甲醇代用燃料在乘用車上的應用展望

袁海馬，黃昌瑞，王雷，張治國，張磊

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甲醇代用燃料在乘用車上的應用展望

袁海馬，黃昌瑞，王雷，張治國，張磊

（華晨汽車工程研究院動力總成設計處，遼寧 沈陽 110141）

文章簡要介紹了國內外甲醇代用燃料在汽車上應用的歷程，從甲醇燃料特性以及在汽車上應用的優缺點進行論述。當前，國內在大力推進甲醇代用燃料的應用，部分省市正在進行甲醇汽車的試點工作，但甲醇代用燃料在乘用車上的應用仍存在一定的局限性。

甲醇；代用燃料；乘用車；應用展望

前言

近十年來，我國汽車工業的快速發展，國內汽車保有量急劇增加，帶動國內社會經濟蓬勃發展的同時，也加劇了石油資源的消耗量。海關總署最新數據顯示，2018年11月份中國原油進口量為4287.2萬噸，前11個月原油進口量為4.18億噸，同比增長8.4%。隨著原油進口量持續增加，原油對外依存度已從去年的67.4%，增長至72.3%。圖1顯示我國每年進口石油量占國內總需求量的占比逐年增加。

石油是關系到民眾衣食住行的重要資源，也是國家重要的戰略物資，保障石油供給對經濟發展和國家安全都具有重要意義。對于我國石油過度依賴進口的現狀，我國一方面在提升石油的轉化率，另一方面通過節能汽車開發措施提升能源效率、開發代用燃料部分替代石油產品。

圖1 進口石油占國內總需求量的比例

1 甲醇代用燃料汽車應用

1.1 國外應用情況

甲醇燃料在上世紀七十年代起開始在汽車上進行應用，推動力為石油危機，石油價格暴漲，各國考慮國家的能源安全和外匯平衡，紛紛研究石油的代用資源。醇類和醚類產品常溫下為液體，其理化特性與汽油、柴油具有相似性，并且可以通過有機質、煤或天然氣等資源來制取。

甲醇代用燃料應用以美國為代表，在上世紀八十年代，即使石油價格已經下降，美國仍然立法推廣甲醇汽車，主要考慮因素是甲醇汽車的污染物排放較低可以改善空氣質量，甲醇代用燃料得到一定規模的應用。甲醇汽車技術已經完全成熟。但是由于石油公司出于自身利益考慮，減少甲醇燃料的基礎設施投資建設，減少加注站，致使甲醇汽車使用便利性降低，用戶不愿意用，逐漸失去應用市場。

1.2 國內應用情況

我國能源基本情況是“貧油、少氣、富煤”，石油對外依存度高，在上世紀八九十年代我國也進行了甲醇代用燃料的相關研究，主要方向為甲醇與汽油參混，先后將M15(甲醇占15%)汽油、M85(甲醇占85%)汽油研究列為技術攻關項目，并在山西、四川、重慶等地投入數百輛汽車進行試運營。

進入新世紀以后，天津大學、吉利汽車、陜汽等高校及企業加大甲醇汽車研究投入，2004年在山西省展開甲醇燃料的試驗示范推廣工作，并于2009年推出《車用燃料甲醇》和《車用甲醇汽油（M85）》標準。

自2012年起，逐步在山西、上海、陜西、甘肅、貴州五省十市開展甲醇汽車試點工作。至2018年，完成1024輛不同車型，分布在不同海拔地區的示范運行，累計總行駛1.84億公里，取得階段性研究成果，其中乘用車方面以城市出租車為主。

2 甲醇燃料特性及優缺點

2.1 甲醇燃料特性

常溫下，甲醇具有刺激性氣味，易溶于水，易揮發的無色透明液體。化學上，其分子式為CH4O，是結構最為簡單的飽和一元醇，結構中不含C-C鍵，含氧量達50%。甲醇的理化特性與汽油有一定的相似性，主要差異在低熱值、汽化潛熱、燃燒速率等方面。表1為甲醇、乙醇及汽油的主要參數對比。

表1 燃料參數表

2.2 甲醇燃料的應用優缺點分析

由于我國的乘用車主要采用火花塞點火的汽油機，因此本文基于汽油機應用來進行甲醇燃料優缺點的分析。

從理化特性及相關研究報告分析，甲醇燃料主要由以下優點：

1）辛烷值比其汽油高，因此可以適度增大發動機的壓縮比，提高發動機的熱效率。

2）汽油潛熱比汽油大很多，在發動機大負荷工況下可以降低燃燒室的溫度，降低爆震傾向，有助于提升發動機的動力性。

3）甲醇是含氧燃料，燃燒速度比汽油快，發動機工作過程中燃燒持續期短，通過火花塞點火提前角的優化調整，可進一步提升熱效率。

4）含碳量比汽油低，而且分子中含氧，在燃燒室中可以進行更充分的燃燒，減少尾氣中CH、CO及顆粒物的排放。

因此，甲醇燃料與汽油相比，在發動機動力性、油耗、排放三個方面均有提升的潛力。

乘用車的應用環境復雜多變，汽油在發動機上的應用，經過了長期的驗證優化，技術成熟可靠。與此相比，甲醇燃料存在幾個缺陷：

1）甲醇存在一定的毒性，產品泄露或應用不當，可能對環境和人體健康產生較大影響。另外與汽油相比，甲醇燃燒后的尾氣常規排放較低，但是反應過程中產生的甲醛和甲酸等非常規碳氫化合物較多。

2）甲醇及燃燒反應產生的甲醛、甲酸等對有色金屬具有較強的腐蝕作用，可造成燃油系統、燃燒系統零部件的損壞，縮短發動機壽命。針對甲醇代用燃料，需要對燃料泵、噴油器、氣門座圈、活塞環等零件的材質和處理工藝進行改進。

3）甲醇沸點為65℃，比乙醇低，比汽油的綜合沸點低較多，因此在夏季高溫環境下在燃料管路中發生氣阻的傾向性更大。另外，甲醇的汽化潛熱是汽油的三倍，在氣道或燃燒室中氣化過程會吸收大量的熱量，使氣道及燃燒室的溫度降低，低溫環境下，發動機起動困難。因此，甲醇燃料在夏季高溫地區及冬季低溫區域均存在應用的局限性。

4）甲醇熱值僅為汽油的一半，實際燃料替代比為2.2左右，即2.2千克甲醇燃燒產生的熱量與1千克汽油產生相當。如果采用相同容積的燃料箱，同款汽車，甲醇燃料與汽油相比，汽車的續航里程大幅縮短。

2.3 我國甲醇燃料的產量及價格分析

甲醇的制備方法根據所采用原料不同可分為天然氣制甲醇、煤炭制甲醇、焦爐氣制甲醇、化肥聯醇制甲醇和再生原料制甲醇。我國由于煤炭資源相對豐富，現有甲醇生產企業200多家，以煤炭為主要原料的廠家占到70%，其他以天然氣、焦爐氣、渣油等為原料，原料來源豐富。

由于甲醇規?；a，產量大，在價格上與乙醇、汽油相比，具有有明顯優勢。如圖2所示為金投網統計數據，2018年1至5月份甲醇價格為3000元/噸左右，而乙醇和92#汽油分別超過5000元/噸和7000元/噸。

圖2 燃料價格走勢

在考慮與汽油等效熱值的燃料替代比，甲醇替代比為2.2，乙醇替代比為1.6。圖3顯示，與一噸汽油相同熱值的條件下，乙醇價格超過了92#汽油，而甲醇仍有一定的價格優勢。

圖3 等效熱值的燃料價格走勢

3 甲醇燃料的應用展望

我國的甲醇產能占世界甲醇總產能的60%左右，制造甲醇的原料豐富，如果在乘用車上得以大范圍推廣，將會極大緩解對進口石油資源的依賴。

工信部自2012年起，陸續在山西、上海、陜西、甘肅、貴州五省十市開展甲醇汽車試點工作，其中乘用車主要以出租車為主。從技術、產品、市場、安全、經濟性等多方面對甲醇燃料的可行性進行論證。試點結果證明甲醇燃料具有市場推廣的價值，試點過程也推動了我國甲醇汽車和甲醇燃料行業的技術進步。

然而，我國幅員遼闊，地理位置跨度大，不同地區四季的環境溫度差異顯著，基于甲醇燃料的幾個缺陷考慮，大范圍推廣甲醇燃料具有很大的技術挑戰。在技術未取得突破性進展之前，可以預見的乘用車應用市場為環境溫度適宜、甲醇加注配套設施較完善的局部地區，針對運行路線相對固定、行駛里程可控的車輛應用，如城市出租車、物流車、市政專用車等。

[1] 中國報告大廳,中國石油資源現狀,2017.12.

[2] 朱清江.甲醇汽油使用性能與技術研究.長安大學.2006.

[3] 江立永.點燃式甲醇燃料發動機的燃.內燃機學報,1994 .

[4] 林開云.甲醇汽油燃燒特性模擬分析研究.四川工業學院學報. 2004.

Prospects for methanol alternative fuel apply to passenger vehicles

Yuan Haima, Huang Changrui, Wang Lei, Zhang Zhiguo, Zhang Lei

( Brilliance Automobile Engineering Research Institute, Powertrain Design Section, Liaoning Shenyang 110141 )

This paper briefly introduces the application of methanol alternative fuel in automobiles, in domestic and foreign markets, and discusses the fuel characteristics of methanol and the advantages and disadvantages of its application in automobiles. Some domestic institutions are vigorously promoting the application of methanol alternative fuel. Some provinces and cities in China are conducting pilot projects for methanol vehicles, but the application of methanol alterna -tive fuel on passenger vehicles still has some limitations.

methanol; alternative fuel; passenger vehicle; prospect

U469.7

B

1671-7988(2019)07-32-03

袁海馬，就職于華晨汽車工程研究院動力總成設計處。

U469.7

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1671-7988(2019)07-32-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.010