甲醇作为能源替代品的可行性分析.doc

1、甲 醇 作 为 能 源 替 代 品 的 可 行 性 分 析一 、 甲 醇 的 物 理 性 质甲 醇 的 分 子 式 ： CH3OH， 英 文 名 称 ： methanol、 methyl alcohol， 也 称 为 木 精 、 木 醇 、 木 酒 精 。甲 醇 是 一 种 无 色 、 透 明 、 易 挥 发 、 可 燃 的 液 体 ， 略 带 酒 精 味 。 沸 点64.5 64.7 、 熔 点 -97.8 、 闪 点 根 据 纯 度 不 同 而 各 异 （ 范 围 ：12 16 ） ， 自 燃 点 473 ， 相 对 密 度 0.7913， 折 光 率 1.3287， 爆炸 极 限 60

2、35 （ 在 空 气 中 爆 炸 范 围 ） 。 甲 醇 有 毒 、 易 燃 烧 ， 甲 醇 对眼 睛 有 影 响 ， 严 重 时 可 导 致 失 明 。 甲 醇 能 与 水 、 乙 醇 、 乙 醚 、 苯 、 酮 类和 大 多 数 有 机 溶 剂 限 混 合 。 甲 醇 易 于 吸 收 水 蒸 汽 、 二 氧 化 碳 和 某 些 其 它物 质 ， 因 此 只 有 用 特 殊 的 方 法 才 能 制 得 完 全 无 水 的 甲 醇 。 同 样 也 难 以 从甲 醇 中 清 除 有 机 溶 质 。甲 醇 是 一 种 用 途 很 广 的 泛 的 基 本 有 机 化 工 原 料 和 重 要 的 溶

3、剂 ， 广 泛用 于 有 机 合 成 、 染 料 、 医 药 、 农 药 、 轻 工 、 纺 织 及 运 输 业 等 工 业 。甲 醇 作 为 燃 料 替 代 汽 油 相 关 的 其 他 物 理 性 质 ， 参 见 istis 网 站的 另 一 篇 文 章 “二 甲 醚 作 为 能 源 替 代 品 的 可 行 性 分 析 （ 一 ） ” （ http:/172.16.103.131/updata/newsadmin/show.asp?id=3705） 。二 、 甲 醇 作 为 替 代 燃 料 的 能 量 密 度所 谓 能 量 密 度 是 指 单 位 质 量 或 单 位 容 积 的 某 种 能

4、源 所 能 释 放 出 来 的能 量 ， 它 是 评 价 机 动 车 代 用 燃 料 的 重 要 指 标 。表 1： 几 种 代 用 燃 料 的 能 量 密 度燃 料 能 源 密 度 相 对 于 汽 油 的 相 对 于 柴 油 的 相 对 于 汽 油 相 对 于 柴 油 的能 源 密 度 系 数 能 源 密 度 系 数 的 容 积 系 数 容 积 系 数汽 油 32.72 1 0.917 1 1.09柴 油 35.69 1.09 1 0.0917 1甲 醇 16.01 0.489 0.449 2.04 2.229（ 资 料 来 源 ： 张 晶 等 ， 机 动 车 代 用 燃 料 性 能 比 较

5、 ， 内 蒙 古 环 境 保 护 ，2005， l7（ 4） ： 27 29）从 表 1 数 据 中 不 难 看 出 ， 目 前 甲 醇 作 为 代 用 燃 料 尚 不 能 与 传 统 汽 油车 和 柴 油 车 的 单 位 行 程 媲 美 。三 、 甲 醇 作 为 燃 料 的 优 势1、 作 为 民 用 清 洁 燃 料早 在 “六 五 ”时 期 ， 中 国 政 府 就 投 巨 资 在 山 西 省 建 设 煤 制 甲 醇 燃 料及 清 洁 汽 车 产 业 化 示 范 基 地 ， 按 规 划 ， 到 2010 年 山 西 省 燃 料 甲 醇 生产 能 力 将 达 l0Mt/a， 其 推 广 地 首

6、 选 北 京 。 北 京 的 公 交 车 冬 天 一 直 使 用 以甲 醇 为 主 要 原 料 的 防 冻 液 ； 而 日 常 生 活 中 燃 料 甲 醇 及 灶 具 自 1983 年起 就 逐 步 形 成 产 品 ， 进 人 市 场 ， 现 已 在 全 国 形 成 产 业 ， 并 颁 布 了 国 标GB16663 1996 醇 基 液 体 燃 料 及 农 业 部 部 颁 标 准NY311 1997 醇 基 民 用 燃 料 、 NY312 1997 醇 基 民 用 燃 料 灶 具 ， 燃 料 甲 醇 经 过 近 20 年 的 家 用 灶 具 、 火 锅 灶 具 、 餐 饮 及 食 堂 大 灶

7、的 使用 证 明 ， 比 油 料 、 液 化 气 更 安 全 可 靠 、 洁 净 卫 生 。2、 作 为 车 用 燃 料 替 代 汽 油甲 醇 是 一 种 物 理 化 学 性 质 与 汽 油 近 似 的 有 机 燃 料 。 可 以 由 天 然 气 、煤 、 生 物 原 料 等 生 产 制 得 。 甲 醇 用 于 汽 车 替 代 燃 料 ， 主 要 是 按 照 一 定 的比 例 ， 同 汽 油 进 行 混 合 以 达 到 改 善 尾 气 排 放 、 节 约 能 源 的 目 的 。 目 前 ，经 实 践 广 泛 使 用 的 有 按 85 甲 醇 和 15 汽 油 进 行 混 合 的 M85 燃 料

8、 ，以 及 100 甲 醇 的 M100 燃 料 。早 在 1984 年 ， 德 国 大 众 公 司 就 生 产 了 400 辆 甲 醇 灵 活 燃 料 轿 车 ，赠 送 给 洛 杉 矶 奥 运 会 ， 后 来 美 国 福 特 公 司 首 批 生 产 了 6 万 辆 甲 醇 燃 料轿 车 投 放 美 国 市 场 。甲 醇 之 所 以 能 够 作 为 汽 车 燃 料 ， 主 要 是 由 甲 醇 本 身 的 性 质 特 点 所 决定 。（ 1） 抗 爆 性 好 ： 甲 醇 的 辛 烷 值 大 ， 马 达 法 辛 烷 值 （ MON） 为106， 研 究 法 辛 烷 值 （ RON） 为 112，

9、远 高 于 普 通 汽 油 。 甲 醇 与 汽 油 混 溶后 辛 烷 值 比 同 标 号 汽 油 提 高 3 5 个 单 位 ， 可 以 提 高 汽 车 发 动 机 的 压 缩比 ， 起 到 抗 爆 剂 的 作 用 ， 防 止 汽 油 机 出 现 爆 震 现 象 。（ 2） 理 论 混 合 气 热 效 率 高 ： 甲 醇 的 热 值 为 19.9MJ kg， 汽 油 热值 为 43.50MJ kg， 但 甲 醇 理 论 混 合 气 的 热 效 率 却 与 汽 油 相 当 ， 这 是 甲醇 能 够 成 为 汽 车 燃 料 的 主 要 条 件 。 许 多 赛 车 使 用 甲 醇 燃 料 ， 就 是

10、 因 为 其热 效 率 很 高 。（ 3） 着 火 极 限 宽 ： 汽 油 和 甲 醇 的 着 火 极 限 分 别 是1.4 7.6 和 6.7 36.0 ， 甲 醇 燃 料 能 够 在 较 宽 的 混 合 气 浓 度 范围 内 工 作 。（ 4） 排 放 物 安 全 ： 甲 醇 是 一 种 毒 性 有 机 化 合 物 ， 可 经 呼 吸 道 、 消 化道 和 皮 肤 接 触 方 式 进 入 人 体 ， 破 坏 人 的 神 经 和 视 觉 系 统 。 作 为 燃 料 ， 甲醇 发 生 火 灾 的 可 能 性 比 汽 油 小 ， 且 火 灾 后 造 成 的 危 害 也 比 汽 油 轻 。 低 浓

11、度 时 ， 甲 醇 的 毒 性 要 小 于 汽 油 。表 2： 甲 醇 和 汽 油 的 危 害 比 较指 标 甲 醇 汽 油可 能 性 特 定露 天 空 间48（ 2 4） 192着 火 性着 火 后 的 危 害 性 火 灾 损 害 程 度可 灭 火 性火 焰 可 见 度37810101吸 入 低 浓 度 时 毒 性可 能 性103104吸 入 高 浓 度 时 毒 性可 能 性103104皮 肤 接 触 时 毒 性可 能 性9383毒 性口 服 时 毒 性可 能 性108（ 2） 2103注 1： 括 号 中 数 字 为 改 变 设 计 后 可 降 低 的 值 。注 2： 括 号 中 数 字

12、表 示 添 加 剂 存 在 时 的 可 能 性 。（ 资 料 来 源 ： 王 翔 等 ， 甲 醇 、 汽 油 及 甲 醇 汽 油 作 内 燃 机 燃 料 的 性 质比 较 ， 化 工 时 刊 ， 2005， 19（ 3） ： 46 49）（ 5） 清 洁 、 环 保 性 能 ： 甲 醇 具 有 降 低 温 室 效 应 气 体 排 放 的 潜 力 ， 以目 前 的 技 术 来 看 ， 源 自 于 天 然 气 的 甲 醇 ， 其 温 室 效 应 气 体 的 排 放 比 汽 油小 得 多 。 在 甲 醇 车 辆 上 一 氧 化 碳 、 碳 氢 化 合 物 和 氮 氧 化 物 的 排 放 都 很 低

13、，也 不 产 生 固 体 颗 粒 、 硫 的 氧 化 物 。 根 据 美 国 AQIRP 研 究 报 告 ， M85机 动 车 的 排 放 性 能 与 汽 油 车 相 比 ， 碳 氢 化 合 物 （ HC） 降 低 31 ， 一氧 化 碳 （ CO） 降 低 13 ， 氮 氧 化 合 物 （ NOx） 降 低 6 。 此 外 ， 甲 醇机 动 车 的 动 力 性 和 持 久 性 相 对 来 说 也 不 错 。四 、 甲 醇 替 代 汽 油 经 济 性燃 料 经 济 性 是 制 约 替 代 燃 料 推 广 应 用 的 重 要 因 素 。 目 前 我 国 汽 油 售价 在 4500 元 t 左 右

14、 ， 而 甲 醇 的 生 产 成 本 仅 为 800 1200 元 t， 市场 售 价 为 2000 2600 元 t。甲 醇 是 液 体 有 机 化 合 物 ， 因 其 特 性 和 汽 油 相 似 ， 储 存 运 输 方 式 比 较方 便 ； 甲 醇 的 蒸 汽 压 力 比 汽 油 小 、 密 度 大 、 比 汽 油 不 易 挥 发 、 着 火 危 险性 小 ； 甲 醇 有 优 良 的 传 导 性 ， 可 以 减 少 静 电 产 生 的 危 险 ， 意 外 火 灾 可 能性 小 ， 生 产 、 储 存 、 运 输 和 使 用 比 石 油 燃 料 安 全 。代 用 燃 料 的 经 济 性 在

15、对 代 用 燃 料 推 广 时 ， 无 疑 会 考 虑 其 费 用 问 题 。其 涉 及 面 很 广 ， 比 如 车 辆 改 装 、 燃 料 的 运 输 、 存 储 、 开 采 、 制 取 等 。表 3： 各 种 燃 料 加 注 站 费 用 和 燃 料 价 格油 品 加 注 站 建 站 费 用 （ 万 元 ） 燃 料 价 格 （ 元 /GJ）汽 油 20 40 68 92CNG 400 800 49 67甲 醇 20 50 99 115乙 醇 20 50 111 150氢 气 （ 气 态 ） 1300 59 199LPG 80 90 62 84（ 资 料 来 源 ： 张 晶 等 ， 机 动 车

16、 代 用 燃 料 性 能 比 较 ， 内 蒙 古 环 境 保 护 ，2005， l7（ 4） ： 27 29）甲 醇 不 仅 可 利 用 高 硫 劣 质 煤 和 焦 炉 气 生 产 ， 而 且 还 可 以 由 氮 肥 厂 联产 生 产 ， 是 具 有 巨 大 发 展 潜 力 的 新 型 替 代 能 源 。 而 甲 醇 的 生 产 成 本 ， 无论 是 以 煤 为 原 料 ， 还 是 以 天 然 气 为 原 料 ， 都 与 所 选 用 的 生 产 工 艺 ， 以 及生 产 规 模 有 关 。 近 年 ， 国 内 新 建 了 很 多 百 万 吨 级 规 模 的 甲 醇 生 产 装 置 ，从 甲 醇

17、 的 生 产 角 度 ， 完 全 有 能 力 、 并 确 保 价 格 在 一 定 范 围 内 浮 动 。五 、 甲 醇 作 为 替 代 燃 料 目 前 存 在 的 阻 碍 分 析甲 醇 燃 料 是 公 认 的 清 洁 能 源 和 良 好 的 汽 车 代 用 燃 料 ， 但 是 甲 醇 燃 料的 性 能 毕 竟 与 普 通 汽 油 、 柴 油 不 同 ， 廿 世 纪 七 十 年 代 ， 德 国 、 瑞 典 、 新西 兰 等 曾 经 启 动 推 广 使 用 M15 甲 醇 汽 油 计 划 ， 1987 年 美 国 也 推 广 过M85 甲 醇 汽 油 ， 推 广 中 暴 露 了 三 大 不 容 忽

18、 视 的 问 题 ：（ 1） 使 用 甲 醇 汽 油 尽 管 可 以 减 少 尾 气 中 CO、 NOx 排 放 ， 但 尾 气中 总 醛 排 放 增 加 了 3 倍 以 上 ， 而 甲 醛 是 一 种 致 癌 物 质 。 汽 油 中 加 入 甲 醇后 蒸 气 压 上 升 明 显 ， 运 输 加 工 使 用 过 程 中 挥 发 损 失 增 加 ， 加 上 甲 醇 又 具有 相 当 的 毒 性 ， 使 用 甲 醇 汽 油 对 环 境 有 正 效 应 ， 但 也 存 在 明 显 的 负 效 应 。（ 2） 使 用 甲 醇 汽 油 易 造 成 汽 车 发 动 机 活 塞 环 和 汽 缸 壁 的 腐

19、蚀 、 磨 损 ，发 动 机 供 油 系 统 橡 胶 件 溶 胀 ， 对 汽 车 发 动 机 造 成 渐 进 式 、 短 时 间 难 以 察觉 的 损 坏 。美 国 汽 车 制 造 商 协 会 1996 年 公 布 的 从 MA 汽 油 规 格 中 ， 要 求 汽 油中 甲 醇 含 量 不 超 过 0.15 体 积 百 分 比 ， 1988 年 12 月 世 界 汽 车 制 造 商 组织 联 合 发 布 的 “世 界 燃 料 规 范 ”中 要 求 不 允 许 使 用 甲 醇 。（ 3） 推 广 甲 醇 汽 油 ， 要 建 立 相 应 的 输 送 、 调 配 、 销 售 系 统 ， 销 售 成本

20、 增 加 ； 使 用 高 比 例 甲 醇 汽 油 （ 如 M85） ， 必 须 使 用 专 用 的 发 动 机 ；使 用 低 比 例 甲 醇 汽 油 （ 如 M15） ， 发 动 机 的 某 些 零 部 件 需 要 更 换 ， 用 户的 车 辆 维 护 保 养 的 工 作 量 加 大 ， 社 会 运 行 成 本 增 高 。上 述 三 方 面 的 原 因 ， 使 得 始 于 廿 世 纪 七 十 年 代 的 推 广 甲 醇 汽 油 的 工作 没 有 取 得 成 功 。除 了 上 述 原 因 外 ， 以 下 技 术 问 题 在 推 广 甲 醇 燃 料 的 过 程 中 也 需 要 得以 解 决 ：（

21、1） 一 般 技 术 ： 包 括 调 配 工 艺 、 原 料 选 择 、 掺 合 比 例 和 掺 合 工 艺 ，保 证 甲 醇 燃 料 有 适 当 的 蒸 发 性 和 热 值 ， 防 止 使 用 中 出 现 低 温 冷 启 动 不 良 、高 温 产 生 气 阻 、 动 力 明 显 下 降 等 问 题 ；（ 2） 核 心 技 术 ： 用 于 生 产 甲 醇 汽 、 柴 油 的 甲 醇 改 性 剂 ， 它 以 助 溶 剂为 主 ， 同 时 含 有 防 腐 蚀 添 加 剂 、 抗 橡 胶 溶 胀 剂 、 抗 水 剂 等 ， 不 仅 能 够 实现 甲 醇 与 汽 油 、 柴 油 的 互 溶 ， 稳 定

22、 期 长 ， 而 且 能 够 完 全 防 止 发 动 机 金 属材 料 腐 蚀 ， 减 少 橡 胶 材 料 溶 胀 ， 提 高 甲 醇 燃 料 技 术 的 能 力 ；（ 3） 燃 料 中 掺 入 比 例 ： 甲 醇 作 为 汽 车 燃 料 ， 可 以 单 独 使 用 ， 也 可 与汽 油 混 合 使 用 。 单 独 使 用 甲 醇 需 要 专 用 的 发 动 机 。 国 内 已 有 纯 甲 醇 作 为燃 料 的 示 范 车 队 ， 使 用 2 年 多 一 直 很 正 常 ， 但 这 种 方 式 存 在 燃 料 使 用 单一 ， 不 能 同 时 使 用 汽 油 的 缺 点 ， 同 时 由 于 甲

23、 醇 加 油 站 少 ， 其 应 用 受 到 局限 。而 对 甲 醇 汽 油 而 言 ， 低 掺 入 量 对 发 动 机 影 响 不 大 ； 中 掺 入 量 需 加 添加 剂 ； 掺 入 量 高 时 则 需 改 动 发 动 机 。 从 用 户 方 便 使 用 的 角 度 看 ， 以 低 、中 比 例 掺 入 量 为 佳 ， 这 样 甲 醇 汽 油 可 以 与 汽 油 混 用 ， 不 用 改 动 发 动 机 ，也 不 受 甲 醇 加 油 站 的 限 制 ； 但 低 掺 入 量 （ 例 如 ： 5 以 下 ） ， 方 法 虽然 最 简 单 ， 但 经 济 效 益 不 明 显 ； 中 掺 入 量 （

24、 10 50 ） ， 甲 醇 汽 油 容易 出 现 分 层 ， 需 要 加 复 合 添 加 剂 ；（ 4） 甲 醇 汽 油 目 前 尚 没 有 中 国 国 家 标 准 ： 甲 醇 掺 入 汽 油 中 通 常 以 甲醇 含 量 作 为 燃 料 标 记 ， 例 如 ： M85 即 甲 醇 含 量 为 85 的 甲 醇 汽 油 。 目前 甲 醇 汽 油 有 多 种 规 格 ： M5、 M10、 M15、 M20、 M30、 M50、 M85 等 ，由 于 甲 醇 热 值 低 ， 其 掺 入 比 例 变 化 会 影 响 到 产 品 的 动 力 性 能 ， 在 使 用 时会 感 受 到 车 辆 性 能

25、变 化 ， 如 功 率 不 足 、 加 速 变 慢 、 怠 速 不 稳 等 ， 虽 然 可通 过 改 变 添 加 剂 配 方 改 善 ， 但 由 于 各 技 术 单 位 的 添 加 剂 配 方 不 同 ， 混 合比 例 不 一 样 ， 产 品 只 有 地 方 标 准 ， 没 有 国 家 统 一 标 准 ， 产 品 质 量 参 差 不齐 ， 流 通 、 使 用 和 管 理 没 有 依 据 ， 阻 碍 了 甲 醇 汽 油 的 发 展 ；（ 5） 由 于 油 品 关 系 到 国 家 安 全 ， 并 且 易 燃 、 易 爆 ， 运 输 、 贮 存 有 特定 要 求 ， 故 国 家 有 关 部 门 规

26、定 ， 油 品 的 生 产 和 销 售 必 须 由 两 大 石 油 集 团控 制 ， 生 产 企 业 如 果 没 有 生 产 许 可 证 、 经 营 许 可 证 ， 随 时 会 受 到 工 商 、质 检 、 交 通 等 部 门 的 查 处 。 甲 醇 如 果 作 为 替 代 能 源 ， 必 然 牵 涉 到 原 来 两大 油 品 生 产 、 供 应 商 的 利 益 ；（ 6） 国 内 的 汽 车 种 类 较 多 、 车 辆 新 旧 程 度 不 一 样 ， 使 用 甲 醇 汽 油 不改 发 动 机 时 ， 需 调 节 进 风 量 ， 由 于 车 辆 结 构 不 同 ， 进 风 量 不 易 调 控

27、， 容易 出 现 熄 火 、 加 速 慢 、 打 顿 等 现 象 ， 车 辆 耗 油 量 也 会 增 加 。 此 外 ， 甲 醇具 有 毒 性 ， 甲 醇 会 吸 水 ， 甲 醇 汽 油 放 置 一 个 月 以 上 就 会 出 现 分 层 现 象 ，使 用 甲 醇 汽 油 的 车 辆 尾 气 含 有 甲 醇 、 甲 酸 等 非 常 规 排 放 物 。 如 果 将 甲 醇汽 油 作 为 普 通 燃 油 使 用 ， 必 须 进 一 步 提 高 甲 醇 汽 油 的 产 品 性 能 ， 从 而 能够 适 应 不 同 车 型 、 车 况 ， 以 及 尾 气 排 放 等 问 题 。参 考 文 献 ：1.张

28、 勇 等 ， 基 于 燃 料 甲 醇 的 煤 基 替 代 燃 料 行 业 发 展 分 析 ， 应 用 化 工 ，2005， 34（ 8） ： 455 4592.张 晶 等 ， 机 动 车 代 用 燃 料 性 能 比 较 ， 内 蒙 古 环 境 保 护 ，2005， l7（ 4） ： 27 293.王 璇 ， 甲 醇 生 产 工 艺 经 济 与 成 本 分 析 ， 国 际 化 工 信 息 ，2005， （ 4） ： 10 11， 184.Amanda Sauer， Comparison of International Fuel Economy Standards， http:/www.pewc

29、limate.org/docUploads/Fuel%20Economy%20paper%2EChinese%20final%2Epdf5.Cai R.， Fuels， Tokyo： Nov. 13 16， 1988； Japan： Sanbi Insatsu Co. hd. 1988： 939 9446.Swedish Motor Fuel Technology Co. Alcohols and Alcohol Blends as Motor Fuels， vol. A & Prepared International Energy Agency （ IEA） ， Stockholm， 19987.M85 燃 料 甲 醇 ， 美 国 通 用 汽 车 工 程 标 准 GM4713（ 来 源 :上 海 情 报 服 务 平 台 ）