甲醇燃料作為發動機新型潛代能源存在問題及應對策略探討

程 艷，蔣 晶

(廣西職業技術學院 機電與信息工程學院，廣西 南寧 530026)

石油資源的日趨減少和環保的壓力驅動使得人們不斷尋求發動機的新燃燒技術與新的更清潔的潛用石油資源。在國際上正積極尋找減少CO2和其他排放的潛代能源中，LNG、LPG、甲醇、生物燃料和氫能是最有實力的選擇對象。而其中的甲醇在我國的生產具有極大的優勢，它是我國生產成本低而最有潛力的一種新型潛用燃料[1]。為此，本文分析甲醇燃料的特性，探討甲醇燃料作為發動機新型潛用能源存在的問題及應對策略，這對甲醇類發動機的研究發展具有重要現實意義。

1 甲醇燃料特性及甲醇發動機應用類型

1.1 甲醇燃料特性

甲醇(英文：Methanol，分子式：CH3OH)在常溫下為有毒易燃液體，與LNG、LPG相比，它更便于運輸和儲存，屬于低碳富氧燃料。

甲醇與常見發動機燃料的理化特性如表1所示。

表1 甲醇與常用燃料的理化特性

甲醇的生產來源方式較多，煤炭、木材都可以用來加工生產甲醇，它能從氫和CO2中極易被生產出，其主要生產來源于天然氣。可以說，甲醇是一種可再生綠色燃料[2]。

1.2 甲醇發動機應用類型

甲醇作為汽車燃料已近30年，作為發動機的燃料主要與汽油或柴油混合燃料的方式進行，與汽油主要以低比例摻燒的形式供給燃料。它作為船舶發動機燃料方面也得到了相應的研究應用，主要以與柴油混合的方式進行，以高濃度或純甲醇的形式燃料需要專門改進設計發動機才可實現。

2 甲醇燃料的優勢

在經濟性方面，甲醇目前具有較大的優勢。據wind數據統計，國內當前的甲醇價格為2444元/t，汽油和柴油零售價分別為9933元/t和7815元/t，結合三者的密度可以計算出每升汽油、柴油和甲醇的價格分別大概為7.34元、6.72元和1.94元。

在廢氣排放性方面，與汽油發動機相比，其排放的CO,CO2及NOX化合物相對減少30%，并不會含有硫化物。根據貴陽機動車監控中心數據顯示，甲醇發動機的HC、CO、NO排量分別為：9、0.045、11，而常規汽油機的排量分別為：45.6、0.11、226.5，比常規汽油發動機的排放量要分別低80%、59%和95%[3]。

3 甲醇燃料發動機存在的問題及應對策略

甲醇是我國的重要的資源，如能把它在作為發動機燃料過程中存在的問題解決，便能大量推廣此類能源，以緩解石油能源危機和建設友好型環境。

3.1 甲醇的毒性

甲醇具有毒性，它會使人引發視神經及視網膜病變，重者會失明，甚至死亡。純甲醇或含甲醇燃料對相關工作人員威脅較大。

應對策略：對純甲醇及甲醇燃料相關工作人員進行專業安全防護培訓，進行規范管理，要求配備防護面具，積極防護；并建議加強力度研發去毒性技術流程再安全使用。

3.2 甲醇與汽油相溶性

甲醇有很強的吸水性，而且與汽油等其他燃料在大范圍內不相溶，故甲醇汽油等混合燃料的混合供給會受到影響。因此，怎樣保證甲醇汽油在所處的環境條件下都能在穩定的共溶區是甲醇汽油燃料需要處理的重要問題。

應對策略：利用高碳醇或醚類化合物等助溶劑，研發出能經過汽車耐久性試驗的助溶劑。

3.3 甲醇汽油的腐蝕性和溶脹性

研究發現，甲醇汽油燃料對汽缸壁、氣門、活塞環等部件有明顯的腐蝕作用。而且甲醇還能腐蝕甲醇燃料系統的銅、鐵、鋁、鎂等金屬及其合金材料，對汽車中常用的非金屬材料零件及橡膠配件都有較強的溶脹性，增加故障發生概率，這也是甲醇汽油在使用過程中出現的另一重大問題。

分析其原因，甲醇汽油中水分會引起酸的電離，而加劇活潑金屬的酸腐蝕，并激活其它腐蝕行為。

應對策略：根據實際需要選擇耐腐蝕的膠種類型，并采用雙壁管路等措施以防止其泄漏，選用耐甲醇腐蝕的燃油供給系統的油泵等部件。[4]

3.4 啟動困難

由表1數據可知，甲醇的汽化潛熱為1089 kJ/kg(常壓)，約為柴油的四倍，這讓純甲醇燃料發動機很難啟動和在低負荷運行。

應對策略：為了解決這一問題，對于柴油甲醇發動機來說，在啟動時可采用純柴油啟動。MAN公司針對甲醇運輸船舶發動機特點，在發動機缸蓋上設計安裝兩種噴油嘴，讓柴油和甲醇兩種燃料經不同噴嘴同時噴入汽缸，再壓燃柴油以燃燒甲醇。同時設計對甲醇噴油器冷卻以防止甲醇汽化溫度低而在噴油嘴內汽化；或對純甲醇燃料進行專門設計改進。

3.5 對發動機潤滑油影響

研究表明，對于甲醇燃料發動機的潤滑油與甲醇混合時會使得潤滑油的抗泡劑和抗磨劑失效，而且燃燒產生的甲酸會中和發動機潤滑油的堿性清凈劑，從而影響潤滑油膠質生成，最后導致發動機的潤滑油壽命及其功能。

應對策略：研發出具有較強抗乳化性能、防銹、酸中和能力及抗氧化性能的專用潤滑油，并采用抗醇增黏劑[5]。

3.6 非常規排放特性

大量試驗研究，摻甲醇汽油雖然可降低 CO、NOX、HC 等排放物含量，但如不對尾氣進行處理，會對大氣排放出甲醛及少量未燃甲醇等非常規污染物[6]。

應對策略：目前可使用三效催化劑對非常規排放物進行轉化，針對高比例甲醇燃料產生的甲醛受現有催化劑限制而需要研發出新型專用催化劑以徹底去除非常規污染物。

綜合以上對比分析，總結甲醇作為潛用燃料而存在問題及應對策略如表2所示[7]。

表2 甲醇潛用燃料存在問題及應對策略

4 總結及結論

目前，國外一些國家因甲醇的毒性而反感而不重視對甲醇的應用與研發。其實，我們應正視它的毒性和其他特點，如現在的純電動汽車雖對環境有益，可它對維修工作人員一樣存在高壓觸電危險，如不規范操作也可能會危及工作人員的生命。我國具備生產甲醇的優越條件，甲醇汽車正處于產業化發展初期階段，它的大力發展極需要產業扶持政策。甲醇燃料能大力推廣還需要國家、企業及使用者的共同努力。

從國家到使用者，如能做好這三個方面：(1)國家實現相關政策支持。國家根據需要及時制訂政策，在時期成熟時大力推廣應用甲醇作為發動機燃料。

(2)突破科研技術難關。加強此領域科研力度，根據甲醇燃料在使用過程中存在的一些問題：研發甲醇毒性去除技術；設計新型甲醇燃料發動機，以更好地利用M85 和 M100 甲醇燃料，提高其經濟等；確實能用科研成果徹底解決存在的所有重要問題，國家定會大力投入這一領域，當然這需要國家與科研技術人員的共同努力。

(3)建立并執行規范制度。在未能去除甲醇毒性時，需要求工作人員在甲醇燃料的生產、輸送、保存及加注等過程中，嚴格按規范執行，確保安全。

甲醇燃料定將成為我國發動機的一種確實可行的新型潛用燃料，為我國解決石油能源緊張問題和建設友好型社會作出巨大貢獻。