甲醇汽车与甲醇燃料

山西能源与节能2007年第4期(总第47期)SHANXI ENERGY AND CONSERVATION2007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都应考虑甲醇的特性,同时甲醇汽车所使用的燃料必须符合燃料甲醇质量标准,以保证发动机的正常运行。关键词:汽车;燃料;甲醇;汽油中图分类号:TQ223.12*1文献标志码:A汽油的特性进行的。汽油是Ce-Cu的烃类混合物,其沸程范1奇瑞甲醇一 -汽油燃料轿 车的成功开发围宽达35 C~ 200 e,甲醇是单- -沸点(65 C )的化合物，奇瑞汽车有限公司对国内外甲醇汽车研制开发状况进两者的物理化学性质比较如表1所示。行大量的前期调研工作，接着又投入了1 600万元资金进行表1甲醇和汽油的物理化学性质发动机和整车的研制,经过不断努力,终于成功开发了拥有性质甲醇汽油自主知识产权的奇瑞一新旗云牌甲醇- -汽油燃料轿车。此前|分子式CH,0H Cr C。的碳氢化合物我国甲醇汽车的研究示范工作重点是在各种比例甲醇的掺相对分子质量32.04约100烧以及“在用车”的改装上,这次奇瑞公司推出的甲醇轿车元素质量组成1%填补了我国自主生产甲醇汽车的空白，开创了我国推广应C9。碳氢化合物用甲醇汽车的新局面。375奇瑞公司在山西太原对新车进行为期数月的道路行车试(密度( 20C )/(kgL)0.7920.73验,取得了满意的试验结果。2007年6月11日在太原市召开了| 冰点C-96.0<-60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|沸点心64.727-225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| 汽化热/( kJkg)1167293-841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。燃烧热/(kJ/kg)19930430302汽车与燃料| 蒸汽压( 38C )mmHg239362~77519世纪人们根据热力学热能功转化定律发明了内燃水中溶解度1( m/L)互溶100-200机,其中汽油机的“奥托(otto )循环”是内燃机的循环之一,| 闪点rC .26.亦即利用液体或气体燃料，直接在气缸中燃烧爆震,产生巨蒸汽密度( 101325kPa1OC )(@/L).42-5大的压力,推动活塞往复运动,再由曲轴转化为平面移动作I燃烧上限功,内燃机是汽车的“心脏”,而燃料则是产生“能量"的“血体积分数1%36.57.6温度心C43-13--12液”,两者是相互依存而密不可分的。柴油机是依据"Diesel循环”也是利用燃料燃烧产生的燃烧下限体积分数/%5.014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温度心7用燃料的特性如沸程、蒸汽压抗爆性等选择合理的参数进自然温度rC500456行内燃机各部件的设计。| 辛烷值112(RON) 70-90( MON)| 理论混合气进气温度心122.421.63汽油与甲醇| 理论混合气热值(kJhg)265027803.1汽油和甲醇的物理化学性质比较| 理论空燃比1(kgkg).514.8汽油是发动机的传统燃料，发动机的设计制造都是按|层流燃烧速度1( m/s )523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,发于天津大学化工系,研究员。●14●山西能源与节能2007年12月动机的热效率明显提高。现有甲醇生产厂都是按照化工甲醇的标准进行甲醇生b)甲醇的燃烧速度和火焰传播速度比汽油快,所以燃产,化工甲醇主要用作化工原料。所以产品纯度是质量控制烧的定容性较好,燃烧持续期短,过后燃烧程度小,有利于热的主要内容，标准中12项指标都是围绕甲醇化合物自身特效率提高。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c)甲醇是含氧燃料,在燃烧过程中有自供氧效应,在的燃烧特性来制定标准,所以两者的要求有所区别。内燃机中燃烧较均匀,减少了局部富氧或缺氧的几率,CO和4.1 标准内容不同HC的产生量减少,排放量降低,从而使燃烧效率和热效率均化工甲醇已有质量标准GB 338- -2004。提高,能耗率降低。有12项指标:色度、密度沸程高锰酸钾试验水溶性试验、d)甲醇的汽化热比汽油高两倍多,当其进入气缸后，水份含量、酸度碱度羰基化合物蒸发残渣硫酸洗涤、乙醇量。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燃料甲醇目前只有山西省地方标准DBI4/T 93- 2002。发,利用了废热余热而使自身的能位提高,又降低了气缸、燃有8项指标:密度.沸程、酸度碱度、蒸发残渣、水分含烧室和气缸盖的温度,从而减少了外传热量,提高了热效率。.量羰基化合物、辛烷值。e)甲醇的着火燃烧浓度界限比汽油的相应范围宽得多，4.2生产工艺不同所以比汽油更容易稀燃，稀燃是-种节能燃烧和完善燃烧的化工甲醇生产的目的是纯甲醇。合成工艺用的催化剂形式,它有利于热效率的提高,而且,压缩比愈高,负荷愈大,性能尽量提高甲醇的选择性和转化率,大于1个碳的醇类作愈容易稀燃。为残渣必须蒸馏除掉。f)甲醇的含碳量比汽油低,它在气缸内充分燃烧后排燃料甲醇是用作发动机燃料,辛烷值是-项重要指标。出的最终产物为CO2和H20,因此,大大减少了碳粒和CO的除甲醇外,CrC醇类对改善燃烧性能有用,所以对合成催化排出,也使热效率和经济性改善。剂的要求尽量提高Cr~C,醇类的选择性和转化率,对造成喷g)使用甲醇可将点火提前角和喷油提前角调整到最佳油嘴堵塞和结碳的杂质必须除去。值,从而获得更高的热效率和更大的功率。5甲醇汽车 与甲醇燃料.3 甲醇燃料的缺陷a)腐蚀性凡用甲醇作为发动机燃料的汽车统称为甲醇汽车。其甲醇以及甲醇燃烧反应过程中产生的甲醛、甲酸、大量中利用甲醇部分代替汽油的称为“掺烧”,如Ms -Moo如用甲水蒸汽、未燃甲醇等均对金属表面有腐蚀性,造成燃烧室周醇85% ~100% ( Me-~Mw)替代汽油则称为全甲醇汽车,低中围机件的磨损,如进排气门座、进排气门、气门导管、活塞环、比例甲醇掺烧可以不改 动原有发动机,但因甲醉特性与汽油缸套等。所以在设计新的发动机时要选择合适的机件材质和发动机不相适应,故应加入某些添加剂使甲醇“变性”,以弥热处理工艺,如气门将铁类合金改为镍类合金,气门座烧结补本身存在的缺陷。对全甲醇汽车则应按照甲醇特性重新设材料中忝加硬质微粒并作铅熔渗处理、活塞环镀铬等。计制造甲醇发动机。甲醇汽车使用化工甲醇应将甲醇“变b)溶胀性性”,变成燃料甲醇,然后再配制成甲醇燃料。甲醇会使- -般的橡胶、塑料件溶胀,所以在油箱、油泵、6甲醇汽车的推广应用油管道等接触甲醇的部件,应该选择耐溶胀材料。e)冷起动a)奇瑞汽车公司推出全新的甲醇汽车,其基础是先前甲醇的初佛点比汽油高,甲醇的汽化潜热(1167 kJkg)曾对甲醇发动机进行大量的研发工作:是汽油的(380~ 500 kJkg)二倍多,甲醇在进气管道内汽化一发 动机本体开发:压缩比变更、火花塞匹配、零部时要吸收大量的热,使进气管温度降低,造成甲醇汽化困难，件开发等。并且混合气温度很低,进入气缸后造成缸温很低,并且甲醇一燃油 系统开发:解决油泵、油箱油管、油滤的耐醇汽化量少,难以着火起动。另外,由于甲醇导电率高于汽油，问题。在冷起动时,由于使用过浓的混合气,混合气中的液态成分一冷起动:设计冷起动喷嘴,增没起动用注油系统。较多,易于引起火花塞短路。目前冷起动问题通过各种手段用单点喷射,发动机ECU内集成冷起动系统控制程序,冷起已获得解决。动操作自动启停等。d)非常规排放物高电控开发:使整体经济性能和排放性能等各项指甲醇燃烧反应过程中产生甲醛、甲酸等化合物作为非标达到开发预期目标。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b)燃料甲醇质量是甲醇汽车保持正常运行的重要保证，器处理后可以达到尾气排放标准要求。所以要求从燃料甲醇生产厂,输配、加注系统,直到汽车油箱e)甲醇和汽油互溶性差人口前都应保证所用燃料甲醇的质量。而且燃料甲醇最好由甲醇和汽油的互溶性差。特别是含有少量水份时,分层定点厂生产供应。现象更为严重,当采用低比例甲醇掺烧时,可以用加人添加c)车用润滑油也是影响甲醇燃料发动机磨损程度的关剂的办法解央。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。4化工甲醇与燃料甲醇