【導讀】內(nèi)燃機替代燃料研究的主要目的在于:應付石油危機，提高燃料供應的安。然氣以外，內(nèi)燃機最可代用的燃料。油的開發(fā)和應用具有重大現(xiàn)實意義。提起甲醇燃料,必然會提到世界將來的能源發(fā)展結構。事會的一項預測表明,全球的石油生產(chǎn)將于2020-2050年間達到頂峰。類燃料資源的可開采期分別為:石油39年,天然氣60年,煤211年。我國是一個富煤少油的國家。1998年國家統(tǒng)計明,國內(nèi)煤炭的保有儲

　　

【正文】 甲醇汽油，其甲醇和汽油混合可全溶、速溶；甲醇摻入量可達 15％～ 80％；使用該甲 29 醇汽油發(fā)動機可以正常冷啟動、動力增強、油耗下降 ％～ ％； 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 ％～ 7％（質量分數(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、 RP 97 復合清凈分散劑、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、貯存期可達 1a 以上甲醇汽油。 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。使用的助燃劑一般有金屬有機化物、有機過氧化合物、一些硝基化合物等。 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。 其它添加劑如二甲氧基甲烷可以提高甲醇油的貯存穩(wěn)定性和甲醇在汽油中的含量。 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抑制甲醇汽油的腐蝕性，添加劑多為含氮物質。 由苯并三氮唑類 、二聚亞油酸抗腐蝕劑及酚類抗氧劑經(jīng)稀釋調(diào)合而成甲醇汽油，可有效地抑制對多種金屬的腐蝕；由馬來酸酐，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 kg～ kg，即可達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制成的添加劑，添加量僅 510 4～ 110 4，即可達到抑制腐蝕的目的。 此外，添加助燃劑促進油料燃燒完全，也能起到降低甲醇汽油腐蝕的作用。 抑制甲醇汽油的溶脹性 甲醇是一種良好的溶劑，對發(fā)動機的彈性膠體、密封件等有溶脹作用。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。 30 改進甲醇汽油的氣阻性 由于甲醇汽油在燃燒不完全的情況下，烴類物質裂解，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。 有種添加劑，其組分和含量 (質量分數(shù) )是：有機胺 9％～ 11％，脂肪酸 3％～ 6％，醇類 8％～ 12％，溶纖劑 8％～ 12％，稀土鹽 8％～ 12％，乳化劑 2％～ 4％，烴類 42％～62％，優(yōu)點是除炭效率高，對金屬無腐蝕現(xiàn)象，在汽油使用中穩(wěn)定可靠。 改善甲醇汽油的冷啟動性 添加活性過氧化物或低沸點的醚化物是改善甲醇汽油冷啟動性的主要方法。 我國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，即可制得品質優(yōu)良的 M15～ M58 甲醇汽油?？梢栽诓桓淖儸F(xiàn)有汽車設備的情況下，代替汽油使用，其燃燒性能、效率與普通汽油相當。山西，河南和黑龍江等省區(qū)也有自行開發(fā)的甲醇汽油，并已在部分省市推廣使用。可以說，我國甲醇汽油的制備技術已經(jīng)步入成熟階段 【 14】 。 5 甲醇汽油 汽車對人體和環(huán)境影響 甲醇毒性和安全性 甲醇毒性問題很受人們關注 ,特別是假酒事件影響 ,往往造成顧慮。實際上甲醇和汽油一樣 ,在化學上都屬中等毒性物質。甲醇的確是不可飲用和濺入眼中的 (任何燃料也應如此 )。實踐證明 ,只要遵守操作規(guī)程 ,甲醇作為燃料是安全的。國外對甲醇燃料的毒性 ,也作過很多研究。燃料在燃燒前 ,需要處置液體燃料 (如加油等 )。 1980年美國能源部阿貢國家實驗室報告認為 ,醇類的毒性對水生物生態(tài)影響比汽油小。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。據(jù)文獻報道 ,醇類在水中的降解比原油和汽油更快。醇在水中停留的時間以小時計 ,而油則以年計。漏泄到陸地上的醇類的毒性以及對生態(tài)影響都要比汽油或柴油小 ,這是因為土 壤微生物會使醇的濃度降低。 從消防安全角度來講 ,醇類的蒸氣壓比汽油小 ,密度大 ,蒸氣較汽油比不易上浮 。醇類有優(yōu)良的傳導性 ,減少燃料靜電產(chǎn)生 ,使意外火災發(fā)生的可能性減小 ,同時使輸送泵油 31 速度加快些，醇類的閃點高 ,著火點低，醇類火焰熱輻射比汽油的小 ,不易造成鄰近的二次火災。 美國能源部發(fā)表的從燃料物理化學特性考慮幾 種燃料的相對危險 (以 7 級劃分 ),醇燃料的相對危險性比其他燃料更小。甲醇作為化工產(chǎn)品 ,傳統(tǒng)上都加上骷髏骨的危險符號 ,但在國外作為燃料 ,已取消此符號。 甲醇汽車常規(guī)排放物 人們也關心甲醇汽車排放問題。從國際能源機構 (IEA)委托芬蘭國家試驗研究中心對幾種潔凈燃料汽車的排放性能于 1995 年所作的試驗評價報告可看出 ,甲醇汽車的常規(guī)排放比汽油汽車 (加裝三元催化器 )好 ,比潔凈燃料的 CNG和 LPG 也略好 ,NOx 排放量是各種燃料中最低的 (見表 、表 )。 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。 表 桑塔納甲醇發(fā)動機和汽油發(fā)動機在模 擬汽車道路試驗工況下的排放試驗 名稱 HC/(μLL 1) CO,% CO2,% NOx/(μLL 1) 汽油機 190～ 217 ～ ～ 60～ 2500 甲醇機 50～ 85 ～ ～ 50～ 940 甲醇汽車非常規(guī)排放物 甲醇燃料和其他幾種燃料汽車的非常規(guī)排放物比較見表 、表 。 表 汽車非常規(guī)排放物 (IEA)比較 (20℃) mg/km 20℃FTP 程序 1,3丁二烯 苯 醛 甲醇 汽油 (無催化凈化 ) 55 43 0 汽油 (有催化凈化 ) 0 M85 79 LPG 2 0 CNG 2 0 柴油 12 0 表 汽車非常規(guī)排放物 (IEA)比較 (7℃) mg/km 7℃FTP 程序 1,3丁二烯 苯 醛 甲醇 汽油 (無催化凈化 ) 10 69 44 0 汽油 (有催化凈化 ) 18 0 M85 11 23 810 LPG 2 0 CNG 2 0 柴油 16 0 我國目前尚無汽車非常規(guī)排放物標準。據(jù)美國加州大氣資源局評估 ,甲醛的毒性 為苯的 1/5,乙醛為苯的 1/10,因此可認為 ,在非常規(guī)排放中 ,甲醇也比汽油和柴油好 ,并和CNG、 LPG 相當。 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。甲醇分子只含一個碳 ,甲醇汽車 的 CO2排放低于汽、柴油車。國外由天然氣制甲醇的能源轉換效率 ,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]。 25 6 結 論 本文主要分析了甲醇汽油的發(fā)展，生產(chǎn)工藝，使用的方式方法，并對甲醇、汽油及甲醇汽油之間 熱效應，抗爆性等性能進行了詳細比較，得出了甲醇汽油作為燃料的優(yōu)勢和技術性能方面的不足，提出了技術方面進一步的改進措施。結論證明了甲醇汽油作為替代燃料的可行性。 為了加快推動甲醇汽油的逐步替代汽油過程 , 根據(jù)本文分析，作如下建議 :⑴ 加大低甲醇含量的甲醇汽油研究 ,并將部分成熟的調(diào)合燃料投放市場 ,使之逐步推廣。研究已經(jīng)證實低濃度的甲醇汽油可以在不改變內(nèi)燃機結構的條件下 ,作為內(nèi)燃機燃料廣泛應用 ,如 :M3,M5,M10 及 M15。 ⑵ 加大甲醇汽油的地區(qū)性、季節(jié)性 應用。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。 ⑶加大甲醇汽油驅動汽車的地區(qū)性技術改造。要完全使用甲醇汽油作為替代燃料 ,必須對汽車進行改造。優(yōu)勢使用地區(qū)可根據(jù)當?shù)厍闆r ,先一步改造汽車內(nèi)燃機結構 ,從而在甲醇汽油中加大甲醇所占比例。改造汽車結構應向既能以汽油為燃料又能以甲醇汽油為燃料 ,甚至能以高濃度甲醇汽油為燃料的多功能內(nèi)燃機方向發(fā)展。 參考文獻 [1] 侯治會 . 甲醇燃料在我國的應用 [J].四川化工， 2020 , 5(8):25~26. 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[15] 梁瑋 . 甲醇汽油的研究開發(fā)及應用現(xiàn)狀 . 中外能源 ,2020,11(2):97~98. 致 謝 27 致 謝 本文是在尊敬的劉皓教授的悉心指導下完成的。在這期間劉老師，以其淵博的學識，對科學孜孜以求的精神，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，一絲不茍的科研作風，令我終身受益。在此謹向我的導師致以崇高的敬意和衷心的感謝。 本文在研究和寫作過程中還得到了其他老師和同學的大量指導和幫助，在此也向他們表示深深的感謝。 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。我將以最大的努力學習和工作，來回報和感謝他們一直以來對我的關愛支持和 無私奉獻。再次給各位評審老師鞠躬。 此致 敬禮