甲醇汽油的技術(shù)問(wèn)題評(píng)述與研究

賈愛(ài)芹，呂昌斌

（黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454150）

近代以來(lái)，隨著世界經(jīng)濟(jì)水平的提高和人類(lèi)技術(shù)的不斷提升，人類(lèi)社會(huì)對(duì)石油的需求也變得愈加俱上，但是沒(méi)有節(jié)制的開(kāi)采使得地球能源大幅度降低，雖然近幾年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于石油的需求量有所減少，但是全球總的石油需求量仍然不斷上升，能源的短缺不僅造成了全球范圍貧富差距的拉大，而且還引起了國(guó)家與民族之間的矛盾，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，從而開(kāi)發(fā)新型能源變得刻不容緩。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對(duì)于石油的需求也在快速地提升。然而，我國(guó)有將近60%的石油需求依賴(lài)于進(jìn)口，現(xiàn)在已成為世界上第二大能源需求國(guó)。據(jù)有關(guān)專(zhuān)家統(tǒng)計(jì)，截至2020年，我國(guó)對(duì)于進(jìn)口石油的依賴(lài)度將會(huì)超越60%，石油需求總量將接近5億t的水平，汽車(chē)擁有量超越1億，車(chē)用燃料消耗石油總量占據(jù)了50%以上。巨大的石油需求不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，而且還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，因此，為了減少環(huán)境污染，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約石油使用量，需要尋找一種安全可靠、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)節(jié)約型的代用燃料變得尤為重要。

甲醇是一種無(wú)色、透明、易燃、易揮發(fā)液體，將甲醇部分添加到汽油中，可配置出具有良好動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的甲醇汽油，甲醇來(lái)源廣泛，還具有污染小、燃燒時(shí)無(wú)煙等特點(diǎn)，是一種重要的代用燃料。在我國(guó)推廣使用甲醇汽油，具有以下好處：降低環(huán)境污染，提高就業(yè)人口，緩解能源壓力，改善城市環(huán)境。

1 甲醇汽油的技術(shù)特性評(píng)述

甲醇燃燒的化學(xué)反應(yīng)式為：

2CH4O+3O2=2CO2+4H2O

由上式可知，完全燃燒一個(gè)甲醇分子，需要消耗四個(gè)氧原子，其中甲醇自身供應(yīng)一個(gè)氧原子，汽油本身不含氧原子。根據(jù)計(jì)算可知，汽油的理論空燃比為14.7，甲醇的理論空燃比為6.47，甲醇與汽油相比具有以下特性：

（1）根據(jù)質(zhì)量計(jì)算，由于甲醇自身含有氧原子，因此甲醇在燃燒過(guò)程中消耗的氧氣數(shù)量要小于汽油燃燒，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的尾氣也要比汽油燃燒要小得多，因此甲醇作為替代燃料使發(fā)動(dòng)機(jī)的整體效率提升，污染減少。

（2）從熱效率方面來(lái)說(shuō)，由于甲醇的熱值較低，因此，在同等熱效率下，甲醇燃燒的燃油消耗率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油的燃油消耗率；它完全燃燒所需過(guò)量空氣系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油燃燒所需過(guò)量空氣系數(shù)。

（3）甲醇具有較高的辛烷值，抗震抗暴性能較強(qiáng)，現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)都是通過(guò)提高空氣壓縮比來(lái)提高發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率。

（4）甲醇的燃點(diǎn)比汽油高，不易發(fā)生火災(zāi)，沸點(diǎn)比汽油低，較易與空氣結(jié)合燃燒。

（5）甲醇的汽化潛熱與汽油相比較大，較大的汽化潛熱可以有效改善發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻效能，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力。

（6）甲醇著火界限較寬，能夠在較為稀釋的混合氣體中燃燒，降低了燃油的消耗，提高了排氣效率。

（7）甲醇在常壓下為液態(tài)，較易攜帶儲(chǔ)存。

由以上甲醇的優(yōu)良特性可知：一定濃度的甲醇汽油相比于普通汽油燃燒效率增高、污染排放降低、發(fā)動(dòng)機(jī)功率增高等方面要優(yōu)于汽油燃燒。

2 甲醇汽油對(duì)人體和環(huán)境的影響

（1）甲醇的毒性和安全性。甲醇是一種中等毒性物質(zhì)，在化學(xué)上同汽油的性質(zhì)一樣，有毒，但絕非劇毒。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外對(duì)甲醇毒性的多次研究證明，在操作規(guī)范的前提下，甲醇作為石油的替代燃料是安全可行的。

美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)報(bào)告指出，甲醇毒性對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響要小于汽油，將毒性用百分制來(lái)評(píng)價(jià)，如果汽油的的毒性為100分，乙醇的毒性為50分，甲醇的毒性則為30分。報(bào)告指出，甲醇在水中的分解效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于石油和柴油，甲醇的分解速度以小時(shí)計(jì)，而石油的分解速度以年計(jì)算。由于土壤中的微生物可以分解甲醇，所以甲醇泄露到土壤中其產(chǎn)生的毒性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于汽油和柴油。

我國(guó)在六五期間，北京醫(yī)科大學(xué)就甲醇的毒性原理，甲醇對(duì)人體健康的影響等課題做了深入研究，根據(jù)三年以來(lái)對(duì)此毒性的深入跟蹤調(diào)查以及跟正常人身體機(jī)能的嚴(yán)格對(duì)比，我國(guó)得出了與美國(guó)能源部基本一致的結(jié)論，即只要操作得當(dāng)，甲醇對(duì)于人體健康不存在威脅。另外，從消防方面考慮，由于甲醇的蒸氣壓較小，密度較大，因此甲醇燃燒產(chǎn)生的蒸汽較汽油相比不易上?。淮送?，甲醇具有良好的傳導(dǎo)性，能夠減少燃燒時(shí)產(chǎn)生的靜電，降低火災(zāi)發(fā)生的可能性，同時(shí)使油泵輸送速率加快；甲醇的燃燒熱輻射較低，降低了造成二次火災(zāi)的可能性。

（2）甲醇的運(yùn)輸安全性。甲醇汽油的運(yùn)輸不僅要考慮其自身的物理特性，還要考慮其作為燃料的燃點(diǎn)、閃點(diǎn)、密度、蒸發(fā)性等方面。①自燃點(diǎn)是指不與外界火焰發(fā)生接觸，單純靠外界溫度進(jìn)行自燃時(shí)的溫度，如果自燃點(diǎn)較低，在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生意外事故時(shí)發(fā)生爆炸的概率較大；②閃點(diǎn)是指與明火接觸發(fā)生燃燒的溫度，如果閃點(diǎn)低的話(huà)則汽車(chē)燃燒系統(tǒng)易發(fā)生起火或產(chǎn)生爆炸。爆炸的極限值過(guò)低、蒸發(fā)性好、密度大于空氣沉積地面都容易發(fā)生起火燃燒；③同一種燃料自身性質(zhì)相對(duì)于安全性來(lái)說(shuō)也是相互矛盾的，例如密度小的基本上蒸發(fā)性也好，到底是安全還是危險(xiǎn)需要視情況而定。汽油比柴油的密度小，蒸發(fā)性好，兩者相對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)密度大，都會(huì)在地面沉積，所以?xún)烧咭悦芏茸鳛榘踩缘膮⒖家罁?jù)不能成立。④主要考慮蒸發(fā)性，由蒸發(fā)性來(lái)看的話(huà)，汽油相對(duì)柴油更危險(xiǎn)。天然氣比汽油的密度低，蒸發(fā)性好。以蒸發(fā)性作為參考，天然氣顯然更危險(xiǎn)，但汽油蒸發(fā)性較高。以密度作為參考，由于天然氣的密度比汽油低，同時(shí)也低于空氣密度，當(dāng)天然氣發(fā)生泄漏時(shí)會(huì)迅速上升，從而飄散在空氣中，所以由此可見(jiàn)汽油相對(duì)于天然氣更危險(xiǎn)。

（3）甲醇汽車(chē)的使用安全性。①甲醇汽車(chē)常規(guī)排放物。除了毒性和運(yùn)輸安全性?xún)煞矫?，人們?duì)甲醇汽車(chē)的排放氣體問(wèn)題也特別關(guān)注。由國(guó)際能源機(jī)構(gòu)發(fā)表的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)報(bào)告中可看出（對(duì)汽油、柴油、甲醇、CNG、LPG等幾種燃料實(shí)驗(yàn)），甲醇汽車(chē)的常規(guī)排放物比普通汽車(chē)加裝三元催化器的排放低，NOx在清潔燃料中則是最低的。我國(guó)也做過(guò)汽油汽車(chē)和甲醇汽車(chē)的排放實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明甲醇汽車(chē)（M90）的排放低于汽油汽車(chē)；②甲醇汽車(chē)非常規(guī)排放物。據(jù)美國(guó)大氣資源局評(píng)估，甲醛和乙醛的毒性分別是苯的1/10、1/5。由此可判斷甲醇的非常規(guī)排放物比汽油低。

3 甲醇汽油作為汽車(chē)替代能源的主要技術(shù)問(wèn)題

從甲醇的理化性能來(lái)看，甲醇汽油作為汽車(chē)的替代能源主要有以下方面的技術(shù)問(wèn)題：腐蝕性、低溫啟動(dòng)問(wèn)題、熱值較低問(wèn)題、低分層問(wèn)題、溶脹問(wèn)題。

（1）甲醇汽油的腐蝕性問(wèn)題。甲醇對(duì)一些金屬材料有腐蝕性(例如鎂、鉛、鋁等)，因此要對(duì)甲醇加入醇類(lèi)腐蝕抑制劑，降低對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的損害，使發(fā)動(dòng)機(jī)工況正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此可以說(shuō)，醇類(lèi)燃料腐蝕抑制劑的研制與應(yīng)用會(huì)直接關(guān)系到醇類(lèi)燃料的開(kāi)拓與發(fā)展。

（2）甲醇汽油的低溫啟動(dòng)問(wèn)題。甲醇汽油已解決了在冬季難以汽化，使發(fā)動(dòng)機(jī)不能順利啟動(dòng)的問(wèn)題，采用了加助燃劑的方法，達(dá)到了-25℃的冷車(chē)順利啟動(dòng)問(wèn)題。

（3）甲醇汽油的遇水分層問(wèn)題。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB338-2O04規(guī)定甲醇含水量小于0.15%，但醇油易吸水而油庫(kù)油站中又經(jīng)常有水，這使得一般醇油的使用發(fā)生困難。若事先在油庫(kù)油站加用防水劑，其防水能力達(dá)到1%，其抗微量水能力已解決。

4 結(jié)語(yǔ)

甲醇用作一種燃料，其排放尾氣中的CO、NO等含量降低，有利于環(huán)境保護(hù)；而更重要的就是用甲醇用作燃料，這樣能夠優(yōu)化我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，而且還會(huì)降低人類(lèi)社會(huì)對(duì)石油的嚴(yán)重依賴(lài)，因而它將會(huì)成為當(dāng)前較佳的汽油替代燃料，這些優(yōu)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)甲醇燃料汽車(chē)。

目前，甲醇燃料初期的應(yīng)用市場(chǎng)現(xiàn)已初步形成，低濃度甲醇一汽油混合燃料也已商業(yè)化，并且得到了廣泛的使用：高濃度和純甲醇燃料也已有開(kāi)發(fā)并投入了試運(yùn)行。甲醇汽油將會(huì)是未來(lái)的一個(gè)大方向，擁有很好的發(fā)展前景。

［1］梁瑋.甲醇汽油的研究開(kāi)發(fā)及應(yīng)用現(xiàn)狀［M］.四川：中外能源出版社，2006.

［2］邊耀章，等，汽車(chē)新能源技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］吳域琦，馮心理.甲醇——后石油時(shí)代的一顆明星［M］．中國(guó)科協(xié)年會(huì)，2006.