi)完全燃燒時(shí)所需的過(guò)量空氣系數(shù)遠(yuǎn)小于燃用汽油時(shí)所需要的值。4．甲醇的汽化潛熱是汽油的3.6倍，高汽化潛熱和低的蒸汽壓，將導(dǎo)致混合氣形成困難和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難，但可以使進(jìn)氣溫度降低，提高充氣效率；同時(shí)，由于甲醇的汽化潛熱大，可以改善發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的內(nèi)部冷卻，改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，降低排氣溫度。5．甲醇具有較高的辛烷值，具有較高的抗爆震性能，對(duì)通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率很有利，所以，甲醇是良好的汽油機(jī)代用燃料，也是提高汽油辛烷值的優(yōu)良添加劑。普通汽油與15％～20％的甲醇混合，辛烷值可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)汽油的水平。6．甲醇的著火界限比汽油寬，能夠在較稀的混合氣狀態(tài)下燃燒，即可以使發(fā)動(dòng)機(jī)在稀混合氣條件下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)排氣凈化和降低油耗非常有利。7．甲醇的燃點(diǎn)比汽油高，不易于發(fā)生火災(zāi)事故，比使用汽油安全；醇類(lèi)燃料的沸點(diǎn)及蒸汽壓都比汽油低，有助于“燃油一空氣混合氣”的形成，不過(guò)其中缺乏高揮發(fā)成分，對(duì)啟動(dòng)不利。8．甲醇對(duì)某些非金屬材料(如塑料、橡膠等)有溶脹作用，對(duì)某些金屬材料(如錫、鉛、鋁等)有輕微的腐蝕作用，在使用中應(yīng)采取相應(yīng)防腐劑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。9．醇類(lèi)燃料含有羥基，能與水互溶，而烴類(lèi)燃料憎水性強(qiáng)，因而甲醇與汽油的相溶性差，甲醇與汽油按一定比例混合時(shí)，在一定溫度范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。10．甲醇汽油常溫常壓下為液體，操作容易，儲(chǔ)帶方便。甲醇與汽油按照一定比例混合，并添加一定添加劑組成混合燃料后，低比例甲醇汽油，如M3、M5，可以和汽油一樣使用，發(fā)動(dòng)機(jī)不需作任何改動(dòng)，在歐洲等地曾大量當(dāng)作汽油銷(xiāo)售，但一般要添加助溶劑等以防燃料分層；中比例甲醇汽油，如M15、M25，發(fā)動(dòng)機(jī)只需作稍微調(diào)整，技術(shù)問(wèn)題較簡(jiǎn)單，費(fèi)用也比較低，曾在歐洲一些國(guó)際性車(chē)隊(duì)進(jìn)行示范，同時(shí)也必須添加助溶劑；高比例甲醇汽油，如M85、M90，需要對(duì)發(fā)動(dòng)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)。目前，甲醇生產(chǎn)技術(shù)、燃燒高比例和純甲醇燃料的專(zhuān)用甲醇燃料汽車(chē)技術(shù)比較成熟，市場(chǎng)供應(yīng)也比較充分，而且高比例甲醇燃料在國(guó)外也已經(jīng)商業(yè)化。但是甲醇汽油在毒性、金屬腐蝕性等方面還存在嚴(yán)重問(wèn)題，還需要研究人員對(duì)車(chē)用甲醇汽油全面、系統(tǒng)、科學(xué)的可行性論證。3.4甲醇-汽油混合燃料對(duì)汽油機(jī)性能和排放的影響通過(guò)具體實(shí)驗(yàn)，采用JL368Q3汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，電噴系統(tǒng)軟硬件采用多點(diǎn)汽油噴射系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)中還采用了PowerLinkFC2000的發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，另外，還運(yùn)用此發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的三效轉(zhuǎn)化器。汽油機(jī)分別燃用M0和M10燃料，同時(shí)在三效轉(zhuǎn)化器前后采用AVLDiGAS4000多組分汽車(chē)排氣分析儀和島津GC-2010氣相色譜儀測(cè)定常規(guī)排放和醇醛類(lèi)排放。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析如下：3.4.1燃用M10燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響由圖3.1可以看出，當(dāng)燃用M10燃料時(shí)[11]，汽油機(jī)的外特性功率有所下降.見(jiàn)圖3.1(a).但對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性影響較小.在全負(fù)荷時(shí)(汽油機(jī)在開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)下運(yùn)行)M10燃料的燃油噴射持續(xù)時(shí)間與M0燃料的相同.由于甲醇的熱值低,在同樣的噴油量時(shí)M10燃料的總熱值有所降低,循環(huán)放熱量減少,造成發(fā)動(dòng)機(jī)功率略微下降.但是,甲醇的火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?使發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒速度提高,由于甲醇中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%,混合氣燃燒相對(duì)更充分.燃燒效率提高，使M10燃料的燃油消耗率減少。同時(shí)，由于甲醇汽化潛熱大，最高燃燒溫度降低，相應(yīng)的排溫有所下降，見(jiàn)圖3.1（b)（a)扭矩與功率隨轉(zhuǎn)速的變化（b)溫度與燃油消耗率隨轉(zhuǎn)速的變化（c)熱效率隨轉(zhuǎn)速的變化圖3.1M10燃料對(duì)汽油機(jī)全負(fù)荷素的特性的影響缸內(nèi)燃燒溫度降低，可減少傳熱造成的向冷卻水的散熱損失，一定程度上也提高了汽油機(jī)的有效熱效率[12]。如圖1b中be曲線(xiàn)所示,按甲醇的低熱值換算到與汽油的低熱值相等的方法計(jì)算,M10燃料的燃油消耗率平均降低20g/(kW·h)左右，而熱效率提高了2%左右。圖3.2M10燃料對(duì)負(fù)荷特性的影響如圖3.2所示，在中等負(fù)荷下M10汽油機(jī)在閉環(huán)反饋控制下運(yùn)行,過(guò)量空氣系數(shù)接近1.0，當(dāng)汽油機(jī)發(fā)出相同功率的情況下，由于摻燒的甲醇量比較少，按甲醇的低熱值換算到與汽油的低熱值相等的方法計(jì)算，M10燃料的燃油消耗率略有降低，熱效率稍有提高。3.4.2燃用M10燃料的常規(guī)排放的影響汽油機(jī)燃用M10燃料的排氣溫度與燃用M0燃料時(shí)相比，因甲醇汽化潛熱較大而略有降低，但幅度不大，故排氣溫度的變化不會(huì)影響三效催化轉(zhuǎn)化器對(duì)排氣的催化轉(zhuǎn)化效果。如圖3.3所示.圖3.3M10燃料對(duì)汽油機(jī)排氣溫度的影響圖3.4和圖3.5是汽油機(jī)在2500r/min、3000r/min時(shí),的HC、CO排放特性試驗(yàn)結(jié)果,無(wú)論是在部分負(fù)荷工況下(汽油機(jī)在閉環(huán)反饋控制下運(yùn)行過(guò)量空氣系數(shù)接近1.0)還是在高負(fù)荷時(shí)(汽油機(jī)處于開(kāi)環(huán)控制狀態(tài))當(dāng)汽油機(jī)燃用M10燃料時(shí)[13],因甲醇自身含氧,燃燒更加充分,三效催化轉(zhuǎn)化器前的HC和CO排放與燃用M0燃料時(shí)相比均有一定程度的降低。圖3.4M10燃料對(duì)汽油機(jī)HC排放的影響圖3.5M10燃料對(duì)汽油機(jī)CO排放的影響汽油機(jī)燃用M10燃料時(shí)，一方面最高燃燒溫度降低,有利于抑制NOx的生成,另一方面又因?yàn)榧状甲陨砗?燃燒速度增加,又增加NOx的生成.因此汽油機(jī)排氣中的NOx排放與純汽油的基本相當(dāng).見(jiàn)圖3.6.在中低負(fù)荷時(shí)稍有降低，而大負(fù)荷時(shí)2種燃料的NOx排放相當(dāng)，甚至M10燃料的NOx排放略高[14]。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，汽油機(jī)的排氣經(jīng)過(guò)三效催化轉(zhuǎn)化器后，燃用M10燃料時(shí)汽油機(jī)的CO和HC排放與燃用M0燃料時(shí)相比仍然較低,而NOx排放相當(dāng).圖3.6M10燃料對(duì)汽油機(jī)NOx排放的影響3.4.3燃用M10燃料對(duì)醇醛類(lèi)排放的影響采用氣相色譜儀可以分析排氣中未燃甲醇CH3OH和甲醛CH2O等排放成分.圖3.7示出了2500r/min時(shí)CH3OH排放對(duì)比,汽油機(jī)燃用M10燃料時(shí)，相同工況下的CH3OH排放均有所提高，并且汽油機(jī)的CH3OH排放都隨著負(fù)荷的增加而增加，這主要是因?yàn)閲娪土侩S負(fù)荷增加而增加的緣故。圖3.7n=2500r/min時(shí)甲醇的排放對(duì)比圖3.8給出了2500r/min時(shí)的CH2O排放對(duì)比.CH2O是CH3OH被氧化的中間產(chǎn)物。當(dāng)汽油機(jī)燃用M10燃料時(shí)，相當(dāng)量的未燃CH3OH氧化成了CH2O,故此時(shí)相同工況下的CH2O排放要比M0燃料高得多.從圖8還可以看出，三效催化轉(zhuǎn)化器前的CH2O排放都隨負(fù)荷增加而減少，這主要因?yàn)镃H2O容易進(jìn)一步氧化成H2O和CO2。低負(fù)荷時(shí)缸內(nèi)燃燒和排氣溫度低,后氧化能力差,故CH2O排放較多,隨著汽油機(jī)負(fù)荷的增加,燃燒溫度和排氣溫度升高,后氧化作用增強(qiáng),CH2O排放有所降低[15].另外,經(jīng)過(guò)三效催化轉(zhuǎn)化器催化轉(zhuǎn)換后CH3OH和CH2O排放僅為百萬(wàn)分之幾,大部分工況下可以實(shí)現(xiàn)零排放3.5甲醇汽油存在的一些問(wèn)題及改善方法甲醇汽油作為汽油的替代品，人們希望能如汽油一樣直接用于汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)。制備甲醇汽油以摻混方法最為簡(jiǎn)單，為此，世界各國(guó)進(jìn)行了廣泛的研究，一致認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)解決的主要問(wèn)題是：穩(wěn)定性較差、遇水分層、冷啟動(dòng)難、熱值低、動(dòng)力不足、熱氣阻、腐蝕溶脹等。甲醇汽油用在汽車(chē)上的技術(shù)問(wèn)題的解決將決定它是否能達(dá)到實(shí)用水平[16]。a.甲醇汽油的穩(wěn)定性問(wèn)題圖3.8n=2500r/min時(shí)CH2O的排放對(duì)比用作汽車(chē)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(lèi)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(duì)水溶解度達(dá)1％～1.1％的甲醇汽油。用此方法還可以制得含醇量在5％～50％之間穩(wěn)定性良好的甲醇汽油。而由：甲醇10％～80％、汽油10％～80％、叔丁醇1％～2.2％、硝酸亞鈰或硫酸亞鈰0.5％～1.6％、以及磺化油1％～4.4％組成(質(zhì)量分?jǐn)?shù))制成的甲醇油，因?yàn)榧状紦饺肓看?，故使用時(shí)不分層、穩(wěn)定性好，燃燒后，產(chǎn)生的一氧化碳和氮氧化合物的量比汽油低。往汽油中加入一定量的甲醇、丙酮以及過(guò)氧化鋅、乙醚、脂肪類(lèi)活性劑、二甲氧基甲烷、甲基叔丁基醚、正辛烷中的1種或幾種組合制得得甲醇汽油，其甲醇和汽油混合可全溶、速溶；甲醇摻入量可達(dá)15％～80％；使用該甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常冷啟動(dòng)、動(dòng)力增強(qiáng)、油耗下降0.7％～3.6％；排放的尾氣中一氧化碳減少95％以上，碳氧化合物減少85％以上。添加4.5％～7％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的異丁醇或異丙醇、二異丙醚、苯或甲苯或二甲苯、環(huán)烷酸鐵或五碳基鐵、硅磷酸鋁或磷酸二氫鈉、RP97復(fù)合清凈分散劑、羰酸鹽或磺酸鹽、硅型分子篩可制得成本低、辛烷值高、穩(wěn)定性好、貯存期長(zhǎng)的甲醇汽油。b.改進(jìn)甲醇汽油的動(dòng)力性甲醇引入汽油之后，因其熱值降低而動(dòng)力性能下降，通常采用添置助燃劑的方法，改善其動(dòng)力性。使用的助燃劑一般有金屬有機(jī)化物、有機(jī)過(guò)氧化合物、一些硝基化合物等。添加烷基過(guò)氧化物如二特丁基過(guò)氧化物的改性劑將過(guò)氧化物以7％～25％的比例與甲醇相混合制成混合物，再將此混合物與汽油以1:1的比例混合制得的甲醇汽油，具有良好的動(dòng)力性、穩(wěn)定性，冷啟動(dòng)的動(dòng)力不低于單一的汽油；添加一定比例的醚類(lèi)化合物和少量的防腐蝕劑、清潔劑調(diào)和而成的甲醇汽油，使用時(shí)不需用改造發(fā)動(dòng)機(jī)的部件，就具有很好的相溶性和冷起動(dòng)性，且不污染環(huán)境。其它添加劑如二甲氧基甲烷可以提高甲醇汽油的貯存穩(wěn)定性，甲醇在汽油中c.改善甲醇汽油的腐蝕性一般采用添加腐蝕抑制劑的方法來(lái)抑制甲醇汽油的腐蝕性，添加劑多為含氮物質(zhì)。由苯并三氮唑類(lèi)、二聚亞油酸抗腐蝕劑及酚類(lèi)抗氧劑經(jīng)稀釋調(diào)合而成甲醇汽油，可有效地抑制對(duì)多種金屬的腐蝕；由馬來(lái)酸酐，伯胺和一含氮雜環(huán)化物制得的腐蝕抑制劑，以每千桶燃油添加2.27kg～22.7kg，即可達(dá)到良好的抑制腐蝕效果；由琥珀酸酐、脂肪酸、不飽和羧酸及多氨聚烯烴反應(yīng)制成的添加劑，添加量很少便可達(dá)到抑制腐蝕的目的。此外，添加助燃劑促進(jìn)油料燃燒完全，也能起到降低甲醇汽油腐蝕的作用。d.抑制甲醇汽油的溶脹性甲醇是1種良好的溶劑，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的彈性膠體、密封件等有溶脹作用。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法有兩種：一是改用不被甲醇腐蝕的氟橡膠；二是在燃油中添加溶脹抑制劑，如羧酸或酰氯與芳胺反應(yīng)制得的溶脹抑制劑，添加少量即能達(dá)到要求。e.改進(jìn)甲醇汽油的氣阻性由于甲醇汽油在燃燒不完全的情況下，烴類(lèi)物質(zhì)裂解，氧化聚合而產(chǎn)生碳渣的沉積，使汽化室噴嘴阻塞，發(fā)生氣阻。解決這一問(wèn)題的辦法是促進(jìn)甲醇汽油充分燃燒，抑制高溫下的氧化聚合，添加抗阻沉積劑可以抑制甲醇汽油的氣阻發(fā)生。1種添加劑，其組分和含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))是：有機(jī)胺9％～11％，脂肪酸3％～6％，醇類(lèi)8％～12％，溶纖劑8％～12％，稀土鹽8％～12％，乳化劑2％～4％，烴類(lèi)42％～62％，優(yōu)點(diǎn)是除炭效率高，對(duì)金屬無(wú)腐蝕現(xiàn)象，在汽油使用中穩(wěn)定可靠。f.改善甲醇的冷啟動(dòng)性添加活性過(guò)氧化物或低沸點(diǎn)的醚化物是改善甲醇汽油冷啟動(dòng)性的主要方法。我國(guó)南京巨瀾科技公司以甲醇，汽油及其發(fā)明的變性劑相混合，即可制得品質(zhì)優(yōu)秀的M15～58甲醇汽油?？梢栽诓桓淖儸F(xiàn)有汽車(chē)設(shè)備的情況下，代替汽油使用，其燃燒性能、效率與普通汽油相當(dāng)。山西，河南和黑龍江等省區(qū)也有自行開(kāi)發(fā)的甲醇汽油，并已在部分省市推廣使用?？梢哉f(shuō)，我國(guó)甲醇汽油的制備技術(shù)已經(jīng)步入成熟階段。3.6甲醇-柴油混合燃料對(duì)柴油機(jī)排放和性能的影響此實(shí)驗(yàn)運(yùn)用一臺(tái)3缸、四沖程、水冷、非增壓直噴式柴油機(jī)，試驗(yàn)所用原料為常規(guī)商業(yè)0號(hào)柴油和分析級(jí)無(wú)水甲醇。試驗(yàn)中配置了3種燃料:分別為純柴油（M0）和摻混體積含量5%、10%甲醇的混合燃料（M5、M10）。為了保證燃料混合均勻，在混合燃料中添加了適量的助溶劑混合物。測(cè)功機(jī)為YP250型水力測(cè)功機(jī)，尾氣排放由MEXA-7100D型氣體排放測(cè)試儀測(cè)量，所測(cè)氣體包括NOx、HC、CO、CO2和O2。排氣煙度使用FQD-102型濾紙式煙度計(jì)測(cè)量；發(fā)動(dòng)機(jī)示功圖由角標(biāo)儀、石英壓力傳感器、電荷放大器及數(shù)據(jù)采集軟件DASYLab5.6測(cè)錄，再利用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。試驗(yàn)時(shí)預(yù)熱發(fā)動(dòng)機(jī)使水溫保持在85～90℃，油溫保持85～90℃，在其他條件保持基本不變的情況下，分別對(duì)3種不同燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩轉(zhuǎn)速1500r/min和標(biāo)定轉(zhuǎn)速2400r/min兩個(gè)轉(zhuǎn)速下進(jìn)行了負(fù)荷特性和排放特性的測(cè)試以及對(duì)比分析，從而找出含氧燃料甲醇摻混后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和排放特性的影響。3.6.1負(fù)荷特性的比較圖3.9為3種燃料在轉(zhuǎn)速為1500r/min和2400r/min時(shí)的燃油消耗率對(duì)比[17]?？梢钥闯?，混合燃料的燃油消耗率在變化趨勢(shì)上與柴油是很相似的。在相同功率下，燃油消耗率be隨著甲醇摻入量的增加而增加，這主要是由于甲醇的熱值低于柴油的緣故，甲醇含量愈大，燃料的熱值越低；另外，由于摻入甲醇后，燃燒過(guò)程后移，在上止點(diǎn)后的燃燒放熱比例增大，熱效率降低。因此，在相同的輸出功率時(shí)，摻入甲醇后，混合燃料的燃油消耗率比純柴油要高。圖3.9不同燃料燃油消耗率對(duì)比由圖還可以看出，在兩種轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的加大,3種燃料的燃油消耗率的差值逐漸減小。這主要是因?yàn)樾∝?fù)荷工況時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的溫度比較低，而甲醇的自燃點(diǎn)高，摻入甲醇后，燃料燃燒期間稀薄的混合氣在著火過(guò)程中出現(xiàn)局部火焰窒息；另外甲醇的汽化潛熱比較大，揮發(fā)過(guò)程中要吸收大量的熱，氣缸壁的溫度比較低，氣缸壁對(duì)火焰產(chǎn)生淬熄作用，這些因素造成大量可燃混合氣燃燒不完全，降低了燃燒效率，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃用混合燃料油耗高得多。隨著負(fù)荷的加大,甲醇作為含氧燃料的作用得到體現(xiàn),氧的增加提高了燃燒效率[18]，相應(yīng)地油耗率增大幅度也就隨之有所下降。3.6.2排放結(jié)果的比較分析圖3.10為負(fù)荷特性下，柴油機(jī)燃用純柴油和M5、M10混合燃料的煙度排放對(duì)比。由圖可以看出，柴油機(jī)燃用甲醇柴油混合燃料時(shí)煙度的排放較純柴油均有所下降。這主要是由甲醇的物性和含氧特性引起的，甲醇的汽化潛熱大，可以降低缸內(nèi)溫度，加之甲醇為含氧燃料，可以在燃燒過(guò)程中提供較多的氧，因此降低了燃料濃混合區(qū)缺氧的程度，也就在一定程度上抑制了碳煙生成的條件，即高溫缺氧；同時(shí)甲醇分子結(jié)構(gòu)中C-O結(jié)合強(qiáng)，無(wú)C-C[19]的結(jié)合，在燃燒過(guò)程中不易產(chǎn)生熱裂解，因而碳煙減少；另外，甲醇的沸點(diǎn)比較低，使得甲醇在氣缸內(nèi)比柴油更容易蒸發(fā)霧化，更有利于燃料與空氣的混合，提高了缸內(nèi)混合氣體的均勻性，從而降低了碳煙的排放。圖3.10不同混合燃料的碳煙排放對(duì)比圖3.11給出了純柴油、M5、M10三種燃料NOx排放隨負(fù)荷變化的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖11可以看出，燃用純柴油時(shí)NOx排放比M15、M30均要高。究其原因：NOx生成的3個(gè)條件為高溫、富氧以及高溫持續(xù)時(shí)間[20]，當(dāng)燃用混合燃料時(shí)，一方面，雖然甲醇作為含氧燃料促進(jìn)了NOx排放的增加，但另一方面，甲醇的汽化潛熱比柴油大，噴入缸內(nèi)后吸熱比柴油大，這有助于降低缸內(nèi)溫度，從而又抑制了NOx的生成；另外，混合燃料中甲醇的擴(kuò)散速度和燃燒速度均比柴油要快，相應(yīng)縮短了燃燒持續(xù)時(shí)間，這也有利于抑制NOx的生成。圖11不同燃料的NOx排放對(duì)比圖3.12為柴油機(jī)燃用混合燃料對(duì)HC排放的影響?？梢钥闯?，柴油機(jī)燃用甲醇柴油混合燃料時(shí)，隨著甲醇含量的增加，HC排放呈上升趨勢(shì)，這種趨勢(shì)在柴油機(jī)高速時(shí)更加明顯。轉(zhuǎn)速為2400r/min時(shí)，M5的HC排放較純柴油最大增加47%，M10較純柴油HC排放最大增加達(dá)58%。這主要是由于混合燃料中含有甲醇，使得混合氣形成過(guò)程中缸內(nèi)溫度降低，可燃混合氣的形成速度減小，未參與燃燒的燃油量增加。同時(shí)，甲醇的十六烷值低，混合燃滯燃期長(zhǎng)，壁面淬熄的碳?xì)漭^多，也會(huì)使總的HC排放增加。圖3.12不同混合燃料HC排放的對(duì)比圖3.13為負(fù)荷特性中混合燃料對(duì)CO排放的影響?？梢钥闯觯瑑煞N轉(zhuǎn)速下，燃用不同燃料時(shí)的CO排放隨負(fù)荷變化的趨勢(shì)基本相同。即在中低負(fù)荷時(shí)，由于循環(huán)噴油量少，過(guò)量空氣系數(shù)較大，所以CO排放較低；而隨著負(fù)荷的進(jìn)一步增大，過(guò)量空氣系數(shù)逐漸減小，使燃燒區(qū)域局部缺氧情況加劇，燃燒不完全導(dǎo)致各燃料CO排放迅速增加。同時(shí)，由圖還可以看出，在中低負(fù)荷時(shí)，混合燃料的CO排放與燃用純柴油相比均略有增加，但區(qū)別不大。這主要是由于甲醇燃料的汽化潛熱較大，自燃溫度高，使得含有甲醇的混合燃料在工作過(guò)程中平均循環(huán)溫度降低，造成不完全燃燒的燃料增加的緣故。隨著負(fù)荷的繼續(xù)加大，甲醇的吸熱影響減小，含氧燃料中的氧原子對(duì)促進(jìn)燃燒起更大的作用，同時(shí)，高負(fù)荷下甲醇柴油混合燃料還有可能發(fā)生“微爆”效應(yīng)[21]，從而有助于混合燃料的霧化，因而隨著甲醇摻混比例的增加，CO排放量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。圖3.13不同混合燃料CO排放量的對(duì)比3.6.3不同混合燃料的燃燒特性分析圖3.14為柴油機(jī)在1500r/min轉(zhuǎn)速下最大負(fù)荷工況時(shí)燃用摻甲醇混合燃料和純柴油時(shí)的缸內(nèi)壓力p、壓力升高率dQ/dθ、放熱率dx/dθ及累積放熱率x隨曲軸轉(zhuǎn)角θ的變化規(guī)律曲線(xiàn)。圖3.14發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性曲線(xiàn)由圖3.14可以看出，混合燃料的最高爆發(fā)壓力、最大壓力升高率和最大放熱率都比純柴油要大。柴油最大放熱率為0.185kJ/°CA，發(fā)生在上止點(diǎn)前1.2°CA，混合燃料最大放熱率分別為0.201kJ/°CA、0.21kJ/°CA，依次發(fā)生在上止點(diǎn)前0.5°CA和0.1°CA，較柴油滯后。摻入甲醇后，由于甲醇的汽化潛熱大，氣化過(guò)程中要吸收大量的熱，降低了氣缸內(nèi)的溫度；同時(shí)由于甲醇的十六烷值低，自燃溫度高，導(dǎo)致柴油摻入甲醇后使燃料的著火性能降低，混合燃料著火延遲與純柴油相比有所增大，燃燒過(guò)程相對(duì)后移。但是，著火延遲使得混合燃料的滯燃期延長(zhǎng)，滯燃期愈長(zhǎng)，則使在速燃期預(yù)混合燃燒的燃料量增多，這一時(shí)期的燃燒放熱量增加，加之甲醇含氧，可促進(jìn)燃燒，因而使得放熱速度加快，缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力和壓力升高率增大，放熱率峰值升高。此外，由放熱率曲線(xiàn)可以看出，混合燃料與純柴油相比有著相似的放熱規(guī)律，預(yù)混燃燒部分比柴油略大。同時(shí)，甲醇的粘度、密度和表面張力較小，有利于燃油的霧化和蒸發(fā)，從而提高了混合燃料的擴(kuò)散與燃燒速度。結(jié)果，相應(yīng)的縮短了燃燒持續(xù)期，抑制了NOx的生成。4乙醇燃料4.1世界和我國(guó)乙醇使用狀況世界酒精的66%用于燃料，14%用于食用，11%用于工業(yè)溶劑，9%用于其它化學(xué)工業(yè)。發(fā)酵酒精作車(chē)用燃料有兩種方式:其一是配制汽油和無(wú)水酒精的混合物——汽油醇，酒精在混合物中的比例最高可達(dá)25%。用汽油醇作汽車(chē)燃料時(shí)，可以利用原有的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)；其二是直接利用酒精作為汽車(chē)燃料，這時(shí)必需使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，具有更高壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)。在這方面，巴西走在最前面[22]。早在1989年，巴西以甘蔗、糖蜜、木薯、玉米為原料年產(chǎn)發(fā)酵酒精12Mt以上，幾乎全部用來(lái)代替汽油，大部分采用第二種方式作為汽車(chē)的燃料。從那時(shí)起，巴西已經(jīng)不再進(jìn)口原油，少量國(guó)產(chǎn)原油還可出口，率先實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)燃料的酒精化。目前巴西的乙醇產(chǎn)品中普通乙醇占2/3，無(wú)水乙醇占1/3。也是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，也是唯一不使用純汽油作為汽車(chē)燃料的國(guó)家。1908年，美國(guó)人設(shè)計(jì)并制造了世界上第一臺(tái)純乙醇的汽車(chē)，1930年乙醇-汽油混合燃料在美國(guó)內(nèi)布拉斯加州首次面市，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。1990年11月，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)空氣清凈法修正案，要求從1992年冬季開(kāi)始，美國(guó)39個(gè)CO排放超標(biāo)地區(qū)必須使用含氧量質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)2.7%的含氧汽油(相當(dāng)于添加體積分?jǐn)?shù)為7.7%乙醇)。目前，美國(guó)乙醇生產(chǎn)能力70.78億L/a，58個(gè)乙醇生產(chǎn)廠(chǎng)分布在美國(guó)19個(gè)州，其主要原料為玉米約占90%，高粱等其他原料占10%。歐盟每年約生產(chǎn)176萬(wàn)t酒精。1997年只有5.6%用于燃料。中國(guó)在吉林年產(chǎn)60萬(wàn)噸和河南年產(chǎn)30萬(wàn)噸燃料乙醇項(xiàng)目分別于2001年9月于2004年開(kāi)工建設(shè)，另外，河南天冠年產(chǎn)30萬(wàn)噸與黑龍江華潤(rùn)金玉年產(chǎn)10萬(wàn)噸燃料乙醇的改擴(kuò)建項(xiàng)目已分別于2000年和2001年完成，并在當(dāng)?shù)亻_(kāi)始了乙醇汽油的試用工作。從2001年開(kāi)始，我國(guó)先后在河南、黑龍江開(kāi)始試用車(chē)用乙醇汽油，采取地方立法的手段在試點(diǎn)城市封閉運(yùn)行。河南先在南陽(yáng)、洛陽(yáng)、鄭州三市使用車(chē)用乙醇汽油，現(xiàn)已全省使用。2001年消耗了147噸燃料乙醇，2002年消耗了約5000噸燃料乙醇。黑龍江先在肇東和哈爾濱使用車(chē)用乙醇汽油，2001年消耗了127噸燃料乙醇，2002年消耗了約500噸燃料乙醇，目前燃料乙醇需求逐年增加，供需狀況良好。經(jīng)過(guò)5年的試點(diǎn)和推廣使用，我國(guó)生物乙醇汽油在生產(chǎn)、混配、儲(chǔ)運(yùn)及銷(xiāo)售等方面已擁有較成熟的技術(shù)。截至2006年6月，我國(guó)已形成燃料乙醇102萬(wàn)噸年生產(chǎn)能力、年混配1020萬(wàn)噸生物乙醇汽油的能力，生物乙醇汽油的消費(fèi)量已占到全國(guó)汽油消費(fèi)總量的20％。2006年，我國(guó)燃料乙醇的生產(chǎn)達(dá)到130萬(wàn)噸。2006年中國(guó)全年糧食產(chǎn)量超過(guò)4.9億噸,實(shí)現(xiàn)三年的連續(xù)增產(chǎn),但糧食總的供求關(guān)系還是處在一個(gè)緊平衡的狀態(tài)。玉米這幾年的加工能力擴(kuò)張得比較快，2005年,全國(guó)玉米深加工能力已經(jīng)達(dá)到了1000億斤,實(shí)際加工消耗是500多億斤，2006年加工能力達(dá)到了1400億斤,實(shí)際加工也接近700億斤。深加工對(duì)于玉米的消耗也造成了玉米供求狀況的變化,帶動(dòng)了價(jià)格的上漲。據(jù)預(yù)測(cè)，2007年糧食價(jià)格將上漲6%左右，漲幅高于2006年，糧、油等食品價(jià)格上漲將成為推動(dòng)CPI上漲的主要因素。此前，國(guó)家發(fā)改委要求各地不得以加工玉米為名，違規(guī)建設(shè)生物燃料乙醇項(xiàng)目，盲目擴(kuò)大玉米加工能力。在這種大背景下，發(fā)展燃料乙醇產(chǎn)業(yè)是否會(huì)影響中國(guó)的糧食安全，成了一個(gè)熱議話(huà)題。2006年中國(guó)玉米產(chǎn)量1.385億噸，其中飼料用量是9600萬(wàn)噸，3020萬(wàn)噸是工業(yè)用量，燃料乙醇所用的玉米量只占工業(yè)用量的1/10，玉米總產(chǎn)量的2%多一點(diǎn)。所以不存在爭(zhēng)糧的嫌疑。中國(guó)發(fā)展非糧乙醇的可行之路，在于發(fā)展用甜高粱、甘薯、木薯等原料來(lái)替代糧食。纖維法生產(chǎn)乙醇技術(shù)還不成熟，美國(guó)計(jì)劃用6年時(shí)間攻克這一技術(shù)難關(guān)。國(guó)內(nèi)有企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用纖維原料生產(chǎn)乙醇，但目前噸成本比糧食法要高1000多元。根據(jù)《生物燃料乙醇以及車(chē)用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》，到2010年，中國(guó)將以薯類(lèi)、甜高粱等非糧原料為主生產(chǎn)522萬(wàn)噸燃料乙醇，屆時(shí)乙醇汽油使用量將占全國(guó)汽油用量的75%。到2020年，中國(guó)燃料乙醇年產(chǎn)量可達(dá)1000萬(wàn)噸。其實(shí)，可再生能源會(huì)議作出的停止在建的乙醇燃料項(xiàng)目，這只是階段性的選擇，之前，國(guó)家出發(fā)改委也多次通知，要求新上燃料乙醇項(xiàng)目“剎車(chē)”，然而，效果不盡人意。如何破解隱藏在問(wèn)題背后的“發(fā)展”與“資源”之間矛盾，卻需要國(guó)家有關(guān)部門(mén)用更長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)求解。按理說(shuō)，食品和能源經(jīng)濟(jì)并不相關(guān)，但是目前正在趨于緊密關(guān)聯(lián)。當(dāng)石油價(jià)格上漲時(shí)，食品價(jià)格也會(huì)上漲。據(jù)大連商品交易所公布信息稱(chēng)，國(guó)內(nèi)玉米價(jià)格在過(guò)去9個(gè)月里上漲了近30%，其原因是人們把玉米用于生產(chǎn)燃料乙醇所致。4.2乙醇的性質(zhì)及乙醇汽油可行性分析乙醇（CH3CH2OH），俗稱(chēng)酒精，是一種無(wú)色透明、易揮發(fā)、易燃液體，它的熱值較低；蒸發(fā)潛熱較高；乙醇的抗爆性能好，含氧量高,它以玉米、小麥、薯類(lèi)，甘庶等農(nóng)作物為原料，經(jīng)發(fā)酵、蒸餾而制成，也可以由乙烯水制成。是基本有機(jī)化工原料之一，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。乙醇與汽油在某些物理化學(xué)性質(zhì)上非常接近，但是有些性能則相差較大[23]。乙醇汽油是一種由糧食及各種植物纖維加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。它可以有效改善油品的性能和質(zhì)量，降低一氧化碳、碳?xì)浠衔锏戎饕廴疚锱欧?。它不影響汽?chē)的行駛性能，還減少有害氣體的排放量。乙醇汽油作為一種表4.1乙醇與傳統(tǒng)燃料理化性質(zhì)的比較性質(zhì)乙醇汽油柴油分子式C2H5OHC5～C12烴C10～C21烴密度（g/ml)0.790.72～0.780.82～0.86蒸汽壓（Pa×)0.18夏：0.45～0.70冬：0.60～0.90——沸點(diǎn)/℃78.530～190180～370動(dòng)力粘度Pa×S×1.200.423.70低熱值（MJ/kg)26.7744.042.5汽化潛熱（MJ/kg)904310250辛烷值RON11191～98——十六烷值80～1040～45著火界限%4.3～19.01.5～7.61.5～8.2自燃溫度/℃420260200閃點(diǎn)/℃214575理論混合氣熱值新型清潔燃料，是目前世界上可再生能源的發(fā)展重點(diǎn)，符合我國(guó)能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向，技術(shù)上成熟安全可靠，在我國(guó)完全適用，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效:1.從分子結(jié)構(gòu)上看，汽油中不含氧，而乙醇中含氧，更有利于促進(jìn)燃料的完全燃燒，節(jié)省燃料。2.乙醇的辛烷值高，抗爆性能好。乙醇的研究法辛烷值(RON)達(dá)到112，馬達(dá)法辛烷值(MON)為92。有資料顯示，乙醇的調(diào)合辛烷值為115，在RON91的汽油中添加10％(體積)的乙醇，其RON可提高約4個(gè)單位，MON增加約2個(gè)單位。因此，燃用高比例乙醇燃料時(shí)，通?？梢蕴岣咂?chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和動(dòng)力性。3.通過(guò)添加乙醇改變汽油組成，可以有效地降低汽車(chē)尾氣排放。美國(guó)汽車(chē)/油料研究計(jì)劃(AQIRP)的研究報(bào)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排放降低7％～16％。4.乙醇的熱值比常規(guī)汽油的熱值低。因此，使用乙醇汽油，發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗隨著乙醇攙人量的增加而增加。有資料報(bào)道，使用10％乙醇的混合汽油時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗約增加5％。若在辛烷值相同的前提下，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能也會(huì)因乙醇的含量增加而有不同程度的下降。5.乙醇的汽化潛熱大，這將導(dǎo)致汽車(chē)動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性下降。通常通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣加熱系統(tǒng)或廢氣預(yù)熱空氣系統(tǒng)，提高進(jìn)氣溫度，改善混合氣的形成及燃燒，改善乙醇汽車(chē)的低溫啟動(dòng)性。6.乙醇在燃燒過(guò)程中會(huì)形成乙酸等對(duì)金屬有腐蝕性的硫化物，在乙醇生產(chǎn)過(guò)程中一般也會(huì)形成酸一性物質(zhì)，而且在貯存時(shí)由于空氣的氧化或細(xì)菌發(fā)酵也會(huì)產(chǎn)生少量的有機(jī)酸，且乙醇本身具有吸水性，也會(huì)使之含有少量水分，這些都會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的腐蝕和磨損。另外，乙醇的蒸發(fā)潛熱大，汽化不良的乙醇流人汽缸壁，使得潤(rùn)滑油膜被沖洗而造成的潤(rùn)滑油稀釋或嚴(yán)重乳化也將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)部件的摩擦和磨損。國(guó)外使用E85和E100等高比例的乙醇燃料時(shí)，通常使用適合燃用乙醇的特制發(fā)動(dòng)機(jī)，其供油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)材料需要經(jīng)防腐處理。在使用低比例乙醇燃料時(shí)，可加入金屬腐蝕抑制添加劑來(lái)有效抑制乙醇汽油對(duì)銅片(黃銅、紫銅)的腐蝕。7.乙醇是一種化工溶劑，對(duì)汽車(chē)供油系統(tǒng)的橡膠部件有一定的溶脹作用，對(duì)油泵的密封及其他部件的合成橡膠材料大都有輕微的腐蝕、溶脹、軟化或龜裂作用。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(yàn)研究表明：隨著乙醇汽油中水含量的增加，相分離溫度明顯提高；而在相同水含量的條件下，隨著乙醇含量的增加，相分離溫度將會(huì)大幅度降低。9.乙醇調(diào)入汽油后，會(huì)產(chǎn)生明顯的蒸汽壓調(diào)和效應(yīng)。乙醇本身的飽和蒸汽壓為18kPa，當(dāng)乙醇添加量為3％～5.7％時(shí)，乙醇汽油的調(diào)和蒸汽壓隨乙醇添加量增加而提高，最高達(dá)58kPa；當(dāng)乙醇添加量大于5.7％時(shí)，乙醇汽油的調(diào)和蒸汽壓隨乙醇添加量增加逐漸降低。美國(guó)、巴西乙醇汽油的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)以及國(guó)內(nèi)車(chē)用乙醇汽油的可行性研究,使用試點(diǎn)試驗(yàn)已經(jīng)表明，推廣使用車(chē)用乙醇汽油在技術(shù)上是可行的。但是，一個(gè)系統(tǒng)工程需要國(guó)家經(jīng)濟(jì)及稅收政策上的支持，并建立車(chē)用乙醇汽油生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷(xiāo)售、使用、市場(chǎng)監(jiān)管、價(jià)格調(diào)控、質(zhì)量監(jiān)督、環(huán)保監(jiān)測(cè)的成套政策措施和管理方法。因此，推廣乙醇汽油還需要進(jìn)一步研究。4.3乙醇作為汽油代用燃料的排放性能分析所謂車(chē)用乙醇汽油，就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一種汽車(chē)燃料。這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已十分成熟。目前，國(guó)外使用車(chē)用乙醇汽油的國(guó)家主要是美國(guó)和巴西，其中巴西是世界上最大的燃料乙醇生產(chǎn)及應(yīng)用國(guó)。4.3.1乙醇汽油常規(guī)排放物結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)用汽油機(jī)為本田2.4型發(fā)動(dòng)機(jī)，排放分析儀是深圳元征科技股份有限公司生產(chǎn)的VEA-501型五組分排放分析儀，測(cè)量排氣中的CO和HC的濃度，采用化學(xué)發(fā)光原理對(duì)NOx的濃度進(jìn)行檢測(cè)[24]。選用低濃度的乙醇汽油(乙醇的體積分?jǐn)?shù)為2.5％，5％，10％和15％)進(jìn)行研究，分別用E2.5，E5，E10，E15表示，其中乙醇為工業(yè)乙醇，純度在99.7％以上。CO的排放分析圖4.1轉(zhuǎn)速為1800r/minCO排放由圖4.1可知：在一定轉(zhuǎn)速下，隨著負(fù)荷的加大，五種燃料CO的排放曲線(xiàn)開(kāi)始時(shí)緩慢變化，而后出現(xiàn)上升趨勢(shì)，最終達(dá)到最大值。這是由于電控發(fā)動(dòng)機(jī)在中小負(fù)荷工況時(shí)是實(shí)行閉環(huán)控制的，根據(jù)裝在排氣管上的氧傳感器的反饋信號(hào)控制過(guò)量空氣系數(shù)基本保持在1.0左右，此時(shí)汽油機(jī)用經(jīng)濟(jì)混合氣工作，基本上可以保證燃料完全燃燒；另一方面，隨著摻燒乙醇比例的增大，電控系統(tǒng)使發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量自動(dòng)減小，以維持過(guò)量空氣系數(shù)保持在1.0左右。因此，在中小負(fù)荷工況，各種燃料的CO排放變化都不大，趨勢(shì)比較平穩(wěn)。而在大負(fù)荷工況時(shí)，電噴汽油機(jī)為了輸出較大的功率將會(huì)增加噴油量以形成濃混合氣，導(dǎo)致過(guò)量空氣系數(shù)小于1.0，這就使得CO的排放開(kāi)始上升。燃用93#汽油的排放始終最高，四種混合燃料的排放效果均優(yōu)于燃用93#汽油，并且隨著摻燒乙醇的增加，CO排放有明顯改善，其中使用E15的最大降低幅度為8.3％。這是因?yàn)橐掖计腿剂献詳y氧要比空氣中的氧更有助于完全燃燒，或者說(shuō)原子氧要比分子氧更容易參加化學(xué)反應(yīng)，加之混合燃料中乙醇的C/H小于汽油，汽化潛熱大于汽油，有利于混合氣的完全燃燒。乙醇化學(xué)結(jié)構(gòu)中的羥基OH使其燃燒反應(yīng)特點(diǎn)與汽油中的各種烴類(lèi)的有所不同，其燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哂谄?，這也是摻燒乙醇后CO排放得以改善的另一個(gè)原因[25]。HC排放結(jié)果分析圖4.2轉(zhuǎn)速為1800r/minHC排放由圖4.2可知：93#汽油和E2.5，E5，E10，E15時(shí)HC排放曲線(xiàn)的變化趨勢(shì)保持一致，E2.5，E5，E10和E15的排放效果均優(yōu)于燃用93#汽油時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的不斷增加，HC的排放依次降低。這是因?yàn)樵陂]環(huán)控制區(qū)域內(nèi)，ECU的控制策略使過(guò)量空氣系數(shù)保持在1.0到1.05之間，五種燃料基本上都可以充分燃燒。然而由于乙醇的含氧特性，當(dāng)乙醇加入后，混合燃料的含氧量獲得提高，也使燃燒得以改善，燃料含氧降低了中小負(fù)荷時(shí)因?yàn)榛旌蠚膺^(guò)稀引起的HC淬熄排放，也降低了高負(fù)荷時(shí)因?yàn)榛旌蠚膺^(guò)濃導(dǎo)致的HC不完全燃燒排放，從而降低了未燃HC的排放量。由此可知，即使在不缺氧的閉環(huán)區(qū)域，乙醇的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃燒。這也表明燃料自攜氧對(duì)降低HC效果要優(yōu)于空氣中的氧氣。NOx排放結(jié)果分析a部分負(fù)荷工況下圖4.3轉(zhuǎn)速為1800r/minNOx的排放由圖4.3可知：發(fā)動(dòng)機(jī)燃用五種燃料時(shí)，隨著負(fù)荷的增加，NOx的排放都是先升高后降低。混合燃料中E15降幅最大。這是由于發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷時(shí)，缸內(nèi)溫度比較低，不利于NOx的生成；到了中等負(fù)荷時(shí)，混合氣濃度變化不大，但是缸內(nèi)溫度已經(jīng)上升了，所以排放有所增加；而發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷時(shí)，供給的混合氣較濃，氧不足，即使此時(shí)缸內(nèi)溫度較高，NOx的生成也因缺氧被抑制。E2.5，E5，E10，E15的排放均高于燃用93#汽油時(shí)的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，NOx的排放依次增加。這是由于乙醇含氧，可使缸內(nèi)燃燒溫度變高、速度變快，燃燒放熱也比較集中，使NOx的排放得以增加，雖然乙醇的熱值低，汽化潛熱約為汽油的2.9倍，有使進(jìn)氣溫度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，缸內(nèi)最高溫度降低的趨勢(shì)，可能會(huì)使NOx有所降低，但其影響不夠大，于是兩者因素共同作用后的結(jié)果是E2.5，E5，E10，E15這四種混合燃料NOx的排放比93#汽油高。b全負(fù)荷工況圖4.4全負(fù)荷工況NOx排放由圖4.4可知：節(jié)氣門(mén)全開(kāi)時(shí)，隨著轉(zhuǎn)速的提高，NOx的排放先升高后降低最終又升高，并且四種混合燃料的排放始終低于93#汽油。這些都是由于燃料的含氧量、燃燒峰值溫度以及混合氣濃度不同等諸多因素綜合在一起形成的。4.3.2乙醇汽油的優(yōu)缺點(diǎn)比較主要優(yōu)點(diǎn):(1)減少排放車(chē)用乙醇汽油含氧量達(dá)35%,使燃料燃燒更加充分,據(jù)國(guó)家汽車(chē)研究中心所作的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)和行車(chē)試驗(yàn)結(jié)果表明,使用車(chē)用乙醇汽油,在不進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)改造的前提下,動(dòng)力性能基本不變,尾氣排放的CO和HC化合物平均減少30%以上,有效的降低和減少了有害的尾氣排放。(2)動(dòng)力性好乙醇辛烷值高(RON為111)可采用高壓縮比提高發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率和動(dòng)力性.加上其蒸發(fā)潛熱大,可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性。(3)積炭減少因車(chē)用乙醇汽車(chē)的燃燒特性,能有效的消除火花塞,燃燒室,氣門(mén),排氣管消聲器部位積炭的形成,避免了因積炭形成而引起的故障,延長(zhǎng)部件使用壽命。(4)使用方便乙醇常溫下為液體,操作容易,儲(chǔ)運(yùn)使用方便,與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)有繼承性,特別是使用乙醇汽油混合燃料時(shí),.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)變化不大。(5)資源豐富我國(guó)生產(chǎn)乙醇的主要原料含有糖作物,含淀粉作物以及纖維類(lèi)燃料,這些都是可再生資源且來(lái)源豐富,因而使用乙醇燃料可減少車(chē)輛對(duì)石油資源的依賴(lài),有利于我國(guó)能源安全。主要缺點(diǎn):(1)蒸發(fā)潛力大乙醇的蒸發(fā)潛熱是汽油2倍多,蒸發(fā)潛熱大會(huì)使乙醇類(lèi)燃料低溫啟動(dòng)和低溫運(yùn)行性能惡化,如果發(fā)動(dòng)機(jī)不加裝進(jìn)氣預(yù)熱系統(tǒng),燃燒全醇燃料時(shí)汽車(chē)難以起動(dòng),但在汽油中混合低比例的醇,由燃燒室壁供給液體乙醇以蒸發(fā)熱,蒸發(fā)潛熱大這一特點(diǎn)可成為提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率和冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的有利因素。(2)熱值低乙醇的熱值只有汽油的61%,要行使同樣里程,所需燃料容積要大,乙醇盡管熱值較汽油小得多,但由于含氧量較高,其理論混合氣熱值與汽油接近,因此,乙醇可以作為汽油機(jī)燃料使用,而且其動(dòng)力性可以接近使用汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)。(3)易產(chǎn)生氣阻乙醇的沸點(diǎn)只有78℃,在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作溫度下,很容易產(chǎn)生氣阻,使燃料供給量降低甚至中斷供油。(4)腐蝕金屬乙醇在燃燒過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生乙酸,對(duì)汽車(chē)金屬特別銅有腐蝕作用,有試驗(yàn)表明,在汽油中乙醇含量在10%以下時(shí),對(duì)金屬基本沒(méi)有腐蝕,但乙醇超過(guò)15%時(shí),則必須添加有較的腐蝕抑制劑。(5)與材料適應(yīng)性差乙醇是一種優(yōu)良的溶劑,易對(duì)汽車(chē)密封橡膠及其它合成非金屬材料產(chǎn)生一定的輕微腐蝕,容漲,軟化或龜裂作用。(6)易分層乙醇易于吸水,車(chē)用乙醇汽油的含水量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)后,容易發(fā)生液相分離,影響使用.車(chē)用乙醇汽油的儲(chǔ)運(yùn)周期只有4～5天,因此必須改造,建設(shè)專(zhuān)供車(chē)用乙醇汽油使用的儲(chǔ)油罐,槽車(chē),調(diào)和與加油設(shè)施。4.4乙醇作為柴油替代燃料乙醇在柴油機(jī)上應(yīng)用要遠(yuǎn)遜于在汽油機(jī)上的應(yīng)用，其主要原因是柴油與乙醇不能互溶，摻燒困難，此外乙醇燃料十六烷值低，在柴油機(jī)上需用柴油引燃或點(diǎn)火塞點(diǎn)燃，要對(duì)燃燒系統(tǒng)做較大改動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)機(jī)構(gòu)正在研制幫助乙醇與柴油互溶的助溶劑，生成柴油醇（diesohol），這樣可以在發(fā)動(dòng)機(jī)不作改動(dòng)或是很少改動(dòng)的情況下使用柴油醇燃料，滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性，動(dòng)力性和環(huán)保的要求。研究表明加入1％的助溶劑和10％～15％乙醇的柴油醇燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)微粒與一氧化碳排放顯著降低，發(fā)動(dòng)機(jī)500小時(shí)耐久性試驗(yàn)后，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油系統(tǒng)、機(jī)械磨損都正常，主要配合間隙沒(méi)有超差，柴油醇在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用將具有很大潛力。4.4.1乙醇與柴油的理化性質(zhì)與性能分析乙醇作為柴油機(jī)的代用燃料具有以下特點(diǎn)：（1）乙醇中含有34.8%的氧，降低了對(duì)柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的要求；（2）乙醇的C/H比柴油小得多，這樣有利于燃燒完全；（3）乙醇的揮發(fā)性好，能促進(jìn)缸內(nèi)混合氣的均勻分布，使燃燒及時(shí)而迅速；（4）乙醇的粘度較柴油低得多，這對(duì)噴射霧化是十分有利的；（5）雖然乙醇的熱值比柴油低得多，但其理論混合氣熱值與柴油相當(dāng)；（6）乙醇的汽化相變吸熱大，有利于柴油機(jī)進(jìn)氣和缸內(nèi)高溫零件的冷卻；（7）乙醇的十六烷值低，自燃性能較差，但其辛烷值較高，有較高的抗爆性；（8）乙醇的著火極限寬，有利于使用稀燃技術(shù)，從而提高柴油機(jī)的熱效率。4.4.2乙醇的添加對(duì)柴油排放性能的影響試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)為一非增壓直噴式295型柴油機(jī)。排氣分析儀采用AVL公司的GEM-110發(fā)動(dòng)機(jī)排氣分析儀。排氣煙度的測(cè)量采用FBY-1型波許式煙度計(jì)。在標(biāo)定轉(zhuǎn)速2200r/min和標(biāo)定功率20KW的條件下對(duì)不同含量的乙醇柴油進(jìn)行試驗(yàn)分析。煙度的排放分析。圖4.5給出了不同乙醇摻混比對(duì)排氣煙度的改善效果[26]。隨乙醇摻混比的提高，排氣煙度明顯下降，在中高負(fù)荷時(shí)尤其顯著。在標(biāo)定工況點(diǎn)2200r/min和20KW時(shí)，純柴油的排氣煙度為2.7BSU,而E10,E20,E30燃料分別為2.3BSU，1.0BSU，0.6BSU，分別降低了15%，60%，80%。在最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，E30的排氣煙度可降60%以上。圖4.5不同乙醇摻混比對(duì)排氣煙度的改善效果NOx排放分析圖4.6不同乙醇摻混比對(duì)NOx的改善效果同樣條件下,NOx的排放特性如圖4.6所示，隨乙醇摻混比的提高，NOx排放明顯上升，在最大負(fù)荷的80%~90%時(shí)上升幅度最大，可以認(rèn)為這主要是由于氧化成分提高造成的，當(dāng)負(fù)荷繼續(xù)提高時(shí)，由于混合氣濃度提高，氧化效果被減弱，NOx的上升幅度減小。在采用乙醇柴油時(shí)，應(yīng)同時(shí)采用推遲噴油提前角或優(yōu)化噴油規(guī)律等措施降低NOx，在抑制NOx的排放水平不超過(guò)原機(jī)的情況下降低排氣煙度。4.4.3乙醇替代柴油存在的主要問(wèn)題從目前的研究結(jié)果來(lái)看，乙醇替代柴油存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：(l)由于乙醇的熱值低于柴油，所以乙醇的燃燒消耗量高。(2)乙醇與柴油的互溶性差，大比例摻混有困難。乙醇和柴油的混合物性質(zhì)不穩(wěn)定，摻入少量的水就可能引起分層。(3)乙醇的十六烷值低，自燃性差，著火延遲期長(zhǎng)，而柴油機(jī)需要較高十六烷值的燃料以提高自燃性和減少點(diǎn)火延遲。(4)乙醇的潤(rùn)滑性低于柴油，不像柴油一樣可以起到潤(rùn)滑劑的作用。(5)由于乙醇的自燃性差，著火延遲期長(zhǎng)，乙醇蒸氣的快速燃燒，易使發(fā)動(dòng)機(jī)工作粗暴，引起敲缸；其次，由于乙醇的氣化潛熱大，易引起火焰淬滅?？傊?，柴油機(jī)以其功率大、熱效率高、壽命長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)性好、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn),得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用,但柴油機(jī)排放的污染物較多,尤其是NOx和PM,對(duì)環(huán)境構(gòu)成了極大的威脅。在柴油機(jī)上若摻混少量的乙醇燃料,不僅能減少柴油的消耗量,還能明顯地降低有害物質(zhì)的排放。目前,我國(guó)的燃料乙醇生產(chǎn)已經(jīng)形成了一定的規(guī)模,燃料乙醇的應(yīng)用研究已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)之一。5二甲醚清潔燃料簡(jiǎn)介5.1二甲醚的性質(zhì)二甲醚（DimethylEther，縮寫(xiě)為DME），常溫常壓下，它是一種無(wú)色的可燃?xì)怏w，具有輕微的醚香味；其蒸汽壓約為0.5MPa，易液化；DME具有惰性，不易自動(dòng)氧化，在空氣中十分穩(wěn)定，無(wú)腐蝕性，毒性很弱，無(wú)致癌性。DME具有優(yōu)良的混溶性，易溶于汽油、四氧化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機(jī)溶劑，加入少量助劑（如酒精）后就可與水以任意比例互溶，一般情況下，100ml水中可溶解3700mlDME氣體。二甲醚與二乙醚和其他更高級(jí)醚不同，不會(huì)形成爆炸性的過(guò)氧化物，因此使用時(shí)更安全。它在室溫下是以氣態(tài)存在的，但通常以液體形式儲(chǔ)存于壓縮罐中，與LPG很相似。DME基本的物理化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表5.1。表5.1二甲醚的物理化學(xué)性質(zhì)分子式CH3OCH3蒸汽壓/MPa0.51（20℃）摩爾質(zhì)量46.07氣體燃燒熱MJ/kg28.84熔點(diǎn)/℃-138.5蒸發(fā)熱KJ/kg410（20℃）沸點(diǎn)/℃-24.9自燃溫度/℃350十六烷值55～60爆炸極限（空氣中）3～7%（vol）臨界壓力/MPa5.37閃點(diǎn)-41℃液體密度kg/L0.76(20℃)空氣中可燃范圍3.4%～17%二甲醚的優(yōu)勢(shì)：二甲醚十六烷值高達(dá)55～60，而常規(guī)柴油的十六烷值為40～55，所以它可以更高效的應(yīng)用與柴油機(jī)中。自燃點(diǎn)低，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)蒸發(fā)速度快，有利于混合氣的形成，燃燒速度快，滯燃期短；汽化潛熱高于柴油，蒸發(fā)過(guò)程吸收熱量較柴油多，可有效地降低氣缸內(nèi)最高燃燒溫度，有利于降低NOX排放和噪聲；DME中不含硫[27]，因此不會(huì)產(chǎn)生SOx.作為含氧化合物，可提高燃燒效率，由于其中不存在C-C鍵，在燃燒過(guò)程中幾乎無(wú)碳煙生成，CO、PM的排放都比較??；以DME為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)，其動(dòng)力性和起動(dòng)性與柴油機(jī)相當(dāng)。二甲醚的不足：需要開(kāi)發(fā)新的燃料供應(yīng)系統(tǒng)及新的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)和整車(chē)技術(shù)；發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不成熟、粘度較低儲(chǔ)運(yùn)不便、能量密度低續(xù)駛里程短，液態(tài)密度隨溫度變化較大．容易使燃料供給系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)件發(fā)生磨損；并且同CNG、LPG一樣，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施要求較高；受便利性、燃料加注基礎(chǔ)設(shè)施等因素限制，發(fā)展空間有限，適合于在區(qū)域間運(yùn)行的大型客車(chē)上應(yīng)用。5.2二甲醚的應(yīng)用簡(jiǎn)介5.2.1用作民用燃料DME易壓縮，其液化氣與LPG性能相似，貯存壓力約1.35Mpa，小于LPG的1.92MPa，因此可以代替煤氣、LPG用作民用燃料。DME液化氣用作民用燃料有許多優(yōu)點(diǎn)：DME自身含氧（34.8%），碳鏈短，燃燒充分，不析炭，無(wú)殘夜，燃燒尾氣符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；DME液化氣在室溫下壓力符合現(xiàn)有的LPG要求，可用現(xiàn)有的LPG氣罐集中統(tǒng)一罐裝，灶具與LPG基本通用，使用方便，不需要預(yù)熱，隨用隨開(kāi)；在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用等方面比LPG更安全。另外，DME還可按一定比例參入到城市煤氣或天然氣中作為調(diào)峰之用，并可改善煤氣質(zhì)量，提高熱值。我國(guó)從1990年起大量進(jìn)口LPG，2001年進(jìn)口量達(dá)482萬(wàn)t。若按年進(jìn)口增長(zhǎng)率7%計(jì)算，僅替代LPG一項(xiàng)，2005年就需燃料級(jí)DME約860萬(wàn)t?？梢?jiàn)，DME替代LPG作優(yōu)良的民用清潔燃料，具有廣闊的前景。DME還可用作醇醚燃料，即DME、CH3OH和H2O(來(lái)自原料甲醇制DME反應(yīng))及其它組分配制的混合燃料，與醇基燃料相比，醇醚燃料更具優(yōu)勢(shì)，原因在于醇基燃料，甲醇蒸汽壓較低，使用前還需預(yù)熱，才可使其氣化，但配制成醇醚燃料后，DME不僅能溶于甲醇和水中，而且他還能在鋼瓶中產(chǎn)生供料所需的壓力，皮面了醇基燃料難以解決的外預(yù)熱的缺點(diǎn)，而且燃料熱值可通過(guò)調(diào)整各組分比例加以調(diào)節(jié)。5.2.2用作汽車(chē)燃料DME液化后可直接用作汽車(chē)燃料，是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的理想替代燃料。由于DME具有較高的十六烷值（55～60），比柴油的十六烷值高27%，且本身含氧量高，使其燃燒性能跟好，發(fā)動(dòng)機(jī)爆發(fā)力大，機(jī)械性能好，實(shí)現(xiàn)無(wú)煙燃燒，燃燒尾氣中的NOX、HC等的排放量能大大降低，并可降低噪音。據(jù)美國(guó)阿莫科（Amoco）與丹麥托普索（Topsoe）兩個(gè)從事天然氣合成燃料的公司報(bào)道，使用DME燃料后尾氣無(wú)需轉(zhuǎn)化處理便能滿(mǎn)足美國(guó)加利福尼亞州頒布的中性汽車(chē)超低排放尾氣的標(biāo)準(zhǔn)（ULEV），其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5.2。國(guó)內(nèi)西安交通大學(xué)與一汽合作開(kāi)發(fā)了我國(guó)第一輛改用DME燃料的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)，并進(jìn)行了使用研究，結(jié)果表明，使用DME燃料后可使發(fā)動(dòng)機(jī)功率提高10%～15%,表5.2二甲醚燃料排放指標(biāo)排放物g/hhp-hUVEV標(biāo)準(zhǔn)DME測(cè)試值CO7.23.2NOx及甲烷烴2.52.4非甲烷烴1.30.21顆粒狀物0.050.033甲醛0.0250.022效率提高2%～3%，噪音降低10%～15%，可達(dá)到歐洲III級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。陜西新型燃料燃具公司與長(zhǎng)安大學(xué)共同研制的DME混合燃料，用作汽油機(jī)汽車(chē)燃料，經(jīng)臺(tái)架和道路行車(chē)實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)，與燃油汽車(chē)相比，其動(dòng)力性能與燃料90#汽油相當(dāng)，但燃料消耗減少4.2%～5.0%，怠速排放中CO和HC分別下降85.7%和30.3%，經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)于燃燒汽油的汽車(chē)。而且使用該燃料的汽車(chē)，在不改變?cè)?chē)結(jié)構(gòu)和使用性能的基礎(chǔ)上，只需加裝一套供氣轉(zhuǎn)換裝置，就成為既能少有又能燒氣的雙燃料汽車(chē)。供氣系統(tǒng)加裝方便易行，其加裝費(fèi)和建造加氣站等費(fèi)用均低于LPG和CNG燃料汽車(chē)。結(jié)論隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和汽車(chē)保有量的高速增長(zhǎng)，正面臨汽車(chē)能源需求與環(huán)境保護(hù)的雙重巨大壓力。目前汽車(chē)行駛所使用的燃料主要是從石油中提煉出來(lái)的汽油和柴油，據(jù)世界能源大會(huì)數(shù)據(jù)表明，石油等不可再生能源正面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的能源危機(jī)，而中國(guó)的石油儲(chǔ)量只占世界的2.4%,我國(guó)將面臨嚴(yán)重的能源不足問(wèn)題，這也進(jìn)一步威脅到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定。另一方面，汽車(chē)排放已是城市大氣環(huán)境的主要污染源之一，石油燃料產(chǎn)生的CO、HC、NOx和顆粒物排放居高不下，城市的機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣污染日趨嚴(yán)重，這也必然降低人類(lèi)的生活質(zhì)量甚至威脅到生命。因此，在能源與環(huán)境的雙重壓力下，尋找新型清潔的代用燃料勢(shì)在必行。針對(duì)我國(guó)自然條件和能源特色，逐步改變汽車(chē)能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展清潔燃料，在發(fā)動(dòng)機(jī)上現(xiàn)實(shí)高效、低污染燃燒，控制汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)有害氣體排放對(duì)環(huán)境的污染，已成為我國(guó)能源與環(huán)境研究中一個(gè)重大又緊迫的問(wèn)題。本論文得出的幾點(diǎn)結(jié)論如下：1、甲醇燃料在能源危機(jī)和改善發(fā)動(dòng)機(jī)排放特性方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，所以它是一種很有前景的清潔代用燃料。甲醇代用燃料雖沒(méi)有像石油那樣普及應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)上，但是它也有著比較早的