甲醇代用燃料在乘用车上应用的展望

摘 要：文章简要介绍了国内外甲醇代用燃料在汽车上应用的历程，从甲醇燃料特性以及在汽车上应用的优缺点进行论述。当前，国内在大力推进甲醇代用燃料的应用，部分省市正在进行甲醇汽车的试点工作，但甲醇代用燃料在乘用车上的应用仍存在一定的局限性。

关键词：甲醇;代用燃料;乘用车;应用展望

中图分类号：U469.7  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2019）07-32-03

Abstract： 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.

Keywords： methanol; alternative fuel; passenger vehicle; prospect

CLC NO.： U469.7  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2019）07-32-03

前言

近十年来，我国汽车工业的快速发展，国内汽车保有量急剧增加，带动国内社会经济蓬勃发展的同时，也加剧了石油资源的消耗量。海关总署最新数据显示，2018年11月份中国原油进口量为4287.2万吨，前11个月原油进口量为4.18亿吨，同比增长8.4%。随着原油进口量持续增加，原油对外依存度已从去年的67.4%，增长至72.3%。图1显示我国每年进口石油量占国内总需求量的占比逐年增加。

石油是关系到民众衣食住行的重要资源，也是国家重要的战略物资，保障石油供给对经济发展和国家安全都具有重要意义。对于我国石油过度依赖进口的现状，我国一方面在提升石油的转化率，另一方面通过节能汽车开发措施提升能源效率、开发代用燃料部分替代石油产品。

1 甲醇代用燃料汽车应用

1.1 国外应用情况

甲醇燃料在上世纪七十年代起开始在汽车上进行应用，推动力为石油危机，石油价格暴涨，各国考虑国家的能源安全和外汇平衡，纷纷研究石油的代用资源。醇类和醚类产品常温下为液体，其理化特性与汽油、柴油具有相似性，并且可以通过有机质、煤或天然气等资源来制取。

甲醇代用燃料应用以美国为代表，在上世纪八十年代，即使石油价格已经下降，美国仍然立法推广甲醇汽车，主要考虑因素是甲醇汽车的污染物排放较低可以改善空气质量，甲醇代用燃料得到一定规模的应用。甲醇汽车技术已经完全成熟。但是由于石油公司出于自身利益考虑，减少甲醇燃料的基础设施投资建设，减少加注站，致使甲醇汽车使用便利性降低，用户不愿意用，逐渐失去应用市场。

1.2 国内应用情况

我国能源基本情况是“贫油、少气、富煤”，石油对外依存度高，在上世纪八九十年代我国也进行了甲醇代用燃料的相关研究，主要方向為甲醇与汽油参混，先后将M15（甲醇占15%）汽油、M85（甲醇占85%）汽油研究列为技术攻关项目，并在山西、四川、重庆等地投入数百辆汽车进行试运营。

进入新世纪以后，天津大学、吉利汽车、陕汽等高校及企业加大甲醇汽车研究投入，2004年在山西省展开甲醇燃料的试验示范推广工作，并于2009年推出《车用燃料甲醇》和《车用甲醇汽油（M85）》标准。

自2012年起，逐步在山西、上海、陕西、甘肃、贵州五省十市开展甲醇汽车试点工作。至2018年，完成1024辆不同车型，分布在不同海拔地区的示范运行，累计总行驶1.84亿公里，取得阶段性研究成果，其中乘用车方面以城市出租车为主。

2 甲醇燃料特性及优缺点

2.1 甲醇燃料特性

常温下，甲醇具有刺激性气味，易溶于水，易挥发的无色透明液体。化学上，其分子式为CH4O，是结构最为简单的饱和一元醇，结构中不含C-C键，含氧量达50%。甲醇的理化特性与汽油有一定的相似性，主要差异在低热值、汽化潜热、燃烧速率等方面。表1为甲醇、乙醇及汽油的主要参数对比。

2.2 甲醇燃料的应用优缺点分析

由于我国的乘用车主要采用火花塞点火的汽油机，因此本文基于汽油机应用来进行甲醇燃料优缺点的分析。

从理化特性及相关研究报告分析，甲醇燃料主要由以下优点：

1）辛烷值比其汽油高，因此可以适度增大发动机的压缩比，提高发动机的热效率。

2）汽油潜热比汽油大很多，在发动机大负荷工况下可以降低燃烧室的温度，降低爆震倾向，有助于提升发动机的动力性。

3）甲醇是含氧燃料，燃烧速度比汽油快，发动机工作过程中燃烧持续期短，通过火花塞点火提前角的优化调整，可进一步提升热效率。

4）含碳量比汽油低，而且分子中含氧，在燃烧室中可以进行更充分的燃烧，减少尾气中CH、CO及颗粒物的排放。

因此，甲醇燃料与汽油相比，在发动机动力性、油耗、排放三个方面均有提升的潜力。

乘用车的应用环境复杂多变，汽油在发动机上的应用，经过了长期的验证优化，技术成熟可靠。与此相比，甲醇燃料存在几个缺陷：

1）甲醇存在一定的毒性，产品泄露或应用不当，可能对环境和人体健康产生较大影响。另外与汽油相比，甲醇燃烧后的尾气常规排放较低，但是反应过程中产生的甲醛和甲酸等非常规碳氢化合物较多。

2）甲醇及燃烧反应产生的甲醛、甲酸等对有色金属具有较强的腐蚀作用，可造成燃油系统、燃烧系统零部件的损坏，缩短发动机寿命。针对甲醇代用燃料，需要对燃料泵、喷油器、气门座圈、活塞环等零件的材质和处理工艺进行改进。

3）甲醇沸点为65℃，比乙醇低，比汽油的综合沸点低较多，因此在夏季高温环境下在燃料管路中发生气阻的倾向性更大。另外，甲醇的汽化潜热是汽油的三倍，在气道或燃烧室中气化过程会吸收大量的热量，使气道及燃烧室的温度降低，低温环境下，发动机起动困难。因此，甲醇燃料在夏季高温地区及冬季低温区域均存在应用的局限性。

4）甲醇热值仅为汽油的一半，实际燃料替代比为2.2左右，即2.2千克甲醇燃烧产生的热量与1千克汽油产生相当。如果采用相同容积的燃料箱，同款汽车，甲醇燃料与汽油相比，汽车的续航里程大幅缩短。

2.3 我国甲醇燃料的产量及价格分析

甲醇的制备方法根据所采用原料不同可分为天然气制甲醇、煤炭制甲醇、焦炉气制甲醇、化肥联醇制甲醇和再生原料制甲醇。我国由于煤炭资源相对丰富，现有甲醇生产企业200多家，以煤炭为主要原料的厂家占到70%，其他以天然气、焦炉气、渣油等为原料，原料来源丰富。

由于甲醇规模化生产，产量大，在价格上与乙醇、汽油相比，具有有明显优势。如图2所示为金投网统计数据，2018年1至5月份甲醇价格为3000元/吨左右，而乙醇和92#汽油分别超过5000元/吨和7000元/吨。

在考虑与汽油等效热值的燃料替代比，甲醇替代比为2.2，乙醇替代比为1.6。图3显示，与一吨汽油相同热值的条件下，乙醇价格超过了92#汽油，而甲醇仍有一定的价格优势。

3 甲醇燃料的应用展望

我国的甲醇产能占世界甲醇总产能的60%左右，制造甲醇的原料丰富，如果在乘用车上得以大范围推广，将会极大

缓解对进口石油资源的依赖。

工信部自2012年起，陆续在山西、上海、陕西、甘肃、贵州五省十市开展甲醇汽车试点工作，其中乘用车主要以出租车为主。从技术、产品、市场、安全、经济性等多方面对甲醇燃料的可行性进行论证。试点结果证明甲醇燃料具有市场推广的价值，试点过程也推动了我国甲醇汽车和甲醇燃料行业的技术进步。

然而，我国幅员辽阔，地理位置跨度大，不同地区四季的环境温度差异显著，基于甲醇燃料的几个缺陷考虑，大范围推广甲醇燃料具有很大的技术挑战。在技术未取得突破性进展之前，可以预见的乘用车应用市场为环境温度适宜、甲醇加注配套設施较完善的局部地区，针对运行路线相对固定、行驶里程可控的车辆应用，如城市出租车、物流车、市政专用车等。

参考文献

[1] 中国报告大厅，中国石油资源现状，2017.12.

[2] 朱清江.甲醇汽油使用性能与技术研究.长安大学.2006.

[3] 江立永.点燃式甲醇燃料发动机的燃.内燃机学报，1994 .

[4] 林开云.甲醇汽油燃烧特性模拟分析研究.四川工业学院学报. 2004.

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