甲醇汽油的研究进展

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  摘 要:甲醇作为一种十分理想的汽油替代燃料,对我国能源结构的调整和减轻能源紧缺压力都有着极其深远的意义,本文概述了国内外甲醇汽油的研究现状,甲醇汽油的优缺点,以及对甲醇汽油的推广做了合理的建议。
  关键词:甲醇 汽油 甲醇汽油 添加剂
  
  甲醇汽油是车用燃料替代,是新能源的重要组成部分。原油是全球最主要的一次能源,当前能源短缺的实质是原油短缺。车用燃料是原油最主要的应用领域,占全球原油总消耗量的70%以上。甲醇汽油是一种"以煤代油"路径,可以作为汽油的替代物从而实现对原油的部分替代。
  一、国外甲醇汽油研究的进展
  1975年,瑞典首先提出可以把甲醇作为机车的待用燃料,并随之成立了瑞典甲醇开发公司。日本在1979年重新制定了国家能源政策,继而成立了“醇类利用技术委员会”,用来指导日本醇类的研发工作。同一时期,联邦德国研制了甲醇发动机,并制定了“用于公路交通榆树的醇类燃料”研究计划。并组织6家汽车公司生产的M15燃醇汽车投入运行,并在各主要城市建立了M15甲醇汽油加油站,并形成了全国供应甲醇汽油的庞大网络。迄今为止,德国是世界上发展甲醇汽车最有成效的国家之一。国际能源组织曾组织芬兰、荷兰等8个国家, 在芬兰技术研究中心对各国生产的14辆使用新配方汽油、M85、柴油和压缩天然气等不同燃料的汽车,按FTP工况法进行评估,其结果显示,排放性能最差的是使用未经三元催化的汽油车辆,而经过三元催化后大有改观,但仍不如未经三元催化的M85排放性能好。可见M85甲醇是比较清洁的燃料。这一切都证明了:发展甲醇汽油是可行性,是经得起检验的。
  随之,各大汽车公司也纷纷加大了对新能源汽车的研发投入,各种新技术、新产品如雨后春笋,纷纷面世。如戴姆勒-克莱斯勒公司、BP公司、巴斯夫公司、Statoil公司、Methanex公司和Xcellsis公司联合开发了以甲醇为燃料的燃料电池汽车—NECAR5,将甲醇汽车推向商业化。[1]
  二、国内甲醇汽油研究的进展
  我国的甲醇工业开始于20世纪50年代。在“六五”、“七五”期间,我国将甲醇汽油列入国家科技重点攻关项目。从20世纪80年代起,投入了大量人力、物力来进行高比例甲醇的试验研究,并对醇类燃料在内燃机中燃烧开展了大量的探究工作。与此同时,我国与大众汽车公司开展了M100甲醇汽车国际技术研究,与福特汽车公司开展了灵活燃料甲醇汽车合作项目。
  近年来,山西、四川等地区对低比例的甲醇汽油进行了深入的研究,取得了可喜的成绩。很多成果已经工业化。在山西,M15甲醇汽油已经推广使用了10余年。甲醇燃料已经从“试验示范阶段"进入到“产业化推广阶段”。至2008年底,山西省销售甲醇汽油总量为60余万吨,消耗甲醇20余万吨,建立甲醇加注站900余个,其中高比例甲醇汽油站17个,示范的中巴车共计200多辆,最长行驶36万公里,旧车改为掺烧甲醇汽车8000多辆。到2011年,仅此一年,就消耗甲醇汽油6万余吨,全省M15甲醇汽油使用车辆突破8000万辆次,单车正常行驶已超过40万公里。
  三、甲醇汽油的主要优点
  1.环保、清洁性突出
  甲醇汽油生产过程采用清洁化工艺中无“三废”。该品不含铅等燃烧后排出的气体清洁无害,有利于改善城市环境。
  2.使用方便,无需改动装置
  汽车如果使用石油液化气燃料需增加特制装置,增加了汽车成本。而甲醇汽油可与石油产品装置同时使用,不仅节省汽油费用,而且还可节约改制装置费用,单独使用或混合使用均可,真可谓“一举三得”。
  3.成本低、原料易购、来源广泛
  与乙醇汽油相比,成本低、原料易购、来源广泛。乙醇,它主要来源于粮食,材料来源单一,一旦遭灾、减产,原料来源就成为问题,而甲醇是化肥和制药、煤炭等行业生产的副产品,也可利用化工原料合成,价格低兼,来源极为广泛。乙醇市场售价4000多元/吨,而甲醇一般不超过2000元/吨,乙醇比甲醇贵一倍之多。同时,乙醇汽油是将10%的乙醇兑入汽油中,由于乙醇本身较贵,汽油售价比甲醇化工原料还贵,綜合成本每吨乙醇汽油比甲醇汽油贵800元以上。
  4.生产不受季节和规模限制
  甲醇汽油一年四季均可生产,与生产汽油、润滑油等产品相比。无需加温、加压、无水状态中生产。生产规模可根据本单位或个人的经济状况、市场等因素决定,可大可小。产品可广泛适应于各种燃用汽油的机动车辆。如:轿车、客运车、叉车、吊车、助力车、农用车、摩托车、装载机等。中型规模年产3万吨,每吨甲醇汽油按出厂价3000元计算,可获利200-400元,年利润至少600万。大规模年利润6000万以上人民币。
  四、甲醇汽油的主要缺点以及解决方案
  1.甲醇汽油的燃烧热值会降低
  甲醇的热值为19.6MJ/kg,远低于汽油的43.50 MJ/kg,因此使用甲醇后油耗随着甲醇掺入量增加而增加其热值只有普通汽油的一半的样子,也就是说在相同量的燃料下,烧甲醇的汽车有效行驶路程短许多。对于这个问题,通过提高内燃机的油箱容量可以解决
  2.甲醇汽油的燃烧性能低于普通汽油,低温启动性变差
  甲醇汽油的燃烧性能低于普通汽油,低温启动性变差。由于甲醇的蒸发潜热比汽油高3倍,低温条件下,甲醇汽油不易起动,驱动性能下降,影响最大功率的发挥,不利于汽车加速,严重时将影响汽车的驱动性能,环境温度太高了,由于其挥发性又太好,可能造成油路发生气阻,从而导致发动机动力不足甚至熄火。通过添加副油箱(奇瑞公司)或者采用高能点火系统可以很好解决这个问题。
  3.腐蚀严重
  甲醇在生产过程中一般会含有酸性物质,以及甲醇燃烧后产生的甲醛、甲酸等,对橡胶材料的溶胀性增加,对树脂滤芯、金属滤芯及油泵的密封和其他部件的合成橡胶材料有腐蚀、溶胀、软化和龟裂作用和腐蚀作用。通过加入一些合适的添加剂或者对内燃机进行改装,这个问题已经基本上得到了解决。
  五、甲醇汽油的推广的建议
  1.加深腐蚀抑制剂的研究和添加剂的研究
  甲醇汽油在使用过程中存在着低温分离、腐蚀金属、溶胀胶垫等现象,只有从添加剂和腐蚀抑制剂上着手,才能从根本上解决上述问题。目前的研究很有成效,但是成本有些偏高,只有加深研究,降低成本,才能解决实现甲醇汽油的普及化。
  2.放弃乙醇汽油、蓄电池、天然气汽车能源
  天然气难于运输,只能在天然气丰富的地区使用.不能全国普及。乙醇价格太高,并且乙醇汽油容易损伤油箱和化油器,从而影响汽车寿命。蓄电池汽车续驶循环里程非常短,不适合长距离使用。
  3.政府需要制订相关政策,推广甲醇汽油
  目前,甲醇燃料推广并不非常顺利,这已成为制约醇醚燃料发展的瓶颈。人们对工业酒精造成的恶劣影响根深蒂固,政府应该宣传甲醇的常识,让人们意识到甲醇的危害没有想象中的可怕。并且制定相关的政策,鼓励人们使用甲醇汽油。
  4.加深甲醇在内燃机中的燃烧反应的研究,并以此为依据改造汽车的内燃机。
  5.建立更多的甲醇汽油加油站,并且加强对使用甲醇汽油车辆的售后服务工作。
  六、结语
  甲醇作为汽油的替代燃料,能降低排放气中的一氧化碳,氮氧化物,是一种环境友好的燃料。对于我国来说,尤为重要的是能够降低对石油的依赖程度,优化能源结构。因此,国内外竞相投资甲醇汽油的研究和甲醇汽车的研发。目前,我国的甲醇燃料应用市场已经初步形成,低浓度的甲醇-汽油混合燃料(特别是M15)已经工业化,高浓度的甲醇汽油燃料以及纯甲醇燃料也已经进行了卡发和试运行。而为了进一步补充石油资源的缺乏,高浓度甲醇汽油燃料和纯甲醇燃料将是今后的发展目标,甲醇-汽油双燃料系统由于其经济实用也会受到人们的重视。[2]
  参考文献
  [1]钱伯章.新型汽车代用燃料的开发和应用前景[J].天然气与石油,2004,(2):22.
  [2]孙玉建,孙瑞玉.我国甲醇汽油的现状和发展趋势[J].化学工业,2007,(12):15-19.
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