醇醚燃料(申峻123)

2018/6/21,太原理工大学化学化工学院,甲醇燃料及二甲醚的生产和应用,申峻 博士，副教授,E-mail: ,1、序言,中国煤炭消费将长时间保持在65左右的绝对地位。交通运输业是石油产品消费的最大部门。随着石油资源的日益减少，需要寻找内燃发动机的替代燃料，以解决过分依赖石油的状况。另一方面，随着交通运输业的蓬勃发展，特别是汽车燃料汽油的大量使用，排放的尾气给大气环境造成了严重污染，要求寻找环境友好汽车燃料，以减少尾气中有害物质的排放，甚至为零排放。新型的环保型汽车也成为当今世界各国竞相开发研究的目标。,由上表可以看出：充电电池车和氢燃料电池车是零污染机动车，但充电电池车的比能量小、充电时间长和一次行驶里程短等缺点限制了其应用。氢燃料电池车是目前正研究开发的零污染机动车。但氢是难以液化的气体，其贮存、运输和添加不如现在使用汽油方便。使用甲醇、乙醇、压缩天然气等替代燃料车，不仅解决了燃料依靠石油的问题，而且排放的尾气中污染物的含量大大降低。这些燃料一般称为洁净燃料。有人认为替代燃料内燃机车是汽车行业由内燃发动机逐渐向燃料电池车过渡的过渡型环保车，最终目标是零污染的燃料电池车。,从价格上讲，甲醇价格基本稳定，而且甲醇可由多种原料合成，不会像汽油一样，完全依赖于石油。随着甲醇燃料的大规模使用，合成工艺的日趋完善，甲醇合成成本还可降低，甲醇价格可能更低，因而甲醇将比汽油更具有价格优势，,以煤为原料生产液体燃料大体上可分为两类： 一类是以煤为原料生产燃料油，包括煤直接液化制油和间接液化制油；另一类是以煤为原料生产液体替代燃料，现阶段的主要形式是煤制甲醇、二甲醚，即所谓的煤基醇醚燃料。甲醇、二甲醚可分别替代汽油、柴油和液化气。 以煤为原料生产燃料油，其明显的优势在于可直接使用。包括发动机、油品的储存、运输、输送、加油等设施，都不需要进行改造。 但是我们仍然认为，发展煤基替代燃料，比发展煤制油更适合现阶段我国国情。可以从以下几个方面做直观的比较：1） 投资 根据有关机构的研究结果，甲醇对汽油的替代比在1.5：1左右。即作为汽车燃料，消耗1.5吨甲醇与消耗1吨汽油，相同型号、相同载重的汽车行使的里程相等。因此我们以100万吨/年的煤制油装置与150万吨/年的煤制甲醇装置的投资作比较。100万吨/年的煤制油装置的投资超过120亿元，而150万吨/年的煤制甲醇装置的投资只有70亿元左右，显然煤制油的投资高得多。,2） 煤炭消耗 煤直接液化制油和间接液化制油，其每吨油品的煤炭消耗均在4.5吨以上；而煤制甲醇每吨甲醇的原料煤消耗不到2吨，1.5吨甲醇的煤炭消耗不到3吨。即当量燃料的煤炭消耗，煤制油比煤制甲醇高出50%以上。3） 环境影响 从生产过程看，不管是煤制油还是煤制醇醚，所需要的氢均来源于水。煤制醇醚既用了水中的氢原子又用上水中的氧原子；而煤制油只用了水中的氢原子，没有用上水中的氧原子，这样氧原子最终是以二氧化碳的形式排放的。又由于煤制油的煤炭消耗量大，除了变成产品油的煤炭，其余煤炭为燃料煤，燃料煤中的碳也都是以二氧化碳的形式排放的。所以煤制油过程的二氧化碳排放量相对较大。每吨产品混合油的二氧化碳排放量8.5吨左右，而生产1.5吨甲醇的二氧化碳排放量只有5.0吨左右。因此在生产过程中当量燃料的二氧化碳排放量，煤制油比煤制甲醇高得多。,甲醇和二甲醚是含氧化合物，这是一个很重要的特性。因为含氧，燃烧需要的空气量就少，空气与燃料的混合要求就低，局部过热和燃烧不完全的可能性就低。又由于甲醇和二甲醚产品杂质成分简单，这样燃烧时不但热效率高，而且燃烧尾气有害成分含量低，比如NOx（局部过热引起）、CO（燃 烧不完全引起）等有害成分的含量就比油品燃烧尾气低得多，冒黑烟（析碳，局部过热供氧不足引起）的现象也很少。 甲醇和二甲醚由其生产过程决定了产品中不会 有硫和硫的化合物存在，故其燃烧尾气中自然不会有硫的化合物了。甲醇和二甲醚作为汽油和柴油的替代燃料，将降低污染物的排放，对环境产生积极影响。 从以上比较可以看出，不论是从资源的合理利用方面，还是环境影响方面，与煤制油比较，煤制醇醚燃料具有明显的优势。发展煤制醇醚燃料既有较好的经济性，又符合可持续发展的战略思想。,2、甲醇燃料的物化特性,优点：甲醇的化学组成单一，辛烷值高。从理论上说，可以提高汽油机的压缩比。甲醇分子中含有50wt%的氧，使甲醇的燃烧热值降低，但同时也使甲醇完全燃烧时所需的空气量减少，甲醇和空气的理论混合气的热值与汽油相当。因此相对减少了尾气的排放量，热量损失也相应地减少，提高了甲醇发动机的总热效率。甲醇的引火温度和自燃温度比汽油高，从而比汽油更安全。 缺点：甲醇的潜热比汽油大2-4倍，虽然可降低进气温度，提高充气效率，但给冷起动带来了困难，引起气化器结冰，燃料消耗增加等问题。甲醇的饱和蒸气压和沸点都较低，易形成气阻。,甲醇可以和水互溶，吸湿性较强，甲醇-汽油的混合燃料对含水量十分敏感，微量水分可引起甲醇汽油的相分离。甲醇是富氧燃料，和汽油相比，尾气中排放的CO和碳氢化合物较低，但含有少量甲醇和不完全氧化产物甲醛。甲醇是一种极性有机溶剂，对某些橡胶和塑料制品易发生溶胀，提前老化，并对某些有色金属具有腐蚀作用，因而要对汽车的零部件作适当处理，增加材料对甲醇的适应性。甲醇有毒，经皮肤吸收造会成神经系统中毒，特别是对视神经系统的作用更强烈。使用甲醇燃料时，绝对不能用嘴吸或者用于洗手，更不能溅人眼睛。甲醇生产装置周围环境的允许浓度为200mg/L，甲醇车辆驾驶室内甲醇的浓度要低于lmg/L，这就要求燃料系统必须很好地密封处理，杜绝任何泄漏。,3、甲醇燃料对环境的影响,19世纪后期甲醇就成为广泛应用的化工产品。目前甲醇主要用作生产化工产品，例如甲醛、乙酸、氯甲烷和甲基叔丁基醚等。1965年，甲醇燃料（M100或M85)被用作某些赛车的燃料。1978年，美国福特汽车公司研究开发了替代燃料汽车（FFVS，flexible fuel vehicles），其主要目的是减少石油燃料的依赖性，降低汽车尾气排放中的CO和其他有害物质。这种替代燃料车可使用汽油、M85或其混合燃料。,位于华盛顿特区的美国甲醇研究院对大规模使用甲醇造成的环境影响和人类身体健康的影响作了仔细深入的调查研究，认为：甲醇燃料和汽油相比，更易于生物降解。对环境的污染要比汽油小得多。甲醇着火温度高，发生火灾和造成人员死亡的几率比汽油低。甲醇内燃机汽车排出污染物要比汽油内燃机小得多。但甲醇的毒性要比汽油大，要加强各个系统的安全措施。,1997年中美合作研究组对中国山西省和其他富煤地区把煤转化为汽车燃料及其他应用的经济、环境和能源利用的生命周期进行了评估，即3E评估(Economical，Environmental，Energy)。报告中指出，在中国富煤少油地区，具有独特的、比较好的发展煤制汽车代用燃料的条件，已有相当成熟的燃料合成技术可供应用。煤制甲醇替代燃料是目前比较适合的发展路线，可能较快地发展到实用阶段。,3.1甲醇燃料对人类健康的影响甲醇是一种毒性有机化合物，可通过呼吸、消化和皮肤接触方式进入人体。甲醇主要引起有机溶剂中毒，酸中毒、视神经损坏和中枢神经损坏等疾病。一般认为甲醇的毒性比汽油大，事实上甲醇的空气允许浓度为200 mg/L,而汽油为300 mg/L。但美国能源部1991年曾指出，甲醇对人体健康的总的危害要比汽油小。,如果把危害程度分为10个等级，1为没有危害，2和3为低水平，4-6为中等，7-8为高水平，9-10为极端，则甲醇和汽油的危害性比较见表2-3。,可见甲醇发生火灾的可能性比汽油小，且火灾后造成的危害也比汽油小。低浓度时，甲醇的毒性要小于汽油。从总的结果来看甲醇要比汽油对人体健康危害小。,3.1.1甲醇燃料的着火爆炸安全性甲醇的蒸气压比汽油低。同样条件下，汽油的蒸气量是甲醇蒸气量的2-4倍。甲醇蒸气的密度较低，只略大于空气的密度，易于扩散流动，而汽油的蒸气密度则是甲醇蒸气密度的2-5倍，在空气中，沿着地面流动分散，极易遇到明火点燃爆炸。此外，空气中甲醇蒸气能够点燃爆炸的浓度是汽油的4倍。因此，甲醇燃料发生火灾爆炸的可能性远低于汽油。甲醇燃料的热值仅是汽油的一半。火灾发生后，甲醇燃料产生的热量较小，火灾的危害程度就会减小。甲醇燃料发生火灾时可用水进行扑灭，而汽油则不能。所以，甲醇燃料发生火灾后造成的损害程度要小于汽油燃料。正由于甲醇燃料的这种火灾安全特点，在运输、贮存和使用过程中由于火灾所造成的人员伤亡、财产损失等比汽油小的多。因此，在车辆使用上，甲醇燃料要比汽油燃料安全。,举例：1986年，美国大约发生了50万起车辆火灾和1400起严重火灾悲剧。首先点燃物是汽油的有18万起，包括轿车、巴士和卡车在内，造成760人死亡，4100人严重受伤和约21500万美元的财产损失。但是如果使用甲醇作为燃料取代汽油，这些损失会大幅度下降。美国EPA国际车辆和燃料排放实验室认为，使用甲醇燃料时可以挽回720条生命，防止3900人严重受伤，减少几百万美元的损失，见图2-2.,纯甲醇燃烧时，火焰为浅蓝色，不易被人觉察。但大多数的车辆发生火灾时，其他物质如润滑油、漆皮等一起燃烧产生大量的烟雾和可见火焰。另外，甲醇燃料可以添加一些化学物质增加火焰的可见度。甲醇的热值几乎是汽油热值的一半，如果假设甲醇燃料车和汽油燃料车的热效率一样，则甲醇燃料的贮存和运输量是汽油的两倍、如果甲醇的可燃性和汽油一样，则贮存和运输过程中，甲醇发生火灾的几率要比汽油高许多。但是，由于甲醇本身的燃烧安全特性，甲醇燃料在贮运过程中，火灾造成的人员死亡、严重受伤和财产损失等都会下降。,事实上，甲醇是一种自然物质，通过吃食水果、蔬菜和含酒饮料，人类身体大约吸收0.3-1.1mg/（kg.d）的甲醇。对于一个70kg体重的人，在150mg/L浓度下停留15min所吸入的甲醇相当于0.6mg/L,和正常饮食所吸入的量相近。通常情况下，甲醇蒸汽的浓度是远小于允许浓度的。通过消化系统进入人体的甲醇是非常有危险的。由于个体的差异，所产生的结果也不一样。一般认为饮用6 -18mL甲醇对人体不会产生过多危害。饮用30mL甲醇，生命会有危险，这些情况一般是误食或故意饮用。通过皮肤接触进入人体的甲醇量很小，一般不会引起中毒。长期重复接触可能引起湿疹、红肿、起鳞等症状。,3.2甲醇燃料对环境的影响据美国环保局（EPA)1994年毒物排放清单（Toxics Release Inventory, TRI）年报中指出，1992年工业化学品向环境的排放量，甲醇已名列第三。这些甲醇主要来源于胶粘剂制造厂、MTBE生产、造纸行业和其他化工生产。表2-5为美国1992年和1993年甲醇向环境中的排放量。总排放量大约为甲醇生产量的1%。甲醇主要排向大气，约占总排放量的80。大约有20的甲醇排放到土壤、地下水和地表水中。,甲醇作为燃料使用时，向周围环境的排放主要来源于贮存、运输和添加过程中。运输事故、贮存渗漏、添加溅洒、甲醇蒸发等是造成甲醇排放的主要途径。甲醇一旦泄漏到周围环境中，就会影响周围的生态环境，特别是甲醇为高浓度时。空气中的甲醇易发生光氧化过程，半衰期为3-30d。水中的甲醇通过挥发进入空气中，减小了甲醇的浓度。甲醇在水中和土壤中能很快被生物降解。甲醇易溶于水，土壤中的甲醇会很快稀释，然后发生生物降解。而汽油则难溶于水，不易扩散，在自然环境中难于降解，发生累积污染。,表2-6为甲醇、苯和甲基叔丁基醚（MTBE）在环境中的半衰期。由表可见，甲醇易于在环境中脱除，不会造成很大的污染。,3.3甲醇燃料车辆尾气排放对环境的影响甲醇燃料内燃机车仍然会排放大气污染物。和汽油车相比，由于甲醇是比较纯的化合物，不含硫及其他复杂有机化合物，含氧量高，燃烧充分，尾气排放中CO、CH（碳氢化合物，下同），SO2、NOx和固体悬浮颗粒都会下降。有毒有害的碳氢化合物如苯、芳香烃等低很多。因此甲醇燃料车污染物的排放要比汽油车少。但是甲醇燃料车的冷起动困难，会导致未完全燃烧的甲醛、甲酸甲酷等碳氢化合物的排放。甲醛有毒而且可能有致癌作用，且光化学作用强。此外还可能有乙醛、1，3-丁二烯等有害碳氢化合物。但总体上讲，甲醇燃料车的污染物排放要小于汽油车。如果对内燃机进行改装，采用尾气净化设备可大大减少污染物的排放。大规模使用甲醇燃料车不会造成比汽油更为严重的尾气污染物排放。,4、甲醇燃料的应用,醇类燃料的使用可以追溯到第一次世界大战。 当时由于汽油的短缺和战争的需要，欧洲军队使用乙醇掺合汽油作为燃料。后来由于乙醇来源的不稳定性和甲醇合成工业的迅猛发展，甲醇成本大幅度下降，使甲醇取代乙醇作为汽油的替代品。当时甲醇用作赛车的燃料和飞机燃料的防冻剂。后来由于石油工业的兴起而使甲醇燃料的进一步应用受到限制。20世纪70年代，由于两次严重的石油危机，汽油价格直线上升，促使人们寻求不依赖于石油的汽油替代品。当时甲醇生产能力过剩，可由煤和天然气等原料生产，成为替代汽油作为内燃机燃料的首选。80年代以来，虽然国际石油价格下降，趋于稳定，但由于对石油危机的担心和汽车尾气对大气环境的污染，不依赖于石油的环保型汽车受到重视，而甲醇燃料车正符合这一需求，从而得到了快速发展。,2018/6/21,太原理工大学化学化工学院,32,90年代后期，曾一时高昂的石油价格，使世界各国政府再次认识了石油基燃料的危机性，从而又一次促进了甲醇燃料车的发展。甲醇由碳、氢、氧化学元素组成，含氧量达50%，且有燃烧速度快、放热快、热效率高的特点，加入到汽油中，可提高汽油的辛烷值，减少大气污染物的排放。早在20世纪70年代，西欧国家就有加入4的甲醇掺合汽油出售。汽油中掺烧3-5的甲醇，发动机无需作任何改动，运转正常，也未发现难混合难起动的问题，效果良好。汽油中掺入15-25%甲醇时，需加入助溶剂，汽车发动机应作相应调整。汽油中掺入高含量甲醇时主要影响汽车的冷起动性能，且甲醇对塑料、橡胶和金属材料有一定的腐蚀作用。甲醇掺入汽油后，可增加汽油的含氧量，提高汽油的辛烷值，无需再加入四乙基铅添加剂，减少了尾气污染物的排放。此外，甲醇的气化潜热大，在汽缸中气化，可降低汽油火焰温度，节约油耗，减少NOx气体排放。甲醇含量达85%的掺合汽油或纯甲醇内燃机机动车也在研究和开发中。,中国从20世纪80年代开始甲醇燃料的使用和研究工作。“六五”期间，国家科委组织，交通部负责将M15甲醇掺烧汽油研究列入国家重点科技攻关项目，在山西组建480辆汽车，四个加油站的营运规模。“七五”期间，国家科委组织，中科院负责将492发动机改烧高浓度甲醇燃料（甲醇85%以上）技术列入攻关项目。“八五”期间进行了中、德纯甲醇燃料的科技合作项目，共有8辆桑塔纳轿车在北京行驶并建有一个加油站。同期，继续将低比例甲醇燃料（3%，5 %）应用也列入攻关计划，分别在四川、重庆等地有数百辆汽车投入营运试验。,除国家重点支持的有关科研开发项目外，各部门和科研院所也进行了大量的应用开发研究。四川西南化工研究院对掺烧15%甲醇汽油的汽车运行研究表明，只要对汽车结构作微小的改动，在汽车的动力性能和尾气排放污染物上与纯汽油汽车相近。四川鄂西化工厂用解放牌汽车和东风牌汽车各1辆，进行了5甲醇汽油和70号汽油的道路行车对比实验，结果表明，在公路、山路和坡路上行驶，以甲醇汽油为燃料的行车速度快，而且无论空车还是负载车，甲醇汽油比汽油用量省，节约了燃料，也减少了尾气污染物排放。重庆化工厂采用10%，20%，25%，30%，50%甲醇汽油混合燃料做行车试验研究，通过对动力性能、部件的腐蚀性能和燃料的经济性能比较分析后认为甲醇掺入量为10-25%之间综合性能最好。,山东进行了可变甲醇汽油掺合率的甲醇-汽油化油器系统的研究，以改善冷起动状况和减少尾气中甲醛、甲醇排放。南京进行了解放、东风卡车使用85%甲醇汽油混合燃料50000km的行车试验。天津、哈尔滨等地相继进行了柴油发动机燃用甲醇的研究工作。在山西省政府和国家经贸委的支持下，由山西晋南机械厂和山西大同汽车厂制造的50部甲醇中巴汽车投入商业示范运营，采用85%甲醇汽油混合燃料。经过1998-1999年间的运营，在经济性和汽车尾气排放方面均显示出甲醇汽车的优越性。,太原理工大学化工系,,38,4.1甲醇-汽油混合燃料甲醇掺入汽油的燃料，通常以甲醇的含量作为燃料标记，例如掺入3%、5%、15%、85%甲醇的汽油分别标记为M3、M5、M15和M85，纯甲醇燃料为M100。当甲醇含量小于15%时，甲醇能在汽油中很好地溶解，基本不存在相分离问题，是研究较早且较多的甲醇-汽油混合燃料。当甲醇含量大于85%时，相当于部分汽油溶解于甲醇中，也不存在相分离问题，而且汽油的存在改善了甲醇的燃烧特性，是近年来研究最多的甲醇燃料。当甲醇含量在15-85%之间时，易产生分相问题，混合燃料中应加入助溶剂，例如异丁醇、异丙醇等，以防止发生相分离。对于甲醇掺入汽油的混合燃料，低浓度甲醇燃料已商业化应用，例如在德国、奥地利和美国，已占其汽油市场的85、50%和10%。,高浓度的甲醇汽油混合燃料，由于受甲醇燃烧特性限制，需对汽油发动机进行改造以达到最佳性能，是今后甲醇燃料发展的趋势。除了将甲醇直接掺入汽油作为燃料外，采用甲醇和汽油按一定比例送入发动机的气化器中，同时雾化燃烧是最经济实用的方法。这种方式不但可避免使用助溶剂，还适用于低温、潮湿地区，并可使用含水甲醇等。,4.1.1甲醇-汽油的互溶性能甲醇和汽油在使用环境温度范围内是不能以任意比例相互混合的，因为它们会发生分层，上层为富烃层，下层为富醇层。特别是有微量水分存在下，这种分层变得更为容易。添加某些助剂，例如高碳醇，可以促进甲醇与汽油的相互溶解性，提高混合燃料的抗水性能。甲醇和汽油的相互溶解主要受温度、基础汽油组成、助溶剂和水分等的影响。,曲线以上为互溶区，甲醇和汽油混合燃料能够稳定存在，溶解成溶液，不会发生分层；曲线以下为分层区，甲醇和汽油混合燃料不能稳定存在，将发生分层，上层为富烃区，下区为富醇区，不能作为燃料使用。由图2-3可见，甲醇含量较低或较高时，甲醇和汽油能在较低的温度下互溶，不会产生分层现象，这正是人们广泛感兴趣的低浓度和高浓度甲醇汽油燃料的原因所在。甲醇含量处于中间位置时，相互溶解的温度相对较高，为了使混合燃料能够稳定贮存和使用，必须加入助溶剂，以防止发生分层现象。,选用不同标号的汽油，互溶曲线也不一样。高标号汽油中，芳烃含量要大于低标号汽油。由于汽油中的芳烃容易被极性分子甲醇诱导极化，所以能够促进甲醇在汽油或汽油在甲醇中的相互溶解，导致甲醇和高标号汽油的相互溶解加强，互溶曲线的顶点向低温区移动，使混洽燃料的使用温度范围变宽。这样使用高标号汽油时，在不加入任何助溶剂的前提下，掺入甲醇量的范围大大加宽，这在实际应用上是非常重要的。甲醇中微量水分的存在，会破坏甲醇-汽油的互溶性，使互溶温度升高。以含水0.5%的甲醇和70汽油作互溶曲线，曲线的顶点升高到27.5，相分离区域扩大，实际应用范围变窄。,水是比甲醇极性还强的强极性分子，不能和汽油互溶，但能和甲醇互溶。微量水和甲醇相互缔合，破坏了甲醇在汽油中的溶解，且水密度较大，很容易和汽油分层。水是造成甲醇-汽油混合燃料相分离的重要原因之一。因而，混合燃料使用时，必须控制甲醇的含水量和贮存过程中水分的掺入。为了降低甲醇-汽油的互溶温度，扩大混合燃料的环境使用温度，有时向混合燃料中添加助溶剂，以提高甲醇-汽油的互溶性能。由图2-3可知，同样标号的汽油，使用含5%异丁醇的甲醇时，相分离区明显减小，最高互溶点温度降低了11。这是由于助溶剂异丁醇中不仅含有极性基团羟基-OH，而且含有非极性基团异丁基-CH2CH（CH3)2。根据有机溶液的相似相溶原理，异丁醇中的极性基团能溶于甲醇中，而非极性基团异丁基则溶于汽油中，结果由于异丁醇的存在，使甲醇在汽油中的溶解性增加，导致甲醇-汽油的相分离区减少，最高互溶温度降低。这种助溶剂的作用原理与含有极性和非极性有机基团的表面活性剂的作用原理相似。,理论上，含有极性和非极性基团的有机化合物均可作为助溶剂，例如醇、醚、醋等类有机化合物。但从性能和价格上，一般选取同系醇类化合物，如异丁醇、异丙醇、丁醇等。对于醇类助溶剂，随着碳原子数的增大，助溶性能增加，且异构醇要比正构醇的助溶性能好。助溶剂和水的作用恰好相反。少量水可使甲醇-汽油混合燃料发生分层，而助溶剂促进甲醇和汽油的相互溶解，避免分层发生。为了使甲醇-汽油混合燃料不分层所需添加的助溶剂除和温度有关外，必须考虑到混合燃料中水分的作用。,图中曲线以上为相分离区，曲线以下为混溶区。可见，对于相同的含水量的混合燃料，随助溶剂量的增加，混合燃料能互溶的温度显著下降。对于同一互溶温度下，随着含水量的增加，所需添加助溶剂异丁醇的量也很快增加。增加助溶剂异丁醇的量，提高了甲醇-汽油混合燃料的相互溶解性，增强了混合燃料的抗水性。,助溶剂和甲醇、汽油相比，价格比较贵，增加了混合燃料的成本。实际应用中，不希望加入或加入太多的助溶剂，因而应选用含水量低的甲醇和标号高的汽油，并且防止水分的掺入和燃料吸潮。为了避免使用助溶添加剂，提高甲醇的使用量，目前的研究发展方向主要是高甲醇含量的甲醇汽油掺合燃料（M85以上），而以前更注重的是发展低浓度甲醇汽油混合燃料。4.1.2甲醇-汽油的蒸气压甲醇的蒸气压比汽油低，且甲醇能和许多种有机物形成低沸点共沸物。表2-9为部分甲醇共沸物的组成和共沸点，可见共沸点和原物质沸点相比，下降了很多。特别是对于沸点较高的物质，例如环己烷，由原沸点80.8变为共沸点54.2，比甲醇沸点64还低10。沸点的降低会引起相同温度下蒸气压的升高。,甲醇和汽油混合后，甲醇能和汽油的碳氢化合物形成低沸点共沸物，造成整个燃料的挥发性强烈增强。同一环境温度下，蒸气压严重升高。由于蒸气压升高，当环境温度较高时，在发动机的燃油系统中易产生气阻现象，使发动机工作不正常或停止工作。为此，应当降低燃油系统的环境温度，增强燃油管道压力，或预先调低基础汽油的饱和蒸气压。,MON=Motor Octsne Number 发动机辛烷值RON=Research Octane Number (石油)研究法辛烷值,中浓度甲醇-汽油混合燃料使用化油器调整后的发动机，可以保持原发动机的性能。通常情况下，冷热起动和汽油车相近。M15甲醇汽油燃料在联邦德国、瑞典、新西兰和中国做过较大规模的车队试验。M30-M60也曾小范围内做过试验。结果表明，对燃油系统和发动机进行调整和优化后，可以获得比使用同一辛烷值的汽油更高的容积效率、功率和热效率。中浓度甲醇-汽油混合燃料的互溶性较差，需加入助溶剂防止分层，提高燃料的抗水性。助溶剂的价格一般高于汽油和甲醇，无形中增加了燃料成本，且甲醇使用量相对减少，油路系统和发动机系统也需改装。相对而言，高浓度甲醇-汽油混合燃料（M85以上）更具吸引力。这种燃料甲醇含量高，互溶性好，无需助溶剂，蒸气压又低，发动机经过改装和优化后，可具有良好的汽车动力性能，是近年来甲醇燃料发展的趋势。,由于燃料危机的存在，世界上主要国家都在进行高浓度醇燃料发动机的研究。1965年，美国就使用M100和M85燃料作为赛车燃料。1978年福特汽车公司开始研究多元燃料汽车，既可以使用汽油、M85燃料，也可使用二者的任意比混合燃料。使用高浓度醇燃料的研究基本都是靠改造现有汽油发动机以适应高浓度醇燃料特性的要求，发挥醇燃料的优点，使整车性能获得最佳。80年代中期，美国的美洲银行甲醇计划，靠现有车辆的改装，以甲醇燃料进行了500辆福特车组成的车队试验，总行程3380万公里，时间长达3年。,汽车发动机通过改进，充分发挥甲醇燃料的优点，提高发动机约整体性能。例如，甲醇燃料抗爆性能好，增加发动机压缩比可提高热效率和动力性；稀燃能力好，有助于发动机热效率提高，减少尾气污染物排放；气化潜热大，可提高发动机容积利用率，增大功率，降低压缩过程能耗，火焰燃烧快，温度低，可改进循环效率，降低热量损失。 甲醇的燃烧热约为汽油的一半。但是通过发动机改造，提高了热机效率，使甲醇燃料行驶的里程达到汽油的80。,2018/6/21,太原理工大学化学化工学院,58,使用甲醇燃料，除了充分发挥甲醇燃料的优点外，也应注意甲醇燃料存在的缺点。主要的缺点为醇燃料的腐蚀和低温冷起动问题。通过选择合适的耐醇材料，可以避免甲醇燃料对汽车材料的腐蚀而使用性能下降。低温冷起动是甲醇燃料改造时必须认真解决的主要问题之一。甲醇气化潜热大，低温蒸气压低，发动机在环境温度较低的情况下，燃料的蒸发量难以达到可燃低限，不能起动。另外，较大的气化潜热，使燃料进气管的温度下降，燃料蒸发量小，使混合燃烧气在各缸的分布不均匀，导致功率下降。纯甲醇的最低起动温度为5。环境温度低于5时，甲醇燃料车就难以起动。,为了提高甲醇燃料车的起动性能，一般有两种方法，一是在甲醇燃料中掺入挥发性高的物质，如汽油、醚、轻烃等，以提高燃料的饱和蒸气压，达到混合气的可燃极限，实现低温（-15-20）下起动。二是增加一套独立的起动燃料辅助系统，使用汽油、丙烷、醚等高挥发性燃料先起动，整个发动机的温度升高后再切换到甲醇燃料进行运行。 此外，由于甲醇蒸发而使甲醇燃料的进气管温度下降，需采用尾气或电加热等方式保持进气管的温度不变，以提高发动机的整体性能。,为了使该发动机能适应M85甲醇汽油混合燃料，对原发动机的结构和有关参数进行了以下改装和调整。为了提高压缩比，减薄了缸盖，并对配气机构和油道做了相应调整和修改。根据热值计算，M85燃料的供应量是汽油的1.869倍，所以相应地扩大了化油器的主量孔和出油孔等的直径。同时缩小了化油器喉管直径，增大喉管流速，改善了混合气的雾化质量。改进了进气管的预热装置，预热面积增加到原汽油机的2.3倍，使M85发动机的正常工作状态进气温度在12-15范围内。根据甲醇燃料的特性，对离心点火提前装置进行相应的改进，使点火提前角比原汽油机略小。,通过对原汽油发动机使用70号汽油和改装后发动机使用M85燃料的比较试验，认为改装后的发动机使用M85燃料时，点火提前角可在5 A变化，对热矩的变化影响很小，即点燃特性对点火角度的调整不敏感，给实际使用带来很大方便（图2-6）。M85发动机在压缩比为8.36时，发动机的机械动力性均较原汽油发动机的性能好，热矩和功率分别提高了6.496和15.57%（见表2-13），M85燃油供给量比理论计算减少17%，M85发动机的怠速污染排放物CO和CH都比汽油发动机低，比国家规定的汽油车尾气排放标准减小94和65（表2-14）。,为了使发动机适合燃烧甲醇，对发动机的化油器、汽缸盖和排气阀等进行了改装。加大了主副腔的主油量孔和主空气量孔，调整了浮子室油面，加大了浮子室的进油孔。为了减少空气进气量，在第二个喉管外面加了一个喉管套，减少了喉管截面积。 原汽油机