醇類代用燃料-畢業(yè)論文

武漢科技大學本科畢業(yè)論文緒論近年來，中國國民經濟取得了持續(xù)快速發(fā)展，隨之而來的是環(huán)境污染形勢越來越嚴峻。就大氣環(huán)境來說，大氣污染呈多元化的發(fā)展趨勢，特別是隨著機動車保有量的迅速增長，城市大氣污染在煤煙污染的同時，機動車排放污染越來越嚴重。一些大城市的空氣污染已由煤油型污染轉向煤煙和機動車尾氣混合型污染，氮氧化物居高不下，成為主要污染物；交通道路的CO濃度常年超標[1]。由機動車排放污染物引起的城市光化學污染也逐漸突出。同時，隨著全球工業(yè)的迅速發(fā)展，石油等不可再生能源也面臨著前所未有的能源危機，能源短缺將是一個困擾全球的問題，石油危機也意味著經濟危機。所以，為了改善環(huán)境污染和能源結構，我們一方面應該更合理的利用有限的資源，另一方面我們也應該采取相應的措施來尋找可持續(xù)的清潔代用燃料本文對醇類代用燃料進行了一定的研究。由于醇類是烴基和羧基的組合，這從本質上也決定了其作為發(fā)動機代用燃料的可行性。醇類與汽油、柴油某些相似的物理化學性質使其成為有潛力的清潔代用燃料，下文對甲醇汽油、甲醇柴油、乙醇汽油、乙醇柴油以及二甲醚做了相應的介紹，并從技術和實驗數據的角度對其可行性與優(yōu)越性進行了分析。除了可行性的介紹，本文也對醇類燃料的不足與技術缺陷做了一定的介紹，分析了制約醇類代用燃料發(fā)展的一些因素。發(fā)展清潔代用燃料勢在必行，這也需要廣大的科技工作者和相關部門作出進一步的努力。我相信，隨著時間的推移，相關技術和其它條件將不斷成熟，醇類代用燃料的使用與推廣將會不斷擴大，它將有著光明的前景。1汽車，石油與環(huán)境1.1中國及世界汽車保有量概況根據國外的IHSautomotive汽車咨詢公司發(fā)布公告稱，預計到2013年底，全球的汽車產量有望實現上升態(tài)勢，包括汽車和輕型卡車在內的總產量將會超過8000萬輛。而截至2011年底，全球的汽車包括重型卡車在內，共有9.79億輛汽車在路上行駛，而在2012年，得益于亞洲特別是中國以及南美等地區(qū)汽車需求的增長，全球汽車市場正在緩慢復蘇[2]。盡管有報道稱,中國汽車市場增長正開始放緩,但仍可以看到，從2000年到2011年間,中國的汽車數量從低于1000萬輛快速增長到7300萬輛，而且大多數車企認為，中國以及其他新興市場的需求仍未飽和。隨著近年來中國國民經濟快速穩(wěn)定增長，中國汽車工業(yè)也取得了飛速增長。2012年上半年全國機動車和駕駛人保持快速增長趨勢，截至2012年6月底，全國機動車總保有量達2.33億輛。其中，汽車1.14億輛，摩托車1.03億輛。全國機動車駕駛人達2.47億人，其中汽車駕駛人1.86億人。截至6月底，全國汽車保有量為1.14億輛，與2011年底相比，增加811萬輛，增長7.66%。汽車保有量占機動車總量的48.87%，比2011年底上升1.81個百分點。全國17個城市的汽車保有量超過100萬輛，其中北京、成都、天津、深圳、上海等5個城市的汽車保有量超過200萬輛。私人汽車保有量達8613萬輛，占全部汽車保有量的75.62%，比2011年底上升1.21個百分點。盡管今年是創(chuàng)紀錄的產量水平,但仍然沒有完全滿足現有的生產能力。IHS稱,如果每個制造商都充分利用發(fā)揮他們的生產設施，2012年汽車產量可能達到9500萬輛。但依現在的形勢，預計是到2016年才能實現這一目標,也許2016年將是第一次全球汽車年產量超過1億輛的年份。到2011年底,包括重型卡車等車型在內，估計全球共有9.79億輛汽車在路上行駛,比2010年增加3000萬輛。而到2012年底,全球汽車總量會突破10億輛,這意味著在這個星球上大約平均每七人就擁有一輛車。1.2中國和世界石油概況1998年6月7日，美國《洛杉磯時報》發(fā)表題為《即將來臨的石油危機——真正的危機》的文章認為[3]，今后10年左右，世界石油供應似乎是充足的。在今后20年左右的時間，全球石油產量可能開始持續(xù)下降。雖然市場力量和石油生產技術的改進可能使石油供應繼續(xù)保持到21世紀，但是石油危機的到來可能比一般人的設想早得多。美國托萊多大學地質學教授克雷格·哈特菲爾德指出：“自1979年以來，全世界已燒掉的石油比到那一年為止人類整個燒油史中燒掉的石油還多。”這位教授認為，自從石油時代開始以來，全世界已燒掉約8000億桶石油。據估計，約有1萬億桶到1.6萬億桶石油埋藏在可以廉價開采的地層中。按目前世界石油消耗速度看，1.6萬億桶石油大約60年就會消耗光。而且世界石油消耗速度并未停滯，而是在逐年增加。目前全球每天消耗石油量已達7100萬桶，幾乎每年增加2％。以每年這個增加數字計算，到2010年，全世界將消耗掉從經濟到技術上都容易開采的全部石油的一半。盡管地質勘探技術有了驚人的進步，但所探明的新的石油儲量明顯減少，因為現有石油消費量同新勘探到的石油量的比例是4∶1。在不久的將來，不論是發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，最終都會面臨石油危機。在本世紀內，世界主要靠豐富的低價石油推動了經濟車輪的前進，如果石油枯竭那么世界經濟將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。《中東報》認為，到1997年底，開采石油已達8070億桶，其中一半是在石油動蕩的70年代開采的。根據一些保守的估計，石油儲量不會超過8300億桶。還有一些報告指出，世界石油總儲量約達9950億桶。目前，世界每年消費石油240億桶，而新勘探出的石油越來越少，每年只有50億桶。中東地區(qū)以外的石油儲量正在下降。石油資源是有限的。據美國石油業(yè)協(xié)會估計，地球上尚未開采的原油儲藏量已不足兩萬億桶，可供人類開采不超過95年的時間。在2050年到來之前，世界經濟的發(fā)展將越來越多地依賴煤炭。其后在2250到2500年之間，煤炭也將消耗殆盡，礦物燃料供應枯竭。未來石油燃料的產量終將日趨減少，許多世界能源機構及權威人士認為：現已查明易開采的石油可維持50年左右，1990年左右世界石油產量達到過一個高峰，而后逐步下降，本世紀將出現石油短缺的現象。到2030年液體燃料中的40%左右要由煤的合成燃料來滿足。面對即將到來的能源危機，全世界認識到必須采取開源節(jié)流的戰(zhàn)略，即一方面節(jié)約能源，另一方面開發(fā)新能源。1.3機動車排放污染隨著我國經濟的迅速發(fā)展和汽車保有量的高速增長，正面臨汽車能源需求與環(huán)境保護的雙重巨大壓力。汽車行駛的主要燃料是從石油中提煉出來的柴油和汽油，據世界能源大會數據表明，我國的能源資源[4]，煤的保有儲量約占世界的30％，可采年數達數百年，石油的保有儲量僅占世界的2.4％。1993年起我國已成為石油純進口國，2000年我國石油總需求的33％已從國外進口，2010年我國石油總需求的47％需進口，隨著制造業(yè)和汽車的發(fā)展，我國石油的供應將嚴重不足。在另一方面[5]，我國的汽車排放已成為城市大氣環(huán)境的一個主要污染源。汽車數量劇增，給自然環(huán)境中的空氣、土地資源、水資源、海洋、人文環(huán)境及人類的生存和健康帶來許多不利影響。這些影響效應往往相互疊加，引發(fā)出人類事先未曾預料到的諸多問題。汽車是依靠發(fā)動機燃燒燃料產生驅動力而行駛的，在發(fā)動機燃燒燃料做功后排放的尾氣中，含有一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物以及對人體產生不良影響的其他一些固體細微顆粒物。一氧化碳是無色、無刺激的有毒氣體，是汽車有害排放物中濃度最高的一種成分。城市大氣中的一氧化碳大部分都來自汽車尾氣，它是燃油燃燒不充分的產物，車速越慢，交通堵塞越嚴重，排放量就越多。空氣中一氧化碳濃度較低時，可導致人體出現中樞神經系統(tǒng)慢性中毒，引起頭痛，眼睛發(fā)直。當每立方米的空氣中一氧化碳含量達到4克時，能在30分鐘內使人死亡。二氧化碳是大氣主要的溫室氣體之一。當大氣中二氧化碳含量升高時，會增強大氣對太陽光中紅外線輻射的吸收，阻止地球表面的熱量向外散發(fā)，使地球表面的平均氣溫上升，產生溫室效應。目前，全世界二氧化碳的排放量已超過200億噸，其中汽車的排放量約占10％～15％。汽車尾氣排放物中的二氧化碳占廢氣總量的20％。氮氧化物與空氣中的水分和其他物質反應形成酸雨、酸霧等，腐蝕金屬物、汽車、建筑物和歷史文物等。酸雨還污染河流、湖泊，嚴重影響魚類生存。氮氧化物與空氣中的水分、氨以及其他化合物反應，生成含硝酸的細微顆粒物，影響呼吸和呼吸系統(tǒng)，損害肺組織；進入人體肺臟深部，引起或者惡化呼吸系統(tǒng)疾病。汽車尾氣中所含的各種碳氫化合物總稱為烴類，成分有百余種之多，其濃度總量比一氧化碳要少。碳氫化合物中大部分對人體健康的直接影響并不明顯，但碳氫化合物中含有少部分醛類(甲醛、丙烯醛)和多環(huán)芳烴(苯)。其中甲醛與丙烯醛對鼻、眼和呼吸道黏膜有刺激作用，可引起結膜炎、鼻炎、支氣管炎等癥狀，它們還有難聞的臭味。苯被認為是一種致癌物質。汽車尾氣中含有的細微顆粒物，主要有作為抗爆劑加入到汽油中的四乙基鉛經燃燒后生成的鉛化物微粒以及燃料不完全燃燒生成的碳煙粒等。鉛化物擴散到大氣中對人體健康十分有害，當人們吸入這種有害物并積累到一定程度時，將阻礙血液中紅血球的生長與成熟，使心、肺等發(fā)生病變。鉛中毒的癥狀主要表現為頭暈、頭痛、失眠、多夢、記憶力減退、乏力、食欲不振、上腹脹滿、惡心、腹瀉、便秘、貧血、周圍神經炎等。重癥中毒者有明顯的肝臟損害，會出現黃疸、肝臟腫大、肝功能異常等癥狀。2汽車代用清潔燃料的提出與意義任何國家的經濟發(fā)展都與能源問題密切相關，而內燃機對燃料的需求，在能源總消耗中占很大比例。當前內燃機主要用石油作為燃料，一般工業(yè)發(fā)達國家消耗在內燃機上的燃料約占整個石油消耗量的60%左右。未來石油燃料的產量終將日趨減少，許多世界能源機構及權威人士認為：現已查明易開采的石油可維持50年左右，1990年左右世界石油產量達到過一個高峰，而后逐步下降，本世紀將出現石油短缺的現象。到2030年液體燃料中的40%左右要由煤的合成燃料來滿足。因此，為保證未來交通運輸以及國民經濟的持續(xù)發(fā)展，研究與開發(fā)清潔代用燃料是勢在必行。另一方面汽車用的汽油、柴油，造成的環(huán)境污染日趨嚴重，在各國的大中城市，汽車尾氣排放污染已經成為大氣污染的最主要污染源，它們對人體健康的危害已經引起世人的關注。這也是人們使用其它清潔能源替代石油產品的重要原因。代用燃料的發(fā)展就是為了解決目前面臨的能源短缺問題，可以在不會影響汽車使用的情況下發(fā)展新的代用燃料，其性能可能更優(yōu)于一般的普通燃料，同時它的使用也更加經濟。舉例說明[6]，拿油改氣來說，如果一輛索納塔出租車采用油改氣的話，一天可節(jié)約燃料費25元，一月可節(jié)約750元，一年下來能節(jié)約9000元。而改裝費只需8500元，不到一年便能收回成本。再如一種醇燃料酒精車來說，以一輛出租車每天跑350公里計算，酒精車比汽油車一年可節(jié)約燃料費上萬元。而油車改裝成酒精車需3000元。改裝時只要在汽油車上安裝無觸點高能點火裝置，便能將高濃度有水酒精迅速燃燒，啟動汽車。改裝一輛汽油車只需1個多小時，只在油路和電路上稍作變動，其它部件基本不動。而且它們燃燒后的尾氣也不會嚴重污染環(huán)境，相反可能要比汽油作為燃料更清潔。代用燃料指的是傳統(tǒng)發(fā)動機燃料(如汽油和柴油)的替代品?！睹绹茉凑叻ㄒ?guī)》將代用燃料定義為甲醇、非自然乙醇、其它酒精燃料或至少85%的這些燃料與汽油或柴油的混合燃料、CNG、LNG、LPG、氫氣、煤炭衍生物的液體燃料以及生物質能源等。根據汽車的特點，使用的代用燃料或新能源應具備如下條件[7]:(1)資源豐富，價格適宜；(2)燃料的熱值，尤其是混合氣熱值能滿足內燃機動力性能的要求；(3)能滿足車輛起動性能、行駛性能以及加速性能等方面的要求；(4)能量密度較高、儲存運輸方便；(5)發(fā)動機的結構變動較小，技術上可行；(6)現有的燃料儲運分配系統(tǒng)能用得上；(7)對人類健康、環(huán)境保護以及安全防火等無有害的影響；(8)對發(fā)動機的壽命以及可靠性沒有不良影響。所以，針對我國自然條件和"富煤貧油"能源資源特點，加快天然氣的開發(fā)利用，同時發(fā)展可從煤、天然氣制取的甲醇、二甲醚燃料和從生物質木薯、秸稈、玉米等制得的乙醇燃料，形成適合中國國情、具有中國特色的汽車代用燃料體系，對逐步改變汽車能源結構，降低對石油燃料的依賴性，減輕對石油需求的壓力，保證我國能源安全，保護大氣環(huán)境具有重大戰(zhàn)略意義。3甲醇燃料3.1世界和我國甲醇燃料的使用狀況上世紀二十年代甲醇汽油開始用作車用燃料[8]；在二次世界大戰(zhàn)期間，甲醇汽油廣泛應用于德國；上世紀七十年代受二次石油危機的影響，美國、日本、德國和瑞典等國先后投入人力、物力進行甲醇燃料及甲醇汽車配套技術的研究開發(fā)。美國對甲醇燃料和甲醇汽車進行開發(fā)和應用，重點開發(fā)燃燒M85（含甲醇85%）、M100（含甲醇100%）專用甲醇燃料汽車。1987年美國福特汽車公司及美洲銀行，改裝500輛福特車，試用M85甲醇燃油，總行程3380萬千米，時間長達3年，取得甲醇汽車改裝生產的經驗。1995年美國DOE能源研究中心投入12700輛甲醇車試用M85。日本汽車研究所1993年用大型公共汽車、載貨車使用M85、M100燃料，進行了6萬千米的道路試驗，以檢驗發(fā)動機的耐久性、可靠性。1994年，日本奧托甲醇型汽車，用7年時間進行道路試驗。1996年，日本本田技研工業(yè)株式會社，試用汽油、甲醇自由混合雙燃料車，已完成確保與汽油大致相同耐久、可靠的靈活燃料車，得出的結論是，成本降低，有利于批量生產。在歐洲，瑞典1975年首先提出甲醇可以成為汽車代用燃料，并隨即成立國家級的瑞典甲醇開發(fā)公司（SMAB）。前德意志聯(lián)邦共和國在上世紀七十年代開始研制甲醇發(fā)動機，1979年制定了“用于公路交通運輸的醇類燃料”的研究規(guī)劃，將M15汽油用于汽車，其間組織過由6家汽車廠生產的一千多輛燃醇汽車投入試運行，并在全國主要大、中城市建立M15汽車加油站，形成全國供應甲醇汽油的網絡。在上世紀七八十年代，德國大眾汽車公司還在中國建立了M100甲醇汽車示范車隊?？梢哉f，德國是至今世界上發(fā)展甲醇汽車最有成效的國家。資料表明：使用甲醇汽油用于汽車是完全可行的。據統(tǒng)計，目前，瑞典、新西蘭已推廣使用M15汽油，意大利計劃用含甲醇80%的混合醇代替汽油。綜合世界其他國家研究和實用結果，可以得出在現有汽車發(fā)動機上，不致發(fā)生運行障礙的酒精混合率以乙醇20%或甲醇15%為最合適的界限。我國對甲醇燃料的研究起步于20世紀70年代初期。“六五”期間由國家科委組織、交通部負責將M15(甲醇占15%)甲醇滲燒汽油研究列入國家重點攻關項目,在山西組織有480輛汽車、并建有4個加油站的營運規(guī)模?！捌呶濉逼陂g,由國家科委組織,中科院負責將北內的492發(fā)動機改燒甲醇(M85以上)技術列入攻關項目。“八五”期間,進行中、德M100科技合作項目,有8輛桑塔納轎車在北京行駛,并建有一個加油站。同期,國家繼續(xù)將低比例M3、M5甲醇燃料應用列入攻關計劃。在四川、重慶等地有數百輛汽車投入運營試驗。多年來,有關部門和科研院所進行了相應甲醇燃料汽車的開發(fā)研究。1996年由國家科委和福特汽車公司組織中科院、清華大學、化工部、山西省等單位參加并完成“中國山西和其他富煤地區(qū),把煤轉化汽車燃料及其應用的經濟、環(huán)境和能源利用的生命周期評估”的課題研究。在此基礎上由國家科委推薦,原國家經貿委于1997年對國家甲醇燃料汽車試驗示范項目立項,由山西佳新能源化工實業(yè)有限公司承擔實施,組建50輛甲醇輕型客車隊進行商業(yè)化試驗示范。另外,山西省自行研制成功的“華頓甲醇汽油”,在太原經23輛汽車試驗運行5個月效果良好,并組織了卡迪拉克、凌志400、本田雅閣、富康、捷達、桑塔納、金杯、解放140、微型車等十幾種車型共23輛汽車參加試用,3個月銷售使用20噸,無一例不良反應。它不僅每噸售價比國標號汽油低出200元至800元,而且二氧化碳等尾氣排放平均降低了30%以上。此次檢測認定,其各項指標均達到或超過同標號國標無鉛汽油,環(huán)保與節(jié)能功效突出,取得較為理想的效果。實驗證明,甲醇作為燃料應用于汽車已完全突破技術關,特別是以15%的比例將甲醇摻入汽油中燃燒,無任何技術和環(huán)保問題,也不用改造發(fā)動機,加注燃料也不受地域限制。2002年山西省在太原、陽泉、臨汾、晉城等4個城市進行了甲醇汽油產業(yè)化示范推廣。到今年3月底,中石化山西分公司所屬各試點城市石油公司,已新建和改建了100座加油站銷售甲醇汽柴油。山西佳新公司生產的M85～M100甲醇燃料公交車和城際公交車,先后在陽泉、太原至晉中等地投入運營;大同云崗汽車集團公司全甲醇燃料裝置,在省內外改裝在用車的數量已達1000輛,年燃用甲醇1萬多噸。全省累計使用甲醇汽油的機動車達到了近50萬輛次,涉及近50種車型,共消耗甲醇汽油12192噸,使用變性甲醇1836噸。經過多年的研究開發(fā),我國在甲醇燃料汽車的開發(fā)方面已具有了一定基礎,作為在汽油中摻入5%、15%、25%和85%的甲醇及純甲醇(100%)汽車燃料的試驗研究,也進行了大量的實質性工作。特別是低比例摻燒甲醇,汽車無需做任何改動,直接摻入汽油中使用。3.2甲醇的物化性質甲醇是一種透明、無色、易燃、有毒的的液體，略帶酒精味。熔點－97.8攝氏度，沸點64.8攝氏度，閃點12.22攝氏度，自燃點47攝氏度，相對密度0.7915，爆炸極限下限6%，上限36.5%，能與水、乙醇、乙醚、苯、丙酮和大多數有機溶劑相混溶。內燃機燃用的石油燃料（汽油、柴油等）是烴類燃料，而醇類是烴基和羧基組成的化合物，這就從化學性質上決定了醇類可以作為內燃機的代用燃料。從分子組成上來看，汽油、柴油是碳原子為5～12或10～21的液態(tài)烴類混合物，不含氧元素。而甲醇的分子式CH3OH，含有1個碳原子、4個氫原子和1個氧原子，是含氧燃料，因此CO和炭煙生成傾向小，燃燒不冒煙。甲醇與汽油、柴油在物理化學性質上有相似的地方，也有不同的地方[9]。甲醇燃料與汽油、柴油物理化學特性的比較見表3.1。（1）從分子結構上看，甲醇是含氧燃料，更有利于促進燃料的完全燃燒，節(jié)省燃料，CO和炭煙生成傾向小，燃燒不冒煙，大大改善了尾氣排放性能。（2）從密度上看，甲醇與汽油、柴油密度差別不大，與混合燃料的密度相近，混合后分離的傾向小。（3）從沸點看，甲醇沸點比汽油、柴油低，因此在能使汽油、柴油沸騰的條件下，甲醇也能沸騰。表3.1甲醇與燃料汽油、柴油物理化學性質比較特征參數甲醇汽油柴油分子式CH3OHC5～C12烴C10～C21烴密度（液相）kg/L0.790.72～0.780.82～0.86沸點/℃6530～190180～370汽化潛熱（MJ/kg)1110310250低熱值（MJ/kg)19.544.042.5空燃比6.514.6～14.814.6～14.7混合氣低熱值（MJ/kg)辛烷值RON/MON111/9291～98/82～88——十六烷值50～1040～45自燃點/℃450260200著火界限%6.7～361.5～7.61.5～8.2（4）從汽化潛熱看，甲醇的汽化潛熱大，甲醇汽化時吸收的熱量比汽油大得多，使發(fā)動機進氣溫度降低，提高了充氣效率，但增加了發(fā)動機冷起動困難。采取增加冷起動裝置可解決冷起動困難。（5）從理論空燃比看，甲醇比汽油小，當量甲醇燃燒消耗的空氣比汽油少。（6）從低熱值看，甲醇比汽油、柴油低，因此，做同樣的功，甲醇消耗比汽油、柴油要多。（7）從辛烷值看，甲醇辛烷值111，遠高于汽油，可以提高發(fā)動機的壓縮比，提高熱效率，提高動力性，降低耗油量。同時抗爆性也較汽柴油更好。（8）從十六烷值看，甲醇比柴油低，著火性差，在柴油機上直接燃用甲醇困難，但采取有效改進措施，可實現甲醇替代柴油。（9）從著火界限看，汽油和甲醇的著火極限分別是1.4%～7.6％和6.7%～36％，甲醇燃料能夠在較寬的混合氣濃度范圍內工作。3.3甲醇作為汽車燃料的技術可行性甲醇可直接作為內燃機的燃料，具有以下良好特性[10]：1．甲醇分子量小，分子結構簡單。甲醇燃料中含有氧，按質量計算，甲醇中含有50％的氧，有利于完全燃燒；C/H小，有利于燃燒時產生較多的水和較少的CO2。2．甲醇的沸點和凝固點均較低，前者有利于“燃料-空氣混合氣”的形成，后者可保證發(fā)動機在低溫下工作。3．醇類的熱值比較低，甲醇的質量低，熱值只有汽油的45％，因此，在同等的熱效率下，醇類燃料的有效質量燃油消耗率高。醇類燃料是富氧燃料，它在汽缸內完全燃燒時所需的過量空氣系數遠小于燃用汽油時所需要的值。4．甲醇的汽化潛熱是汽油的3.6倍，高汽化潛熱和低的蒸汽壓，將導致混合氣形成困難和發(fā)動機啟動困難，但可以使進氣溫度降低，提高充氣效率；同時，由于甲醇的汽化潛熱大，可以改善發(fā)動機燃燒后的內部冷卻，改善發(fā)動機的動力性，降低排氣溫度。5．甲醇具有較高的辛烷值，具有較高的抗爆震性能，對通過提高發(fā)動機壓縮比來提高發(fā)動機的熱效率很有利，所以，甲醇是良好的汽油機代用燃料，也是提高汽油辛烷值的優(yōu)良添加劑。普通汽油與15％～20％的甲醇混合，辛烷值可以達到優(yōu)質汽油的水平。6．甲醇的著火界限比汽油寬，能夠在較稀的混合氣狀態(tài)下燃燒，即可以使發(fā)動機在稀混合氣條件下穩(wěn)定運轉，對排氣凈化和降低油耗非常有利。7．甲醇的燃點比汽油高，不易于發(fā)生火災事故，比使用汽油安全；醇類燃料的沸點及蒸汽壓都比汽油低，有助于“燃油一空氣混合氣”的形成，不過其中缺乏高揮發(fā)成分，對啟動不利。8．甲醇對某些非金屬材料(如塑料、橡膠等)有溶脹作用，對某些金屬材料(如錫、鉛、鋁等)有輕微的腐蝕作用，在使用中應采取相應防腐劑來解決這個問題。9．醇類燃料含有羥基，能與水互溶，而烴類燃料憎水性強，因而甲醇與汽油的相溶性差，甲醇與汽油按一定比例混合時，在一定溫度范圍內會出現分層現象。10．甲醇汽油常溫常壓下為液體，操作容易，儲帶方便。甲醇與汽油按照一定比例混合，并添加一定添加劑組成混合燃料后，低比例甲醇汽油，如M3、M5，可以和汽油一樣使用，發(fā)動機不需作任何改動，在歐洲等地曾大量當作汽油銷售，但一般要添加助溶劑等以防燃料分層；中比例甲醇汽油，如M15、M25，發(fā)動機只需作稍微調整，技術問題較簡單，費用也比較低，曾在歐洲一些國際性車隊進行示范，同時也必須添加助溶劑；高比例甲醇汽油，如M85、M90，需要對發(fā)動機進行改裝、優(yōu)化，其功率、排放和熱效率都優(yōu)于原汽油機。目前，甲醇生產技術、燃燒高比例和純甲醇燃料的專用甲醇燃料汽車技術比較成熟，市場供應也比較充分，而且高比例甲醇燃料在國外也已經商業(yè)化。但是甲醇汽油在毒性、金屬腐蝕性等方面還存在嚴重問題，還需要研究人員對車用甲醇汽油全面、系統(tǒng)、科學的可行性論證。3.4甲醇-汽油混合燃料對汽油機性能和排放的影響通過具體實驗，采用JL368Q3汽油發(fā)動機，電噴系統(tǒng)軟硬件采用多點汽油噴射系統(tǒng)，在實驗中還采用了PowerLinkFC2000的發(fā)動機自動控制系統(tǒng)，另外，還運用此發(fā)動機標準的三效轉化器。汽油機分別燃用M0和M10燃料，同時在三效轉化器前后采用AVLDiGAS4000多組分汽車排氣分析儀和島津GC-2010氣相色譜儀測定常規(guī)排放和醇醛類排放。實驗結果分析如下：3.4.1燃用M10燃料對發(fā)動機性能的影響由圖3.1可以看出，當燃用M10燃料時[11]，汽油機的外特性功率有所下降.見圖3.1(a).但對發(fā)動機的動力性影響較小.在全負荷時(汽油機在開環(huán)控制狀態(tài)下運行)M10燃料的燃油噴射持續(xù)時間與M0燃料的相同.由于甲醇的熱值低,在同樣的噴油量時M10燃料的總熱值有所降低,循環(huán)放熱量減少,造成發(fā)動機功率略微下降.但是,甲醇的火焰?zhèn)鞑ニ俣雀?使發(fā)動機缸內的燃燒速度提高,由于甲醇中氧的質量分數為50%,混合氣燃燒相對更充分.燃燒效率提高，使M10燃料的燃油消耗率減少。同時，由于甲醇汽化潛熱大，最高燃燒溫度降低，相應的排溫有所下降，見圖3.1（b)（a)扭矩與功率隨轉速的變化（b)溫度與燃油消耗率隨轉速的變化（c)熱效率隨轉速的變化圖3.1M10燃料對汽油機全負荷素的特性的影響缸內燃燒溫度降低，可減少傳熱造成的向冷卻水的散熱損失，一定程度上也提高了汽油機的有效熱效率[12]。如圖1b中be曲線所示,按甲醇的低熱值換算到與汽油的低熱值相等的方法計算,M10燃料的燃油消耗率平均降低20g/(kW·h)左右，而熱效率提高了2%左右。圖3.2M10燃料對負荷特性的影響如圖3.2所示，在中等負荷下M10汽油機在閉環(huán)反饋控制下運行,過量空氣系數接近1.0，當汽油機發(fā)出相同功率的情況下，由于摻燒的甲醇量比較少，按甲醇的低熱值換算到與汽油的低熱值相等的方法計算，M10燃料的燃油消耗率略有降低，熱效率稍有提高。3.4.2燃用M10燃料的常規(guī)排放的影響汽油機燃用M10燃料的排氣溫度與燃用M0燃料時相比，因甲醇汽化潛熱較大而略有降低，但幅度不大，故排氣溫度的變化不會影響三效催化轉化器對排氣的催化轉化效果。如圖3.3所示.圖3.3M10燃料對汽油機排氣溫度的影響圖3.4和圖3.5是汽油機在2500r/min、3000r/min時,的HC、CO排放特性試驗結果,無論是在部分負荷工況下(汽油機在閉環(huán)反饋控制下運行過量空氣系數接近1.0)還是在高負荷時(汽油機處于開環(huán)控制狀態(tài))當汽油機燃用M10燃料時[13],因甲醇自身含氧,燃燒更加充分,三效催化轉化器前的HC和CO排放與燃用M0燃料時相比均有一定程度的降低。圖3.4M10燃料對汽油機HC排放的影響圖3.5M10燃料對汽油機CO排放的影響汽油機燃用M10燃料時，一方面最高燃燒溫度降低,有利于抑制NOx的生成,另一方面又因為甲醇自身含氧,燃燒速度增加,又增加NOx的生成.因此汽油機排氣中的NOx排放與純汽油的基本相當.見圖3.6.在中低負荷時稍有降低，而大負荷時2種燃料的NOx排放相當，甚至M10燃料的NOx排放略高[14]。試驗中發(fā)現，汽油機的排氣經過三效催化轉化器后，燃用M10燃料時汽油機的CO和HC排放與燃用M0燃料時相比仍然較低,而NOx排放相當.圖3.6M10燃料對汽油機NOx排放的影響3.4.3燃用M10燃料對醇醛類排放的影響采用氣相色譜儀可以分析排氣中未燃甲醇CH3OH和甲醛CH2O等排放成分.圖3.7示出了2500r/min時CH3OH排放對比,汽油機燃用M10燃料時，相同工況下的CH3OH排放均有所提高，并且汽油機的CH3OH排放都隨著負荷的增加而增加，這主要是因為噴油量隨負荷增加而增加的緣故。圖3.7n=2500r/min時甲醇的排放對比圖3.8給出了2500r/min時的CH2O排放對比.CH2O是CH3OH被氧化的中間產物。當汽油機燃用M10燃料時，相當量的未燃CH3OH氧化成了CH2O,故此時相同工況下的CH2O排放要比M0燃料高得多.從圖8還可以看出，三效催化轉化器前的CH2O排放都隨負荷增加而減少，這主要因為CH2O容易進一步氧化成H2O和CO2。低負荷時缸內燃燒和排氣溫度低,后氧化能力差,故CH2O排放較多,隨著汽油機負荷的增加,燃燒溫度和排氣溫度升高,后氧化作用增強,CH2O排放有所降低[15].另外,經過三效催化轉化器催化轉換后CH3OH和CH2O排放僅為百萬分之幾,大部分工況下可以實現零排放3.5甲醇汽油存在的一些問題及改善方法甲醇汽油作為汽油的替代品，人們希望能如汽油一樣直接用于汽車內燃機。制備甲醇汽油以摻混方法最為簡單，為此，世界各國進行了廣泛的研究，一致認為，應當解決的主要問題是：穩(wěn)定性較差、遇水分層、冷啟動難、熱值低、動力不足、熱氣阻、腐蝕溶脹等。甲醇汽油用在汽車上的技術問題的解決將決定它是否能達到實用水平[16]。a.甲醇汽油的穩(wěn)定性問題圖3.8n=2500r/min時CH2O的排放對比用作汽車的甲醇汽油必須均勻而穩(wěn)定。甲醇與汽油的相溶性很小，要制成大比例的均勻穩(wěn)定的甲醇汽油，一般采取添加助溶劑的辦法解決，如芳烴、酮、醚、醇等類化合物都是甲醇的好溶劑。從中選擇與汽油也有較好混溶性的物質，以適當比例相混合，便可制得穩(wěn)定均勻的甲醇汽油。添加4％的正丁醇或3.2％的正辛醇可以制得含甲醇21％，對水溶解度達1％～1.1％的甲醇汽油。用此方法還可以制得含醇量在5％～50％之間穩(wěn)定性良好的甲醇汽油。而由：甲醇10％～80％、汽油10％～80％、叔丁醇1％～2.2％、硝酸亞鈰或硫酸亞鈰0.5％～1.6％、以及磺化油1％～4.4％組成(質量分數)制成的甲醇油，因為甲醇摻入量大，故使用時不分層、穩(wěn)定性好，燃燒后，產生的一氧化碳和氮氧化合物的量比汽油低。往汽油中加入一定量的甲醇、丙酮以及過氧化鋅、乙醚、脂肪類活性劑、二甲氧基甲烷、甲基叔丁基醚、正辛烷中的1種或幾種組合制得得甲醇汽油，其甲醇和汽油混合可全溶、速溶；甲醇摻入量可達15％～80％；使用該甲醇汽油發(fā)動機可以正常冷啟動、動力增強、油耗下降0.7％～3.6％；排放的尾氣中一氧化碳減少95％以上，碳氧化合物減少85％以上。添加4.5％～7％（質量分數）的異丁醇或異丙醇、二異丙醚、苯或甲苯或二甲苯、環(huán)烷酸鐵或五碳基鐵、硅磷酸鋁或磷酸二氫鈉、RP97復合清凈分散劑、羰酸鹽或磺酸鹽、硅型分子篩可制得成本低、辛烷值高、穩(wěn)定性好、貯存期長的甲醇汽油。b.改進甲醇汽油的動力性甲醇引入汽油之后，因其熱值降低而動力性能下降，通常采用添置助燃劑的方法，改善其動力性。使用的助燃劑一般有金屬有機化物、有機過氧化合物、一些硝基化合物等。添加烷基過氧化物如二特丁基過氧化物的改性劑將過氧化物以7％～25％的比例與甲醇相混合制成混合物，再將此混合物與汽油以1:1的比例混合制得的甲醇汽油，具有良好的動力性、穩(wěn)定性，冷啟動的動力不低于單一的汽油；添加一定比例的醚類化合物和少量的防腐蝕劑、清潔劑調和而成的甲醇汽油，使用時不需用改造發(fā)動機的部件，就具有很好的相溶性和冷起動性，且不污染環(huán)境。其它添加劑如二甲氧基甲烷可以提高甲醇汽油的貯存穩(wěn)定性，甲醇在汽油中c.改善甲醇汽油的腐蝕性一般采用添加腐蝕抑制劑的方法來抑制甲醇汽油的腐蝕性，添加劑多為含氮物質。由苯并三氮唑類、二聚亞油酸抗腐蝕劑及酚類抗氧劑經稀釋調合而成甲醇汽油，可有效地抑制對多種金屬的腐蝕；由馬來酸酐，伯胺和一含氮雜環(huán)化物制得的腐蝕抑制劑，以每千桶燃油添加2.27kg～22.7kg，即可達到良好的抑制腐蝕效果；由琥珀酸酐、脂肪酸、不飽和羧酸及多氨聚烯烴反應制成的添加劑，添加量很少便可達到抑制腐蝕的目的。此外，添加助燃劑促進油料燃燒完全，也能起到降低甲醇汽油腐蝕的作用。d.抑制甲醇汽油的溶脹性甲醇是1種良好的溶劑，對發(fā)動機的彈性膠體、密封件等有溶脹作用。解決這個問題的辦法有兩種：一是改用不被甲醇腐蝕的氟橡膠；二是在燃油中添加溶脹抑制劑，如羧酸或酰氯與芳胺反應制得的溶脹抑制劑，添加少量即能達到要求。e.改進甲醇汽油的氣阻性由于甲醇汽油在燃燒不完全的情況下，烴類物質裂解，氧化聚合而產生碳渣的沉積，使汽化室噴嘴阻塞，發(fā)生氣阻。解決這一問題的辦法是促進甲醇汽油充分燃燒，抑制高溫下的氧化聚合，添加抗阻沉積劑可以抑制甲醇汽油的氣阻發(fā)生。1種添加劑，其組分和含量(質量分數)是：有機胺9％～11％，脂肪酸3％～6％，醇類8％～12％，溶纖劑8％～12％，稀土鹽8％～12％，乳化劑2％～4％，烴類42％～62％，優(yōu)點是除炭效率高，對金屬無腐蝕現象，在汽油使用中穩(wěn)定可靠。f.改善甲醇的冷啟動性添加活性過氧化物或低沸點的醚化物是改善甲醇汽油冷啟動性的主要方法。我國南京巨瀾科技公司以甲醇，汽油及其發(fā)明的變性劑相混合，即可制得品質優(yōu)秀的M15～58甲醇汽油。可以在不改變現有汽車設備的情況下，代替汽油使用，其燃燒性能、效率與普通汽油相當。山西，河南和黑龍江等省區(qū)也有自行開發(fā)的甲醇汽油，并已在部分省市推廣使用?？梢哉f，我國甲醇汽油的制備技術已經步入成熟階段。3.6甲醇-柴油混合燃料對柴油機排放和性能的影響此實驗運用一臺3缸、四沖程、水冷、非增壓直噴式柴油機，試驗所用原料為常規(guī)商業(yè)0號柴油和分析級無水甲醇。試驗中配置了3種燃料:分別為純柴油（M0）和摻混體積含量5%、10%甲醇的混合燃料（M5、M10）。為了保證燃料混合均勻，在混合燃料中添加了適量的助溶劑混合物。測功機為YP250型水力測功機，尾氣排放由MEXA-7100D型氣體排放測試儀測量，所測氣體包括NOx、HC、CO、CO2和O2。排氣煙度使用FQD-102型濾紙式煙度計測量；發(fā)動機示功圖由角標儀、石英壓力傳感器、電荷放大器及數據采集軟件DASYLab5.6測錄，再利用數據分析系統(tǒng)進行分析處理。試驗時預熱發(fā)動機使水溫保持在85～90℃，油溫保持85～90℃，在其他條件保持基本不變的情況下，分別對3種不同燃料在發(fā)動機最大扭矩轉速1500r/min和標定轉速2400r/min兩個轉速下進行了負荷特性和排放特性的測試以及對比分析，從而找出含氧燃料甲醇摻混后對發(fā)動機燃燒和排放特性的影響。3.6.1負荷特性的比較圖3.9為3種燃料在轉速為1500r/min和2400r/min時的燃油消耗率對比[17]。可以看出，混合燃料的燃油消耗率在變化趨勢上與柴油是很相似的。在相同功率下，燃油消耗率be隨著甲醇摻入量的增加而增加，這主要是由于甲醇的熱值低于柴油的緣故，甲醇含量愈大，燃料的熱值越低；另外，由于摻入甲醇后，燃燒過程后移，在上止點后的燃燒放熱比例增大，熱效率降低。因此，在相同的輸出功率時，摻入甲醇后，混合燃料的燃油消耗率比純柴油要高。圖3.9不同燃料燃油消耗率對比由圖還可以看出，在兩種轉速下，隨著負荷的加大,3種燃料的燃油消耗率的差值逐漸減小。這主要是因為小負荷工況時，發(fā)動機氣缸內的溫度比較低，而甲醇的自燃點高，摻入甲醇后，燃料燃燒期間稀薄的混合氣在著火過程中出現局部火焰窒息；另外甲醇的汽化潛熱比較大，揮發(fā)過程中要吸收大量的熱，氣缸壁的溫度比較低，氣缸壁對火焰產生淬熄作用，這些因素造成大量可燃混合氣燃燒不完全，降低了燃燒效率，導致發(fā)動機燃用混合燃料油耗高得多。隨著負荷的加大,甲醇作為含氧燃料的作用得到體現,氧的增加提高了燃燒效率[18]，相應地油耗率增大幅度也就隨之有所下降。3.6.2排放結果的比較分析圖3.10為負荷特性下，柴油機燃用純柴油和M5、M10混合燃料的煙度排放對比。由圖可以看出，柴油機燃用甲醇柴油混合燃料時煙度的排放較純柴油均有所下降。這主要是由甲醇的物性和含氧特性引起的，甲醇的汽化潛熱大，可以降低缸內溫度，加之甲醇為含氧燃料，可以在燃燒過程中提供較多的氧，因此降低了燃料濃混合區(qū)缺氧的程度，也就在一定程度上抑制了碳煙生成的條件，即高溫缺氧；同時甲醇分子結構中C-O結合強，無C-C[19]的結合，在燃燒過程中不易產生熱裂解，因而碳煙減少；另外，甲醇的沸點比較低，使得甲醇在氣缸內比柴油更容易蒸發(fā)霧化，更有利于燃料與空氣的混合，提高了缸內混合氣體的均勻性，從而降低了碳煙的排放。圖3.10不同混合燃料的碳煙排放對比圖3.11給出了純柴油、M5、M10三種燃料NOx排放隨負荷變化的關系曲線。從圖11可以看出，燃用純柴油時NOx排放比M15、M30均要高。究其原因：NOx生成的3個條件為高溫、富氧以及高溫持續(xù)時間[20]，當燃用混合燃料時，一方面，雖然甲醇作為含氧燃料促進了NOx排放的增加，但另一方面，甲醇的汽化潛熱比柴油大，噴入缸內后吸熱比柴油大，這有助于降低缸內溫度，從而又抑制了NOx的生成；另外，混合燃料中甲醇的擴散速度和燃燒速度均比柴油要快，相應縮短了燃燒持續(xù)時間，這也有利于抑制NOx的生成。圖11不同燃料的NOx排放對比圖3.12為柴油機燃用混合燃料對HC排放的影響?？梢钥闯觯裼蜋C燃用甲醇柴油混合燃料時，隨著甲醇含量的增加，HC排放呈上升趨勢，這種趨勢在柴油機高速時更加明顯。轉速為2400r/min時，M5的HC排放較純柴油最大增加47%，M10較純柴油HC排放最大增加達58%。這主要是由于混合燃料中含有甲醇，使得混合氣形成過程中缸內溫度降低，可燃混合氣的形成速度減小，未參與燃燒的燃油量增加。同時，甲醇的十六烷值低，混合燃滯燃期長，壁面淬熄的碳氫較多，也會使總的HC排放增加。圖3.12不同混合燃料HC排放的對比圖3.13為負荷特性中混合燃料對CO排放的影響?？梢钥闯?，兩種轉速下，燃用不同燃料時的CO排放隨負荷變化的趨勢基本相同。即在中低負荷時，由于循環(huán)噴油量少，過量空氣系數較大，所以CO排放較低；而隨著負荷的進一步增大，過量空氣系數逐漸減小，使燃燒區(qū)域局部缺氧情況加劇，燃燒不完全導致各燃料CO排放迅速增加。同時，由圖還可以看出，在中低負荷時，混合燃料的CO排放與燃用純柴油相比均略有增加，但區(qū)別不大。這主要是由于甲醇燃料的汽化潛熱較大，自燃溫度高，使得含有甲醇的混合燃料在工作過程中平均循環(huán)溫度降低，造成不完全燃燒的燃料增加的緣故。隨著負荷的繼續(xù)加大，甲醇的吸熱影響減小，含氧燃料中的氧原子對促進燃燒起更大的作用，同時，高負荷下甲醇柴油混合燃料還有可能發(fā)生“微爆”效應[21]，從而有助于混合燃料的霧化，因而隨著甲醇摻混比例的增加，CO排放量呈現降低趨勢。圖3.13不同混合燃料CO排放量的對比3.6.3不同混合燃料的燃燒特性分析圖3.14為柴油機在1500r/min轉速下最大負荷工況時燃用摻甲醇混合燃料和純柴油時的缸內壓力p、壓力升高率dQ/dθ、放熱率dx/dθ及累積放熱率x隨曲軸轉角θ的變化規(guī)律曲線。圖3.14發(fā)動機燃燒特性曲線由圖3.14可以看出，混合燃料的最高爆發(fā)壓力、最大壓力升高率和最大放熱率都比純柴油要大。柴油最大放熱率為0.185kJ/°CA，發(fā)生在上止點前1.2°CA，混合燃料最大放熱率分別為0.201kJ/°CA、0.21kJ/°CA，依次發(fā)生在上止點前0.5°CA和0.1°CA，較柴油滯后。摻入甲醇后，由于甲醇的汽化潛熱大，氣化過程中要吸收大量的熱，降低了氣缸內的溫度；同時由于甲醇的十六烷值低，自燃溫度高，導致柴油摻入甲醇后使燃料的著火性能降低，混合燃料著火延遲與純柴油相比有所增大，燃燒過程相對后移。但是，著火延遲使得混合燃料的滯燃期延長，滯燃期愈長，則使在速燃期預混合燃燒的燃料量增多，這一時期的燃燒放熱量增加，加之甲醇含氧，可促進燃燒，因而使得放熱速度加快，缸內最大爆發(fā)壓力和壓力升高率增大，放熱率峰值升高。此外，由放熱率曲線可以看出，混合燃料與純柴油相比有著相似的放熱規(guī)律，預混燃燒部分比柴油略大。同時，甲醇的粘度、密度和表面張力較小，有利于燃油的霧化和蒸發(fā)，從而提高了混合燃料的擴散與燃燒速度。結果，相應的縮短了燃燒持續(xù)期，抑制了NOx的生成。4乙醇燃料4.1世界和我國乙醇使用狀況世界酒精的66%用于燃料，14%用于食用，11%用于工業(yè)溶劑，9%用于其它化學工業(yè)。發(fā)酵酒精作車用燃料有兩種方式:其一是配制汽油和無水酒精的混合物——汽油醇，酒精在混合物中的比例最高可達25%。用汽油醇作汽車燃料時，可以利用原有的汽車發(fā)動機；其二是直接利用酒精作為汽車燃料，這時必需使用專門設計的，具有更高壓縮比的發(fā)動機。在這方面，巴西走在最前面[22]。早在1989年，巴西以甘蔗、糖蜜、木薯、玉米為原料年產發(fā)酵酒精12Mt以上，幾乎全部用來代替汽油，大部分采用第二種方式作為汽車的燃料。從那時起，巴西已經不再進口原油，少量國產原油還可出口，率先實現了汽車燃料的酒精化。目前巴西的乙醇產品中普通乙醇占2/3，無水乙醇占1/3。也是世界上最大的燃料乙醇生產和消費國，也是唯一不使用純汽油作為汽車燃料的國家。1908年，美國人設計并制造了世界上第一臺純乙醇的汽車，1930年乙醇-汽油混合燃料在美國內布拉斯加州首次面市，1978年含10%乙醇的混合汽油在內布拉斯加州大規(guī)模使用。1990年11月，美國國會通過空氣清凈法修正案，要求從1992年冬季開始，美國39個CO排放超標地區(qū)必須使用含氧量質量分數達2.7%的含氧汽油(相當于添加體積分數為7.7%乙醇)。目前，美國乙醇生產能力70.78億L/a，58個乙醇生產廠分布在美國19個州，其主要原料為玉米約占90%，高粱等其他原料占10%。歐盟每年約生產176萬t酒精。1997年只有5.6%用于燃料。中國在吉林年產60萬噸和河南年產30萬噸燃料乙醇項目分別于2001年9月于2004年開工建設，另外，河南天冠年產30萬噸與黑龍江華潤金玉年產10萬噸燃料乙醇的改擴建項目已分別于2000年和2001年完成，并在當地開始了乙醇汽油的試用工作。從2001年開始，我國先后在河南、黑龍江開始試用車用乙醇汽油，采取地方立法的手段在試點城市封閉運行。河南先在南陽、洛陽、鄭州三市使用車用乙醇汽油，現已全省使用。2001年消耗了147噸燃料乙醇，2002年消耗了約5000噸燃料乙醇。黑龍江先在肇東和哈爾濱使用車用乙醇汽油，2001年消耗了127噸燃料乙醇，2002年消耗了約500噸燃料乙醇，目前燃料乙醇需求逐年增加，供需狀況良好。經過5年的試點和推廣使用，我國生物乙醇汽油在生產、混配、儲運及銷售等方面已擁有較成熟的技術。截至2006年6月，我國已形成燃料乙醇102萬噸年生產能力、年混配1020萬噸生物乙醇汽油的能力，生物乙醇汽油的消費量已占到全國汽油消費總量的20％。2006年，我國燃料乙醇的生產達到130萬噸。2006年中國全年糧食產量超過4.9億噸,實現三年的連續(xù)增產,但糧食總的供求關系還是處在一個緊平衡的狀態(tài)。玉米這幾年的加工能力擴張得比較快，2005年,全國玉米深加工能力已經達到了1000億斤,實際加工消耗是500多億斤，2006年加工能力達到了1400億斤,實際加工也接近700億斤。深加工對于玉米的消耗也造成了玉米供求狀況的變化,帶動了價格的上漲。據預測，2007年糧食價格將上漲6%左右，漲幅高于2006年，糧、油等食品價格上漲將成為推動CPI上漲的主要因素。此前，國家發(fā)改委要求各地不得以加工玉米為名，違規(guī)建設生物燃料乙醇項目，盲目擴大玉米加工能力。在這種大背景下，發(fā)展燃料乙醇產業(yè)是否會影響中國的糧食安全，成了一個熱議話題。2006年中國玉米產量1.385億噸，其中飼料用量是9600萬噸，3020萬噸是工業(yè)用量，燃料乙醇所用的玉米量只占工業(yè)用量的1/10，玉米總產量的2%多一點。所以不存在爭糧的嫌疑。中國發(fā)展非糧乙醇的可行之路，在于發(fā)展用甜高粱、甘薯、木薯等原料來替代糧食。纖維法生產乙醇技術還不成熟，美國計劃用6年時間攻克這一技術難關。國內有企業(yè)已經實現了用纖維原料生產乙醇，但目前噸成本比糧食法要高1000多元。根據《生物燃料乙醇以及車用乙醇汽油“十一五”發(fā)展專項規(guī)劃》，到2010年，中國將以薯類、甜高粱等非糧原料為主生產522萬噸燃料乙醇，屆時乙醇汽油使用量將占全國汽油用量的75%。到2020年，中國燃料乙醇年產量可達1000萬噸。其實，可再生能源會議作出的停止在建的乙醇燃料項目，這只是階段性的選擇，之前，國家出發(fā)改委也多次通知，要求新上燃料乙醇項目“剎車”，然而，效果不盡人意。如何破解隱藏在問題背后的“發(fā)展”與“資源”之間矛盾，卻需要國家有關部門用更長的時間來求解。按理說，食品和能源經濟并不相關，但是目前正在趨于緊密關聯(lián)。當石油價格上漲時，食品價格也會上漲。據大連商品交易所公布信息稱，國內玉米價格在過去9個月里上漲了近30%，其原因是人們把玉米用于生產燃料乙醇所致。4.2乙醇的性質及乙醇汽油可行性分析乙醇（CH3CH2OH），俗稱酒精，是一種無色透明、易揮發(fā)、易燃液體，它的熱值較低；蒸發(fā)潛熱較高；乙醇的抗爆性能好，含氧量高,它以玉米、小麥、薯類，甘庶等農作物為原料，經發(fā)酵、蒸餾而制成，也可以由乙烯水制成。是基本有機化工原料之一，主要用作溶劑，也用于制染料、涂料、合成橡膠、醫(yī)藥、洗滌劑、化妝品等。乙醇與汽油在某些物理化學性質上非常接近，但是有些性能則相差較大[23]。乙醇汽油是一種由糧食及各種植物纖維加工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的新型替代能源。它可以有效改善油品的性能和質量，降低一氧化碳、碳氫化合物等主要污染物排放。它不影響汽車的行駛性能，還減少有害氣體的排放量。乙醇汽油作為一種表4.1乙醇與傳統(tǒng)燃料理化性質的比較性質乙醇汽油柴油分子式C2H5OHC5～C12烴C10～C21烴密度（g/ml)0.790.72～0.780.82～0.86蒸汽壓（Pa×)0.18夏：0.45～0.70冬：0.60～0.90——沸點/℃78.530～190180～370動力粘度Pa×S×1.200.423.70低熱值（MJ/kg)26.7744.042.5汽化潛熱（MJ/kg)904310250辛烷值RON11191～98——十六烷值80～1040～45著火界限%4.3～19.01.5～7.61.5～8.2自燃溫度/℃420260200閃點/℃214575理論混合氣熱值新型清潔燃料，是目前世界上可再生能源的發(fā)展重點，符合我國能源替代戰(zhàn)略和可再生能源發(fā)展方向，技術上成熟安全可靠，在我國完全適用，具有較好的經濟效益和社會效:1.從分子結構上看，汽油中不含氧，而乙醇中含氧，更有利于促進燃料的完全燃燒，節(jié)省燃料。2.乙醇的辛烷值高，抗爆性能好。乙醇的研究法辛烷值(RON)達到112，馬達法辛烷值(MON)為92。有資料顯示，乙醇的調合辛烷值為115，在RON91的汽油中添加10％(體積)的乙醇，其RON可提高約4個單位，MON增加約2個單位。因此，燃用高比例乙醇燃料時，通?？梢蕴岣咂嚢l(fā)動機的壓縮比，提高發(fā)動機的熱效率和動力性。3.通過添加乙醇改變汽油組成，可以有效地降低汽車尾氣排放。美國汽車/油料研究計劃(AQIRP)的研究報告表明：使用含6％乙醇的加州新配方汽油與常規(guī)汽油相比，HC排放降低10％～27％，CO排放減少21％～28％，NOx排放降低7％～16％。4.乙醇的熱值比常規(guī)汽油的熱值低。因此，使用乙醇汽油，發(fā)動機的油耗隨著乙醇攙人量的增加而增加。有資料報道，使用10％乙醇的混合汽油時，發(fā)動機的油耗約增加5％。若在辛烷值相同的前提下，發(fā)動機的動力性能也會因乙醇的含量增加而有不同程度的下降。5.乙醇的汽化潛熱大，這將導致汽車動力性及經濟性下降。通常通過發(fā)動機進氣加熱系統(tǒng)或廢氣預熱空氣系統(tǒng)，提高進氣溫度，改善混合氣的形成及燃燒，改善乙醇汽車的低溫啟動性。6.乙醇在燃燒過程中會形成乙酸等對金屬有腐蝕性的硫化物，在乙醇生產過程中一般也會形成酸一性物質，而且在貯存時由于空氣的氧化或細菌發(fā)酵也會產生少量的有機酸，且乙醇本身具有吸水性，也會使之含有少量水分，這些都會對發(fā)動機產生較為嚴重的腐蝕和磨損。另外，乙醇的蒸發(fā)潛熱大，汽化不良的乙醇流人汽缸壁，使得潤滑油膜被沖洗而造成的潤滑油稀釋或嚴重乳化也將導致發(fā)動機部件的摩擦和磨損。國外使用E85和E100等高比例的乙醇燃料時，通常使用適合燃用乙醇的特制發(fā)動機，其供油系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)材料需要經防腐處理。在使用低比例乙醇燃料時，可加入金屬腐蝕抑制添加劑來有效抑制乙醇汽油對銅片(黃銅、紫銅)的腐蝕。7.乙醇是一種化工溶劑，對汽車供油系統(tǒng)的橡膠部件有一定的溶脹作用，對油泵的密封及其他部件的合成橡膠材料大都有輕微的腐蝕、溶脹、軟化或龜裂作用。8.乙醇的抗水性較差，乙醇汽油在少量水分存在的情況下容易發(fā)生相分離。有關試驗研究表明：隨著乙醇汽油中水含量的增加，相分離溫度明顯提高；而在相同水含量的條件下，隨著乙醇含量的增加，相分離溫度將會大幅度降低。9.乙醇調入汽油后，會產生明顯的蒸汽壓調和效應。乙醇本身的飽和蒸汽壓為18kPa，當乙醇添加量為3％～5.7％時，乙醇汽油的調和蒸汽壓隨乙醇添加量增加而提高，最高達58kPa；當乙醇添加量大于5.7％時，乙醇汽油的調和蒸汽壓隨乙醇添加量增加逐漸降低。美國、巴西乙醇汽油的應用經驗以及國內車用乙醇汽油的可行性研究,使用試點試驗已經表明，推廣使用車用乙醇汽油在技術上是可行的。但是，一個系統(tǒng)工程需要國家經濟及稅收政策上的支持，并建立車用乙醇汽油生產、儲運、銷售、使用、市場監(jiān)管、價格調控、質量監(jiān)督、環(huán)保監(jiān)測的成套政策措施和管理方法。因此，推廣乙醇汽油還需要進一步研究。4.3乙醇作為汽油代用燃料的排放性能分析所謂車用乙醇汽油，就是把變性燃料乙醇和汽油以一定比例混配形成的一種汽車燃料。這項技術在國外已十分成熟。目前，國外使用車用乙醇汽油的國家主要是美國和巴西，其中巴西是世界上最大的燃料乙醇生產及應用國。4.3.1乙醇汽油常規(guī)排放物結果分析實驗用汽油機為本田2.4型發(fā)動機，排放分析儀是深圳元征科技股份有限公司生產的VEA-501型五組分排放分析儀，測量排氣中的CO和HC的濃度，采用化學發(fā)光原理對NOx的濃度進行檢測[24]。選用低濃度的乙醇汽油(乙醇的體積分數為2.5％，5％，10％和15％)進行研究，分別用E2.5，E5，E10，E15表示，其中乙醇為工業(yè)乙醇，純度在99.7％以上。CO的排放分析圖4.1轉速為1800r/minCO排放由圖4.1可知：在一定轉速下，隨著負荷的加大，五種燃料CO的排放曲線開始時緩慢變化，而后出現上升趨勢，最終達到最大值。這是由于電控發(fā)動機在中小負荷工況時是實行閉環(huán)控制的，根據裝在排氣管上的氧傳感器的反饋信號控制過量空氣系數基本保持在1.0左右，此時汽油機用經濟混合氣工作，基本上可以保證燃料完全燃燒；另一方面，隨著摻燒乙醇比例的增大，電控系統(tǒng)使發(fā)動機進氣量自動減小，以維持過量空氣系數保持在1.0左右。因此，在中小負荷工況，各種燃料的CO排放變化都不大，趨勢比較平穩(wěn)。而在大負荷工況時，電噴汽油機為了輸出較大的功率將會增加噴油量以形成濃混合氣，導致過量空氣系數小于1.0，這就使得CO的排放開始上升。燃用93#汽油的排放始終最高，四種混合燃料的排放效果均優(yōu)于燃用93#汽油，并且隨著摻燒乙醇的增加，CO排放有明顯改善，其中使用E15的最大降低幅度為8.3％。這是因為乙醇汽油燃料自攜氧要比空氣中的氧更有助于完全燃燒，或者說原子氧要比分子氧更容易參加化學反應，加之混合燃料中乙醇的C/H小于汽油，汽化潛熱大于汽油，有利于混合氣的完全燃燒。乙醇化學結構中的羥基OH使其燃燒反應特點與汽油中的各種烴類的有所不同，其燃燒速度和火焰?zhèn)鞑ニ俣雀哂谄停@也是摻燒乙醇后CO排放得以改善的另一個原因[25]。HC排放結果分析圖4.2轉速為1800r/minHC排放由圖4.2可知：93#汽油和E2.5，E5，E10，E15時HC排放曲線的變化趨勢保持一致，E2.5，E5，E10和E15的排放效果均優(yōu)于燃用93#汽油時的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的不斷增加，HC的排放依次降低。這是因為在閉環(huán)控制區(qū)域內，ECU的控制策略使過量空氣系數保持在1.0到1.05之間，五種燃料基本上都可以充分燃燒。然而由于乙醇的含氧特性，當乙醇加入后，混合燃料的含氧量獲得提高，也使燃燒得以改善，燃料含氧降低了中小負荷時因為混合氣過稀引起的HC淬熄排放，也降低了高負荷時因為混合氣過濃導致的HC不完全燃燒排放，從而降低了未燃HC的排放量。由此可知，即使在不缺氧的閉環(huán)區(qū)域，乙醇的加入或者燃料含氧量的增加仍可改善燃燒。這也表明燃料自攜氧對降低HC效果要優(yōu)于空氣中的氧氣。NOx排放結果分析a部分負荷工況下圖4.3轉速為1800r/minNOx的排放由圖4.3可知：發(fā)動機燃用五種燃料時，隨著負荷的增加，NOx的排放都是先升高后降低?；旌先剂现蠩15降幅最大。這是由于發(fā)動機在小負荷時，缸內溫度比較低，不利于NOx的生成；到了中等負荷時，混合氣濃度變化不大，但是缸內溫度已經上升了，所以排放有所增加；而發(fā)動機在大負荷時，供給的混合氣較濃，氧不足，即使此時缸內溫度較高，NOx的生成也因缺氧被抑制。E2.5，E5，E10，E15的排放均高于燃用93#汽油時的排放，并且隨著摻燒乙醇比重的增加，NOx的排放依次增加。這是由于乙醇含氧，可使缸內燃燒溫度變高、速度變快，燃燒放熱也比較集中，使NOx的排放得以增加，雖然乙醇的熱值低，汽化潛熱約為汽油的2.9倍，有使進氣溫度降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣葴p慢，缸內最高溫度降低的趨勢，可能會使NOx有所降低，但其影響不夠大，于是兩者因素共同作用后的結果是E2.5，E5，E10，E15這四種混合燃料NOx的排放比93#汽油高。b全負荷工況圖4.4全負荷工況NOx排放由圖4.4可知：節(jié)氣門全開時，隨著轉速的提高，NOx的排放先升高后降低最終又升高，并且四種混合燃料的排放始終低于93#汽油。這些都是由于燃料的含氧量、燃燒峰值溫度以及混合氣濃度不同等諸多因素綜合在一起形成的。4.3.2乙醇汽油的優(yōu)缺點比較主要優(yōu)點:(1)減少排放車用乙醇汽油含氧量達35%,使燃料燃燒更加充分,據國家汽車研究中心所作的發(fā)動機臺架試驗和行車試驗結果表明,使用車用乙醇汽油,在不進行發(fā)動機改造的前提下,動力性能基本不變,尾氣排放的CO和HC化合物平均減少30%以上,有效的降低和減少了有害的尾氣排放。(2)動力性好乙醇辛烷值高(RON為111)可采用高壓縮比提高發(fā)動機的熱效率和動力性.加上其蒸發(fā)潛熱大,可提高發(fā)動機的進氣量,從而提高發(fā)動機的動力性。(3)積炭減少因車用乙醇汽車的燃燒特性,能有效的消除火花塞,燃燒室,氣門,排氣管消聲器部位積炭的形成,避免了因積炭形成而引起的故障,延長部件使用壽命。(4)使用方便乙醇常溫下為液體,操作容易,儲運使用方便,與傳統(tǒng)發(fā)動機技術有繼承性,特別是使用乙醇汽油混合燃料時,.發(fā)動機結構變化不大。(5)資源豐富我國生產乙醇的主要原料含有糖作物,含淀粉作物以及纖維類燃料,這些都是可再生資源且來源豐富,因而使用乙醇燃料可減少車輛對石油資源的依賴,有利于我國能源安全。主要缺點:(1)蒸發(fā)潛力大乙醇的蒸發(fā)潛熱是汽油2倍多,蒸發(fā)潛熱大會使乙醇類燃料低溫啟動和低溫運行性能惡化,如果發(fā)動機不加裝進氣預熱系統(tǒng),燃燒全醇燃料時汽車難以起動,但在汽油中混合低比例的醇,由燃燒室壁供給液體乙醇以蒸發(fā)熱,蒸發(fā)潛熱大這一特點可成為提高發(fā)動機熱效率和冷卻發(fā)動機的有利因素。(2)熱值低乙醇的熱值只有汽油的61%,要行使同樣里程,所需燃料容積要大,乙醇盡管熱值較汽油小得多,但由于含氧量較高,其理論混合氣熱值與汽油接近,因此,乙醇可以作為汽油機燃料使用,而且其動力性可以接近使用汽油的發(fā)動機。(3)易產生氣阻乙醇的沸點只有78℃,在發(fā)動機正常工作溫度下,很容易產生氣阻,使燃料供給量降低甚至中斷供油。(4)腐蝕金屬乙醇在燃燒過程中,會產生乙酸,對汽車金屬特別銅有腐蝕作用,有試驗表明,在汽油中乙醇含量在10%以下時,對金屬基本沒有腐蝕,但乙醇超過15%時,則必須添加有較的腐蝕抑制劑。(5)與材料適應性差乙醇是一種優(yōu)良的溶劑,易對汽車密封橡膠及其它合成非金屬材料產生一定的輕微腐蝕,容漲,軟化或龜裂作用。(6)易分層乙醇易于吸水,車用乙醇汽油的含水量超過標準指標后,容易發(fā)生液相分離,影響使用.車用乙醇汽油的儲運周期只有4～5天,因此必須改造,建設專供車用乙醇汽油使用的儲油罐,槽車,調和與加油設施。4.4乙醇作為柴油替代燃料乙醇在柴油機上應用要遠遜于在汽油機上的應用，其主要原因是柴油與乙醇不能互溶，摻燒困難，此外乙醇燃料十六烷值低，在柴油機上需用柴油引燃或點火塞點燃，要對燃燒系統(tǒng)做較大改動。目前國內外有關機構正在研制幫助乙醇與柴油互溶的助溶劑，生成柴油醇（diesohol），這樣可以在發(fā)動機不作改動或是很少改動的情況下使用柴油醇燃料，滿足發(fā)動機經濟性，動力性和環(huán)保的要求。研究表明加入1％的助溶劑和10％～15％乙醇的柴油醇燃料，發(fā)動機微粒與一氧化碳排放顯著降低，發(fā)動機500小時耐久性試驗后，發(fā)動機的燃油系統(tǒng)、機械磨損都正常，主要配合間隙沒有超差，柴油醇在發(fā)動機上的應用將具有很大潛力。4.4.1乙醇與柴油的理化性質與性能分析乙醇作為柴油機的代用燃料具有以下特點：（1）乙醇中含有34.8%的氧，降低了對柴油機進氣系統(tǒng)的要求；（2）乙醇的C/H比柴油小得多，這樣有利于燃燒完全；（3）乙醇的揮發(fā)性好，能促進缸內混合氣的均勻分布，使燃燒及時而迅速；（4）乙醇的粘度較柴油低得多，這對噴射霧化是十分有利的；（5）雖然乙醇的熱值比柴油低得多，但其理論混合氣熱值與柴油相當；（6）乙醇的汽化相變吸熱大，有利于柴油機進氣和缸內高溫零件的冷卻；（7）乙醇的十六烷值低，自燃性能較差，但其辛烷值較高，有較高的抗爆性；（8）乙醇的著火極限寬，有利于使用稀燃技術，從而提高柴油機的熱效率。4.4.2乙醇的添加對柴油排放性能的影響試驗用發(fā)動機為一非增壓直噴式295型柴油機。排氣分析儀采用AVL公司的GEM-110發(fā)動機排氣分析儀。排氣煙度的測量采用FBY-1型波許式煙度計。在標定轉速2200r/min和標定功率20KW的條件下對不同含量的乙醇柴油進行試驗分析。煙度的排放分析。圖4.5給出了不同乙醇摻混比對排氣煙度的改善效果[26]。隨乙醇摻混比的提高，排氣煙度明顯下降，在中高負荷時尤其顯著。在標定工況點2200r/min和20KW時，純柴油的排氣煙度為2.7BSU,而E10,E20,E30燃料分別為2.3BSU，1.0BSU，0.6BSU，分別降低了15%，60%，80%。在最大轉矩時，E30的排氣煙度可降60%以上。圖4.5不同乙醇摻混比對排氣煙度的改善效果NOx排放分析圖4.6不同乙醇摻混比對NOx的改善效果同樣條件下,NOx的排放特性如圖4.6所示，隨乙醇摻混比的提高，NOx排放明顯上升，在最大負荷的80%~90%時上升幅度最大，可以認為這主要是由于氧化成分提高造成的，當負荷繼續(xù)提高時，由于混合氣濃度提高，氧化效果被減弱，NOx的上升幅度減小。在采用乙醇柴油時，應同時采用推遲噴油提前角或優(yōu)化噴油規(guī)律等措施降低NOx，在抑制NOx的排放水平不超過原機的情況下降低排氣煙度。4.4.3乙醇替代柴油存在的主要問題從目前的研究結果來看，乙醇替代柴油存在的問題主要有以下幾點：(l)由于乙醇的熱值低于柴油，所以乙醇的燃燒消耗量高。(2)乙醇與柴油的互溶性差，大比例摻混有困難。乙醇和柴油的混合物性質不穩(wěn)定，摻入少量的水就可能引起分層。(3)乙醇的十六烷值低，自燃性差，著火延遲期長，而柴油機需要較高十六烷值的燃料以提高自燃性和減少點火延遲。(4)乙醇的潤滑性低于柴油，不像柴油一樣可以起到潤滑劑的作用。(5)由于乙醇的自燃性差，著火延遲期長，乙醇蒸氣的快速燃燒，易使發(fā)動機工作粗暴，引起敲缸；其次，由于乙醇的氣化潛熱大，易引起火焰淬滅?？傊裼蜋C以其功率大、熱效率高、壽命長、經濟性好、安裝調試方便等優(yōu)點,得到了越來越廣泛的應用,但柴油機排放的污染物較多,尤其是NOx和PM,對環(huán)境構成了極大的威脅。在柴油機上若摻混少量的乙醇燃料,不僅能減少柴油的消耗量,還能明顯地降低有害物質的排放。目前,我國的燃料乙醇生產已經形成了一定的規(guī)模,燃料乙醇的應用研究已成為國內外的研究熱點之一。5二甲醚清潔燃料簡介5.1二甲醚的性質二甲醚（DimethylEther，縮寫為DME），常溫常壓下，它是一種無色的可燃氣體，具有輕微的醚香味；其蒸汽壓約為0.5MPa，易液化；DME具有惰性，不易自動氧化，在空氣中十分穩(wěn)定，無腐蝕性，毒性很弱，無致癌性。DME具有優(yōu)良的混溶性，易溶于汽油、四氧化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多種有機溶劑，加入少量助劑（如酒精）后就可與水以任意比例互溶，一般情況下，100ml水中可溶解3700mlDME氣體。二甲醚與二乙醚和其他更高級醚不同，不會形成爆炸性的過氧化物，因此使用時更安全。它在室溫下是以氣態(tài)存在的，但通常以液體形式儲存于壓縮罐中，與LPG很相似。DME基本的物理化學性質見表5.1。表5.1二甲醚的物理化學性質分子式CH3OCH3蒸汽壓/MPa0.51（20℃）摩爾質量46.07氣體燃燒熱MJ/kg28.84熔點/℃-138.5蒸發(fā)熱KJ/kg410（20℃）沸點/℃-24.9自燃溫度/℃350十六烷值55～60爆炸極限（空氣中）3～7%（vol）臨界壓力/MPa5.37閃點-41℃液體密度kg/L0.76(20℃)空氣中可燃范圍3.4%～17%二甲醚的優(yōu)勢：二甲醚十六烷值高達55～60，而常規(guī)柴油的十六烷值為40～55，所以它可以更高效的應用與柴油機中。自燃點低，在發(fā)動機氣缸內蒸發(fā)速度快，有利于混合氣的形成，燃燒速度快，滯燃期短；汽化潛熱高于柴油，蒸發(fā)過程吸收熱量較柴油多，可有效地降低氣缸內最高燃燒溫度，有利于降低NOX排放和噪聲；DME中不含硫[27]，因此不會產生SOx.作為含氧化合物，可提高燃燒效率，由于其中不存在C-C鍵，在燃燒過程中幾乎無碳煙生成，CO、PM的排放都比較??；以DME為燃料的發(fā)動機，其動力性和起動性與柴油機相當。二甲醚的不足：需要開發(fā)新的燃料供應系統(tǒng)及新的發(fā)動機技術和整車技術；發(fā)動機技術不成熟、粘度較低儲運不便、能量密度低續(xù)駛里程短，液態(tài)密度隨溫度變化較大．容易使燃料供給系統(tǒng)運動件發(fā)生磨損；并且同CNG、LPG一樣，對基礎設施要求較高；受便利性、燃料加注基礎設施等因素限制，發(fā)展空間有限，適合于在區(qū)域間運行的大型客車上應用。5.2二甲醚的應用簡介5.2.1用作民用燃料DME易壓縮，其液化氣與LPG性能相似，貯存壓力約1.35Mpa，小于LPG的1.92MPa，因此可以代替煤氣、LPG用作民用燃料。DME液化氣用作民用燃料有許多優(yōu)點：DME自身含氧（34.8%），碳鏈短，燃燒充分，不析炭，無殘夜，燃燒尾氣符合國家衛(wèi)生標準；DME液化氣在室溫下壓力符合現有的LPG要求，可用現有的LPG氣罐集中統(tǒng)一罐裝，灶具與LPG基本通用，使用方便，不需要預熱，隨用隨開；在儲存、運輸和使用等方面比LPG更安全。另外，DME還可按一定比例參入到城市煤氣或天然氣中作為調峰之用，并可改善煤氣質量，提高熱值。我國從1990年起大量進口LPG，2001年進口量達482萬t。若按年進口增長率7%計算，僅替代LPG一項，2005年就需燃料級DME約860萬t?？梢姡珼ME替代LPG作優(yōu)良的民用清潔燃料，具有廣闊的前景。DME還可用作醇醚燃料，即DME、CH3OH和H2O(來自原料甲醇制DME反應)及其它組分配制的混合燃料，與醇基燃料相比，醇醚燃料更具優(yōu)勢，原因在于醇基燃料，甲醇蒸汽壓較低，使用前還需預熱，才可使其氣化，但配制成醇醚燃料后，DME不僅能溶于甲醇和水中，而且他還能在鋼瓶中產生供料所需的壓力，皮面了醇基燃料難以解決的外預熱的缺點，而且燃料熱值可通過調整各組分比例加以調節(jié)。5.2.2用作汽車燃料DME液化后可直接用作汽車燃料，是柴油發(fā)動機的理想替代燃料。由于DME具有較高的十六烷值（55～60），比柴油的十六烷值高27%，且本身含氧量高，使其燃燒性能跟好，發(fā)動機爆發(fā)力大，機械性能好，實現無煙燃燒，燃燒尾氣中的NOX、HC等的排放量能大大降低，并可降低噪音。據美國阿莫科（Amoco）與丹麥托普索（Topsoe）兩個從事天然氣合成燃料的公司報道，使用DME燃料后尾氣無需轉化處理便能滿足美國加利福尼亞州頒布的中性汽車超低排放尾氣的標準（ULEV），其測試結果見表5.2。國內西安交通大學與一汽合作開發(fā)了我國第一輛改用DME燃料的柴油發(fā)動機汽車，并進行了使用研究，結果表明，使用DME燃料后可使發(fā)動機功率提高10%～15%,表5.2二甲醚燃料排放指標排放物g/hhp-hUVEV標準DME測試值CO7.23.2NOx及甲烷烴2.52.4非甲烷烴1.30.21顆粒狀物0.050.033甲醛0.0250.022效率提高2%～3%，噪音降低10%～15%，可達到歐洲III級標準。陜西新型燃料燃具公司與長安大學共同研制的DME混合燃料，用作汽油機汽車燃料，經臺架和道路行車實驗的檢測，與燃油汽車相比，其動力性能與燃料90#汽油相當，但燃料消耗減少4.2%～5.0%，怠速排放中CO和HC分別下降85.7%和30.3%，經濟性能優(yōu)于燃燒汽油的汽車。而且使用該燃料的汽車，在不改變原車結構和使用性能的基礎上，只需加裝一套供氣轉換裝置，就成為既能少有又能燒氣的雙燃料汽車。供氣系統(tǒng)加裝方便易行，其加裝費和建造加氣站等費用均低于LPG和CNG燃料汽車。結論隨著我國經濟的迅速發(fā)展和汽車保有量的高速增長，正面臨汽車能源需求與環(huán)境保護的雙重巨大壓力。目前汽車行駛所使用的燃料主要是從石油中提煉出來的汽油和柴油，據世界能源大會數據表明，石油等不可再生能源正面臨著越來越嚴重的能源危機，而中國的石油儲量只占世界的2.4%,我國將面臨嚴重的能源不足問題，這也進一步威脅到國民經濟的穩(wěn)定。另一方面，汽車排放已是城市大氣環(huán)境的主要污染源之一，石油燃料產生的CO、HC、NOx和顆粒物排放居高不下，城市的機動車尾氣污染日趨嚴重，這也必然降低人類的生活質量甚至威脅到生命。因此，在能源與環(huán)境的雙重壓力下，尋找新型清潔的代用燃料勢在必行。針對我國自然條件和能源特色，逐步改變汽車能源結構，發(fā)展清潔燃料，在發(fā)動機上現實高效、低污染燃燒，控制汽車發(fā)動機有害氣體排放對環(huán)境的污染，已成為我國能源與環(huán)境研究中一個重大又緊迫的問題。本論文得出的幾點結論如下：1、甲醇燃料在能源危機和改善發(fā)動機排放特性方面有著明顯的優(yōu)勢，所以它是一種很有前景的清潔代用燃料。甲醇代用燃料雖沒有像石油那樣普及應用于發(fā)動機上，但是它也有著比較早的