甲醇代用燃料在乘用车上应用的展望

　　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，从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

　　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，主要方向為甲醇与汽油参混，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烧，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。

　　2.3 我国甲醇燃料的产量及价格分析

　　甲醇的制备方法根据所采用原料不同可分为天然气制甲醇、煤炭制甲醇、焦炉气制甲醇、化肥联醇制甲醇和再生原料制甲醇。我国由于煤炭资源相对丰富，现有甲醇生产企业200多家，以煤炭为主要原料的厂家占到70%，其他以天然气、焦炉气、渣油等为原料，原料来源丰富。

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