甲醇作为能源替代品的可行性分析

甲甲醇醇作作为为能能源源替替代代品品的的可可行行性性分分析析 一一 甲甲醇醇的的物物理理性性质质 甲醇的分子式 CH3OH 英文名称 methanol methyl alcohol 也称为木精 木醇 木酒精 甲醇是一种无色 透明 易挥发 可燃的液体 略带酒精味 沸点 64 5 64 7 熔点 97 8 闪点根据纯度不同而各异 范围 12 16 自燃点 473 相对密度 0 7913 折光率 1 3287 爆 炸极限 60 35 在空气中爆炸范围 甲醇有毒 易燃烧 甲醇对 眼睛有影响 严重时可导致失明 甲醇能与水 乙醇 乙醚 苯 酮类 和大多数有机溶剂限混合 甲醇易于吸收水蒸汽 二氧化碳和某些其它 物质 因此只有用特殊的方法才能制得完全无水的甲醇 同样也难以从 甲醇中清除有机溶质 甲醇是一种用途很广的泛的基本有机化工原料和重要的溶剂 广泛 用于有机合成 染料 医药 农药 轻工 纺织及运输业等工业 甲醇作为燃料替代汽油相关的其他物理性质 参见istis 网站 的另一篇文章 二甲醚作为能源替代品的可行性分析 一 http 172 16 103 131 updata newsadmin show asp id 3705 二二 甲甲醇醇作作为为替替代代燃燃料料的的能能量量密密度度 所谓能量密度是指单位质量或单位容积的某种能源所能释放出来的 能量 它是评价机动车代用燃料的重要指标 表 1 几种代用燃料的能量密度 燃料能源密度相对于汽油的相对于柴油的相对于汽油 相对于柴油的 能源密度系数能源密度系数的容积系数 容积系数 汽油32 7210 91711 09 柴油35 691 0910 09171 甲醇16 010 4890 4492 042 229 资料来源 张晶等 机动车代用燃料性能比较 内蒙古环境保护 2005 l7 4 27 29 从表 1 数据中不难看出 目前甲醇作为代用燃料尚不能与传统汽油 车和柴油车的单位行程媲美 三三 甲甲醇醇作作为为燃燃料料的的优优势势 1 作为民用清洁燃料 早在 六五 时期 中国政府就投巨资在山西省建设煤制甲醇燃料 及清洁汽车产业化示范基地 按规划 到2010 年山西省燃料甲醇生 产能力将达 l0Mt a 其推广地首选北京 北京的公交车冬天一直使用以 甲醇为主要原料的防冻液 而日常生活中燃料甲醇及灶具自1983 年 起就逐步形成产品 进人市场 现已在全国形成产业 并颁布了国标 GB16663 1996 醇基液体燃料 及农业部部颁标准 NY311 1997 醇基民用燃料 NY312 1997 醇基民用燃料灶具 燃料甲醇经过近20 年的家用灶具 火锅灶具 餐饮及食堂大灶的使 用证明 比油料 液化气更安全可靠 洁净卫生 2 作为车用燃料替代汽油 甲醇是一种物理化学性质与汽油近似的有机燃料 可以由天然气 煤 生物原料等生产制得 甲醇用于汽车替代燃料 主要是按照一定的 比例 同汽油进行混合以达到改善尾气排放 节约能源的目的 目前 经实践广泛使用的有按85 甲醇和 15 汽油进行混合的M85 燃料 以及 100 甲醇的 M100 燃料 早在 1984 年 德国大众公司就生产了400 辆甲醇灵活燃料轿车 赠送给洛杉矶奥运会 后来美国福特公司首批生产了6 万辆甲醇燃料 轿车投放美国市场 甲醇之所以能够作为汽车燃料 主要是由甲醇本身的性质特点所决 定 1 抗爆性好 甲醇的辛烷值大 马达法辛烷值 MON 为 106 研究法辛烷值 RON 为 112 远高于普通汽油 甲醇与汽油混溶 后辛烷值比同标号汽油提高3 5 个单位 可以提高汽车发动机的压缩 比 起到抗爆剂的作用 防止汽油机出现爆震现象 2 理论混合气热效率高 甲醇的热值为19 9MJ kg 汽油热 值为 43 50MJ kg 但甲醇理论混合气的热效率却与汽油相当 这是甲 醇能够成为汽车燃料的主要条件 许多赛车使用甲醇燃料 就是因为其 热效率很高 3 着火极限宽 汽油和甲醇的着火极限分别是 1 4 7 6 和 6 7 36 0 甲醇燃料能够在较宽的混合气浓度范 围内工作 4 排放物安全 甲醇是一种毒性有机化合物 可经呼吸道 消化 道和皮肤接触方式进入人体 破坏人的神经和视觉系统 作为燃料 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轻 低浓 度时 甲醇的毒性要小于汽油 表 2 甲醇和汽油的危害比较 指标甲醇汽油 可能性特定 露天空间 4 8 2 4 1 9 2 着火性 着火后的危害性 火灾损害程度 可灭火性 火焰可见度 3 7 8 10 10 1 吸入低浓度时毒性 可能性 10 3 10 4 吸入高浓度时毒性 可能性 10 3 10 4 皮肤接触时毒性 可能性 9 3 8 3 毒性 口服时毒性 可能性 10 8 2 2 10 3 注 1 括号中数字为改变设计后可降低的值 注 2 括号中数字表示添加剂存在时的可能性 资料来源 王翔等 甲醇 汽油及甲醇汽油作内燃机燃料的性质 比较 化工时刊 2005 19 3 46 49 5 清洁 环保性能 甲醇具有降低温室效应气体排放的潜力 以 目前的技术来看 源自于天然气的甲醇 其温室效应气体的排放比汽油 小得多 在甲醇车辆上一氧化碳 碳氢化合物和氮氧化物的排放都很低 也不产生固体颗粒 硫的氧化物 根据美国AQIRP 研究报告 M85 机动车的排放性能与汽油车相比 碳氢化合物 HC 降低 31 一 氧化碳 CO 降低 13 氮氧化合物 NOx 降低 6 此外 甲醇 机动车的动力性和持久性相对来说也不错 四四 甲甲醇醇替替代代汽汽油油经经济济性性 燃料经济性是制约替代燃料推广应用的重要因素 目前我国汽油售 价在 4500 元 t 左右 而甲醇的生产成本仅为800 1200 元 t 市 场售价为 2000 2600 元 t 甲醇是液体有机化合物 因其特性和汽油相似 储存运输方式比较 方便 甲醇的蒸汽压力比汽油小 密度大 比汽油不易挥发 着火危险 性小 甲醇有优良的传导性 可以减少静电产生的危险 意外火灾可能 性小 生产 储存 运输和使用比石油燃料安全 代用燃料的经济性在对代用燃料推广时 无疑会考虑其费用问题 其涉及面很广 比如车辆改装 燃料的运输 存储 开采 制取等 表 3 各种燃料加注站费用和燃料价格 油品加注站建站费用 万元 燃料价格 元 GJ 汽油20 4068 92 CNG400 80049 67 甲醇20 5099 115 乙醇20 50111 150 氢气 气态 130059 199 LPG80 9062 84 资料来源 张晶等 机动车代用燃料性能比较 内蒙古环境保护 2005 l7 4 27 29 甲醇不仅可利用高硫劣质煤和焦炉气生产 而且还可以由氮肥厂联 产生产 是具有巨大发展潜力的新型替代能源 而甲醇的生产成本 无 论是以煤为原料 还是以天然气为原料 都与所选用的生产工艺 以及 生产规模有关 近年 国内新建了很多百万吨级规模的甲醇生产装置 从甲醇的生产角度 完全有能力 并确保价格在一定范围内浮动 五五 甲甲醇醇作作为为替替代代燃燃料料目目前前存存在在的的阻阻碍碍分分析析 甲醇燃料是公认的清洁能源和良好的汽车代用燃料 但是甲醇燃料 的性能毕竟与普通汽油 柴油不同 廿世纪七十年代 德国 瑞典 新 西兰等曾经启动推广使用M15 甲醇汽油计划 1987 年美国也推广过 M85 甲醇汽油 推广中暴露了三大不容忽视的问题 1 使用甲醇汽油尽管可以减少尾气中CO NOx 排放 但尾气 中总醛排放增加了3 倍以上 而甲醛是一种致癌物质 汽油中加入甲醇 后蒸气压上升明显 运输加工使用过程中挥发损失增加 加上甲醇又具 有相当的毒性 使用甲醇汽油对环境有正效应 但也存在明显的负效应 2 使用甲醇汽油易造成汽车发动机活塞环和汽缸壁的腐蚀 磨损 发动机供油系统橡胶件溶胀 对汽车发动机造成渐进式 短时间难以察 觉的损坏 美国汽车制造商协会1996 年公布的从 MA 汽油规格中 要求汽油 中甲醇含量不超过0 15 体积百分比 1988 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 3 推广甲醇汽油 要建立相应的输送 调配 销售系统 销售成 本增加 使用高比例甲醇汽油 如M85 必须使用专用的发动机 使用低比例甲醇汽油 如M15 发动机的某些零部件需要更换 用户 的车辆维护保养的工作量加大 社会运行成本增高 上述三方面的原因 使得始于廿世纪七十年代的推广甲醇汽油的工 作没有取得成功 除了上述原因外 以下技术问题在推广甲醇燃料的过程中也需要得 以解决 1 一般技术 包括调配工艺 原料选择 掺合比例和掺合工艺 保证甲醇燃料有适当的蒸发性和热值 防止使用中出现低温冷启动不良 高温产生气阻 动力明显下降等问题 2 核心技术 用于生产甲醇汽 柴油的甲醇改性剂 它以助溶剂 为主 同时含有防腐蚀添加剂 抗橡胶溶胀剂 抗水剂等 不仅能够实 现甲醇与汽油 柴油的互溶 稳定期长 而且能够完全防止发动机金属 材料腐蚀 减少橡胶材料溶胀 提高甲醇燃料技术的能力 3 燃料中掺入比例 甲醇作为汽车燃料 可以单独使用 也可与 汽油混合使用 单独使用甲醇需要专用的发动机 国内已有纯甲醇作为 燃料的示范车队 使用2 年多一直很正常 但这种方式存在燃料使用单 一 不能同时使用汽油的缺点 同时由于甲醇加油站少 其应用受到局 限 而对甲醇汽油而言 低掺入量对发动机影响不大 中掺入量需加添 加剂 掺入量高时则需改动发动机 从用户方便使用的角度看 以低 中比例掺入量为佳 这样甲醇汽油可以与汽油混用 不用改动发动机 也不受甲醇加油站的限制 但低掺入量 例如 5 以下 方法虽 然最简单 但经济效益不明显 中掺入量 10 50 甲醇汽油容 易出现分层 需要加复合添加剂 4 甲醇汽油目前尚没有中国国家标准 甲醇掺入汽油中通常以甲 醇含量作为燃料标记 例如 M85 即甲醇含量为85 的甲醇汽油 目 前甲醇汽油有多种规格 M5 M10 M15 M20 M30 M50 M85 等 由于甲醇热值低 其掺入比例变化会影响到产品的动力性能 在使用时 会感受到车辆性能变化 如功率不足 加速变慢 怠速不稳等 虽然可 通过改变添加剂配方改善 但由于各技术单位的添加剂配方不同 混合 比例不一样 产品只有地方标准 没有国家统一标准 产品质量参差不 齐 流通 使用和管理没有依据 阻碍了甲醇汽油的发展 5 由于油品关系到国家安全 并且易燃 易爆 运输 贮存有特 定要求 故国家有关部门规定 油品的生产和销售必须由两大石油集团 控制 生产企业如果没有生产许可证 经营许可证 随时会受到工商 质检 交通等部门的查处 甲醇如果作为替代能源 必然牵涉到原来两 大油品生产 供应商的利益 6 国内的汽车种类较多 车辆新旧程度不一样 使用甲醇汽油不 改发动机时 需调节进风量 由于车辆结构不同 进风量不易调控 容 易出现熄火 加速慢 打顿等现象 车辆耗油量也会增加 此外 甲醇 具有毒性 甲醇会吸水 甲醇汽油放置一个月以上就会出现分层现象 使用甲醇汽油的车辆尾气含有甲醇 甲酸等非常规排放物 如果将甲醇 汽油作为普通燃油使用 必须进一步提高甲醇汽油的产品性能 从而能 够适应不同车型 车况 以及尾气排放等问题 参考文献 1 张勇等 基于燃料甲醇的煤基替代燃料行业发展分析 应用化工 2005 34 8 455 459 2 张晶等 机动车代用燃料性能比较 内蒙古环境保护 2005 l7 4 27 29 3 王璇 甲醇生产工艺经济与成本分析 国际化工信息 2005 4 10 11 18 4 Amanda Sauer Comparison of International Fuel Economy Standards http www pewclimate org docUploads Fuel 20Econ omy 20paper 2EChinese 20final