醇类燃料在汽车上的应用现状与发展前景
课程名称现代汽车技术
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醇类燃料在汽车上的应用现状与发展前景综述报告
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：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
Abstract：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.
Key words:Alcohol fuel;Methanol;Ethanol
0  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与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  醇类燃料的特性
1.1  醇类燃料的物理、化学性质
甲醇、乙醇都是无透明、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1-1  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~C C  2316~C C  OH CH 3 OH H C 52 相对分子质量M
100~115 226 32 46 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)
0.72~0.75 0.82~0.88 0.7914 0.7843 沸点/C ︒
30~220 18~370 64.8 78.3 饱和蒸汽压/kPa
62.0~82.7 - 30.997 17.332 低热值/(MJ/kg)
44.52 43 20.26 27.20 混合气热值/(kJ/m 3)
3750 3750 3557 3660 汽化潜热/(kJ/kg)
297 - 1101 862 研究法辛烷值(RON)
90~106 - 112 111 马达发辛烷值(MON)
81~89 - 92 80 十六烷值
27 40~60    3 8 闪点/C ︒
-43 60 11 21 自燃点/C ︒
甲醇汽车
260 - 470 420 理论空气量(kg/kg) 14.9 14.5
6.52 9.05
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。
1.2  醇类燃料的制取方法
甲醇可以从天然气、石油、煤、木材与其他生物体来制取。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与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。
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  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。
2.1  甲醇在汽车上的应用现状
德国、美国、日本等国先后投入人力、物力进行甲醇燃料与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X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X围之内。目前，美国、欧洲、与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X》中要求“不允许使用甲醇〞；20XX4月，新一版的燃油规X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，2008~20XX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XX省开展，现在已经取得明显效果。
2.2  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。纯烧乙醇应对发动机进行必要的改动。