甲醇代用燃料在乘用車上應用的展望

　　摘 要：文章簡要介紹了國內(nèi)外甲醇代用燃料在汽車上應用的歷程，從甲醇燃料特性以及在汽車上應用的優(yōu)缺點進行論述。當前，國內(nèi)在大力推進甲醇代用燃料的應用，部分省市正在進行甲醇汽車的試點工作，但甲醇代用燃料在乘用車上的應用仍存在一定的局限性。

　　關鍵詞：甲醇;代用燃料;乘用車;應用展望

　　前言

　　近十年來，我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)汽車保有量急劇增加，帶動國內(nèi)社會經(jīng)濟蓬勃發(fā)展的同時，也加劇了石油資源的消耗量。海關總署最新數(shù)據(jù)顯示，2018年11月份中國原油進口量為4287.2萬噸，前11個月原油進口量為4.18億噸，同比增長8.4%。隨著原油進口量持續(xù)增加，原油對外依存度已從去年的67.4%，增長至72.3%。圖1顯示我國每年進口石油量占國內(nèi)總需求量的占比逐年增加。

　　石油是關系到民眾衣食住行的重要資源，也是國家重要的戰(zhàn)略物資，保障石油供給對經(jīng)濟發(fā)展和國家安全都具有重要意義。對于我國石油過度依賴進口的現(xiàn)狀，我國一方面在提升石油的轉(zhuǎn)化率，另一方面通過節(jié)能汽車開發(fā)措施提升能源效率、開發(fā)代用燃料部分替代石油產(chǎn)品。

　　1 甲醇代用燃料汽車應用

　　1.1 國外應用情況

　　甲醇燃料在上世紀七十年代起開始在汽車上進行應用，推動力為石油危機，石油價格暴漲，各國考慮國家的能源安全和外匯平衡，紛紛研究石油的代用資源。醇類和醚類產(chǎn)品常溫下為液體，其理化特性與汽油、柴油具有相似性，并且可以通過有機質(zhì)、煤或天然氣等資源來制取。

　　甲醇代用燃料應用以美國為代表，在上世紀八十年代，即使石油價格已經(jīng)下降，美國仍然立法推廣甲醇汽車，主要考慮因素是甲醇汽車的污染物排放較低可以改善空氣質(zhì)量，甲醇代用燃料得到一定規(guī)模的應用。甲醇汽車技術(shù)已經(jīng)完全成熟。但是由于石油公司出于自身利益考慮，減少甲醇燃料的基礎設施投資建設，減少加注站，致使甲醇汽車使用便利性降低，用戶不愿意用，逐漸失去應用市場。

　　1.2 國內(nèi)應用情況

　　我國能源基本情況是“貧油、少氣、富煤”，石油對外依存度高，在上世紀八九十年代我國也進行了甲醇代用燃料的相關研究，主要方向為甲醇與汽油參混，先后將M15(甲醇占15%)汽油、M85(甲醇占85%)汽油研究列為技術(shù)攻關項目，并在山西、四川、重慶等地投入數(shù)百輛汽車進行試運營。

　　進入新世紀以后，天津大學、吉利汽車、陜汽等高校及企業(yè)加大甲醇汽車研究投入，2004年在山西省展開甲醇燃料的試驗示范推廣工作，并于2009年推出《車用燃料甲醇》和《車用甲醇汽油(M85)》標準。

　　自2012年起，逐步在山西、上海、陜西、甘肅、貴州五省十市開展甲醇汽車試點工作。至2018年，完成1024輛不同車型，分布在不同海拔地區(qū)的示范運行，累計總行駛1.84億公里，取得階段性研究成果，其中乘用車方面以城市出租車為主。

　　2 甲醇燃料特性及優(yōu)缺點

　　2.1 甲醇燃料特性

　　常溫下，甲醇具有刺激性氣味，易溶于水，易揮發(fā)的無色透明液體。化學上，其分子式為CH4O，是結(jié)構(gòu)最為簡單的飽和一元醇，結(jié)構(gòu)中不含C-C鍵，含氧量達50%。甲醇的理化特性與汽油有一定的相似性，主要差異在低熱值、汽化潛熱、燃燒速率等方面。表1為甲醇、乙醇及汽油的主要參數(shù)對比。

　　2.2 甲醇燃料的應用優(yōu)缺點分析

　　由于我國的乘用車主要采用火花塞點火的汽油機，因此本文基于汽油機應用來進行甲醇燃料優(yōu)缺點的分析。

　　從理化特性及相關研究報告分析，甲醇燃料主要由以下優(yōu)點：

　　1)辛烷值比其汽油高，因此可以適度增大發(fā)動機的壓縮比，提高發(fā)動機的熱效率。

　　2)汽油潛熱比汽油大很多，在發(fā)動機大負荷工況下可以降低燃燒室的溫度，降低爆震傾向，有助于提升發(fā)動機的動力性。

　　3)甲醇是含氧燃料，燃燒速度比汽油快，發(fā)動機工作過程中燃燒持續(xù)期短，通過火花塞點火提前角的優(yōu)化調(diào)整，可進一步提升熱效率。

　　4)含碳量比汽油低，而且分子中含氧，在燃燒室中可以進行更充分的燃燒，減少尾氣中CH、CO及顆粒物的排放。

　　因此，甲醇燃料與汽油相比，在發(fā)動機動力性、油耗、排放三個方面均有提升的潛力。

　　乘用車的應用環(huán)境復雜多變，汽油在發(fā)動機上的應用，經(jīng)過了長期的驗證優(yōu)化，技術(shù)成熟可靠。與此相比，甲醇燃料存在幾個缺陷：

　　1)甲醇存在一定的毒性，產(chǎn)品泄露或應用不當，可能對環(huán)境和人體健康產(chǎn)生較大影響。另外與汽油相比，甲醇燃燒后的尾氣常規(guī)排放較低，但是反應過程中產(chǎn)生的甲醛和甲酸等非常規(guī)碳氫化合物較多。

　　2)甲醇及燃燒反應產(chǎn)生的甲醛、甲酸等對有色金屬具有較強的腐蝕作用，可造成燃油系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)零部件的損壞，縮短發(fā)動機壽命。針對甲醇代用燃料，需要對燃料泵、噴油器、氣門座圈、活塞環(huán)等零件的材質(zhì)和處理工藝進行改進。

　　3)甲醇沸點為65℃，比乙醇低，比汽油的綜合沸點低較多，因此在夏季高溫環(huán)境下在燃料管路中發(fā)生氣阻的傾向性更大。另外，甲醇的汽化潛熱是汽油的三倍，在氣道或燃燒室中氣化過程會吸收大量的熱量，使氣道及燃燒室的溫度降低，低溫環(huán)境下，發(fā)動機起動困難。因此，甲醇燃料在夏季高溫地區(qū)及冬季低溫區(qū)域均存在應用的局限性。

　　4)甲醇熱值僅為汽油的一半，實際燃料替代比為2.2左右，即2.2千克甲醇燃燒產(chǎn)生的熱量與1千克汽油產(chǎn)生相當。如果采用相同容積的燃料箱，同款汽車，甲醇燃料與汽油相比，汽車的續(xù)航里程大幅縮短。

　　2.3 我國甲醇燃料的產(chǎn)量及價格分析

　　甲醇的制備方法根據(jù)所采用原料不同可分為天然氣制甲醇、煤炭制甲醇、焦爐氣制甲醇、化肥聯(lián)醇制甲醇和再生原料制甲醇。我國由于煤炭資源相對豐富，現(xiàn)有甲醇生產(chǎn)企業(yè)200多家，以煤炭為主要原料的廠家占到70%，其他以天然氣、焦爐氣、渣油等為原料，原料來源豐富。

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