船用甲醇燃料的特性分析綜述1.1船用甲醇燃料簡(jiǎn)介及環(huán)保指標(biāo)甲醇，分子式為CH3OH，分子量為32.04，甲醇無(wú)色、透明、略帶酒精氣味，具有水溶性易揮發(fā)性。甲醇具有cetaneratio低、自燃溫度高、不易壓燃的特點(diǎn)。甲醇不含C-C鍵，含氧量為50%；C/H值比小于柴油，在產(chǎn)生同樣熱量的情況下，甲醇生成的CO?量要少很多。甲醇的自燃溫度高于汽油和柴油，為436℃。甲醇主要由煤、天然氣、焦?fàn)t氣、煤層氣等制取，如果利用高硫劣質(zhì)煤和焦?fàn)t氣來(lái)制取甲醇，則能提高資源的綜合利用，減少環(huán)境污染。再生原料制甲醇煤炭制甲醇再生原料制甲醇煤炭制甲醇甲醇甲醇化肥聯(lián)醇制甲醇化肥聯(lián)醇制甲醇天然氣制甲醇焦?fàn)t氣制甲醇天然氣制甲醇焦?fàn)t氣制甲醇圖3-1甲醇的制取方式在25℃時(shí)，甲醇的密度為0.7918g/mL，低于柴油，輸出功率略低于柴油，但柴油產(chǎn)生碳煙微粒的可能性也高于甲醇。甲醇的熱值為19.6MJ/kg，幾乎是燃油熱值的一半，因此，當(dāng)汽油摻混甲醇或者純甲醇燃燒時(shí)，會(huì)引起動(dòng)力性能下降REF_Ref100118559\r\h[5]。甲醇的辛烷較高，具有良好的抗爆性能和較高的熱效率。甲醇還可以與水可以任意比例互溶，同時(shí)也可混溶于汽油、醇類(lèi)、乙醚等有機(jī)物。表3-1甲醇與幾種常見(jiàn)船用燃料的理化性質(zhì)對(duì)比燃料重油（HFO）低硫油（MGO）LNG甲醇物態(tài)液體液體低溫液體液體15℃下密度［kg/m3］（LNG為-160℃下）989900448796沸點(diǎn)［℃］30~190180~360-16265閃點(diǎn)［℃］>60>60--12自然點(diǎn)［℃］--250~500540465著火極限［體積百分比%］--0.3~105~156~36低熱值［MJ/kg］40435020與LNG相比，甲醇無(wú)需低溫儲(chǔ)存和絕熱，所以使得燃料艙的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單建造成本低。甲醇不含硫，燃燒時(shí)硫氧化物（SOx）排放較柴油機(jī)可降低99%，可以滿(mǎn)足IMO排放要求。根據(jù)W?rtsil?Vasa32的測(cè)試報(bào)告，使用甲醇燃料時(shí)，NOx排放量為3?5g/kWh，使用低硫油（MGO）時(shí)，NOx排放量約為11.8g/kWh。另一臺(tái)W?rtsil?SulzerZ40SMD的測(cè)試顯示，使用甲醇時(shí)NOx排放為4?5g/kWh，而使用低硫油時(shí)該值約為11.5g/kWh。因此，甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)可完全達(dá)到IMOtierII和國(guó)內(nèi)船舶NOx排放標(biāo)準(zhǔn)REF_Ref100119071\r\h[6]。1.2船用甲醇燃料的理化特性甲醇是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分子量32.04，易揮發(fā)、無(wú)色、易燃、有毒、沸點(diǎn)64.7℃。通常可用一氧化碳與氫氣反應(yīng)制得。由于甲醇只含C、H、O三種元素，所以燃燒產(chǎn)物只有水和二氧化碳。甲醇的火焰幾乎無(wú)色，點(diǎn)燃時(shí)要小心，避免燃傷。雖然自然界中含有少量的甲醇，但在陽(yáng)光下會(huì)被氧氣氧化成CO2。1.3船用甲醇燃料的燃燒特性船用甲醇燃料的燃燒特性包括其各種熱值、理論空燃比、理論體積分?jǐn)?shù)最小點(diǎn)火能量、最大火焰?zhèn)鞑ニ俣?、與空氣燃燒的最低與最高極限范圍等一系列因素。甲醇具有極性,在液態(tài)甲醇分子之間較強(qiáng)氫鍵的作用下,結(jié)合成較復(fù)雜的分子,締合作用是可逆的,進(jìn)行締合時(shí)放熱,而要減弱或者破壞這種締合,必須給予較多的熱量,甲醇汽化時(shí)需要較多的熱量REF_Ref100119680\r\h[9]。甲醇含氧量大,含碳量小,使用甲醇燃料的內(nèi)燃機(jī)可以減少CO排放。甲醇的最小點(diǎn)火能量為O.140MJ,點(diǎn)火能量比較低。因此，在汽油中加入甲醇有利于改善汽油的點(diǎn)火性能和燃燒過(guò)程。甲醇的自燃溫度為436℃,柴油則為200~220℃.甲醇具有較高的點(diǎn)火溫度，使得甲醇燃料不易壓燃。甲醇易燃，閃點(diǎn)溫度為11℃。甲醇燃料的著火極限為6%-36.5%(體積分?jǐn)?shù))，當(dāng)空氣中甲醇蒸汽的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到6%時(shí)，可達(dá)到著火條件。汽油的著火極限是1.4%-7.6%。甲醇燃料具有良好的稀燃性,適合稀空氣燃燒。甲醇的辛烷值在106以上，抗爆性能很好，使用甲醇后可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，進(jìn)而提高熱效率。1.4船用甲醇燃料國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢(shì)歐洲對(duì)船用甲醇燃料的研究和應(yīng)用推廣較早。2018年德國(guó)勞式船級(jí)社發(fā)布了《替代燃料和技術(shù)——為了更環(huán)保的航運(yùn)業(yè)》，提出船用甲醇燃料是五種可替代燃料之一。此后，許多歐洲國(guó)家對(duì)甲醇燃料進(jìn)行了研究，并對(duì)其商業(yè)推廣進(jìn)行了探索。進(jìn)行了甲醇燃料研究項(xiàng)目GreenMaritimeMethan，從甲醇燃料系統(tǒng)的安裝啟用到使用成本，再到可再生甲醇作為船舶燃料的可行性進(jìn)行了研究。瑞典實(shí)現(xiàn)了甲醇用作為船用燃料從研發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的跨越，也證明了甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的安全性和可靠性。2016年4月，全球第一艘甲醇動(dòng)力船“StenaGermanica“已投入運(yùn)營(yíng)，25艘甲醇動(dòng)力航母計(jì)劃到2018年在北歐投入運(yùn)營(yíng)。2018年挪威船級(jí)社發(fā)布了《替代燃料和技術(shù)——為了更環(huán)保的航運(yùn)業(yè)》白皮書(shū)。馬士基將在2023年前推出世界第一艘碳中和班輪，該船將使用甲醇作為主要燃料。航運(yùn)業(yè)這些動(dòng)向傳遞出對(duì)船用甲醇燃料的信心。2021年3月，EasternPacificShipping與曼恩發(fā)動(dòng)機(jī)公司簽署了一項(xiàng)備忘錄，將船舶改裝為甲醇雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。目前全球11艘運(yùn)營(yíng)的甲醇雙燃料船均為甲醇運(yùn)輸船。2020年，共使用11.3萬(wàn)噸甲醇用作船用燃料。2021年，美國(guó)船級(jí)社發(fā)布了《甲醇船用燃料指南》，考慮將甲醇作為近期和長(zhǎng)期的選擇。隨著國(guó)際海事組織（IMO）的《\o"船用燃料油"船用燃料油污染損害民事責(zé)任國(guó)際公約》的實(shí)施，船舶燃料油污染問(wèn)題越來(lái)越受到重視。2015年3月：StenaGermanica船運(yùn)公司-瓦錫蘭甲醇發(fā)動(dòng)機(jī)；2016年4月：Methanex梅塞尼斯甲醇船公司-曼恩MAN-甲醇柴油雙燃料船；2015年10月：新加坡BillionMiles公司開(kāi)發(fā)小型船舶應(yīng)用；2016年6月：瑞典ScandiNAOS，綠色試點(diǎn)項(xiàng)目改造，研究成果證明甲醇是船用燃料新選擇。2018年，印度發(fā)布《甲醇燃料船舶指南》，推廣\o"甲醇"甲醇替代柴油為船用燃料。瑞典政府要求在2030年或2045年，本國(guó)所有輪渡、引航船、破冰船及作業(yè)船都使用非化石燃料，這在一定程度上將增加甲醇的吸引力。在嘗試將甲醇燃料使用到大型船舶的過(guò)程中，瓦錫蘭、Stena和Methanex公司聯(lián)合研制的世界第一艘甲醇動(dòng)力渡船“StenaGermanica”號(hào)的面世，再一次證明了甲醇的可行性。2019年，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）和甲醇協(xié)會(huì)（MI）正在進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以測(cè)試環(huán)保性能更好的甲醇船用燃料，這也是亞洲地區(qū)的首此嘗試。2019年10月，日本船運(yùn)公司日本郵船（NYK）集團(tuán)接收了“TakaroaSun”號(hào)甲醇運(yùn)輸船。通過(guò)各國(guó)的努力，在實(shí)現(xiàn)“雙碳”的戰(zhàn)略目標(biāo)中，甲醇發(fā)揮重要的作用。甲醇為實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)指明了方向。甲醇燃料在我國(guó)的應(yīng)用已引起高度關(guān)注重視。近年來(lái)，我國(guó)甲醇燃料消費(fèi)量達(dá)到569.8萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年船用甲醇燃料將成為甲醇燃料消費(fèi)最具增長(zhǎng)潛力的市場(chǎng)。隨著環(huán)保意識(shí)深入人心以及國(guó)家對(duì)環(huán)保的嚴(yán)格要求，清潔燃料收到高度重視，甲醇逐漸成為清潔能源的首要選擇。自2015年起，中國(guó)船級(jí)社開(kāi)展船舶替代能源（醇類(lèi)、H?等）應(yīng)用研究，并與2016年底完成了《船舶使用醇類(lèi)燃料應(yīng)用指南》。2017年12月，中國(guó)船級(jí)社發(fā)布實(shí)施了《船舶應(yīng)用替代燃料指南》，為船用甲醇燃料的使用提供了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2021年，中國(guó)石化聯(lián)合會(huì)醇醚專(zhuān)委會(huì)推出一種新型ME-LGI雙燃料船舶發(fā)動(dòng)機(jī)。2016-2021年中國(guó)甲醇燃料行業(yè)發(fā)展分析及投資潛力研究報(bào)告分析認(rèn)為，甲醇船舶燃料經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)，甲醇燃料的前景是相當(dāng)光明的。2019年，國(guó)內(nèi)首艘甲醇燃料動(dòng)力船艇“江龍?zhí)枴痹嚭?，?biāo)志著國(guó)產(chǎn)船艇使用甲醇燃料邁出關(guān)鍵一步?！敖?zhí)枴币矊⒆鳛橥茝V應(yīng)用的母型船。圖3-2歐洲甲醇燃料船舶項(xiàng)目概覽在雙碳目標(biāo)下，我國(guó)將進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)甲醇燃料動(dòng)力船舶，進(jìn)一步提高國(guó)內(nèi)船用甲醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)能力，加快制定指導(dǎo)我國(guó)船舶能源綠色低碳發(fā)展的頂層方案和時(shí)