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甲醇代用燃料在乘用车上的应用展望

来源:论文知识网作者:kaiting时间:2019-04-24 10:39

  摘 要:文章简要介绍了国内外甲醇代用燃料在汽车上应用的历程 從甲醇燃料特性以及在汽车上应用的优缺点进行论述。当前 国内在大力推进甲醇代用燃料的应用 部分省市正在进行甲醇汽车的试点工作 但甲醇代用燃料在乘用车上的应用仍存在一定的局限性。

  关键词:甲醇;代用燃料;乘用车;应用展望

燃料与化工

  前言

  近十年来 我国汽车工业的快速发展 国内汽车保有量急剧增加 带动国内社会经济蓬勃发展的同时 也加剧了石油资源的消耗量。海关总署最新数据显示 2018年11月份中国原油进口量为4287.2万吨 前11个月原油进口量为4.18亿吨 同比增长8.4%。随着原油进口量持续增加 原油对外依存度已从去年的67.4% 增长至72.3%。图1显示我国每年进口石油量占国内总需求量的占比逐年增加。

  石油是关系到民众衣食住行的重要资源 也是国家重要的战略物资 保障石油供给对经济发展和国家安全都具有重要意义。对于我国石油过度依赖进口的现状 我国一方面在提升石油的转化率 另一方面通过节能汽车开发措施提升能源效率、开发代用燃料部分替代石油产品。

  1 甲醇代用燃料汽车应用

  1.1 国外应用情况

  甲醇燃料在上世纪七十年代起开始在汽车上进行应用 推动力为石油危机 石油价格暴涨 各国考虑国家的能源安全和外汇平衡 纷纷研究石油的代用资源。醇类和醚类产品常温下为液体 其理化特性与汽油、柴油具有相似性 并且可以通过有机质、煤或天然气等资源来制取。

  甲醇代用燃料应用以美国为代表 在上世纪八十年代 即使石油价格已经下降 美国仍然立法推广甲醇汽车 主要考虑因素是甲醇汽车的污染物排放较低可以改善空气质量 甲醇代用燃料得到一定规模的应用。甲醇汽车技术已经完全成熟。但是由于石油公司出于自身利益考虑 减少甲醇燃料的基础设施投资建设 减少加注站 致使甲醇汽车使用便利性降低 用户不愿意用 逐渐失去应用市场。

  1.2 国内应用情况

  我国能源基本情况是“贫油、少气、富煤” 石油对外依存度高 在上世纪八九十年代我国也进行了甲醇代用燃料的相关研究 主要方向为甲醇与汽油参混 先后将M15(甲醇占15%)汽油、M85(甲醇占85%)汽油研究列为技术攻关项目 并在山西、四川、重庆等地投入数百辆汽车进行试运营。

  进入新世纪以后 天津大学、吉利汽车、陕汽等高校及企业加大甲醇汽车研究投入 2004年在山西省展开甲醇燃料的试验示范推广工作 并于2009年推出《车用燃料甲醇》和《车用甲醇汽油(M85)》标准。

  自2012年起 逐步在山西、上海、陕西、甘肃、贵州五省十市开展甲醇汽车试点工作。至2018年 完成1024辆不同车型 分布在不同海拔地区的示范运行 累计总行驶1.84亿公里 取得阶段性研究成果 其中乘用车方面以城市出租车为主。

  2 甲醇燃料特性及优缺点

  2.1 甲醇燃料特性

  常温下 甲醇具有刺激性气味 易溶于水 易挥发的无色透明液体。化学上 其分子式为CH4O 是结构最为简单的饱和一元醇 结构中不含C-C键 含氧量达50%。甲醇的理化特性与汽油有一定的相似性 主要差异在低热值、汽化潜热、燃烧速率等方面。表1为甲醇、乙醇及汽油的主要参数对比。

  2.2 甲醇燃料的应用优缺点分析

  由于我国的乘用车主要采用火花塞点火的汽油机 因此本文基于汽油机应用来进行甲醇燃料优缺点的分析。

  从理化特性及相关研究报告分析 甲醇燃料主要由以下优点:

  1)辛烷值比其汽油高 因此可以适度增大发动机的压缩比 提高发动机的热效率。

  2)汽油潜热比汽油大很多 在发动机大负荷工况下可以降低燃烧室的温度 降低爆震倾向 有助于提升发动机的动力性。

  3)甲醇是含氧燃料 燃烧速度比汽油快 发动机工作过程中燃烧持续期短 通过火花塞点火提前角的优化调整 可进一步提升热效率。

  4)含碳量比汽油低 而且分子中含氧 在燃烧室中可以进行更充分的燃燒 减少尾气中CH、CO及颗粒物的排放。

  因此 甲醇燃料与汽油相比 在发动机动力性、油耗、排放三个方面均有提升的潜力。

  乘用车的应用环境复杂多变 汽油在发动机上的应用 经过了长期的验证优化 技术成熟可靠。与此相比 甲醇燃料存在几个缺陷:

  1)甲醇存在一定的毒性 产品泄露或应用不当 可能对环境和人体健康产生较大影响。另外与汽油相比 甲醇燃烧后的尾气常规排放较低 但是反应过程中产生的甲醛和甲酸等非常规碳氢化合物较多。

  2)甲醇及燃烧反应产生的甲醛、甲酸等对有色金属具有较强的腐蚀作用 可造成燃油系统、燃烧系统零部件的损坏 缩短发动机寿命。针对甲醇代用燃料 需要对燃料泵、喷油器、气门座圈、活塞环等零件的材质和处理工艺进行改进。

  3)甲醇沸点为65℃ 比乙醇低 比汽油的综合沸点低较多 因此在夏季高温环境下在燃料管路中发生气阻的倾向性更大。另外 甲醇的汽化潜热是汽油的三倍 在气道或燃烧室中气化过程会吸收大量的热量 使气道及燃烧室的温度降低 低温环境下 发动机起动困难。因此 甲醇燃料在夏季高温地区及冬季低温区域均存在应用的局限性。

  4)甲醇热值仅为汽油的一半 实际燃料替代比为2.2左右 即2.2千克甲醇燃烧产生的热量与1千克汽油产生相当。如果采用相同容积的燃料箱 同款汽车 甲醇燃料与汽油相比 汽车的续航里程大幅缩短。

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