甲醇燃料動(dòng)力的技術(shù)特點(diǎn)

及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用挑戰(zhàn)上海焦化有限公司2011.4.27推進(jìn)甲醇燃料應(yīng)用的重要意義近年來(lái)由于石油價(jià)格高企，國(guó)內(nèi)形成了煤化工熱潮，各地紛紛上了大型煤制甲醇裝置，統(tǒng)計(jì)到2010年底，我國(guó)甲醇生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能約達(dá)到每年3000萬(wàn)噸以上，并且現(xiàn)有在建裝置全部建成后，產(chǎn)能還將進(jìn)一步增加至3500萬(wàn)噸以上。但是甲醇用于化工消費(fèi)量每年約1100多萬(wàn)噸，下游產(chǎn)品開發(fā)及市場(chǎng)開拓尚需時(shí)日。根據(jù)石化行業(yè)十二五規(guī)劃，甲醇行業(yè)在十二五期間產(chǎn)能將進(jìn)一步擴(kuò)大至5000萬(wàn)噸，推進(jìn)甲醇作為車用替代燃料，導(dǎo)向是很明確的。

2009年4月8日和5月18日國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)先后公示批準(zhǔn)《車用甲醇燃料》和《車用甲醇汽油（M85）》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T23510-2009）、（GB/T23799-2009），并于2009年11月1日和12月1日起正式實(shí)施。甲醇燃料納入我國(guó)車用替代燃料正常軌道，加快推進(jìn)了應(yīng)用市場(chǎng)。我國(guó)能源資源的基本情況—摘自《BP世界能源統(tǒng)計(jì)》2010年6月

中國(guó)石油探明儲(chǔ)量為21億噸，占

世界總儲(chǔ)量1.19%；年開采量1.897億

噸，占世界總產(chǎn)量4.9%；2009年中國(guó)

石油消費(fèi)量4.046億噸，占世消費(fèi)總

量10.4%。中國(guó)石油儲(chǔ)產(chǎn)比10.7，世界

儲(chǔ)產(chǎn)比42。

中國(guó)煤炭探明儲(chǔ)量1145億噸，

占世界總量13.9%，年開采近28億噸，

儲(chǔ)產(chǎn)比38年，比石油、天然氣情況

要好很多。

因此中國(guó)基本能源結(jié)構(gòu)肯定

是“以煤為主”。上海焦化甲醇燃料研發(fā)概要（一、M100甲醇轎車）2006年以來(lái)上海焦化和上海華普汽車在開發(fā)M100甲醇燃料方面形成共識(shí)，共同推進(jìn)甲醇汽車的研究和產(chǎn)業(yè)化，促進(jìn)甲醇作為車用替代燃料真正形成甲醇應(yīng)用的巨大市場(chǎng)。華普汽車的M100甲醇汽車技術(shù)方案采用雙燃料系統(tǒng)，是當(dāng)前甲醇燃料使用初期最為合理的過(guò)渡方案。焦化在合作中主要圍繞甲醇燃料的腐蝕、潤(rùn)滑的適應(yīng)性展開研究，以及研究建立甲醇燃料儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注系統(tǒng)等方面完整的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)。上海焦化的M100車用甲醇已經(jīng)建立企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，目前正在制定上海市地方標(biāo)準(zhǔn)。在華普專用發(fā)動(dòng)機(jī)和整車開發(fā)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)臺(tái)架耐久試驗(yàn)、整車50萬(wàn)公里道路試驗(yàn)，驗(yàn)證了車用M100甲醇燃料技術(shù)的可行性。已完成甲醇加注站的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸、儲(chǔ)存、加注系統(tǒng)的實(shí)際使用。甲醇符合車用替代能源的4E評(píng)價(jià)要素資源Energy環(huán)境友好性Environment經(jīng)濟(jì)性Economy使用方便性

Easy替代燃料評(píng)價(jià)的4E要素相互有關(guān)聯(lián)表1甲醇和汽油的燃料特性比較表性質(zhì)甲醇汽油分子式CH3OHC4～C14分子組成O49.9碳?xì)浠衔顲37.5碳?xì)浠衔颒12.5碳?xì)浠衔锩芏龋╧g/L）0.7930.730-0.790閃點(diǎn)（℃）11-50沸點(diǎn)（℃）64.732～210熱值（MJ/kg）20.08344.350自燃溫度℃500456汽化潛熱（kJ/kg）1167293～841性質(zhì)甲醇汽油蒸汽壓（雷德法37.8℃/Mpa）0.0370.05～0.09發(fā)火溫度℃470240理論混合氣溫度℃122.421.6理論混合氣熱值（kJ/m3）39063810層流燃燒速度（m/s）52387理論空燃比（kg/kg）6.4514.6～15.1辛烷值研究法（R）11284～97馬達(dá)法（M）9270～84（R+M）/210270～90

8萬(wàn)公里道路可靠性試驗(yàn)性能優(yōu)越，燃料替代比1.6以下，節(jié)能23%。序號(hào)試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果技術(shù)要求1動(dòng)力性最高車速（km/h）汽油160≥160甲醇164一檔起步加速到100km/h所需時(shí)間（s）汽油16.2≤18甲醇15.8爬坡性能爬坡度（％）30≥302經(jīng)濟(jì)性最高檔等速行駛?cè)剂舷牧浚ㄉ?100km）90km/h汽油6.8替代比1.558甲醇10.6120km/h汽油8.2替代比1.585甲醇132025/11/16華普汽車整車排放檢測(cè)數(shù)據(jù)（克/公里、1.8升）

——襄樊國(guó)家機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心燃料種類排放項(xiàng)目排放值歐Ⅳ限值汽油THC0.030.1CO0.321.0NOX0.010.08M100甲醇THC0.020.1CO0.281.0NOX0.020.08上海焦化甲醇燃料研發(fā)概要（二、甲醇/柴油組合燃燒）2008年10月，上海焦化和天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姚春德教授合作，進(jìn)行甲醇—柴油組合燃燒技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)近半年的整車實(shí)驗(yàn)，改裝的大型柴油機(jī)集卡，已經(jīng)實(shí)際運(yùn)行近2萬(wàn)多公里。甲醇替代柴油已達(dá)到40%左右，甲醇消耗與替代柴油比例已小于1.8。駕駛員主觀認(rèn)為上坡、加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力更強(qiáng)，排放也有改善。按當(dāng)前的甲醇市場(chǎng)價(jià)格，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。上海焦化甲醇燃料研發(fā)概要（三、M15甲醇汽油應(yīng)用）2003至2006年，由華誼集團(tuán)和上汽集團(tuán)牽頭，上海焦化參加了市科委重大攻關(guān)項(xiàng)目《甲醇摻混燃料研究及在汽車上的應(yīng)用》項(xiàng)目，在上海內(nèi)燃機(jī)研究所主持下，利用上海大眾2QVS發(fā)動(dòng)機(jī)和通用別克發(fā)動(dòng)機(jī)，全程使用上海焦化研制的M15甲醇汽油，完成了發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架標(biāo)定和耐久試驗(yàn)。2輛桑塔納整車安裝了改進(jìn)標(biāo)定數(shù)據(jù)后的2QVS發(fā)動(dòng)機(jī)，在大眾試車場(chǎng)各進(jìn)行10萬(wàn)公里道路試驗(yàn)，車輛行駛正常，動(dòng)力不低于原機(jī)水平，排放合格，順利完成全部研究目標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)束后的發(fā)動(dòng)機(jī)拆檢表明：發(fā)動(dòng)機(jī)全程使用焦化研發(fā)的M15甲醇汽油添加劑，和汽油相比并沒(méi)有過(guò)多的積碳、結(jié)焦，能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期正常工作。上海焦化醇醚燃料研發(fā)概要（三、M15甲醇汽油應(yīng)用）2006至2008年上海焦化參于了上海內(nèi)燃機(jī)研究所承擔(dān)的國(guó)家科技部的863項(xiàng)目——“甲醇汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)研究與開發(fā)”。2008年至2010年上海焦化參與華普汽車承擔(dān)的國(guó)家科技部的863項(xiàng)目——““甲醇靈活燃料汽車技術(shù)開發(fā)”。完成甲醇汽油用于汽車涉及的M15甲醇汽油添加劑開發(fā)、甲醇汽油應(yīng)用相關(guān)的金屬材料腐蝕性研究、M15甲醇汽油對(duì)各種橡膠件的溶脹破壞研究。通過(guò)參與上述各個(gè)課題研究，奠定了上海焦化在國(guó)內(nèi)甲醇燃料應(yīng)用技術(shù)的領(lǐng)先地位。甲醇燃料節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)一、使用甲醇燃料的節(jié)能效果：按照理論熱值，甲醇、汽油的比值約1：2.2，實(shí)際使用替代比約1.6：1。按照等熱值計(jì)算，節(jié)能約25％。二、甲醇（CH4O）碳?xì)浔?：4（摩爾），低于汽油（1：2.25），也低于柴油（1：2.125）。完全燃燒時(shí)排放二氧化碳僅為汽油的71.2%（按1.6倍汽油體積計(jì)算），僅為柴油的65.8%（按1.49倍柴油體積計(jì)算）。雖然生產(chǎn)甲醇需要排放二氧化碳，但是比起發(fā)電，其排放的二氧化碳高度濃縮，如果需要進(jìn)一步治理，結(jié)合CCS技術(shù)采用壓入地下方案，是完全可以實(shí)施的。甲醇燃料的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)華普M100甲醇汽車的燃料消耗數(shù)據(jù)，以及加裝輔助ECU轎車的燃料消耗數(shù)據(jù)，大致為1.6～1.7升甲醇替代1升汽油。當(dāng)前甲醇市場(chǎng)價(jià)格約為2700元/噸，折算為2.16元/升，滬四地標(biāo)汽油7.39/升，替代汽油應(yīng)為3.456～3.672元/7.39元，僅為50%左右，經(jīng)濟(jì)性非常明顯。M100甲醇燃料汽車的一些技術(shù)難點(diǎn)1、低溫啟動(dòng)困難——甲醇閃點(diǎn)高、汽化潛熱大，M15比例以上即存在低溫啟動(dòng)問(wèn)題，中、高比例更加明顯。曾采用過(guò)的方案：電熱塞、進(jìn)氣預(yù)熱等效果均不佳。2、尾氣排放——對(duì)汽油車來(lái)說(shuō)啟動(dòng)、暖機(jī)階段、非常規(guī)排放也有同樣的難點(diǎn)。3、材料適應(yīng)性——對(duì)某些金屬、非金屬材料存在腐蝕、溶漲，甲醇汽油混用方式難度更大；另外燃燒行為的改變也應(yīng)選擇更合適的金屬材料和結(jié)構(gòu)；潤(rùn)滑系統(tǒng)也需要優(yōu)化。4、系統(tǒng)規(guī)范的研發(fā)——需要發(fā)動(dòng)機(jī)廠、整車廠參與產(chǎn)業(yè)化研發(fā)，現(xiàn)狀較多仍是改裝車。甲醇燃料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用挑戰(zhàn)——一、關(guān)于燃爆危害與汽油相比，甲醇熱值低、氣化潛熱大、沸點(diǎn)高、蒸汽壓低、閃點(diǎn)高、自燃溫度高、發(fā)火溫度高、層流燃燒速度低，這些性能指標(biāo)對(duì)于甲醇燃料使用過(guò)程的燃爆控制、消防管理都更安全。

查化學(xué)物安全技術(shù)說(shuō)明書：甲醇爆炸極限為5.5～44.0%，汽油爆炸極限為1.3～6.0%，也比較容易控制，相對(duì)安全。

2008年6月，上海焦化報(bào)請(qǐng)上海市消防協(xié)會(huì)進(jìn)行“M100甲醇燃料加注站消防安全技術(shù)咨詢?cè)u(píng)估”后，上海市消防局準(zhǔn)予上海焦化在執(zhí)行《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》等前提下，建設(shè)M100甲醇燃料加注站。甲醇燃料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用挑戰(zhàn)——二、關(guān)于甲醇的毒性甲醇有毒。人們對(duì)十年前的假酒案記憶猶新，對(duì)使用甲醇存有疑慮，更有媒體不自覺(jué)地夸張宣傳把甲醇說(shuō)成“劇毒”。但是看毒理性試驗(yàn)數(shù)據(jù)LD50值、LC50值，甲醇和乙醇相比毒性并不高出很多。乙醇延伸的酒文化大家都接受，而甲醇用于燃料卻疑慮重重這是不科學(xué)的。上海焦化在編制車用甲醇燃料企業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時(shí)已經(jīng)添加了標(biāo)示顏色，如果一定需要甚至還可以添加特殊氣味，杜絕誤將甲醇用于配酒，但更關(guān)鍵是應(yīng)該讓大眾能夠科學(xué)正確地了解甲醇的毒性和正確地把甲醇用于燃料。職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)GB5044-1985

分級(jí)極度危害（Ⅰ）高度危害（Ⅱ）中度危害（Ⅲ）輕度危害（Ⅳ）急性毒性吸入LC50mg/m3經(jīng)皮LD50,mg/kg經(jīng)口LD50,mg/kg

<200<100<25

200-100-25-

2000-500-500-

>20000>2500>5000

急性中毒發(fā)病狀況

生產(chǎn)中易發(fā)生中毒，后果嚴(yán)重

生產(chǎn)中可發(fā)生中毒，預(yù)后良好

偶可發(fā)生中毒

迄今未見(jiàn)急性中毒，但有急性影響慢性病中毒患病狀況

患病率（≥5%）

患病率較高（<5%）或癥狀發(fā)生率高（≥20%）

偶有中毒病例發(fā)生或癥狀發(fā)生率較高（≥10%）

無(wú)慢性中毒，而有慢性影響

慢性中毒后果

脫離接觸后，繼續(xù)進(jìn)展或不能治愈

脫離接觸后，可基本治愈

脫離接觸后，可恢復(fù)，不致嚴(yán)重后果

脫離接觸后，自行恢復(fù)，無(wú)不良后果

致癌性

人體致癌物

可疑人體致癌物

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物致癌物

無(wú)致癌物

最高容許濃度mg/m3

<0.1

0.1-

1.0-

>10

甲醇、乙醇、汽油毒理性數(shù)據(jù)注：LD50是毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，表明50%實(shí)驗(yàn)動(dòng)物（鼠、兔）致死攝入量；LC50表明50%實(shí)驗(yàn)動(dòng)物致死的環(huán)境濃度。本表數(shù)據(jù)摘自國(guó)際通用的化學(xué)物安全技術(shù)說(shuō)明書（MSDS）。甲醇乙醇汽油LD50（mg/kg）5628（大鼠經(jīng)口）15800（兔經(jīng)皮）7060（兔經(jīng)口）7430（兔經(jīng)皮）67000（小鼠經(jīng)皮）LC50（mg/m3）837774小時(shí)（大鼠吸入）3762010小時(shí)（大鼠吸入）1030002小時(shí)（小鼠吸入）國(guó)標(biāo)分類的依據(jù)是以急性毒性、急性中毒發(fā)病狀況、慢性中毒患病狀況、慢性中毒后果、致癌性和最高容許濃度等六項(xiàng)項(xiàng)指標(biāo)為基礎(chǔ)的。甲醇和汽油一樣，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)舉例中明確分類在“中度危害”一類。

我們需要正確科學(xué)地認(rèn)識(shí)甲醇的毒性，況且現(xiàn)在是用于燃料燃燒而不是“喝”，只要保證環(huán)境濃度低于MSDS（安全技術(shù)說(shuō)明書）中規(guī)定的“中國(guó)職業(yè)接觸限值”（MAC）50mg/m3，就能夠保證安全健康。甲醇生產(chǎn)企業(yè)多年來(lái)沒(méi)有發(fā)生一例由于接觸甲醇死亡的案例，就能夠充分說(shuō)明這個(gè)結(jié)論。當(dāng)然涉及甲醇的操作，我們?nèi)匀恢鲝垼赫_戴防護(hù)眼鏡和手套，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)配備沖洗水、洗眼器，作業(yè)人員萬(wàn)一被甲醇濺到，要及時(shí)用水沖洗。查閱網(wǎng)上關(guān)于“假酒案”的報(bào)道，1989年下半年～2009年3月不完全的統(tǒng)計(jì)，20年來(lái)13起假酒案中累計(jì)造成1006人中毒，死亡137人，41人致殘，5人失明。假酒案一般的情況都是有意無(wú)意地將“工業(yè)酒精”或甲醇直接用來(lái)調(diào)酒，甲醇含量超標(biāo)。2003.12.6云南玉溪20多人喝了用10多斤酒精兌水的自制酒，化驗(yàn)剩余的假酒甲醇超標(biāo)500～1000倍，按此推算平均每人攝入甲醇約200克，當(dāng)?shù)卮舜渭状贾卸竟?9人，死亡5人，攝入量和死亡率基本上可以參考用以驗(yàn)證甲醇的LD50數(shù)據(jù)。

不少案例中都描述了中毒死亡人員的都是飲酒量較大的，原本酒精中毒的因素在其中也占有很大成分，不過(guò)每年喝酒（乙醇）中毒死亡的案例也不少，卻沒(méi)有人重視和加以統(tǒng)計(jì)。甲醇燃料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用挑戰(zhàn)——三、關(guān)于尾氣及甲醛的排放各種汽車燃料常規(guī)排放量比較

數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)際能源組織+20℃上限值g/Km氫甲醇（100）天然氣LPG汽油（無(wú)凈化器）歐洲標(biāo)準(zhǔn)微ⅡⅡⅠCO00.931.070.4612.60HC00.060.140.6110.46NOX0.0370.150.210.193.35各種汽車燃料非常規(guī)排放量比較

數(shù)據(jù)來(lái)源：國(guó)際能源組織

+20℃FTP程序g/Km氫甲醇（100）天然氣石油氣柴油汽油（有凈化器）汽油（無(wú)凈化器）苯000.6＞0.51.54.755二丁烯0＜0.5＜0.5＜0.51.00.61.8甲醛05.6＜2.0＜2.0122.54.3甲醇07.900000上海焦化參與的國(guó)家863項(xiàng)目——“甲醇汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)研究與開發(fā)”，研發(fā)團(tuán)隊(duì)中有清華大學(xué)汽車工程系，分工完成了甲醇汽車尾氣排放的檢測(cè)評(píng)價(jià)。清華在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架上大量試驗(yàn)后的研究報(bào)告表明：①發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒低比例甲醇汽油時(shí)