《船用甲醇燃料的特性分析》2800字

船用甲醇燃料的特性分析综述1.1船用甲醇燃料简介及环保指标甲醇，分子式为CH3OH，分子量为32.04，甲醇无色、透明、略带酒精气味，具有水溶性易挥发性。甲醇具有cetaneratio低、自燃温度高、不易压燃的特点。甲醇不含C-C键，含氧量为50%；C/H值比小于柴油，在产生同样热量的情况下，甲醇生成的CO₂量要少很多。甲醇的自燃温度高于汽油和柴油，为436℃。甲醇主要由煤、天然气、焦炉气、煤层气等制取，如果利用高硫劣质煤和焦炉气来制取甲醇，则能提高资源的综合利用，减少环境污染。再生原料制甲醇煤炭制甲醇再生原料制甲醇煤炭制甲醇甲醇甲醇化肥联醇制甲醇化肥联醇制甲醇天然气制甲醇焦炉气制甲醇天然气制甲醇焦炉气制甲醇图3-1甲醇的制取方式在25℃时，甲醇的密度为0.7918g/mL，低于柴油，输出功率略低于柴油，但柴油产生碳烟微粒的可能性也高于甲醇。甲醇的热值为19.6MJ/kg，几乎是燃油热值的一半，因此，当汽油掺混甲醇或者纯甲醇燃烧时，会引起动力性能下降REF_Ref100118559\r\h[5]。甲醇的辛烷较高，具有良好的抗爆性能和较高的热效率。甲醇还可以与水可以任意比例互溶，同时也可混溶于汽油、醇类、乙醚等有机物。表3-1甲醇与几种常见船用燃料的理化性质对比燃料重油（HFO）低硫油（MGO）LNG甲醇物态液体液体低温液体液体15℃下密度［kg/m³］（LNG为-160℃下）989900448796沸点［℃］30~190180~360-16265闪点［℃］>60>60--12自然点［℃］--250~500540465着火极限［体积百分比%］--0.3~105~156~36低热值［MJ/kg］40435020与LNG相比，甲醇无需低温储存和绝热，所以使得燃料舱的设计简单建造成本低。甲醇不含硫，燃烧时硫氧化物（SOx）排放较柴油机可降低99%，可以满足IMO排放要求。根据WärtsiläVasa32的测试报告，使用甲醇燃料时，NOx排放量为3〜5g/kWh，使用低硫油（MGO）时，NOx排放量约为11.8g/kWh。另一台WärtsiläSulzerZ40SMD的测试显示，使用甲醇时NOx排放为4〜5g/kWh，而使用低硫油时该值约为11.5g/kWh。因此，甲醇燃料发动机可完全达到IMOtierII和国内船舶NOx排放标准REF_Ref100119071\r\h[6]。1.2船用甲醇燃料的理化特性甲醇是结构简单，分子量32.04，易挥发、无色、易燃、有毒、沸点64.7℃。通常可用一氧化碳与氢气反应制得。由于甲醇只含C、H、O三种元素，所以燃烧产物只有水和二氧化碳。甲醇的火焰几乎无色，点燃时要小心，避免燃伤。虽然自然界中含有少量的甲醇，但在阳光下会被氧气氧化成CO2。1.3船用甲醇燃料的燃烧特性船用甲醇燃料的燃烧特性包括其各种热值、理论空燃比、理论体积分数最小点火能量、最大火焰传播速度、与空气燃烧的最低与最高极限范围等一系列因素。甲醇具有极性,在液态甲醇分子之间较强氢键的作用下,结合成较复杂的分子,缔合作用是可逆的,进行缔合时放热,而要减弱或者破坏这种缔合,必须给予较多的热量,甲醇汽化时需要较多的热量REF_Ref100119680\r\h[9]。甲醇含氧量大,含碳量小,使用甲醇燃料的内燃机可以减少CO排放。甲醇的最小点火能量为O.140MJ,点火能量比较低。因此，在汽油中加入甲醇有利于改善汽油的点火性能和燃烧过程。甲醇的自燃温度为436℃,柴油则为200~220℃.甲醇具有较高的点火温度，使得甲醇燃料不易压燃。甲醇易燃，闪点温度为11℃。甲醇燃料的着火极限为6%-36.5%(体积分数)，当空气中甲醇蒸汽的体积分数达到6%时，可达到着火条件。汽油的着火极限是1.4%-7.6%。甲醇燃料具有良好的稀燃性,适合稀空气燃烧。甲醇的辛烷值在106以上，抗爆性能很好，使用甲醇后可以提高发动机的压缩比，进而提高热效率。1.4船用甲醇燃料国内外应用状况及发展趋势欧洲对船用甲醇燃料的研究和应用推广较早。2018年德国劳式船级社发布了《替代燃料和技术——为了更环保的航运业》，提出船用甲醇燃料是五种可替代燃料之一。此后，许多欧洲国家对甲醇燃料进行了研究，并对其商业推广进行了探索。进行了甲醇燃料研究项目GreenMaritimeMethan，从甲醇燃料系统的安装启用到使用成本，再到可再生甲醇作为船舶燃料的可行性进行了研究。瑞典实现了甲醇用作为船用燃料从研发到实际应用的跨越，也证明了甲醇发动机技术的安全性和可靠性。2016年4月，全球第一艘甲醇动力船“StenaGermanica“已投入运营，25艘甲醇动力航母计划到2018年在北欧投入运营。2018年挪威船级社发布了《替代燃料和技术——为了更环保的航运业》白皮书。马士基将在2023年前推出世界第一艘碳中和班轮，该船将使用甲醇作为主要燃料。航运业这些动向传递出对船用甲醇燃料的信心。2021年3月，EasternPacificShipping与曼恩发动机公司签署了一项备忘录，将船舶改装为甲醇双燃料发动机。目前全球11艘运营的甲醇双燃料船均为甲醇运输船。2020年，共使用11.3万吨甲醇用作船用燃料。2021年，美国船级社发布了《甲醇船用燃料指南》，考虑将甲醇作为近期和长期的选择。随着国际海事组织（IMO）的《\o"船用燃料油"船用燃料油污染损害民事责任国际公约》的实施，船舶燃料油污染问题越来越受到重视。2015年3月：StenaGermanica船运公司-瓦锡兰甲醇发动机；2016年4月：Methanex梅塞尼斯甲醇船公司-曼恩MAN-甲醇柴油双燃料船；2015年10月：新加坡BillionMiles公司开发小型船舶应用；2016年6月：瑞典ScandiNAOS，绿色试点项目改造，研究成果证明甲醇是船用燃料新选择。2018年，印度发布《甲醇燃料船舶指南》，推广\o"甲醇"甲醇替代柴油为船用燃料。瑞典政府要求在2030年或2045年，本国所有轮渡、引航船、破冰船及作业船都使用非化石燃料，这在一定程度上将增加甲醇的吸引力。在尝试将甲醇燃料使用到大型船舶的过程中，瓦锡兰、Stena和Methanex公司联合研制的世界第一艘甲醇动力渡船“StenaGermanica”号的面世，再一次证明了甲醇的可行性。2019年，新加坡南洋理工大学（NTU）和甲醇协会（MI）正在进行一项实验，以测试环保性能更好的甲醇船用燃料，这也是亚洲地区的首此尝试。2019年10月，日本船运公司日本邮船（NYK）集团接收了“TakaroaSun”号甲醇运输船。通过各国的努力，在实现“双碳”的战略目标中，甲醇发挥重要的作用。甲醇为实现碳减排目标指明了方向。甲醇燃料在我国的应用已引起高度关注重视。近年来，我国甲醇燃料消费量达到569.8万吨，预计未来几年船用甲醇燃料将成为甲醇燃料消费最具增长潜力的市场。随着环保意识深入人心以及国家对环保的严格要求，清洁燃料收到高度重视，甲醇逐渐成为清洁能源的首要选择。自2015年起，中国船级社开展船舶替代能源（醇类、H₂等）应用研究，并与2016年底完成了《船舶使用醇类燃料应用指南》。2017年12月，中国船级社发布实施了《船舶应用替代燃料指南》，为船用甲醇燃料的使用提供了技术标准。2021年，中国石化联合会醇醚专委会推出一种新型ME-LGI双燃料船舶发动机。2016-2021年中国甲醇燃料行业发展分析及投资潜力研究报告分析认为，甲醇船舶燃料经济竞争力较强，甲醇燃料的前景是相当光明的。2019年，国内首艘甲醇燃料动力船艇“江龙号”试航，标志着国产船艇使用甲醇燃料迈出关键一步。“江龙号”也将作为推广应用的母型船。图3-2欧洲甲醇燃料船舶项目概览在双碳目标下，我国将进一步加强研发甲醇燃料动力船舶，进一步提高国内船用甲醇燃料发动机研发能力，加快制定指导我国船舶能源绿色低碳发展的顶层方案和时