甲醇汽车与甲醇燃料
- 格式：pdf
- 大小：59.48 KB
- 文档页数：2
２００７ 年第 ４ 期（ 总第 ４７ 期）
山西能源与节能 ＳＨＡＮＸＩ ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ
２００７ 年 １２ 月 出版
甲醇汽车与甲醇燃料
钱新荣
（ 中国科学院山西煤炭化学研究所， 山西 太原 ０３０００１）
摘 要： 甲醇是含氧燃料之一， 它同传统的汽油存在一定的差别， 因此设计制造甲醇发动机和甲醇汽车
２ 汽车与燃料
１９ 世 纪 人 们 根 据 热 力 学 热 能 功 转 化 定 律 发 明 了 内 燃 机， 其中汽油机的“ 奥 托（ ｏｔｔｏ） 循 环 ”是 内 燃 机 的 循 环 之 一 ， 亦即利用液体或气体燃料， 直接在气缸中燃烧爆震， 产生巨 大的压力， 推动活塞往复运动， 再由曲轴转化为平面移动作 功， 内燃机是汽车的“心脏”， 而燃料则是产生“能量”的“血 液”， 两者是相互依存而密不可分的。
奇瑞公司在山西太原对新车进行为期数月的道路行车试 验， 取得了满意的试验结果。２００７ 年 ６ 月 １１ 日在太原市召开了 山西评价会， 受到与会的国家发改委， 国内汽车行业及醇汽部门 的领导、专家们的高度评价， 并建议今后继续扩大试验规模， 为 甲醇汽车的批量生产和产业化积累更多的经验和技术依据。
６ 甲醇汽车的推广应用
ａ） 奇瑞汽车公司推出全新的甲醇汽车， 其基础是先前 曾对甲醇发动机进行大量的研发工作：
— ——发 动 机 本 体 开 发 ： 压 缩 比 变 更 、火 花 塞 匹 配 、零 部 件开发等。
— ——燃油 系 统 开 发 ： 解 决 油 泵 、油 箱 、油 管 、油 滤 的 耐 醇 问题。
５ 甲醇汽车与甲醇燃料
凡用甲醇作为发动机燃料的汽车统称为甲醇汽车。其 中利用甲醇部分代替汽油的称为“掺烧”， 如 Ｍ５－ Ｍ６０。如用甲 醇 ８５％ ￣１００％（ Ｍ８５￣Ｍ１００） 替代汽油则称为全甲醇汽车， 低 中 比例甲醇掺烧可以不改动原有发动机， 但因甲醇特性与汽油 发动机不相适应， 故应加入某些添加剂使甲醇“变 性 ”， 以 弥 补 本 身 存 在 的 缺 陷 。对 全 甲 醇 汽 车 则 应 按 照 甲 醇 特 性 重 新 设 计制造甲醇发动机。甲醇汽车使用化工甲醇应将甲醇 “变 性”， 变成燃料甲醇， 然后再配制成甲醇燃料。
— ——冷 起 动 ： 设 计 冷 起 动 喷 嘴 ， 增 设 起 动 用 注 油 系 统 。 用单点喷射， 发动机 ＥＣＵ 内 集 成 冷 起 动 系 统 控 制 程 序 ， 冷 起 动操作自动启停等。
— ——电 控 开 发 ： 使 整 体 经 济 性 能 和 排 放 性 能 等 各 项 指 标达到开发预期目标。
柴油机是依据“Ｄｉｅｓｅｌ 循环”也是利用 燃 料 燃 烧 产 生 的 能量转化为对外作功， 不论是汽油机还是柴油机都要依据所 用 燃 料 的 特 性 如 沸 程 、蒸 汽 压 、抗 爆 性 等 选 择 合 理 的 参 数 进 行内燃机各部件的设计。
３ 汽油与甲醇
３．１ 汽油和甲醇的物理化学性质比较 汽油是发动机的传统燃料， 发动机的设计制造都是按
４ 化工甲醇与燃料甲醇
现有甲醇生产厂都是按照化工甲醇的标准进行甲醇生 产， 化工甲醇主要用作化工原料。所以产品纯度是质量控制 的主要内容， 标准中 １２ 项指标都是围绕甲醇化 合 物 自 身 特 性 制 定 的 。而 燃 料 甲 醇 作 为 发 动 机 燃 料 必 须 按 照 发 动 机 燃 料 的燃烧特性来制定标准， 所以两者的要求有所区别。 ４．１ 标准内容不同
３６．５
７．６
４３
－ １３￣－ １２
燃烧下限 体积分数 ／％ 温度 ／℃
６．０
１．４
７
－ ４３
自然温度 ／℃
５００
４５６
辛烷值
１１２（ ＲＯＮ） ７０￣９０（ ＭＯＮ）
理论混合气进气温度 ／℃
１２２．４
２１．６
理论混合气热值 ／（ ｋＪ／ｋｇ）
２６５０
２７８０
理论空燃比 ／（ ｋｇ／ｋｇ）
６．５
１４．８
层流燃烧速度 ／（ ｍ／ｓ）
５２
３８
３．２ 甲醇的特点 ａ） 辛烷值比汽油高， 因此可以提高发动机的压缩比， 发
· １４ ·
山西能源与节能
２００７年 １２ 月
动机的热效率明显提高。 ｂ） 甲醇的燃烧速度和火焰传播速度比汽油快， 所以燃
烧的定容性较好， 燃烧持续期短， 过后燃烧程度小， 有利于热 效率提高。
ｃ） 甲醇是 含 氧 燃 料 ， 在 燃 烧 过 程 中 有 自 供 氧 效 应 ， 在 内燃机中燃烧较均匀， 减少了局部富氧或缺氧的几 率 ， ＣＯ 和 ＨＣ 的产生量减少， 排放量降低， 从而使燃烧效率和热效率均 提高， 能耗率降低。
ｄ） 甲醇的汽化热比汽油高两倍多， 当其进入气缸后， 能吸收沿途管壁面后周围高温零件壁面的热量而使自己蒸 发， 利用了废热余热而使自身的能位提高， 又降低了气 缸 、燃 烧室和气缸盖的温度， 从而减少了外传热量， 提高了热效率。
ｇ） 使用甲醇可将点火提前角和喷油提前角调 整 到 最 佳 值， 从而获得更高的热效率和更大的功率。 ３．３ 甲醇燃料的缺陷
ａ） 腐蚀性 甲醇以及 甲 醇 燃 烧 反 应 过 程 中 产 生 的 甲 醛 、甲 酸 、大 量 水 蒸 汽 、未 燃 甲 醇 等 均 对 金 属 表 面 有 腐 蚀 性 ， 造 成 燃 烧 室 周 围机件的磨损， 如进排气门座、进排气门、气门导管、活塞 环 、 缸 套 等 。所 以 在 设 计 新 的 发 动 机 时 要 选 择 合 适 的 机 件 材 质 和 热处理工艺， 如气门将铁类合金改为镍类合金， 气门座烧结 材 料 中 添 加 硬 质 微 粒 并 作 铅 熔 渗 处 理 、活 塞 环 镀 铬 等 。 ｂ） 溶胀性 甲醇会使一般 的 橡 胶 、塑 料 件 溶 胀 ， 所 以 在 油 箱 、油 泵 、 油管道等接触甲醇的部件， 应该选择耐溶胀材料。 ｃ） 冷起动 甲醇的初沸点比汽油高， 甲醇的汽化潜热（ １ １６７ ｋＪ／ｋｇ） 是汽油的（ ３８０～５００ ｋＪ／ｋｇ） 二 倍 多 ， 甲 醇 在 进 气 管 道 内 汽 化 时要吸收大量的热， 使进气管温度降低， 造成甲醇汽化困难， 并且混合气温度很低， 进入气缸后造成缸温很低， 并且甲醇 汽化量少， 难以着火起动。另外， 由于甲醇导电率高于汽油， 在冷起动时， 由于使用过浓的混合气， 混合气中的液态成分 较多， 易于引起火花塞短路。目前冷起动问题通过各种手段 已获得解决。 ｄ） 非常规排放物高 甲醇燃烧反应过程中产生甲醛、甲酸等化合物作为非 常规排放的污染物比汽油燃烧排放量要多， 但当用专用催化 器处理后可以达到尾气排放标准要求。 ｅ） 甲醇和汽油互溶性差 甲醇和汽油的互溶性差。特别是含有少量水份时， 分层 现象更为严重， 当采用低比例甲醇掺烧时， 可以用加入添加 剂的办法解决。
收稿日期： ２００７－ ０７－ ２５ 作者简介： 钱新荣（ １９３４— ） ， 男， 江苏无锡人， １９５６ 年毕业 于天津大学化工系， 研究员。
汽油的特性进行的。汽油是 Ｃ４￣Ｃ１４ 的烃类混合物， 其 沸 程 范 围 宽 达 ３５ ℃～２００ ℃， 甲 醇 是 单 一 沸 点（ ６５ ℃） 的 化 合 物 ， 两者的物理化学性质比较如表 １ 所示。
ｅ） 甲醇的着火燃烧浓度界限比汽油的相应范围宽得多， 所以比汽油更容易稀燃， 稀燃是一种节能燃烧和完善燃烧的 形式， 它有利于热效率的提高， 而且， 压缩比愈高， 负荷愈大， 愈容易稀燃。
ｆ） 甲 醇 的 含 碳 量 比 汽 油 低 ， 它 在 气 缸 内 充 分 燃 烧 后 排 出的最终产物为 ＣＯ２ 和 Ｈ２Ｏ， 因此， 大大减少了碳粒和 ＣＯ 的 排出， 也使热效率和经济性改善。
表 １ 甲醇和汽油的物理化学性质
性质
甲醇
汽油
分子式 相对分子质量
ＣＨ３ＯＨ ３２．０４
Ｃ４－ Ｃ１４ 的碳氢化合物 约 １００
元素质量组成 ／％ Ｏ Ｃ Ｈ
５０ ３７．５
碳氢化合物
１２．５
密度（ ２０℃） ／（ ｋｇ／Ｌ）
０．７９２
０．７３
冰点 ／℃
－ ９６．０
＜ － ６０
沸点 ／℃
６４．７
２７￣２２５
ｂ） 燃料甲醇质量是甲醇汽车保持正常运行的重要保证， 所以要求从燃料甲醇生产厂， 输配、加注系统， 直到汽 车 油 箱 入口前都应保证所用燃料甲醇的质量。而且燃料甲醇最好由 定点厂生产供应。
ｃ） 车用润滑油也是影响甲醇燃料发动机磨损程度的关 键因素， 所以应使用专用润滑油， 奇瑞汽车公司已研发出这 种甲醇发动机的专用机油。
汽化热 ／（ ｋＪ／ｋｇ）
１１６７２９３￣Leabharlann ４１燃烧热 ／（ ｋＪ／ｋｇ）
１９９３０
４３０３０
蒸汽压（ ３８℃） ／ｍｍＨｇ
２３９
３６２￣７７５
水中溶解度 ／（ ｍｇ／Ｌ）
互溶
１００￣２００
闪点 ／℃
１２
６．１
蒸汽密度（ １０１．３２５ｋＰａ，１０℃） （／ ｇ／Ｌ）
１．４
２－ ５
燃烧上限 体积分数 ／％ 温度 ／℃
化工甲醇已有质量标准 ＧＢ ３３８－ ２００４。 有 １２ 项指标： 色度、密度、沸程、高锰酸钾试验、水溶性试验、 水份含量、酸度、碱度、羰基化合物、蒸发残渣、硫酸洗涤、乙醇量。 燃料甲醇目前只有山西省地方标准 ＤＢｌ４／Ｔ ９３—２００２。 有 ８ 项指标： 密度 、沸 程 、酸 度 、碱 度 、蒸 发 残 渣 、水 分 含 量 、羰 基 化 合 物 、辛 烷 值 。 ４．２ 生产工艺不同 化工甲醇生产的目的是纯甲醇。合成工艺用的催化剂 性能尽量提高甲醇的选择性和转化率， 大于 １ 个碳的醇类作 为残渣必须蒸馏除掉。 燃料甲醇是用作发动机燃料， 辛烷值是一项重要指标。 除甲醇外， Ｃ２￣Ｃ４ 醇类对改善燃烧性能有用， 所以 对 合 成 催 化 剂的要求尽量提高 Ｃ１￣Ｃ４ 醇类的选择性和转化率， 对造成喷 油嘴堵塞和结碳的杂质必须除去。
山西能源与节能 ＳＨＡＮＸＩ ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ
２００７ 年 １２ 月 出版
甲醇汽车与甲醇燃料
钱新荣
（ 中国科学院山西煤炭化学研究所， 山西 太原 ０３０００１）
摘 要： 甲醇是含氧燃料之一， 它同传统的汽油存在一定的差别， 因此设计制造甲醇发动机和甲醇汽车
２ 汽车与燃料
１９ 世 纪 人 们 根 据 热 力 学 热 能 功 转 化 定 律 发 明 了 内 燃 机， 其中汽油机的“ 奥 托（ ｏｔｔｏ） 循 环 ”是 内 燃 机 的 循 环 之 一 ， 亦即利用液体或气体燃料， 直接在气缸中燃烧爆震， 产生巨 大的压力， 推动活塞往复运动， 再由曲轴转化为平面移动作 功， 内燃机是汽车的“心脏”， 而燃料则是产生“能量”的“血 液”， 两者是相互依存而密不可分的。
奇瑞公司在山西太原对新车进行为期数月的道路行车试 验， 取得了满意的试验结果。２００７ 年 ６ 月 １１ 日在太原市召开了 山西评价会， 受到与会的国家发改委， 国内汽车行业及醇汽部门 的领导、专家们的高度评价， 并建议今后继续扩大试验规模， 为 甲醇汽车的批量生产和产业化积累更多的经验和技术依据。
６ 甲醇汽车的推广应用
ａ） 奇瑞汽车公司推出全新的甲醇汽车， 其基础是先前 曾对甲醇发动机进行大量的研发工作：
— ——发 动 机 本 体 开 发 ： 压 缩 比 变 更 、火 花 塞 匹 配 、零 部 件开发等。
— ——燃油 系 统 开 发 ： 解 决 油 泵 、油 箱 、油 管 、油 滤 的 耐 醇 问题。
５ 甲醇汽车与甲醇燃料
凡用甲醇作为发动机燃料的汽车统称为甲醇汽车。其 中利用甲醇部分代替汽油的称为“掺烧”， 如 Ｍ５－ Ｍ６０。如用甲 醇 ８５％ ￣１００％（ Ｍ８５￣Ｍ１００） 替代汽油则称为全甲醇汽车， 低 中 比例甲醇掺烧可以不改动原有发动机， 但因甲醇特性与汽油 发动机不相适应， 故应加入某些添加剂使甲醇“变 性 ”， 以 弥 补 本 身 存 在 的 缺 陷 。对 全 甲 醇 汽 车 则 应 按 照 甲 醇 特 性 重 新 设 计制造甲醇发动机。甲醇汽车使用化工甲醇应将甲醇 “变 性”， 变成燃料甲醇， 然后再配制成甲醇燃料。
— ——冷 起 动 ： 设 计 冷 起 动 喷 嘴 ， 增 设 起 动 用 注 油 系 统 。 用单点喷射， 发动机 ＥＣＵ 内 集 成 冷 起 动 系 统 控 制 程 序 ， 冷 起 动操作自动启停等。
— ——电 控 开 发 ： 使 整 体 经 济 性 能 和 排 放 性 能 等 各 项 指 标达到开发预期目标。
柴油机是依据“Ｄｉｅｓｅｌ 循环”也是利用 燃 料 燃 烧 产 生 的 能量转化为对外作功， 不论是汽油机还是柴油机都要依据所 用 燃 料 的 特 性 如 沸 程 、蒸 汽 压 、抗 爆 性 等 选 择 合 理 的 参 数 进 行内燃机各部件的设计。
３ 汽油与甲醇
３．１ 汽油和甲醇的物理化学性质比较 汽油是发动机的传统燃料， 发动机的设计制造都是按
４ 化工甲醇与燃料甲醇
现有甲醇生产厂都是按照化工甲醇的标准进行甲醇生 产， 化工甲醇主要用作化工原料。所以产品纯度是质量控制 的主要内容， 标准中 １２ 项指标都是围绕甲醇化 合 物 自 身 特 性 制 定 的 。而 燃 料 甲 醇 作 为 发 动 机 燃 料 必 须 按 照 发 动 机 燃 料 的燃烧特性来制定标准， 所以两者的要求有所区别。 ４．１ 标准内容不同
３６．５
７．６
４３
－ １３￣－ １２
燃烧下限 体积分数 ／％ 温度 ／℃
６．０
１．４
７
－ ４３
自然温度 ／℃
５００
４５６
辛烷值
１１２（ ＲＯＮ） ７０￣９０（ ＭＯＮ）
理论混合气进气温度 ／℃
１２２．４
２１．６
理论混合气热值 ／（ ｋＪ／ｋｇ）
２６５０
２７８０
理论空燃比 ／（ ｋｇ／ｋｇ）
６．５
１４．８
层流燃烧速度 ／（ ｍ／ｓ）
５２
３８
３．２ 甲醇的特点 ａ） 辛烷值比汽油高， 因此可以提高发动机的压缩比， 发
· １４ ·
山西能源与节能
２００７年 １２ 月
动机的热效率明显提高。 ｂ） 甲醇的燃烧速度和火焰传播速度比汽油快， 所以燃
烧的定容性较好， 燃烧持续期短， 过后燃烧程度小， 有利于热 效率提高。
ｃ） 甲醇是 含 氧 燃 料 ， 在 燃 烧 过 程 中 有 自 供 氧 效 应 ， 在 内燃机中燃烧较均匀， 减少了局部富氧或缺氧的几 率 ， ＣＯ 和 ＨＣ 的产生量减少， 排放量降低， 从而使燃烧效率和热效率均 提高， 能耗率降低。
ｄ） 甲醇的汽化热比汽油高两倍多， 当其进入气缸后， 能吸收沿途管壁面后周围高温零件壁面的热量而使自己蒸 发， 利用了废热余热而使自身的能位提高， 又降低了气 缸 、燃 烧室和气缸盖的温度， 从而减少了外传热量， 提高了热效率。
ｇ） 使用甲醇可将点火提前角和喷油提前角调 整 到 最 佳 值， 从而获得更高的热效率和更大的功率。 ３．３ 甲醇燃料的缺陷
ａ） 腐蚀性 甲醇以及 甲 醇 燃 烧 反 应 过 程 中 产 生 的 甲 醛 、甲 酸 、大 量 水 蒸 汽 、未 燃 甲 醇 等 均 对 金 属 表 面 有 腐 蚀 性 ， 造 成 燃 烧 室 周 围机件的磨损， 如进排气门座、进排气门、气门导管、活塞 环 、 缸 套 等 。所 以 在 设 计 新 的 发 动 机 时 要 选 择 合 适 的 机 件 材 质 和 热处理工艺， 如气门将铁类合金改为镍类合金， 气门座烧结 材 料 中 添 加 硬 质 微 粒 并 作 铅 熔 渗 处 理 、活 塞 环 镀 铬 等 。 ｂ） 溶胀性 甲醇会使一般 的 橡 胶 、塑 料 件 溶 胀 ， 所 以 在 油 箱 、油 泵 、 油管道等接触甲醇的部件， 应该选择耐溶胀材料。 ｃ） 冷起动 甲醇的初沸点比汽油高， 甲醇的汽化潜热（ １ １６７ ｋＪ／ｋｇ） 是汽油的（ ３８０～５００ ｋＪ／ｋｇ） 二 倍 多 ， 甲 醇 在 进 气 管 道 内 汽 化 时要吸收大量的热， 使进气管温度降低， 造成甲醇汽化困难， 并且混合气温度很低， 进入气缸后造成缸温很低， 并且甲醇 汽化量少， 难以着火起动。另外， 由于甲醇导电率高于汽油， 在冷起动时， 由于使用过浓的混合气， 混合气中的液态成分 较多， 易于引起火花塞短路。目前冷起动问题通过各种手段 已获得解决。 ｄ） 非常规排放物高 甲醇燃烧反应过程中产生甲醛、甲酸等化合物作为非 常规排放的污染物比汽油燃烧排放量要多， 但当用专用催化 器处理后可以达到尾气排放标准要求。 ｅ） 甲醇和汽油互溶性差 甲醇和汽油的互溶性差。特别是含有少量水份时， 分层 现象更为严重， 当采用低比例甲醇掺烧时， 可以用加入添加 剂的办法解决。
收稿日期： ２００７－ ０７－ ２５ 作者简介： 钱新荣（ １９３４— ） ， 男， 江苏无锡人， １９５６ 年毕业 于天津大学化工系， 研究员。
汽油的特性进行的。汽油是 Ｃ４￣Ｃ１４ 的烃类混合物， 其 沸 程 范 围 宽 达 ３５ ℃～２００ ℃， 甲 醇 是 单 一 沸 点（ ６５ ℃） 的 化 合 物 ， 两者的物理化学性质比较如表 １ 所示。
ｅ） 甲醇的着火燃烧浓度界限比汽油的相应范围宽得多， 所以比汽油更容易稀燃， 稀燃是一种节能燃烧和完善燃烧的 形式， 它有利于热效率的提高， 而且， 压缩比愈高， 负荷愈大， 愈容易稀燃。
ｆ） 甲 醇 的 含 碳 量 比 汽 油 低 ， 它 在 气 缸 内 充 分 燃 烧 后 排 出的最终产物为 ＣＯ２ 和 Ｈ２Ｏ， 因此， 大大减少了碳粒和 ＣＯ 的 排出， 也使热效率和经济性改善。
表 １ 甲醇和汽油的物理化学性质
性质
甲醇
汽油
分子式 相对分子质量
ＣＨ３ＯＨ ３２．０４
Ｃ４－ Ｃ１４ 的碳氢化合物 约 １００
元素质量组成 ／％ Ｏ Ｃ Ｈ
５０ ３７．５
碳氢化合物
１２．５
密度（ ２０℃） ／（ ｋｇ／Ｌ）
０．７９２
０．７３
冰点 ／℃
－ ９６．０
＜ － ６０
沸点 ／℃
６４．７
２７￣２２５
ｂ） 燃料甲醇质量是甲醇汽车保持正常运行的重要保证， 所以要求从燃料甲醇生产厂， 输配、加注系统， 直到汽 车 油 箱 入口前都应保证所用燃料甲醇的质量。而且燃料甲醇最好由 定点厂生产供应。
ｃ） 车用润滑油也是影响甲醇燃料发动机磨损程度的关 键因素， 所以应使用专用润滑油， 奇瑞汽车公司已研发出这 种甲醇发动机的专用机油。
汽化热 ／（ ｋＪ／ｋｇ）
１１６７２９３￣Leabharlann ４１燃烧热 ／（ ｋＪ／ｋｇ）
１９９３０
４３０３０
蒸汽压（ ３８℃） ／ｍｍＨｇ
２３９
３６２￣７７５
水中溶解度 ／（ ｍｇ／Ｌ）
互溶
１００￣２００
闪点 ／℃
１２
６．１
蒸汽密度（ １０１．３２５ｋＰａ，１０℃） （／ ｇ／Ｌ）
１．４
２－ ５
燃烧上限 体积分数 ／％ 温度 ／℃
化工甲醇已有质量标准 ＧＢ ３３８－ ２００４。 有 １２ 项指标： 色度、密度、沸程、高锰酸钾试验、水溶性试验、 水份含量、酸度、碱度、羰基化合物、蒸发残渣、硫酸洗涤、乙醇量。 燃料甲醇目前只有山西省地方标准 ＤＢｌ４／Ｔ ９３—２００２。 有 ８ 项指标： 密度 、沸 程 、酸 度 、碱 度 、蒸 发 残 渣 、水 分 含 量 、羰 基 化 合 物 、辛 烷 值 。 ４．２ 生产工艺不同 化工甲醇生产的目的是纯甲醇。合成工艺用的催化剂 性能尽量提高甲醇的选择性和转化率， 大于 １ 个碳的醇类作 为残渣必须蒸馏除掉。 燃料甲醇是用作发动机燃料， 辛烷值是一项重要指标。 除甲醇外， Ｃ２￣Ｃ４ 醇类对改善燃烧性能有用， 所以 对 合 成 催 化 剂的要求尽量提高 Ｃ１￣Ｃ４ 醇类的选择性和转化率， 对造成喷 油嘴堵塞和结碳的杂质必须除去。
