甲醇汽油的技術(shù)問題評述與研究

賈愛芹，呂昌斌

（黃河交通學(xué)院，河南 焦作 454150）

近代以來，隨著世界經(jīng)濟水平的提高和人類技術(shù)的不斷提升，人類社會對石油的需求也變得愈加俱上，但是沒有節(jié)制的開采使得地球能源大幅度降低，雖然近幾年來發(fā)達國家對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，而且還引起了國家與民族之間的矛盾，造成了巨大的經(jīng)濟損失，從而開發(fā)新型能源變得刻不容緩。

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對于石油的需求也在快速地提升。然而，我國有將近60%的石油需求依賴于進口，現(xiàn)在已成為世界上第二大能源需求國。據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計，截至2020年，我國對于進口石油的依賴度將會超越60%，石油需求總量將接近5億t的水平，汽車擁有量超越1億，車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造成經(jīng)濟浪費，而且還會造成嚴重的環(huán)境污染，因此，為了減少環(huán)境污染，保護環(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)濟節(jié)約型的代用燃料變得尤為重要。

甲醇是一種無色、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力性、經(jīng)濟性的甲醇汽油，甲醇來源廣泛，還具有污染小、燃燒時無煙等特點，是一種重要的代用燃料。在我國推廣使用甲醇汽油，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，完全燃燒一個甲醇分子，需要消耗四個氧原子，其中甲醇自身供應(yīng)一個氧原子，汽油本身不含氧原子。根據(jù)計算可知，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)量計算，由于甲醇自身含有氧原子，因此甲醇在燃燒過程中消耗的氧氣數(shù)量要小于汽油燃燒，燃燒過程中產(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)動機的整體效率提升，污染減少。

（2）從熱效率方面來說，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遠低于汽油的燃油消耗率；它完全燃燒所需過量空氣系數(shù)遠遠小于汽油燃燒所需過量空氣系數(shù)。

（3）甲醇具有較高的辛烷值，抗震抗暴性能較強，現(xiàn)代發(fā)動機都是通過提高空氣壓縮比來提高發(fā)動機熱效率。

（4）甲醇的燃點比汽油高，不易發(fā)生火災(zāi)，沸點比汽油低，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)動機的冷卻效能，提高發(fā)動機的動力。

（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)動機功率增高等方面要優(yōu)于汽油燃燒。

2 甲醇汽油對人體和環(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)過國內(nèi)外對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。

美國能源部實驗報告指出，甲醇毒性對生態(tài)環(huán)境的影響要小于汽油，將毒性用百分制來評價，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。報告指出，甲醇在水中的分解效率要遠遠高于石油和柴油，甲醇的分解速度以小時計，而石油的分解速度以年計算。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)生的毒性也遠遠小于汽油和柴油。

我國在六五期間，北京醫(yī)科大學(xué)就甲醇的毒性原理，甲醇對人體健康的影響等課題做了深入研究，根據(jù)三年以來對此毒性的深入跟蹤調(diào)查以及跟正常人身體機能的嚴格對比，我國得出了與美國能源部基本一致的結(jié)論，即只要操作得當(dāng)，甲醇對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浮；此外，甲醇具有良好的傳導(dǎo)性，能夠減少燃燒時產(chǎn)生的靜電，降低火災(zāi)發(fā)生的可能性，同時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）甲醇的運輸安全性。甲醇汽油的運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、閃點、密度、蒸發(fā)性等方面。①自燃點是指不與外界火焰發(fā)生接觸，單純靠外界溫度進行自燃時的溫度，如果自燃點較低，在運輸過程中發(fā)生意外事故時發(fā)生爆炸的概率較大；②閃點是指與明火接觸發(fā)生燃燒的溫度，如果閃點低的話則汽車燃燒系統(tǒng)易發(fā)生起火或產(chǎn)生爆炸。爆炸的極限值過低、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)相對于安全性來說也是相互矛盾的，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，兩者相對于空氣來說密度大，都會在地面沉積，所以兩者以密度作為安全性的參考依據(jù)不能成立。④主要考慮蒸發(fā)性，由蒸發(fā)性來看的話，汽油相對柴油更危險。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，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，同時也低于空氣密度，當(dāng)天然氣發(fā)生泄漏時會迅速上升，從而飄散在空氣中，所以由此可見汽油相對于天然氣更危險。

（3）甲醇汽車的使用安全性。①甲醇汽車常規(guī)排放物。除了毒性和運輸安全性兩方面，人們對甲醇汽車的排放氣體問題也特別關(guān)注。由國際能源機構(gòu)發(fā)表的實驗評價報告中可看出（對汽油、柴油、甲醇、CNG、LPG等幾種燃料實驗），甲醇汽車的常規(guī)排放物比普通汽車加裝三元催化器的排放低，NOx在清潔燃料中則是最低的。我國也做過汽油汽車和甲醇汽車的排放實驗，結(jié)果表明甲醇汽車（M90）的排放低于汽油汽車；②甲醇汽車非常規(guī)排放物。據(jù)美國大氣資源局評估，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 甲醇汽油作為汽車替代能源的主要技術(shù)問題

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

（1）甲醇汽油的腐蝕性問題。甲醇對一些金屬材料有腐蝕性(例如鎂、鉛、鋁等)，因此要對甲醇加入醇類腐蝕抑制劑，降低對汽車發(fā)動機的損害，使發(fā)動機工況正常運轉(zhuǎn)。因此可以說，醇類燃料腐蝕抑制劑的研制與應(yīng)用會直接關(guān)系到醇類燃料的開拓與發(fā)展。

（2）甲醇汽油的低溫啟動問題。甲醇汽油已解決了在冬季難以汽化，使發(fā)動機不能順利啟動的問題，采用了加助燃劑的方法，達到了-25℃的冷車順利啟動問題。

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

4 結(jié)語

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；而更重要的就是用甲醇用作燃料，這樣能夠優(yōu)化我國的能源結(jié)構(gòu)，而且還會降低人類社會對石油的嚴重依賴，因而它將會成為當(dāng)前較佳的汽油替代燃料，這些優(yōu)點會導(dǎo)致國內(nèi)外爭相開發(fā)甲醇燃料汽車。

目前，甲醇燃料初期的應(yīng)用市場現(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發(fā)并投入了試運行。甲醇汽油將會是未來的一個大方向，擁有很好的發(fā)展前景。

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

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

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