醇类燃料在汽车上的应用现状及发展前景

醇类燃料在汽车上醇类燃料在汽车上 的应用现状及发展前景的应用现状及发展前景 课程名称 现代汽车技术 班 级 姓 名 学 号 日 期 1 醇类燃料在汽车上的应用现状及发展前景综述报告醇类燃料在汽车上的应用现状及发展前景综述报告 摘要 摘要 为了缓解我国能源危机和环境污染 新型汽车燃料的开发刻不容缓 本文较为详细地介绍了醇类燃料的理化性质 阐述了醇类燃料的应用现状 分析 了醇类燃料的发展前景 研究表明 醇类燃料代替传统汽油作为汽车燃料 不但 燃烧清洁 而且来源丰富 是理想的石油替代品 醇类燃料的大力推广和应用是 加快新能源开发 克服能源消费制约 促进经济协调发展的必由之路 关键词 关键词 醇类燃料 甲醇 乙醇 应用现状 发展前景 Application Status and Prospects of alcohol fuel in automobiles AbstractAbstract In order to alleviate China s energy crisis and environmental pollution the development of new vehicle fuel without delay This paper describes the physical and chemical properties of alcohol fuels in details describes the status of the application of alcohol fuel and analyzes the prospects for the development of alcohol fuel Studies have shown that alcohol fuel instead of conventional gasoline as a motor fuel has many advantages such as burning clean having a rich source To promote and accelerate the application of alcohol fuel is the way to overcome the constraints of energy consumption the only way to promote coordinated economic development KeyKey words words Alcohol fuel Methanol Ethanol 0 0 引言引言 目前化石燃料是车用能源的主流 但是石油等化石燃料有两大致命之处 一 化石能源是不可再生的能源 地球储量有限 快速的经济增长使地球上可 供使用的化石能源日趋枯竭 二 在使用化石能源的过程中产生大量的污染物 造成环境恶化和急剧的全球气候变化 从而影响人类生存环境 所以车用燃料 2 的更新换代问题刻不容缓 醇类燃料由于来院广泛 丰富 抗爆性好 与石油燃料的理化性质接近 因而可以作为新型车用燃料的替代品 当然 与之相关的技术问题还不是很成 熟 所以醇类车用燃料的普及还需要很多的科学研究 很多科研工作者已经针 对醇类车用燃料作了很多研究 醇类车用燃料具有很广阔的应用前景 是非常 理想的新型车用燃料 1 1 醇类燃料的特性醇类燃料的特性 1 11 1 醇类燃料的物理 化学性质醇类燃料的物理 化学性质 甲醇 乙醇都是无色透明 易挥发 易燃的液体 其中甲醇有毒 甲醇 乙 醇与汽油相比 热值低 蒸发潜热大 抗爆性好 含氧量高 甲醇略带有酒精 味 有毒 进入人体会引起胃痛 肌肉痉挛 头昏 乏力等症状 严重时可导 致失明甚至死亡 乙醇有强烈的酒精气味 对人体的大脑神经有麻痹作用 甲 醇 乙醇性质的相似之处有很多 与汽油相比 他们的缺点与优点几乎相同 只是在程度上略有差别 另外 醇类燃料吸水性强 化学活性高 容易发生早 燃等 甲醇和乙醇的理化性能与汽油和柴油的比较见表 1 1 表表 1 11 1 醇类燃料与汽油和柴油的理化性能比较醇类燃料与汽油和柴油的理化性能比较 项目汽油柴油甲醇乙醇 分子式 124 CC 2316 CCOHCH3OHHC 52 相对分子质量 M 100 1152263246 物理状态液态液态液态液态 车上的储存状态液态液态液态液态 密度 g cm 3 0 72 0 750 82 0 880 79140 7843 沸点 C 30 22018 37064 878 3 饱和蒸汽压 kPa 62 0 82 7 30 99717 332 低热值 MJ kg 44 524320 2627 20 混合气热值 kJ m 3 3750375035573660 汽化潜热 kJ kg 297 1101862 研究法辛烷值 RON 90 106 112111 马达发辛烷值 MON 81 89 9280 十六烷值 2740 6038 闪点 C 43601121 自燃点 C 260 470420 理论空气量 kg kg 14 914 56 529 05 3 由表 1 1 可知 甲醇和乙醇的辛烷值都比汽油高 将其作为高辛烷值调和 剂添加到汽油中 可使汽油机的压缩比提高 从而提高热效率 降低油耗和排 放污染在汽油中加入 10 15 的醇类燃基本不成问题 但甲醇的十六烷值只有 3 不能依靠压燃着火 也不易于点燃 乙醇也存在同样问题所以要大幅度提高 在汽油中的混醇率 还有一系列的问题需要解决 1 21 2 醇类燃料的制取方法醇类燃料的制取方法 甲醇可以从天然气 石油 煤 木材及其他生物体来制取 甲醇最早是通 过木材干馏法和氯甲烷水解法制取 而目前生产甲醇的原料是天然气 轻质油 重质油 煤焦炭等 从 20 世纪 50 年代开始 天然气和石脑油逐步成为合成甲醇 的主要原料 国际上甲醇主要由天然气 约占世界产量的 78 重油 约占 10 石脑油 占 7 液化石油气 占 3 煤炭 占 2 生产 目前 全 世界的甲醇生产能力已达 6000 万 t 年 我国的甲醇主要是以煤炭为原料生 产的 我国能源结构长期以煤及煤炭的下游产品为主 煤产量占全国能源产量的 76 从储量看 已探明煤产量储量为 7650 亿 t 煤炭无疑是我国的主导能源 在我国未来能源结构中将扮演越来越重要的角色 乙醇的制造成本较高 主要是从植物中获得 可以谷类 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 也可由乙烯水合制成 目前 国际上燃料乙醇的总产量约为 4063 万 t 年 当前我国燃料乙醇的原料主要来源于玉米 糖料等作物 但是为了保证我 国的粮食安全 十一五 期间国内将不再审批以粮食为原料的燃料乙醇 项目 而采用甘蔗 木薯 红薯 甜高粱等非谷物原料生产燃料乙醇 未来生物乙醇燃料的发展方向是纤维素乙醇 即用秸秆等为原料生产乙醇 这样既可以降低成本 也可以有更广泛的原料来源 2 2 醇类燃料在汽车上的应用现状醇类燃料在汽车上的应用现状 醇类燃料用作内燃机的燃料由来已久 世界上第一台发动机即是以乙醇为 燃料的 1909 年 美国人 Henry Ford 设计并制造了世界上第一辆燃用乙醇的 汽车 20 世纪 20 30 年代 美国 巴西 德国 法国 新西兰等国先后将乙醇 与汽油的混合燃料用于汽车 20 世纪 70 年代第二次世界石油危机后 世界各 国从寻找代用燃料的目的出发 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 2 12 1 甲醇在汽车上的应用现状甲醇在汽车上的应用现状 4 德国 美国 日本等国先后投入人力 物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套 技术的研究开发 美国重点开发燃烧 M85 M100 的专用甲醇燃料的汽车 德国 瑞典 新西兰等国先后曾推广使用含 15 甲醇的 M15 汽油 1987 年美国加州开 始推广使用含 85 甲醇的甲醇汽油 M85 20 世纪 70 80 年代 美国加州德国等 地均组织了甲醇汽车示范车队 但从 1998 年之后 美国甲醇燃料汽车贺甲醇燃 料却都开始减少 美国的甲醇汽车主要由克莱斯勒和福特生产 高峰时曾达到 2 万辆 在加州 M85 汽油站最多是曾达到近 200 家 最少时仅剩一家 而使用 甲醇汽油的车辆也只是来往的校车 美国三大汽车公司通用 福特 克莱斯勒 甚至在其用户手册上公开声明 使用甲醇汽油的车辆发生损害不在汽车的保修 范围之内 目前 美国 欧洲 及日本汽车制造商都坚决反对在汽油中掺烧甲 醇 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 3 V V 在欧洲 85 536 EEC 法规中也规定 车用汽油中甲醇的添加量不 应超过 3 V V 但相同时必须包括腐蚀抑制添加剂 德国方面对汽油中甲醇 含量最大限度为 3 5 V V 日本对汽油中甲醇的检出量要求不超过 0 1 V V 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 2004 年 4 月 新一版的燃油规范中再次明确要求 不允许使用甲醇 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 由于甲醇有毒 使用不慎容易对人体造成伤害或致 人死亡 我国甲醇主要是以煤炭为原料生产的 2008 2011 年全国每年甲醇产 量分别为 1110 万 t 1110 万 t 1432 万 t 2226 万 t 总体上产量不高但基本 稳定 我国甲醇燃料用于汽车的试验研究主要在产煤大省山西省开展 现在已 经取得明显效果 2 22 2 乙醇在汽车上的应用现状乙醇在汽车上的应用现状 目前 有 40 多个国家和地区开发应用了乙醇汽车 以美国和巴西应用最多 在乙醇方面 巴西 美国等国曾先后推广使用含 10 22 85 等不同比例的 车用燃料 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 目前国际上乙醇燃料的总含量约为 2400 万 t 巴西是世界上最大的乙醇生产国之一 推广使用车用已成为我国的一项战略 性举措 我国已正式颁布了 GB18350 2001 变性燃料乙醇 和 GB18351 2010 车用乙醇汽油 两项国家标准 并将推广应用车用乙醇汽油列入 十五 发展计划 在汽油车使用 E100 的技术方面 意大利菲亚特汽车公司与奥地利李斯特研 究所一起研发了奥托循环乙醇燃料汽车 之后还开发出了迪塞尔循环醇燃料汽 车 在柴油车使用 E100 的技术方面 开发了火花塞助燃乙醇发动机 分析研究 表明 低浓度醇类燃料适合在不改变发动机结构的情况下使用 纯烧乙醇应对 5 发动机进行必要的改动 3 3 醇类燃料推广的可行性及缺点醇类燃料推广的可行性及缺点 3 13 1 醇类燃料作为汽车燃料的优点醇类燃料作为汽车燃料的优点 1 醇类燃料辛烷值比汽油高 可采用高压缩比 提高热效率 但是 醇类 的抗爆性敏感度大 中 高速时的抗爆性不如低速好 普通汽油与 15 20 的甲醇混合 辛烷值可达到优质汽油的水平 2 蒸发潜热大 使得醇类燃料的汽车冷启动困难和在低温运行时性能变 化 3 常温下为液体 操作容易 携带方便 4 可燃界限宽 燃烧速度快 可以实现稀薄燃烧 5 与传统的发动机技术有继承性 特别是使用汽油 醇类混合燃料时 发动机结构变化不大 3 23 2 醇类燃料代替化石燃料的缺点醇类燃料代替化石燃料的缺点 1 热值低 甲醇的热值只有汽油的 48 乙醇的热值只有汽油的 64 因此 与燃用汽油相比 在同等的热效率下 醇类的燃烧经济性差 2 沸点低 蒸汽压高 容易产生气阻 3 甲醇有毒 会刺激眼结膜 通过呼吸 消化系统和皮肤接触进入人体 会造成人体中毒 4 腐蚀性大 醇类具有较强的化学活性 能腐蚀铝 铅 锰 塑料 合 成橡胶等 而这些材料是用 汽油燃料 汽车的典型材料 用汽油汽车中如燃油 箱 油泵 油泵膜片 化油器 浮子和许多密封件等在甲醇汽车中将迅速损坏 5 醇混合燃料易分层 因此 须加助溶剂 目前世界上许多国家主要采 用甲醇燃料 还没有在汽车上使用乙醇燃料 这主要是处于经济上的考虑和大 量庄稼转化成汽车燃料的副效应 3 33 3 醇类燃料对汽车性能的影响醇类燃料对汽车性能的影响 如果醇类燃料代替汽油 柴油作为汽车的能源 汽车的发动机必需作出相 关的改变 原因是醇类燃料与化石燃料的性质不同 所以使用不同的能源汽车 的性能是会受到影响的 下面从汽车的动力性与汽车的排放物质两个方面分析 醇类燃料作为替代燃料的可行性 3 3 13 3 1 醇类燃料对汽车动力性的影响醇类燃料对汽车动力性的影响 6 中国汽车技术研究中心对乙醇汽油进行了大量的试验研究 选用两种车型 分别采用 1 8L 电喷发动机和 1 6L 电喷发动机 对三种乙醇汽油进行实验 其掺烧比例分别为 7 7 E7 7 10 E10 15 E15 并与燃用 93 号汽油 的结果进行比较 实验结果见表 3 1 表表 3 13 1 E7 7E7 7 E10E10 E15E15 与与 9393 号汽油的加速性对比号汽油的加速性对比 加速时间 s加速时间 s加速时间 s 车 型 汽油 E7 7 变化率 汽油 E10 变化率 汽油 E15 变化率 4 档 22 322 71 823 223 1 0 422 823 94 81 8 L 5 档 30 029 3 3 331 531 4 0 330 030 51 7 4 档 26 026 51 927 525 2 8 427 124 7 8 81 6 L 5 档 37 338 53 237 337 71 138 036 4 4 2 实验表明 当乙醇的掺烧比例小于 15 时 加速性没有明显的变化 如果 不作任何调整 乙醇汽油的动力性与基础汽油变化不大 3 3 23 3 2 醇类燃料对汽车排放性的影响醇类燃料对汽车排放性的影响 研究结果表明 醇类轿车的常规污染物 CO 和 THC 排放低于汽油轿车 x NO 非常规排放污染物中 甲醇汽车的醛酮尾气排放高于汽油轿车 其甲醛的排放 量是汽油的 6 倍 而其挥发性有机物 TVOC 排放的总量只有汽车的一半左右 其具体检测结果如表 3 2 3 3 所示 表表 3 23 2 COCO THCTHC 排放测量结果排放测量结果 x NO 常规污染物测量值 g km 常规污染物成分 93 号汽油醇类燃料车 国三限值 g km CO0 8730 6882 300 THC0 0750 0630 200 x NO 0 0620 0580 150 表表 3 33 3 整车排放中醛酮类排放的测量结果对比整车排放中醛酮类排放的测量结果对比 醛酮类化合物排放量 mg km 汽车 燃料甲醛乙醛 丙烯 醛 丙酮丙醛 丁烯 醛 丁酮丁醛 甲基 丙烯 醛 苯甲 醛 戊醛 甲基 苯甲 醛 环己 酮 正己 酮 醛酮 总量 7 93 号汽 油 1 73 1 1 12 1 1 26 9 0 53 7 0 0 03 6 0 09 6 0 07 8 0 06 0 0 02 6 0 05 0 0 24 0 0 04 5 3 28 8 8 57 7 工业 甲醇 10 1 63 1 47 6 7 46 8 0 39 9 0 04 7 0 06 6 0 06 1 0 06 1 000 0 44 6 0 06 6 12 2 55 32 5 08 上述分析结果表明 从整体上来说 使用醇类燃料是更有利于环保的 所 以醇类燃料作为一种化石燃料的替代品从环保方面来讲是行得通的 4 醇类燃料的发展前景 从上述分析可知 醇类燃料的应用前景还是非常广阔的 从醇类燃料的性质方面来讲 醇类燃料与化石能源的物理 化学性质是较 为接近的