【正文】 ........................................... 20 改進甲醇汽油的動力性 ................................................. 20 改善甲醇汽油的腐蝕性 ................................................. 21 抑制甲醇汽油的 溶脹性 ................................................. 21 改進甲醇汽油的氣阻性 ................................................. 21 改善甲醇汽油的冷啟動性 ............................................... 21 5 甲醇汽油汽車對人體和環(huán)境影響 ...................................... 22目 錄 II 甲醇毒性和安全性 ..................................................... 22 甲醇汽車常規(guī) 排放物 ................................................... 22 甲醇汽車非常規(guī)排放物 ................................................. 23 CO2排放 .............................................................. 24 6 結 論 ........................................................... 25 參考文獻 ................................................................ 26 致 謝 ............................................................. 27 1 1 前言 能源結構 提起甲醇燃料 ,必然會提到 世界將來的能源發(fā)展結構。正由于這種特殊的化石能源結構 ,形成了我國特有的以煤炭為主的能源消費結構。為此 ,各國政府不斷鼓勵和支持尋找內(nèi)燃發(fā)動機的替代燃料 ,以解決過分依賴石油的狀況。后來由于乙醇帶來的不穩(wěn)定性和甲醇合成工業(yè)的迅猛發(fā)展 ,甲醇合成成本大幅下降 ,使甲醇取代乙醇作為汽油的替代品。汽油中摻燒 3— 5%的甲醇 ,發(fā)動機無需作任何改動 ,運轉(zhuǎn)正常 ,也未發(fā)現(xiàn)難啟動的問題 ,效果良好。同期 ,繼續(xù)將低比例甲醇燃料 (3%、 5%)應用列入攻關計劃 ,分別在四川、重慶等地數(shù)百輛汽車投入營運試驗。 70 年代初，出于政治原因的 “ 石油危機 ” ，使許多國家為了能源安全和外匯平衡，積極尋找石油的代用能源。 1983 年組織了 500 多輛汽車進行了車隊試驗。 1984 4 年 5 月，日本汽車運輸技術協(xié)會 (JATA ), JARI 和 NEDO 作為制定團體參加國際能源機構組織簽訂的 “ 關于汽車甲醇燃料及混合甲醇研究開發(fā)計劃的實施協(xié)定 ” 。 加拿大政府為了減少對石油進口的依賴，發(fā)揮甲醇生產(chǎn)大國的優(yōu)勢，同時滿足不斷嚴格的排放法規(guī)，積極推廣甲醇燃料的應用。試驗中車輛排放性能良好，驗證了甲醇汽車投入使用的可行性。意大利、丹麥、芬蘭、西班牙和南斯拉夫等國也是在 1986 年的 AFT 會議后對甲醇燃料做出反應的。在此期間還建設了 4個甲醇燃料加注站，并且通過加入適量雜醇等助劑，在解決甲醇燃料在使用過程中與汽油的相溶性方面積累了許多經(jīng)驗。 2020 年 3 月，山西省提出爭取用 5～ 10 年的時間把山西省建設成國家燃料生產(chǎn)基地和清潔汽車產(chǎn)業(yè)化示范地區(qū)，并公布了 “ 山西省燃料生產(chǎn)基地和清潔汽車產(chǎn)業(yè)化示范暫行管理條例 ” ，同時確定改造 2020 輛 M100 甲醇中型客車和 700 輛 M85甲醇出租車的2020 年在用車改造目標。 河南省、四川省、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)等地區(qū)的甲醇汽油燃料都有不同程度的研究、應用和推廣。 表 各種原料合成甲醇的經(jīng)濟指標比較比較（ 60萬 t/a） 指標 天然氣 石腦油 /減壓渣油 煤 合成工藝 催化蒸汽轉(zhuǎn)化 高溫轉(zhuǎn)化 氣化 原料轉(zhuǎn)化率 /% 裝置占地 /% 100 200 300 操作人員 /% 100 140 200 投資總額 /百萬美元 精甲醇成本 /% 100 140 150 從表中可見，天然氣合成甲醇的各項經(jīng)濟指標要優(yōu)于其他原料，適于加壓轉(zhuǎn)化，是合成甲醇最理想的原料。建議用天然氣制甲醇的工藝路線采用 ICI 或 Lurgi 生產(chǎn)技術。德士古系采用高壓氣化技術 。 ⑵ ICI低壓法 這是目前工業(yè)上廣泛采用的合成甲醇的方法。 圖 工藝流程簡圖 由管網(wǎng)來的天然氣壓力為 ，溫度為常溫，其硫含量為 。出合成塔的高溫氣體熱量用于加熱入塔合成氣，然后經(jīng)水冷卻至 40℃ 左右 ，冷凝分離出粗甲醇。塔頂氣冷凝后即成為高質(zhì)量的甲醇產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的 55%。 ⑵ 消耗指標 每噸甲醇耗 ，其中生產(chǎn)每噸甲醇燃燒 270m3天然氣，轉(zhuǎn)化天然氣，尾氣量 1200 萬～ 1300 萬方 /t 甲醇。t 1 消耗定額 小時耗量 3480 400 200 320 全年耗量 億方 萬度 2451 萬 t 萬 t 萬方 萬方 萬方 ⑶ 三廢情況 ① 廢氣 甲醇裝置廢氣排放點為一段轉(zhuǎn)化爐煙氣囪排出煙道氣，其主要成分為 CO2， 02， N2，對大氣無毒害物質(zhì)，環(huán)境無控制指標。推廣時需建立一套完全的供燃料體系，但汽油和甲醇是不易混合均勻的物質(zhì)，所以分層現(xiàn)象乃是此法的中心問題，在使用中必 須解決。汽油和甲醇在霧化、汽化過程中進行混合。 ⑴ 應使用專用的高壓縮比點燃式發(fā)動機，其壓縮比可提高到 12，以充分發(fā)揮甲醇的辛烷值高的優(yōu)勢。 ⑵ 抗爆性 甲醇的抗爆性能好 ,辛烷值高 :馬達法辛烷值 (MON)為 92,研究法辛烷值 (RON)為 112【 8】 ,因而以甲醇作內(nèi)燃機燃料抗爆 性能很好 ,無須提高辛烷值便可達到較好性能。 ② 括號中數(shù)字表示添加劑存在時的可能性。在低溫條件下 ,甲醇的汽化性變差 ,因而冷啟動性能差。 ⑺ 對橡膠材料的溶脹性 甲醇對汽車供油系統(tǒng)的材料如橡膠、塑料具有溶脹和龜裂作用 ,影響材料的使用性能。 ⑵ 熱效應 如前所述 ,由于甲醇含氧量高 ,當加入汽油中時 ,無疑也提高了汽油的含氧量 ,有助于汽油的充分燃燒。 5%(V)的甲醇與直餾汽油和烷基化汽油的調(diào)合效應特別好 ,RON 高達 146以上 ,MON 分別在 142 和 118 以上，甲醇與催化裂化汽油和催化重整汽油的調(diào)合性能遠不及前兩者 ,但 BRON 和 BMON 仍分別為 112 和 92。有資料報道 ,使用甲醇汽油 MIO 時消耗量只增加約 5%,這顯然不會影響到甲醇汽油的經(jīng)濟性。然而實驗表明 ,低含量甲醇汽油腐蝕輕微。從中選擇與汽油也有較好混溶性的物質(zhì)，以適 當比例相混合，便可制得穩(wěn)定均勻的甲醇汽油。 添加烷基過氧化物如二特丁基過氧 化物的改性劑，將過氧化物以 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，具有良好的動力性、穩(wěn)定性，冷啟動的動力不低于單一的汽油；添加一定比例的醚類化合物和少量的防腐蝕劑、清潔劑調(diào)和而成的甲醇汽油，使用時不需用改造發(fā)動機的部件，就具有很好的相溶性和冷起動性，且不污染環(huán)境。解決這一問題的辦法是促進甲醇汽油充分燃燒，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。實際上甲醇和汽油一樣 ,在化學上都屬中等毒性物質(zhì)。醇在水中停留的時間以小時計 ,而油則以年計。 表 汽車常規(guī)排放物 (IEA報告 )比較 (20℃) mg/km 20℃FTP 程序 CO HC NOX 最低值 最高值 最低值 最高值 最低值 最高值 汽油 (無催化凈化 ) 汽油 (有催凈化 ) M85 LPG CNG 柴油 表 汽車常規(guī)排放物 (IEA報告 )比較 (7℃) mg/km 7℃FTP 程序 CO HC NOX 最低值 最高值 最低值 最高值 最低值 最高值 汽油 (無催化凈化 ) 汽油 (有催凈化 ) M85 LPG CNG 柴油 中德甲醇汽車技術合作所做的試驗結果 (見表 ),也說明 M90 的常規(guī)排放優(yōu)于汽 32 油。國外由天然氣制甲醇的能源轉(zhuǎn)換效率 ,通過技術改進 ,現(xiàn)已由 64%提高到 72%,生產(chǎn)每噸甲醇所產(chǎn)生的 CO2已從 380kg 降低到 180kg,并有可能降到 150kg[15]。要完全使用甲醇汽油作為替代燃料 ,必須對汽車進行改造。 最后，感謝我的父親、母親，他們在生活上無微不至的照顧我，精神上影響我指導我做一個什么樣的人。在此謹向我的導師致以崇高的敬意和衷心的感謝。各個地區(qū)可根據(jù)甲醇及汽油產(chǎn)量 ,以及當?shù)貧夂驐l件、季節(jié)因素 ,來選擇加入甲醇的比例 ,確定地方性標準。 33 CO2排放 CO2 是主要導致全球溫室效應的氣體 ,也是國際關心問題。 甲醇汽車常規(guī)排放物 人們也關心甲醇汽車排放問題。用百分制打分 (100 為最高毒性 )評定 LD(半數(shù)致死量 ),評價結果如下 :汽油 (以Indolene 代表 )為 100,乙醇為 50,而甲醇為 30?？梢哉f，我國甲醇汽油的制備技術已經(jīng)步入成熟階段 【 14】 。解決這個問題的辦法 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制得的溶脹抑制劑，添加少量即能達到要求。 改進甲醇汽油的動力性 甲醇引入汽油之后，因其熱值降低而動力性能下降，通常采用添置助燃劑的方法，改善其動力性。 4 甲醇汽油主要技術問題的改進 甲醇汽油的穩(wěn)定性 用作汽車的甲醇汽油必須均勻而穩(wěn)定。倘若使用甲醇含量較高的甲醇汽油作替代燃料 ,則必須采用專門設計的汽車發(fā)動機。甲醇在燃料中的比例越高 ,未燃燒的甲醇排放量及甲醛排放量就越高 [8]。 B代表計算得到的調(diào)和實測的辛烷值。為了使甲醇汽油能相互溶解且能穩(wěn)定儲存和使用 ,必須加入助溶劑 ,如 C4以上的高級醇類，但助溶劑和甲醇、汽油相比價格都比較昂貴 ,這將增加混 合燃料成本。因為 :① 甲醇本身及其燃燒中間游離基反應 (CH2OH+O2==HCOOH+H2O),生成的氧化產(chǎn)物甲酸等對環(huán) 帶金屬表面造成腐蝕 。 ⑸ 蒸汽壓及低溫性質(zhì) 甲醇的沸點比汽油要低 ,易于蒸發(fā) ,在夏天或熱帶地區(qū)應用時易產(chǎn)生氣阻，但在春秋兩季 ,由于溫度較低 ,甲醇作內(nèi)燃機燃料時基本不產(chǎn)生氣阻問題。如果把危害程度分為 10 個等級 ,1 為沒有危害 ,2～ 3 為低水平危害 ,4～ 6 為中水平危害 ,7～ 8 為高水平危害 ,9～ 10為極端危害 ,則可將甲醇和汽油的危害性比較分析列為表 [12]。 優(yōu)化設計后，純燒甲醇方式的動力性、燃油經(jīng)濟性和排放性能應不低于汽油機。 摻燒 摻燒是甲醇在汽車上的主要應用方式，將甲醇一定比例與汽油相混，根據(jù)需要加入添加劑，形成不同的甲醇汽油，其摻入比例的不同可分為低 、比例摻燒、中比例摻燒和高比例摻燒。但由于甲醇與汽油的比重不同，粘度不同，在燃料系統(tǒng)中，供甲醇及供汽油的壓力也不同，所以，經(jīng)過量孔摻配好的混合燃料其比例不易穩(wěn)定，摻配后的燃料在管路中仍然存在分層的問題，這都致使發(fā)動機的工作不穩(wěn)定。化學混合法的供燃料體系如圖 所示。t 1 儀表空氣/m3 合成壓縮機驅(qū)動透平為抽汽凝汽式，抽出的 低壓蒸汽供精餾、脫氧槽等低壓蒸汽