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一、甲醇汽车的发展一、甲醇汽车的发展二十世纪七十年代，两次石油危机以后，日本、欧州、美国等发达二十世纪七十年代，两次石油危机以后，日本、欧州、美国等发达国家十分重视甲醇燃料的研究，到八十年代末、九十年代初甲国家十分重视甲醇燃料的研究，到八十年代末、九十年代初甲醇燃料及甲醇醇汽车的应用均告发展成熟。醇燃料及甲醇醇汽车的应用均告发展成熟。美国的甲醇燃料是在八十年代正式提出推广使用的。当时由于汽车美国的甲醇燃料是在八十年代正式提出推广使用的。当时由于汽车发动机对环境的污染影响日趋严重，在很多大城市如洛杉矶等发动机对环境的污染影响日趋严重，在很多大城市如洛杉矶等造成了光化学烟雾对环境的严重污染状况。美国国会及政府受造成了光化学烟雾对环境的严重污染状况。美国国会及政府受到众多的环境保护组织压力，当时的里根总统责成布什副总统到众多的环境保护组织压力，当时的里根总统责成布什副总统组织了庞大的专家委员会，调查研究提出对策。从组织了庞大的专家委员会，调查研究提出对策。从1985年开始年开始至至1987年结束花了数千万美元，写出了环境对策咨文，发表在年结束花了数千万美元，写出了环境对策咨文，发表在1987年下半年醇周报年下半年醇周报（Alcohol week）上，概括起来，总内）上，概括起来，总内容是：容是：“世界上最清洁的汽车发动机燃料是甲醇燃料世界上最清洁的汽车发动机燃料是甲醇燃料”；“未未来的汽车发动机燃料是甲醇燃料来的汽车发动机燃料是甲醇燃料”此后，美国以此为依据，提出了环境保护法修正案，严格限制汽车此后，美国以此为依据，提出了环境保护法修正案，严格限制汽车尾汽排放标准，提倡使用甲醇燃料及甲醇汽车，曾一度明令加州政尾汽排放标准，提倡使用甲醇燃料及甲醇汽车，曾一度明令加州政府公用车使用甲醇燃料。并在府公用车使用甲醇燃料。并在1988年洛杉矶奥运会期间，为改善该年洛杉矶奥运会期间，为改善该城市环境，运动会组织委员会所有用车（大约城市环境，运动会组织委员会所有用车（大约300400辆）均订辆）均订购德国大众汽车公司的一批捷达牌甲醇汽车作为该会的标志亮点之购德国大众汽车公司的一批捷达牌甲醇汽车作为该会的标志亮点之一。此后，甲醇燃料就成为环境保护的政府立法措施来加以提倡。一。此后，甲醇燃料就成为环境保护的政府立法措施来加以提倡。但是，在八十年代末期至九十年代初期，正处在甲醇燃料及甲醇汽但是，在八十年代末期至九十年代初期，正处在甲醇燃料及甲醇汽车在美国大肆推广应用的关键时刻，世界甲醇燃料价格攀升，从车在美国大肆推广应用的关键时刻，世界甲醇燃料价格攀升，从80美元直升至美元直升至500美元，而原油价格相对下滑直至每桶美元，而原油价格相对下滑直至每桶8美元（约美元（约56美元公吨），油醇比价出现逆转的形势且维持时间最长达三年之美元公吨），油醇比价出现逆转的形势且维持时间最长达三年之久。市场和经济因素使正在起步发展的甲醇燃料及汽车受到严重的久。市场和经济因素使正在起步发展的甲醇燃料及汽车受到严重的挫折。国际大跨国石油公司，出于自身的政治和经济利益，大肆地挫折。国际大跨国石油公司，出于自身的政治和经济利益，大肆地操纵国际市场的油醇价格，始终维持在甲醇燃料高于或略高于石油操纵国际市场的油醇价格，始终维持在甲醇燃料高于或略高于石油燃料比值范围，以扼制甲醇燃料的发展。与此同时毫无根据地喧染，燃料比值范围，以扼制甲醇燃料的发展。与此同时毫无根据地喧染，以煤化工生产甲醇要增加温室气体二氧化碳的排放量，而导致地球以煤化工生产甲醇要增加温室气体二氧化碳的排放量，而导致地球的温室效应等等，开展了一系列反宣传及反措施企图控制甲醇燃料的温室效应等等，开展了一系列反宣传及反措施企图控制甲醇燃料的发展空间。的发展空间。进入本世纪以来，随着石油危机的日益加剧，石油价格出现了飞涨，进入本世纪以来，随着石油危机的日益加剧，石油价格出现了飞涨，从从12美元桶升至美元桶升至60美元桶，这就为煤制甲醇的价格营造了一个美元桶，这就为煤制甲醇的价格营造了一个较大范围的竟争空间，甲醇燃料出现了竞争优势。较大范围的竟争空间，甲醇燃料出现了竞争优势。随着我国煤制甲醇技术的大力推广，目前我国在甲醇燃料的生产和随着我国煤制甲醇技术的大力推广，目前我国在甲醇燃料的生产和应用方面取得了很大的发展。最近在山西、陕西、山东、北京、重应用方面取得了很大的发展。最近在山西、陕西、山东、北京、重庆等地正准备建设庆等地正准备建设6个年生产个年生产60万吨甲醇的生产基地，根据可行性万吨甲醇的生产基地，根据可行性评价结论证实，其完成成本均在评价结论证实，其完成成本均在600850元吨之间，即使按等元吨之间，即使按等热值计算，其价格也大大低于汽、柴油。根据测算不同的大、中、热值计算，其价格也大大低于汽、柴油。根据测算不同的大、中、小型甲醇生产装置，甲醇吨产品的投资大约在小型甲醇生产装置，甲醇吨产品的投资大约在17003000元范围元范围内，如以改造和新建相结合，平均吨甲醇投资可按内，如以改造和新建相结合，平均吨甲醇投资可按2000元计。另外，元计。另外，甲醇生产可充分利用焦炉气和高硫煤资源，起到变废为利、化废为甲醇生产可充分利用焦炉气和高硫煤资源，起到变废为利、化废为宝的作用，可以解决全国煤储量一半以上的高硫煤的出路问题，利宝的作用，可以解决全国煤储量一半以上的高硫煤的出路问题，利于我国的经济、环境及社会的可持续发展，是良好的循环经济工程于我国的经济、环境及社会的可持续发展，是良好的循环经济工程二、乙醇汽车的发展二、乙醇汽车的发展三、甲醇与乙醇燃料的性能比较三、甲醇与乙醇燃料的性能比较乙醇主要来自于粮食资源，具有再生性，能促进陈化粮的乙醇主要来自于粮食资源，具有再生性，能促进陈化粮的消耗，但从经济性分析，一般生产消耗，但从经济性分析，一般生产1吨乙醇要消耗吨乙醇要消耗33.5吨粮食，而且，由于我国粮价较高，乙醇生产工艺落后，吨粮食，而且，由于我国粮价较高，乙醇生产工艺落后，所以生产乙醇的成本较高，车用乙醇还要进行防水、防腐所以生产乙醇的成本较高，车用乙醇还要进行防水、防腐蚀等，也会增加成本，目前，乙醇在汽油机上得到了一定蚀等，也会增加成本，目前，乙醇在汽油机上得到了一定应用应用5960。甲醇的来源广泛，可通过煤转化合成，还。甲醇的来源广泛，可通过煤转化合成，还可通过天然气制取、木材甚至垃圾来制取，而我国是一个可通过天然气制取、木材甚至垃圾来制取，而我国是一个煤炭资源较丰富的国家，利用煤炭制取甲醇符合了我国的煤炭资源较丰富的国家，利用煤炭制取甲醇符合了我国的国情，目前，我国已经具有非常成熟的煤制甲醇技术，且国情，目前，我国已经具有非常成熟的煤制甲醇技术，且生产成本也很低。另外，甲醇的含氧量和生产成本也很低。另外，甲醇的含氧量和C/H比都大于乙比都大于乙醇，因此甲醇较乙醇更清洁。醇，因此甲醇较乙醇更清洁。四、甲醇与乙醇作为汽车燃料的优势四、甲醇与乙醇作为汽车燃料的优势良好的动力性和经济性；降低良好的动力性和经济性；降低NOx和碳烟；和碳烟；缓解石油消耗；刺激农业生产。缓解石油消耗；刺激农业生产。一、醇类燃料的来源一、醇类燃料的来源 1、甲醇、甲醇又称木醇或木精又称木醇或木精甲醇可利用天然气、煤、石脑油、重质燃料、木材、垃圾甲醇可利用天然气、煤、石脑油、重质燃料、木材、垃圾等来提炼。传统方法主要以天然气为原料，反应式如下：等来提炼。传统方法主要以天然气为原料，反应式如下：100200大气压 200以下通过铜管CH4+0.5O2CH3OH+Q501 000大气压200270铜锌铝触媒剂CO+2H2CH3OH+Q煤制取甲醇的工艺是先将煤制成煤气，其主要成份煤制取甲醇的工艺是先将煤制成煤气，其主要成份H2、CO和和CO2分别占分别占50%、28%和和12%，在一定条件下，在一定条件下H2和和CO可以合成为甲醇：可以合成为甲醇：1、乙醇、乙醇乙醇又称酒精或火酒。乙醇可由乙烯水合而成，但主要是乙醇又称酒精或火酒。乙醇可由乙烯水合而成，但主要是通过含有糖（如甘蔗、甜菜）和淀粉（玉米、木薯、土豆）通过含有糖（如甘蔗、甜菜）和淀粉（玉米、木薯、土豆）的农作物发酵后制得。的农作物发酵后制得。二、醇类燃料的特性二、醇类燃料的特性1、燃料经济性好、燃料经济性好醇类燃料的辛烷值高，具有较好的抗暴性，因此可相应地醇类燃料的辛烷值高，具有较好的抗暴性，因此可相应地提高发动机的压缩比，从而有利于提高发动机的热效率。提高发动机的压缩比，从而有利于提高发动机的热效率。另外，火焰传播速度快，燃烧速度快，会增加定容燃烧部另外，火焰传播速度快，燃烧速度快，会增加定容燃烧部分，有利于提高热效率；醇类燃料的着火界限宽，利于采分，有利于提高热效率；醇类燃料的着火界限宽，利于采用稀混合气，降低燃料消耗。用稀混合气，降低燃料消耗。2、有害排放物低、有害排放物低甲醇和乙醇的含氧量分别为甲醇和乙醇的含氧量分别为50%和和347%，有利于改善燃，有利于改善燃烧，完全燃烧时只产生水和烧，完全燃烧时只产生水和CO2，而且，而且，C/H值较大，是值较大，是较为清洁的燃料。采用稀混合气，也有利于排气净化。较为清洁的燃料。采用稀混合气，也有利于排气净化。3、储运方便、储运方便甲醇和乙醇都是无色透明、易挥发的可燃液体，便于储运甲醇和乙醇都是无色透明、易挥发的可燃液体，便于储运和携带。和携带。4、低温起动性差、低温起动性差醇类燃料的汽化潜热大和饱和蒸汽压较低，造成混合气的醇类燃料的汽化潜热大和饱和蒸汽压较低，造成混合气的降温较大，使汽化困难，难以形成均匀、雾化良好的混降温较大，使汽化困难，难以形成均匀、雾化良好的混合气，同时会使压燃着火的延迟期变长，影响启动性能，合气，同时会使压燃着火的延迟期变长，影响启动性能，且工作粗暴。而且，醇类燃料的沸点较低，有助于与空且工作粗暴。而且，醇类燃料的沸点较低，有助于与空气形成混合气，但缺少高挥发性的组分，也对内燃机启气形成混合气，但缺少高挥发性的组分，也对内燃机启动不利。动不利。5、热值和能量密度较低、热值和能量密度较低与汽油和柴油相比，醇类燃料的热值和能量密度较低，因与汽油和柴油相比，醇类燃料的热值和能量密度较低，因此，输出相同的功率，需要醇类燃料的量相对会增加。此，输出相同的功率，需要醇类燃料的量相对会增加。6、有腐蚀作用、有腐蚀作用醇类燃料对铅锡镀层、镁、锌、铜、铝和黑色金属有一定醇类燃料对铅锡镀层、镁、锌、铜、铝和黑色金属有一定腐蚀作用。对腈橡胶有轻微的腐蚀、溶胀、软化或龟裂作腐蚀作用。对腈橡胶有轻微的腐蚀、溶胀、软化或龟裂作用。而且，甲醇有一定的毒性，会刺激人的视神经系统，用。而且，甲醇有一定的毒性，会刺激人的视神经系统，可导致视神经衰弱、失明等。甲醇在供油系统会产生不溶可导致视神经衰弱、失明等。甲醇在供油系统会产生不溶于醇的燃油氧化物，会造成供油系统堵塞。于醇的燃油氧化物，会造成供油系统堵塞。应用方式：掺烧、纯烧应用方式：掺烧、纯烧一、掺烧一、掺烧、在汽油机上掺烧醇类燃料、在汽油机上掺烧醇类燃料掺烧方式：混合燃料法掺烧方式：混合燃料法与汽油混溶（加助溶剂）与汽油混溶（加助溶剂）熏蒸法熏蒸法先物化再混合先物化再混合1、混合燃料法、混合燃料法1）乙醇与汽油混合）乙醇与汽油混合E10、E20特点：特点：动力性动力性不改变循环供油量时，功率下降不改变循环供油量时，功率下降 经济性经济性体积油耗大于纯汽油体积油耗大于纯汽油 排放性排放性CO、HC下降（含氧），下降（含氧），NOx不变不变 润滑差润滑差磨损加大磨损加大 易气阻易气阻馏出温度低、易挥发馏出温度低、易挥发 冷起动性差冷起动性差汽化潜热大，不易汽化汽化潜热大，不易汽化 易分层易分层乙醇吸水性强，而汽油排斥水乙醇吸水性强，而汽油排斥水2）甲醇与汽油混合）甲醇与汽油混合M5、M15、M85 性能与乙醇类似性能与乙醇类似2、熏蒸法、熏蒸法 双喷口化油器法双喷口化油器法掺烧比决定于量孔径比，掺烧比决定于量孔径比，可通过针阀调节。可通过针阀调节。混合掺烧法混合掺烧法 先由混合器混合先由混合器混合浮子室浮子室量孔量孔化油器化油器利用进气道真空吸入利用进气道真空吸入 真空控制掺烧比真空控制掺烧比 电喷电喷 进气管进气管喷嘴或电控化油器喷嘴或电控化油器 气缸气缸喷嘴直喷喷嘴直喷、在柴油机上掺烧醇类燃料、在柴油机上掺烧醇类燃料掺烧方式：乳化液法、熏蒸法、蒸气法、缸内直喷掺烧方式：乳化液法、熏蒸法、蒸气法、缸内直喷1、乳化液法、乳化液法 醇与柴油不易相溶，乳化困难，不易压燃。甲醇与柴醇与柴油不易相溶，乳化困难，不易压燃。甲醇与柴油混合燃料的稳定性较差，当甲醇含量超过油混合燃料的稳定性较差，当甲醇含量超过30%时，柴油时，柴油与甲醇容易分层，并且稳定存放的时间也缩短。稳定时间与甲醇容易分层，并且稳定存放的时间也缩短。稳定时间较长的在较长的在3850天。甲醇的乳化率大于天。甲醇的乳化率大于30%，会造成混，会造成混合燃料的滞燃期较长，发动机冷起动困难，工作粗暴。合燃料的滞燃期较长，发动机冷起动困难，工作粗暴。1）非稳定乳化液）非稳定乳化液 机械乳化机械乳化细化（超声波乳化器）、粉碎（搅拌器）细化（超声波乳化器）、粉碎（搅拌器）边乳化边进入发动机边乳化边进入发动机2）准稳定乳化液）准稳定乳化液 加入少量表面活性剂（司班、吐温、高级醇），稳定加入少量表面活性剂（司班、吐温、高级醇），稳定期为期为1天或数天天或数天3）微乳化液）微乳化液 加较多助溶剂，稳定期较长加较多助溶剂，稳定期较长4）高压油管中压力下降时乳化）高压油管中压力下降时乳化油泵出油阀回位，使油管压力下降，醇进入，利用紊流作油泵出油阀回位，使油管压力下降，醇进入，利用紊流作用形成乳化液用形成乳化液2、熏蒸法、熏蒸法 利用醇表面张力和黏度低的特点，将醇雾化与空气混合，利用醇表面张力和黏度低的特点，将醇雾化与空气混合，由进气管送入气缸，由柴油引燃。由进气管送入气缸，由柴油引燃。1）化油器法）化油器法 通过化油器雾化通过化油器雾化2）文丘里管法）文丘里管法 歧管上安装文丘里管，利用高速气流吸入醇（起动时，歧管上安装文丘里管，利用高速气流吸入醇（起动时，气流速度小，不吸入醇）气流速度小，不吸入醇）3）低压喷射）低压喷射 多点，进气管喷射多点，进气管喷射3、蒸气法、蒸气法先加热醇，形成气体，送入气缸先加热醇，形成气体，送入气缸4、缸内直喷、缸内直喷 电热塞燃油喷嘴甲醇喷嘴二、纯烧二、纯烧醇类燃料不易压燃，起动性差醇类燃料不易压燃，起动性差改进方案：提高压缩比；改进方案：提高压缩比；增大供油能力（防气阻）；增大供油能力（防气阻）；起动预热；起动预热；加大油箱等。加大油箱等。1、纯烧方法、纯烧方法1）火花塞点火）火花塞点火在发动机缸盖上装一个火花塞，通过喷嘴将燃油直接喷射在发动机缸盖上装一个火花塞，通过喷嘴将燃油直接喷射到缸内，形成不均匀混合气，靠火花塞点燃可燃混合气，到缸内，形成不均匀混合气，靠火花塞点燃可燃混合气，以火焰传播方式进行燃烧，因此它不同于传统的汽油机和以火焰传播方式进行燃烧，因此它不同于传统的汽油机和柴油机，而是一种非均匀混合气以火焰传播方式进行分层柴油机，而是一种非均匀混合气以火焰传播方式进行分层燃烧的方法。可以实现无烟燃烧，燃烧的方法。可以实现无烟燃烧，NOX的排放仅为柴油的排放仅为柴油机的机的1/3。2 2）电热塞助燃法）电热塞助燃法在柴油机缸盖上某一适当部位安装一个电热塞，在发动机在柴油机缸盖上某一适当部位安装一个电热塞，在发动机起动时，先将电热塞预热，喷嘴把甲醇直接喷到电热塞炽起动时，先将电热塞预热，喷嘴把甲醇直接喷到电热塞炽热的电热塞表面上，进而使甲醇着火燃烧。热的电热塞表面上，进而使甲醇着火燃烧。可以燃用纯甲醇可以燃用纯甲醇M100，实现无烟燃烧。电热塞点火，点，实现无烟燃烧。电热塞点火，点火能量和面积均大，对点火位置处混合气浓度要求不向火火能量和面积均大，对点火位置处混合气浓度要求不向火花塞那样严格，特别适合不均匀混合气点火。花塞那样严格，特别适合不均匀混合气点火。3）热面助燃法）热面助燃法甲醇发生表面着火的温度比柴油、汽油低得多，并且其表甲醇发生表面着火的温度比柴油、汽油低得多，并且其表面着火温度随着气缸内气体温度及热面表面积的增加而降面着火温度随着气缸内气体温度及热面表面积的增加而降低。根据这一特点，将一块绝缘材料板用少量金属热线缠低。根据这一特点，将一块绝缘材料板用少量金属热线缠绕，并将其固定在气缸盖底面的其一适当位置上，使喷嘴绕，并将其固定在气缸盖底面的其一适当位置上，使喷嘴喷出的甲醇恰好有一部分能够喷到绝缘板上。当发动机起喷出的甲醇恰好有一部分能够喷到绝缘板上。当发动机起动时，首先接通电源，加热热线。甲醇被喷到绝缘板上即动时，首先接通电源，加热热线。甲醇被喷到绝缘板上即被热线点燃，引起着火。被热线点燃，引起着火。助燃法的主要缺点：增加燃烧室的复杂程度；对火花塞、助燃法的主要缺点：增加燃烧室的复杂程度；对火花塞、电热塞等的热疲劳强度、点火能量等要求很高，还要考虑电热塞等的热疲劳强度、点火能量等要求很高，还要考虑甲醇喷射方向与助燃热源的优化匹配甲醇喷射方向与助燃热源的优化匹配15,16,19,20,21。低负荷火焰传播速度低，有时还会有失火现象发生，因而低负荷火焰传播速度低，有时还会有失火现象发生，因而热效率低，热效率低，HC、CO排放差。排放差。4）甲醇裂解法或变质法）甲醇裂解法或变质法 甲醇裂解法甲醇裂解法方法方法1：纯甲醇：纯甲醇 CH3OH 2H2+CO方法方法2：甲醇及水溶液：甲醇及水溶液 CH3OH+H2O 3H2+CO生成生成66.7%H2和和33.3%CO与空气混合后作为内燃机燃料与空气混合后作为内燃机燃料这种燃料燃烧速度快、着火界限宽，但热值低这种燃料燃烧速度快、着火界限宽，但热值低约约24.3MJ/Kg 变质法变质法利用催化方法使部分甲醇变质为二甲醚（利用催化方法使部分甲醇变质为二甲醚（DME）2CH3OH CH3OCH3+H2O+QDME自燃温度低（自燃温度低（350），易于压燃。），易于压燃。日本北海道大学的压燃式甲醇发动机日本北海道大学的压燃式甲醇发动机DME自燃温度低（自燃温度低（350），易于压燃。），易于压燃。DME可从进气管与空气混合进入气缸可从进气管与空气混合进入气缸或直接喷入或直接喷入DME点燃室点燃室DME在气缸内压燃后点燃喷入的大部分甲醇在气缸内压燃后点燃喷入的大部分甲醇三、醇类内燃机排气污染三、醇类内燃机排气污染烟度、烟度、NOx、CO2下降；下降；HC、CO、增加；、增加；增加了未燃醇（低负荷）、醛类有害物质。增加了未燃醇（低负荷）、醛类有害物质。方法：氧化催化器方法：氧化催化器
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