醇类燃料的发展历程使用现状与未来发展趋势

醇类燃料的发展历程使用现状与未来发展趋势醇类燃料的发展历程使用现状与未来发展趋势 陈伟 浙江科技学院 内容摘要 目前 世界的石油资源日趋减少 石油燃料的短缺现象已经出现 并且日益严 重 另外 随着汽车保有量的增长 约占能源总需求量 40 的车用燃料的消耗 量与日俱增 巨大的燃油消耗不仅对日益枯竭的石油能源造成巨大压力 同时 大量燃油燃烧不当所排放出的污染物已成为威胁人类生存的主要因素 因此 寻求资源丰富 环境友好和经济可行的代用燃料已成为人类待解决的重大问题 醇类作为液体燃料 其储存 携带 使用都和传统的汽油 柴油差不多 生产 乙醇燃料的原料主要来自于农作物 属可再生能源 用生物技术路线取代化学 技术路线进行生物燃料的生产 已成为全球各国能源规划的核心内容 本文研 究了醇类燃料的发展历程 使用现状与未来发展趋势 关键词 醇类燃料发展现状未来趋势 概述 乙醇 CH3CH2OH 甲醇 CH3OH 均是重要的有机化工原料 在化学 医 药 轻工 纺织及运输等行业都有着广泛的用途 乙醇主要用作溶剂 也用于 制染料 涂料 合成橡胶 医药 洗涤剂 化妆品等 乙醇既可以由乙烯水合 制成 也可由谷类 甘蔗和任何含淀粉或糖类的农作物为原料采用生物发酵方 法制成 目前 国际上燃料乙醇的总产量约为 2400 万 t 巴西是世界上最大的 乙醇生产国之一 2000 年乙醇产量达到 1031 万 t 其主要生产原料是甘蔗 美 国现有乙醇生产能力约为 868 88 万 t 2002 年乙醇产量达到 650 万 t 左右 其 主要原料为玉米 我国乙醇生产主要依靠玉米 薯类和甘蔗等发酵制取 目前 全国乙醇产量约 200 万 t a 甲醇主要用于制造甲醛 醋酸 氯甲烷 甲胺和 硫酸二甲脂等多种有机化工产品 也是农药 医药的原料 还是非常重要的溶 剂之一 目前 国际上甲醇主要由天然气 目前约占世界 78 重 占 10 石脑油 占 7 液化石油气 占 3 煤炭 占 2 生产 我国甲醇主要 是以煤炭为原料生产 甲醇的生产方法主要是合成法 目前 全世界的甲醇生 产能力已达 3700 万 t a 2000 年全世界甲醇产量达 2835 万 t 我国现有甲醇 生产厂家约 100 家 2000 年甲醇生产能力 299 15 万 t 2001 年全国甲醇产量 为 206 万 t 进口 150 万 t 1908 年 美国人 HenryFord 设计并制造了世 界上第一台使用纯乙醇的汽车 20 世纪 30 年代乙醇在美国第一次和汽油混合 用于汽车燃料 同期 德国 法国 巴西和新西兰等国也开始了乙醇 汽油混合 燃料的应用 70 年代第二次世界石油危机后 世界各国从寻找替代燃料的目的 出发 纷纷开展一系列掺醇汽油或纯甲醇 纯乙醇 代替车用汽油的研究工作 其中 巴西 美国等国曾先后推广使用含 10 22 85 等不同比例乙醇的 车用燃料 德国 瑞典 新西兰等国曾先后推广使用含 15 甲醇的 M15 汽油 1987 年美国加州开始推广使用含 85 甲醇的汽油 目前 巴西汽油只有 20 乙 醇含量的乙醇汽油和纯乙醇燃料 美国市场上以 10 乙醇含量的乙醇汽油为主 1990 年 美国国会通过空气清净法 修正案 为改善城市空气质量 开始实 施含氧及新配方汽油计划 要求在汽油中添加含氧量不大于 2 7 m m 的含 氧化合物 目前 美国约有 17 个州在使用新配方汽油 新配方汽油的用量约占 全美汽油消耗量 3 5 亿 t 的 1 3 其中 大约有 25 的汽油使用乙醇 乙醇加 入量约 5 7 10 0 我国在 六五 七五 期间 曾将甲醇汽车技术开 发列为国家科技重点攻关项目 其间 我国和联邦德国曾合作进行了 M100 纯 甲醇 汽车技术的合作研究 经过近 10 年的研究开发 我国目前已开发成功 甲醇制备 甲醇腐蚀抑制剂 加油站建设 发动机改造技术 甲醇汽车用润滑 油等一系列甲醇燃料及汽车的配套技术 但随着国际原油价格的不断降低 这 些技术目前并未得到实际应用 国内开展乙醇燃料研究及应用工作的并不 多 据不完全了解 八五 期间 在交通部能源管理办公室的主持下 交通部 属有关科研机构对乙醇作为车用燃料进行了一系列的研究 其中 1985 年 云 南省科委和云南交通科学研究所进行了 E60 乙醇汽油 含 60 工业乙醇 的发 动机台架及行车试验 1986 1990 年 福建省交通科学技术研究所开展了 E20 乙醇汽油的应用研究 交通部公路科学研究所先后进行的 E20 E40 E60 及 100 乙醇汽油应用研究等 2000 年 9 月 2001 年 10 月 根据国务院领导指示 国家经贸委组织中国石化集团公司等单位对车用乙醇汽油的可行性进行了系统 的试验研究 在科学实验基础上制定了变性燃料乙醇国家标准 GB18350 2001 及车用乙醇汽油国家标准 GB18351 2001 等 2002 年 3 月国家八部委 联合颁布了车用乙醇汽油使用试点方案和实施细则 组织实施了车用乙醇汽油 的使用试点工作 2003 年 6 月 车用乙醇汽油的使用试点工作在河南 黑龙江 2 省 5 市圆满结束 约有 20 余万辆汽车使用了近 20 万 t 车用乙醇汽油 车用 乙醇汽油使用试点工作取得重要成果 为进一步推广使用车用乙醇汽油奠定了 坚实的基础 2 醇类燃料的理化性质 甲醇 乙醇都是无色透明 易挥发 易燃的液体 其中甲醇有毒 它们的 热值较低 蒸发潜热较高 抗爆性能好 含氧量高 除此之外 甲醇 乙醇在 少量水分存在的情况下还容易产生相分离 表 1 是甲醇 乙醇 甲基叔丁基醚 MTBE 和汽油理化性质的比较 3 甲醇 乙醇作为车用燃料的技术可行性分析 3 1 乙醇作为汽车燃料的技术可行性 乙醇与汽油在某些理化性质与汽油非常接近 但有些性能则相差较大 1 辛烷值高 抗爆性能好 乙醇的研究法辛烷值达到 111 马达法辛烷 值为 91 添加乙醇可以较为有效地提高汽油的抗爆性 有关研究结果显示 国 内典型催化裂化汽油 RON 为 90 6 中添加 10 体积 乙醇后 其 RON 可提 高 3 4 个单位 MON 可增加 1 4 个单位 乙醇对烷烃类汽油组分 烷基化油 轻石脑油 辛烷值调合效应好于烯烃类汽油组分 催化裂化汽油 和芳烃类汽 油组分 催化重整汽油 2 乙醇含氧量高达 34 7 乙醇可以以比 MTBE 更少的添加量加入汽油 中 美国含氧汽油中通常需添加 7 7 乙醇 新配方汽油通常乙醇添加量为 5 7 汽油中添加 7 7 乙醇 氧含量达到 2 7 如添加 10 乙醇 氧含量可 以达到 3 5 3 通过添加乙醇或其它含氧化合物 并改变汽油组成 美国新配方汽油 可以有效降低汽车尾气排放 美国汽车 油料 AQIRP 的研究报告表明 使用 含 6 乙醇的加州新配方汽油 与常规汽油相比 HC 排放降低 10 27 CO 排 放减少 21 28 NOx 排放减少 7 16 有毒气体排放降低 9 32 国内 研究结果表明 燃用乙醇含量 10 体积 车用乙醇汽油的国产典型汽车 CO HC 排放分别减少了约 30 和 10 4 乙醇的热值为 26 77MJ kg 比常规汽油热值 43 50MJ kg 要低 因此 使用乙醇汽油后 发动机的油耗随着乙醇掺入量增加而增加 有资料报 道 使用含 10 乙醇的混合汽油时 发动机的油耗约增加 5 在相同辛烷值的 前提下 发动机的动力性能也有不同程度的下降 乙醇掺入量小于 10 时 对 汽车发动机的供油系统 点火系统及压缩比不必做任何调整 当乙醇掺入量大 于 10 时 应适当提高发动机压缩比 加大化油器主量孔尺寸及点火提前角 使燃用乙醇的汽油机的功率接近原机水平 5 乙醇的汽化潜热大 理论空燃比下的蒸发温度降大于常规汽油 汽化 潜热大会导致汽车动力性及经济性下降 在低温条件下 乙醇汽油不易启动 另外汽化潜热大使化油器中形成的燃气混合比低 乙醇空燃比仅为 9 比汽油 正常燃烧所需的理论空燃比 15 低得多 影响混合气的形成及燃烧速度 使汽车 驱动性能下降 影响最大功率的发挥 不利于汽车的加速性 巴西 美国在使 用较高比例 含 20 100 乙醇 乙醇汽油时 通常通过增加发动机进气加热 系统或废气预热空气系统 提高进气温度 改善混合气形成及燃烧 改善乙醇 汽油的低温启动性 6 乙醇在生产过程中一般会含有酸性物质 而且乙醇本身的吸水性使之 在贮存过程中含有少量水分 同时受到空气的氧化或细菌发酵也会产生少量的 有机酸 都会对发动机产生较为严重的腐蚀和磨损 有关试验结果表明 汽油 添加 0 15 乙醇后 紫铜试件随乙醇浓度增加而腐蚀增加 乙醇含量 15 时 铜片腐蚀达 3a 级 铸铁试件出现 0 02 0 04 的增重 对其它金属的腐蚀影 响不明显 国内有关研究显示 在常温 20 条件下 随乙酸含量增加 乙 醇对紫铜试件的腐蚀增加 40 温度条件下 乙酸对黄铜试件的腐蚀有所增加 对紫铜试件的腐蚀严重 对其它金属腐蚀影响不大 当乙酸含量超过 70ppm 后 乙醇汽油对紫铜的腐蚀迅速增加 乙醇的蒸发潜热大 汽化不良而流入汽缸壁 致润滑油膜被冲洗而造成润滑油稀释或严重乳化 导致发动机部件的摩擦和磨 损 国外在使用 E85 或 E100 等高比例乙醇时 通常需要适合燃用乙醇的特制发 动机 其供油系统 进气系统材料需经防腐处理 使用低比例乙醇燃料时 金 属腐蚀抑制添加剂的加入 300 500ppm 可以有效抑制乙醇汽油对铜片 黄铜 紫铜 的腐蚀 7 乙醇作为一种化工溶剂 对汽车供油系统的橡胶部件有一定的溶涨作 用 对油泵的密封及其它部件的合成橡胶材料大都有轻微的腐蚀 溶涨 软化 或龟裂作用 有关试验结果表明 不同橡胶的耐油性顺序为 聚氯醚 氯醇胶 氯化聚 醚 氟橡胶 氯丁胶 丁腈胶 氰化丁腈胶 顺丁胶 乙丙胶 丁苯胶 天然胶 硅橡胶 丁基胶 8 乙醇的抗水性较差 乙醇汽油在少量水分存在 的情况下容易发生相分离 有关试验结果表明 随着乙醇汽油中水含量的增加 相分离温度明显提高 以含 10 乙醇汽油为例 当调合汽油中水含量小于 3000ppm 时 相分离温度为 30 以下 当水含量增加至 4000ppm 时 相分离温 度为 16 在相同水含量的条件下 随着乙醇含量的增加 相分离温度有较大 幅度降低 9 乙醇本身的饱和蒸汽压为 18kPa 但研究表明 乙醇调入汽油后 会 产生明显的蒸汽压调合效应 当乙醇添加量为 3 0 5 7 时 乙醇汽油的调合 蒸汽压随乙醇添加量增加而提高 最高达 58kPa 当乙醇添加量大于 5 7 时 乙醇汽油调合蒸汽压随乙醇添加量增加逐渐降低 3 2 甲醇作为汽车燃料的技术可行性 3 2 1 甲醇汽油的抗爆性 甲醇的抗爆性能较好 其研究法辛烷值达到 112 马达法辛烷值为 106 而 且它和汽油混合后的调合辛烷值较高 表 2 为甲醇在国内典型汽油中的辛烷值调合性能 由表 2 可以看出 甲醇 在 3 种汽油组分中均呈正的辛烷值调合效应 其中 掺 5 甲醇在烷烃类直馏 汽油中的调合效应好于烯烃类催化裂化汽油和芳烃类重整汽油 其增加研究法 辛烷值的能力要明显好于提高马达法辛烷值 表 2 甲醇在国内典型汽油中的辛烷值调合性能 3 2 2 甲醇汽油的腐蚀性 甲醇在生产过程中一般会含有酸性物质 而且甲醇本身的吸水性使之在贮 存过程中含有少量水分 同时受到空气的氧化或细菌发酵也会产生少量的有机 酸 以及甲醇燃烧后产生的甲醛 甲酸等 都会对发动机产生较为严重的腐蚀 和磨损影响 美国 Ford 公司的研究发现 使用甲醇汽油后 发动机润滑油中的铁含量比 使用无铅汽油大 5 2 倍 发动机 磨损的主要表现是活塞环和汽缸壁的磨损和腐蚀 其主要原因是甲醇及其燃烧 中间游离基反应生成氧化产物 如甲酸 对金属表面的侵蚀 另外 甲醇的蒸 发潜热大 汽化不良而流入汽缸壁 致润滑油膜被冲洗而造成的润滑油稀释 并严重乳化导致发动机部件的摩擦磨损 RIPP 的研究结果表明 甲醇汽油对汽车油箱的铅锡镀层有腐蚀作用 如含 水分则对钢板及焊接钢管也会产生腐蚀 对一些铜 锌 铝等金属及其合金也 有 腐蚀作用 3 2 3 甲醇汽油对橡胶材料的溶涨性 实践证明 甲醇汽油对汽车供油系统橡胶部件的溶涨作用较大 对油 泵的密封及其他部件的合成橡胶材料大都有腐蚀 溶涨 软化或龟裂作用 甚 至对纸树脂滤芯及金属滤芯也有腐蚀作用 有时对化油器金属有斑蚀作用 试 验表明 氟硅橡胶和氟烷橡胶具有较好的耐甲醇溶涨性能 日本的研究表明 特别是含 10 甲醇的汽油对各种橡胶的溶涨率都比较大 表 3 为甲醇汽油对不同橡胶 密封 体积变化的影响 表 3 含醇汽油对橡胶体积变化的作用 3 2 4 甲醇的毒性 甲醇是典型的神经毒物 可经呼吸道 胃肠道和皮肤吸收 甲醇对人体的神 经系统和血液系统影响最大 它经消化道 呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反 应 甲醇蒸气能损害人的呼吸道粘膜和视力 急性中毒症状有 头疼 恶心 胃痛 疲倦 视力模糊以至失明 继而呼吸困难 最终导致呼吸中枢麻痹而死 亡 慢性中毒反应为 眩晕 昏睡 头痛 耳鸣 视力减退 消化障碍 甲醇 摄入量超过 4g 就会出现中毒反应 误服量超过 10g 就能造成双目失明 饮入量 大造成死亡 致死量为 30mL 以上 甲醇在体内不易排出 会发生蓄积 在体内氧化生成甲醛 和甲酸也都有毒性 在甲醇生产工厂 我国有关部门规定 空气中允许甲醇浓 度为 5mg m3 在有甲醇气的现场工作须戴防毒面具 废水要处理后才能排放 允许含量小于 200mg L 3 2 5 甲醇汽油的排放性能 国内外一系列的试验研究结果表明 由于甲醇具有很高的含氧量 使用甲 醇汽油可以有效提高发动机的热效率 减少汽车 CO 及 HC 的排放 而未燃烧的 甲醇及醛类排放则较普通汽油有明显增加 例如 德国大众汽车公司进行的甲 醇车队的排放试验结果表明 甲醇汽车排放与汽油车相比 CO 降低 62 5 HC 减少 33 3 NOx 减少 25 而总醛排放增加了 3 6 倍 国内研究表明 使用 甲醇汽油 汽油发动机的 CO 排放比使用汽油下降了 48 HC 下降了 39 NOx 基本不变 使用 M15 M100 燃料 发动机的甲醛排放增加 3 4 倍 使用 M15 的未燃甲醇排放约 50ppm 使用 M100 时为 500ppm 甲醇在燃料中的比 例越高 未燃的醇排放量越高 3 2 6 甲醇汽油的其它性能 除上述性能外 甲醇汽油的热值为 19 60MJ kg 比汽油的 43 50MJ kg 要 低许多 因此 使用甲醇汽油后 发动机的油耗随着甲醇的掺入量增加而增加 有资料报道 当使用含 10 甲醇的汽油时 发动机的油耗增加约 5 在相同 辛烷值的前提下 发动机的动力性能也有不同程度的下降 甲醇汽油在少量水 分存在的情况下容易发生相分离 影响贮存和汽车正常运转 甲醇本身的饱和 蒸汽压为 33kPa 但研究表明 甲醇调入汽油后 会产生明显的蒸汽压调合效 应 调合油的蒸汽压显著增加 表 4 列出甲醇在催化裂化汽油和重整汽油中的 调合蒸汽压试验结果 表 4 甲醇的蒸汽压调合效应 kPa 表 4 结果表明 甲醇汽油的蒸汽压比较高 容易产生气阻 影响汽车的 正常使用 此外 试验表明 掺 10 甲醇的汽油蒸发排放比基础汽油高 1 2 倍 甲醇汽油的低温性能和冷启动性能较差 这主要是由于甲醇的蒸发潜热比汽油 高 3 倍 低温条件下 甲醇汽油不易启动 另外汽化潜热大使化油器中形成的 燃气混合比为 6 45 比汽油正常燃烧所需的理论空燃比 15 低得多 使汽车运 转性能不良 驱动性能下降 影响最大功率的发挥 不利于汽车的加速性 严 重的将影响汽车的驱动性能 4 国外醇类燃料的历史 现状及发展趋势 4 1 巴西推广乙醇燃料的经验巴西是石油资源贫乏国家之一 早在 20 年代巴西 就开始在汽车中应用乙醇 汽油混合燃料 第二次世界大战之后 随着石油供应 的缓和 巴西乙醇 汽油混合燃料的应用停滞不前 直 1974 年第一次世界石油危 机才促使巴西政府下决心推行乙醇汽油计划 1975 年 巴西制定并开始实施了乙 醇汽油全国计划 第一批汽车使用的混合燃料是 22 乙醇和 78 汽油 1979 年 当第二次石油危机来临时 巴西政府采取了一系列政策鼓励生产 使用乙醇 汽 油混合燃料 与此同时 巴西汽车工业也对使用乙醇 汽油混合燃料的第一代汽 车进行了一系列的改进 如 由于乙醇热值低 为保证发动机正常运转 巴西燃用 乙醇的汽车压缩比已普遍提高到 12 以上 对发动机油箱 化油器等供油系统进 行防腐处理 由于乙醇的汽化潜热高 为提高发动机进气温度 利用排气预热空 气系统及在发动机化油器下安装电加热器 保证了乙醇或混合燃料的正常汽化 巴西政府的乙醇计划极大地促进了甘蔗生产 蔗糖加工 乙醇生产及乙醇汽车 技术科研和生产的发展 同时形成了蔗糖 乙醇成套制造技术和乙醇汽车技术的 科研和工业体系 巴西的乙醇产量从 1976 年的 6 亿 L 猛增到 1990 年的 120 亿 L 使用混合燃料汽车销量从 1978 年的只占汽车总销量的 0 3 上升到 1986 年的 90 以上 近几年 由于国际原油价格低迷 巴西燃料乙醇的应用发展缓慢 4 2 美国乙醇然料的应用情况 1930 年 乙醇 汽油混合燃料在美国内布拉斯加州 地区首次面市 1978 年 含 10 乙醇的混合汽油在内布拉斯加州大规模使用 1979 年 美国国会为减少对进口原油的依赖 从寻找替代能源的角度出发 建立 了联邦政府的 乙醇发展计划 使用 E10 减免联邦税 开 始大力推广使用含 10 乙醇的混合燃料 联邦计划的实施使美国的乙醇工业得到 迅速发展 乙醇产量从 1979 年的 3790 万 L 迅速增加到 1990 年的 3 3 亿 L 在 1990 年以前 美国推广乙醇主要出于两个目的 首先乙醇是很好的代用燃料资源 其 次 在美国车用汽油无铅化进程中 乙醇部分起到了替代铅的抗爆作用 1990 年 美 国国会通过空气清净法修正案 对汽油除了要求控制蒸汽压 苯含量外 还要求 含氧汽油添加 2 7m 的氧 新配方汽油添加李 2 0m 的氧 EPA 批准使用的含氧 化合物有 MTBE TAME ETBE 乙醇等 不包括甲醇 空气清净法修正案颁布后 乙 醇作为主要含氧化合物之一被广泛用于美国含氧汽油和新配方汽油生产 目前 美国汽油消费量为 1250 亿加仑 相当于 3 46 亿吨 大约 25 为含乙醇汽油 其 中 在芝加哥等中西部地区汽油中乙醇的加入量通常为 10 在需要使用含氧或 新配方汽油地区的乙醇添加量则为 5 7 含氧量 2 om 或 7 7 含氧量 2 7m 除此之外 1993 年 美国加州开始实施灵活燃油车辆计划 制定了用于轻型车的 E85 85 乙醇 15 汽油 和用于重型卡车和公共汽车的 E100 100 乙醇 的燃料规 格 1999 年 3 月 25 日 美国加利福尼亚州州长 Davis 发布公告 基于 MTBE 对加 州环境及居民健康的影响 在不违背美国联邦空气清净法要求的前提下 加州将 于 2003 年 l 月 l 日起禁止 MTBE 的使用 1999 年 7 月 26 日 美国国家环保局局 长卡罗尔 布朗纳 CarolM Browner 在收到该小组的报告后发表公告 美国 EPA 将与国会合作 尽快制定必要的立法 在不牺牲清洁空气方面已取得利益的前提 下 帮助各州在当前法律下减少使用并逐步禁止使用 MTBE 目前 美国新能源法 案计划在 4 年内逐步禁止使用 MTBE 17 个州已通过立法已经开始禁止使用 MTBE 截止到 2002 年已经有约 50 的 MTBE 被取代 加州在 2004 年 l 月 1 日全面禁止 使用 MTBE 目前加州已有约 85 的汽油为乙醇汽油 美国加州汽油中乙醇的添加 量通常为 5 7 以满足汽油含氧量 2 om 的要求 上述美国有关 MTBE 的最新进 展情况表明 美国将开始大量减少使用 MTBE 并很可能在未来几年里全面禁止使 用 MTBE 此举无疑将对美国乃至全世界的炼油业 MTBE 乙醇的生产和使用产 生深远的影响 目前 美国燃料乙醇工业共有 75 套生产装置 总的生产能力为 869 万 t 在建生产能力 158 万 t 2002 年全美生产乙醇 645 万 t 美国有关协 会预测 随着新乙醇厂的投产 2003 年预计全美乙醇产量 4 万 t 根据美国可 再生燃料规划 2012 年的燃料乙醇需求量将达到 1892 5 万 t 4 3 国外甲醇汽油的应用情况甲醇汽油开发及应用在国外开始于 20 世纪 70 年代的第二次石油危机 从替代能源的角度考虑 德国 美国 日本等国先后投 人人力 物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发 在 70 一 80 年代 期间 美国加州 德国等地均组织了甲醇汽车示范车队 包括德国大众汽车公司 在中国建立的 M100 甲醇汽车示范车队 美国对甲醇燃料和甲醇汽车都进行开 发和应用 重点开发燃烧 M85 M100 专用甲醇燃料汽车 美国开发了 M100 汽车 但是由干甲醇加油站限制 行驶里程受限制 用户不便 故美国福特公司开发了可 使用汽油或醇与汽油以任意比例混合的燃料的灵活燃料汽车 FFV 这种车由燃 料传感器识别成分 通过电脑提供发动机最佳运行参数 这样就不会受到加油站 限制 目前 FFV 汽车在美国已经能大规模商业生产 这些由 Ford 汽车公司特制 的使用高比例甲醇的灵活燃料汽车主要集中在加州地区 统计数据表明 1998 年后美国甲醇燃料汽车和甲醇燃料都在减少 目前 美国加州甲醇汽油加油站也 仅剩下 l 座 其中原因是多方面的 甲醇作为汽车燃料的缺陷 特别是甲醇有毒 使得甲醇在比较重视健康安全和生活质量的美国不受欢迎 1997 年开始的亚洲 金融危机波及全球 使得世界上油价低迷 甲醇价格难以同石油价格竞争 1998 年美国福特汽车公司停止生产 FFV 甲醇汽车 美国农业作物丰富 美国政府非常 重视保护农民利益 使得毒性小和安全性比较好的乙醇燃料得以迅速推广 此外 CNG LNG 电力等代用燃料在美国市场发展空间比较大 也使甲醇代用燃料在美 国受到冷落 美国 欧洲及日本汽车制造商坚持反对在汽油中掺烧甲醇 在美国 车用无铅汽油标准 ASTM4814 中 要求汽油中甲醇含量最大不超过 0 3Vof MTBE 的加入量最大可为 15Vol 乙醇最大 10Vol ETBE 或 TAME 最大 17Vol 1998 年 12 月世界汽车制造商组织联合发布的 世界燃料规范 中 要求 不允许使 用甲醇 在欧洲 85 536 EEC 法规中 车用汽油中甲醇的添加量 3Vol 同时必 须包括腐蚀抑制添加剂 国外反对在汽油中加入甲醇 主要原因是甲醇腐蚀性 比较大 目前的技术还不能很好解决甲醇汽油金属腐蚀性问题 汽车的耐久性 16 万 km 得不到保障 此外 由干甲醇有毒 使用不慎容易对人体造成伤害或致人 死亡 S 国内醉类瀚料的研究及应用 5 1 国内甲醇燃料汽车研发和推广应用概况我国从 20 世纪 70 年代开始 较系 统地研究甲醇燃料 低比例的甲醇燃料在四川省等地加油站出售 国家科委在 六五 期间 组织 M15 甲醇掺烧汽油的研究 示范 曾在山西省进行过 475 辆 M15 汽车和 4 个加油站的商品化运行试验 不过由 于 M15 燃料中 需添加防止燃料分层的助溶剂 丁醇 杂醇 MTB E 在我国不易 廉价获得 因而在 七五 期间 国家科委改为组织了十几个单位进行高比例甲 醇的试验研究 与此同时 与德国大众汽车公司进行了历时 7 年的 M100 甲醇汽 车国际技术合作研究 以及与美国福特汽车公司进行 FFV 合作研究 从而对国产 发动机的优化改造 与汽车的匹配 甲醇燃料配方 腐蚀抑制剂 专用机油 耐醇材料 排气催化净化 对环境和人体健康的影响等都进行了系统的研究 1997 年国家科委和国家经贸委发布 1997 018 号文批准山西省实施国家甲醇 燃料示范工程 并先后投入 50 辆甲醇中巴车进行示范运营 该项目已经于 2001 年 11 月验收 中国第一家甲醇发动机生产企业一一晋中新天地发动机厂研发的 多点电喷发动机 列入了国家高新技术创新项目 在先后经历了由化油器型 单 点电喷型到多点电喷型 由定比例低甲醇 M15 到定比例高甲醇 M85 递进式研制 后 产品技术日趋成熟 多点电喷发动机成为试验示范的动力支撑 目前该机已经 具备批量生产能力 1996 年 7 月 大同汽车制造厂 中国工程院热物所与美国 福特公司合作 采用云岗牌 DTQ6600 中巴车成功地试制了我国第一台灵活燃料甲 醇汽车 FFV 该车采用中央控制系统 ECU 和多个传感器 通过这些系统 这部 汽车可使用汽油与甲醇任意混合比例燃料 1998 年 3 月大同汽车制造厂又试制 了第二批巧台定比 例 M85 甲醇清洁燃料汽车 这巧台甲醇汽车在太原至榆次公路上运行 各项指标 良好 大同汽车制造厂 2001 年 6 月试制成功 M100 全甲醇清洁燃料燃烧装置 在普通燃油发动机上安装该装置后 可 100 燃烧甲醇而不掺入汽油 该装置已 在夏利 捷达 6490 越野车和 6600 中巴车上试验成功 普通汽车安装该装置 燃烧 100 甲醇后 除具有明显的环保优势后 汽车的加速性 速度与普通汽车相 当 而运行成本则比燃油汽车低得多 此外安装该装置的成本也不高 对普通发动 机改造 每台成本可控制在 2000 元人民币以下 这种装置还可以避免国产甲醇中 含蜡成分较高而导致喷油嘴被蜡质堵塞现象 燃料消耗比传统甲醇发动机下降 30 以上 山西省已经具备甲醇产业化的条件 今后 5 年山西省将增加至甲醇汽 车 5000 辆 对于低比例 M3 MS 甲醇汽油还在四川省部分地方应用 四川省技术 监督局还制定该甲醇汽油地方标准 DB51 T259 一 1996 河南课河石化集团宣称 中比例甲醇汽油 M50 已研制成功 该集团还制定了该燃料的企业标准 Q LHSHool 一 2001 并称该甲醇汽油可以直接在汽车上使用 发动机无需改造 北京腾飞时 代公司 也称研制成功 M19 环保复合燃料 宜称该燃料在不改变发动机结构下 解决了甲 醇对橡胶的溶胀问题 加入甲醇后发动机动力下降问题 遇水分层问题 冷启 动困难问题 5 2 国内乙醇汽油研发和推广应用概况在 2000 年以前 国内开展乙醇燃料研 究及应用工作的并不多 据不完全了解 八五 期间 在交通部能源管理办公室 的主持下 交通部属有关科研机构对乙醇作为车用燃料进行了一系列的研究 其 中 1985 年 云南省科委和云南交通科学研究所进行了 60 乙醇汽油的发动机台 架及行车试验 1986 一 1990 年 福建省交通科学技术研究所开展了 E20 含 20 工业乙醇的混合汽油 的应用研究 交通部公路科学研究所先后进行的 E20 E40 E60 及 100 乙醇汽油应用研究等 1987 年 中国石化销售公司下属 的中南石油公司 湖北省石油公司 广西自治区石油总公司等单位也列项对 18 一 22 乙醇汽油 5 乙醇柴油等进行营运应用试验 试验结果通过了中国石化销售 公司的技术鉴定 2000 年 9 月 根据国务院领导指示 国家经贸委要求中国石化 集团公司组织有关科研单位开始对乙醇作为车用燃料的可行性进行了系统研究 已经完成的的研究工作包括 燃料乙醇作为车用燃料的可行性试验研究 乙醇汽 油的行车试验 燃料乙醇作为车用燃料的经济性分析 变性燃料乙醇及车用乙 醇汽油国家标准的制定 燃料乙醇金属腐蚀抑制剂研究 车用乙醇汽油应用技 术研究等 2002 年 3 月 国家八部委联合颁布了车用乙醇汽油使用试点方案和实施细则 组 织实施了车用乙醇汽油的使用试点工作 其中 河南省南阳 郑州 洛阳三市车 用乙醇汽油使用试点工作分别于 2002 年 3 月 8 日 6 月 8 日 6 月 18 日陆续启 动 中国石化集团公司分别在三个试点城市完成设计规模 45 万 t a 的车用乙醇 汽油配送中心的建设 河南南阳天冠集团完成 20 万 t 变性燃料乙醇生产装置的 改造 三市试点封闭区域内的 249 座加油站经过改造销售车用乙醇汽油 2003 年 6 月 车用乙醇汽油的使用试点工作在河南 黑龙江两省五市圆满结束 在车 用乙醇汽油使用试点期间 约有 20 余万辆汽车和 5 万余辆摩托车使用了近 20 万 t 车用乙醇汽油 6 总结虽然世界各国都在根据自身的实际情况发展代用燃料汽车 代用燃料汽车 也将有比较快速度增长 但是在未来 20 年内 代用燃料汽车数量 甲醇汽车只是 其中的极小一部分 所占汽车比例最高不会超过 30 可以预见未来相当长的时 期内汽车用燃料仍将以汽油和柴油为主 推广使用车用乙醇汽油是我国一项重 要战略决策 推广使用车用乙醇汽油可以缓解国内石油短缺矛盾 我国在 1993 年后成为石油净进口国 受资源的影响 国内原油供求矛盾日益突出 这将成为制 约我国国民经济发展的长期压力 九届人大四次会议通过的 国民经济和社会 发展第十个五年计划纲要 提出 要开发燃料乙醇等石油替代品 采取措施节约 石油资源 推广使用车用乙醇汽油可以有效缓解玉米等粮食的转化 促进农业生 产的良性循环 我国是一个农产品生产和消费大国 党中央 国务院始终高度重 视农业问题 近年来 我国农业生产连年丰收 粮食综合生产能力已接近 5 亿 t 实现了农产品供给由长期短缺到总量基本平衡 丰年有余的历史性转变 然而粮 食深加工转化问题未能得到很好的解决 针对目前粮食供给相对过剩 粮价下 跌 农民收入增长缓慢问题 国民经济和社会发展第十个五年计划纲要 提出 要 通过加工转化 扩大出口等多种方式 解决粮食等农产品阶段性供过于求问题 推广使用车用乙醇汽油可有效解决玉米等粮食的转化 形成一个长期 稳定 可 控的粮食消费市场 有助于增加和稳定农民收入 实现农业生产的良性循环 推 广使用车用乙醇汽油有利于环境的改善 燃料乙醇属于可再生资源 车用乙醇汽 油含氧 可有效促进发动机的燃烧 降低汽车尾气有害物质的排放 有利于改善大 气环境 美国 巴西乙醇汽油的应用经验以及国内车用乙醇汽油可行性研究 使用试点 经验表明 推广使用车用乙醇汽油在技术上是可行的 但是一个系统工程 需要国 家经济及税收政策上的支持 并建立车用乙醇汽油生产 储运 销售 使用 市 场监管 价格调控 质量监督 环保监测的成套政策措施和管理办法 目前 尽 管甲醇生产技术比较成熟 市场供应也比较充分 燃烧高比例和纯甲醇燃料的专 用甲醇燃料汽车技术也比较成熟 高比例甲醇燃料在国外也已经商业化 但是由 于种种原因 美国对高比例甲醇汽油和全甲醇燃料已经在逐步减少使用 同时已 停止生产高比例甲醇燃料汽车 国内外研究及应用经验表明 甲醇汽油在毒性 金属腐蚀等方面存在着严重问题 尽管国内外已开发成功各种金属腐蚀抑制剂 但这类技术还不能完全解决甲醇汽油的腐蚀问题 只能部分抑制或减缓腐蚀的发 生 不能完全保证汽车 16 万 km 的耐久性要求 因此 国外对发展低比例 中比 例的甲醇燃料持反对态度 美国 欧洲等国外工业发达国家已禁止在车用汽油中 掺混甲醇 尤其国内外汽车制造商均强烈反对使用低比例甲醇汽油 因此 在不 改变汽车发动机前提下发展汽油掺烧中 低比例甲醇技术应持谨慎 科学的态 度 并充分征求汽车制造商的意见 组织对车用甲醇汽油全面 系统 科学的可 行性论证 5 乙醉汽油推广的优势与不利因素 5 1 应用乙醇汽油的优势 推广应用乙醇汽油的优势主要有 乙醇辛烷值高 RON 为 11 MON 为 91 抗爆性 好 国内典型催化裂化汽油中添加 10 乙醇后 其 RON 可提高 34 个单位 MON 可 提高 1 4 个单位 令乙醇氧含量高达 34 7 汽油中含 O 的乙醇 其氧含量可达 3 5 乙醇碳氢比低 有利于燃烧完到全 且燃烧干净 热效率较高 污染轻微 有 利于降低排放 与普通汽油相比 41r 应用乙醇汽油可降低尾气中一氧化碳排放 量约 20 一 30 减少烃化物排放量约 12 使有害物质排放总量减少 30 以上 令乙醇的汽化潜热比汽油高约 3 倍 混合燃料蒸发汽化可以促使进气温度进一步 降低 有利于增加发动机进气量 提高发动机功率 令乙醇资源较为丰富 生产技 术成熟 当乙醇掺混比例小于 10 时 无须对汽车发动机做大的改动 令乙醇是 一种有机溶剂 具有较好的清洁作用 能有效清除油箱及油路系统中燃油杂质的 沉淀和凝固 具有良好的油路疏通作用 31r 5 2 应用乙醇汽油的不利因素 推广应用乙醇汽油的不利因素主要有 令由于乙醇的热值比车用汽油低 导致使 用乙醇汽油的车辆油耗增加 与普通汽油相比 f51 使用 1E0 乙醇汽油时 油耗 略有增加 但车辆的动力性能 加速性能及冷启动性能没有明显变化 令乙醇的 蒸发潜热大 低温下不易启动 导致汽车的动力性和经济性有所下降 令乙醇作 为一种化工溶剂 对汽车供油系统 油泵 加油枪的橡胶部件有一定的溶胀作用 令乙醇抗水性差 乙醇汽油在少量水的存在下容易发生相分离 令乙醇生产成本 相对较高 需要国家相关财税政策的支持 61r 6 醇类燃料发展前景展望 6 1 甲醇燃料 我国对甲醇的需求量已占据世界第 1 位 但产能过剩也是事实 加之受金融危机 的影响 下游需求萎缩 来自中东及东南亚诸国的低价甲醇大量冲击国内市场 加 剧了甲醇市场供大于求的矛盾 统计数据显示 171 2000 一 2006 年 我国甲醇产 能年均增长速度为 25 2006 一 2010 年甲醇产