车用燃料甲醇

车用燃料甲醇（精选八篇）

车用燃料甲醇 篇1

关键词：汽油机,甲醇燃料,常规排放,甲醛

大自然以石油和天然气的形式给予了我们一份厚礼,然而人类却相当迅速地消耗着这些千万年才能形成的资源。统计数据显示,2011年全国消费石油达到4.9亿吨,同比增长3.5%。其中,国内累计生产原油2.04亿吨,同比增长0.3%;累计进口原油2.54亿吨,同比增长6%;累计进口成品油4060万吨,同比增长10.1%。石油对外依存度同比上升1.7个百分点,达到56.5%。中国已成为仅次于美国的世界第二大石油进口国和消费国。过度的消费导致石油供需矛盾日益突出,对外依存度加大。而我国石油进口渠道单一,安全程度低,又缺乏良好的石油战略储备,所以石油替代能源的研究迫在眉睫。

天然气作为一种重要的石油替代能源,为我国的经济发展做出了很大的贡献。然而天然气储量不多,勘探开发难度较大,且天然气分布不均衡,这些因素都制约着天然气的发展。

M15甲醇汽油是指在车用甲醇汽油组分油中,加入一定量的变性燃料甲醇后,用作点燃式内燃机的燃料。M15甲醇汽油的辛烷值高,动力性强,能耗率低,目前我国已在山西,陕西和上海开展了试点工作。但是对M15排放特性尤其的甲醛的排放研究少之又少。由于甲醛排放的不稳定性,目前在汽车排气中的测量方法还没有相应的国家标准。因此,有必要开展M15甲醇的排放特性研究。文中参考国内外文献资料,对比了M15甲醇汽油和RON93汽油的常规和非常规排放,得到大量的数据,并对实验结果进行分析,得出了相应的结论。

1 甲醛及其生成机理

甲醛是一种无色,有强烈刺激型气味的气体。易溶于水、醇和醚。甲醛在常温下是气态,通常以水溶液形式出现。易溶于水和乙醇。其化学式为HCHO,分子空间构型呈平面三角型,相对分子质量为30.03,pH 2.8～4.0,熔点-118 ℃,沸点-19.5 ℃,闪点60 ℃,易燃,低毒,其蒸气能强烈刺激粘膜、具有致癌致性,动物实验证实,甲醛能引起大鼠鼻腔扁平细胞癌[1]。在室内环境下,我国允许的甲醛最高浓度为0.08 mg/m3[2]。

排气中的甲醛主要是未燃HC在排气管中氧化而生成的,其生成量多少取决于排气中未燃甲醇的多少、氧浓度、排气温度以及排气在排气管中滞留的时间。如果排气中的未燃甲醇较多,氧浓度较大,滞留时间较长,甲醇氧化生成甲醛的速率大于甲醛消耗掉的速率,则排气中的甲醛量增加。排气温度的作用十分明显,温度过低则生成甲醛的反应缓慢,温度高则同时加速未燃甲醇氧化成甲醛及甲醛的消耗。研究表明,排气温度在500 ℃时,甲醛生成的速率大于消耗的速率,排气中的甲醛量较多[3]。促进甲醇完全燃烧,减少排气中未燃甲醇,可有效地减少甲醛。

2 甲醛测试方法的选择

甲醛测定的测定方法主要有分光光度法、荧光光度法、色谱法、电化学法等。

在上述几种方法中,电化学法灵敏度高,适用于微量甲醛的测定,但要克服其选择性和稳定性的方面的问题。色谱法主要有气相色谱、高效液相色谱法、离子色谱法等,直接利用色谱法较少,一般是和其它分析仪器相连用,如GC-MS、HPLC-UV等。这就使得色谱分析法操作复杂,成本较高,对实验人员的要求也较高。荧光光度法灵敏度高,但线性范围窄,易受干扰。分光光度法仪器普及,适用面广,是目前主要的测定方法[4]。

分光光度法测定的主要方法有乙酰丙酮法、铬变酸法、酚试剂法等几种。乙酰丙酮法原理是利用甲醛与乙酰丙酮及氨生成黄色化合物二乙酰基二氢卢剔啶后,412 nm下进行分光光度测定。此法最大的优点是操作简便,性能稳定,误差小,不受乙醛的干扰,有色溶液可稳定存在12 h;缺点是灵敏度较低,最低检出浓度为0.25 mg/L,仅适用于较高浓度甲醛的测定;方法缺点是反应较慢,需要约60 min;SO2对测定存在干扰(使用NaHSO3作为保护剂则可以消除)。该方法非常传统。变色酸法也称铬变酸法,甲醛在浓硫酸溶液中可与变色酸(1,8-二羟基萘-3,6-二磺酸)作用形成紫色化合物,该化合物最大吸收波长在580 nm 处,可用分光光度法进行分析测定。改变变色酸浓度和采用不同的采样手段,可满足不同浓度甲醛检测需要。该法的优点是操作简便、快速灵敏;缺点是在浓硫酸介质中进行,不易控制,且醛类、烯类化合物及NO2等对测定有干扰。酚试剂法原理是甲醛与酚试剂反应生成嗪,嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物,颜色深浅与甲醛含量成正比[5],该化合物在660 nm处摩尔吸光系数ε可达7.0×104,该法对甲醛的测定非常灵敏最低检测限为0.015 mg/L。

在分光光度法中,变色酸法与乙酰丙酮法的灵敏度相同,且均需在沸水浴中加热显色,乙酰丙酮比色法加热时间为3 min,变色酸法加热时间较长。酚试剂比色法在常温下显色[6],所以文中采用了基于国家标准酚试剂法的便携式快速甲醛测定仪,结合长安大学自行研制的采样系统,分别对M15甲醇汽油和RON93进行测定。以上几种检测方法各有利弊,在实际工作中研究灵敏度高、选择性能好并能满足现场分析的快速检测方法将是甲醛分析研究的发展方向[7]。实验原理:被测样品中的甲醛与显色剂反应生成有色化合物对可见光有选择性吸收而建立的比色分析法。

3 尾气的收集与采样

本实验利用尾气中的甲醛和蒸馏水能以任意比互溶的特性,将尾气进行冷却,油水分离之后,与空气混合稀释,一起通入特定的吸收装置来收集尾气中的甲醛。原理见图1。

采用空气稀释的作用是避免尾气中的甲醛超出甲醛分析仪的量程范围。如图一所示,尾气和空气分别在泵A和泵B的作用下被抽入混合仓进行混合,之后通入甲醛分析仪进行分析。采样之前要先通气1～2 min,以排出管路中上个工况所残留的混合气。

本实验的甲醛分析仪采用室内空气现场甲醛测定仪,仪器由硅光光源、比色瓶、集成光电传感器和微处理器构成,可直接在液晶屏上显示出被测样品中甲醛的含量。

实验用汽油机是4G15S汽油机,常规排放测试采用双怠速法,怠速工况指发动机无负载运转状态,高怠速工况是指无负载运转状态,将发动机转速稳定在50%额定转速或制造厂技术文件中规定的高怠速转速时的工况[8]。本实验测试的是2000 r/min 时的高怠速。仪器采用AVL4000L废气分析仪。温度计采用通风干湿温度计,气压计采用动槽水银气压计。

试验工况为发动机转速为2400 r/min的负荷工况下,对不同燃料的甲醛排放进行测定。

4 实验结果对比分析

双怠速工况下M15甲醇汽油与RON93的常规排放对比如表1所示。

从表1中可以看出:4G15S汽油机燃用车用甲醇汽油(M15)与燃用93#汽油相比,在怠速(900 r/min)工况下CO排放量由0.34% 下降到0.24%,HC排放量由30.87 mg/kg下降到25.66 mg/kg;高怠速(2000 r/min)工况下,CO排放量由0.58%下降到0.52%,HC排放量由26.06 mg/kg下降到18.44 mg/kg。甲醇汽油的含氧量比汽油高7.5%,燃烧较完全,故HC排放量在小负荷时比汽油低[9]。

从常规排放来看,汽车燃用甲醇汽油与燃烧汽油相比常规排放物中的CO 和HC明显下降,这一点已在早些时候的甲醇燃料研究中得到证实[10]。

发动机转速为2400 r/min的负荷工况下,甲醛排放对比如表2和表3所示。

将表2与表3对比,得出图1。

从图1中可以看出:

(1)4G15S汽油机燃用93#汽油在2400 r/min负荷特性上甲醛平均排放量为0.04 mg/m3。

(2)4G15S汽油机燃用车用甲醇汽油(M15)在2400 r/min负荷特性上甲醛平均排放量为0.07 mg/m3。

(3)4G15S汽油机燃用车用甲醇汽油(M15)与燃用93#汽油相比,在2400 r/min负荷特性上甲醛平均排放量上升了0.03 mg/m3。

5 结 论

(1)发动机燃用M15甲醇汽油和RON93汽油,排气中都含有甲醛类排放物。

(2)发动机燃用M15甲醇汽油,甲醛排放量略高于RON93汽油,说明甲醛的排放受燃料中甲醇含量的影响。

(3)发动机燃用M15甲醇汽油,常规排放物HC和CO明显低于RON93,所以我们认为甲醇燃料是一种清洁的石油替代燃料。

参考文献

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[3]崔心存,金国栋.内燃机排气净化[M].武汉:华中理工大学出版社,1991:35-36.

[4]周芹.室内空气中甲醛的危害及测定方法[J].湖北化工,2002(5):47-48.

[5]GB/T15516-1995空气质量甲醛的测定乙酰丙酮分光光度法[S].北京:中国标准出版社,1995.

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[7]李跃红.甲醛检测方法的研究进展[J].职业与健康,2006(15):1151-1153.

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车用燃料电池发展现状分析 篇2

【关键词】燃料电池；汽车；现状

一、燃料电池分类及原理

燃料电池是一种化学电池，它直接把物质发生化学反应时释出的能量变换为电能，工作时需要连续地向其供给活物质即燃料和氧化剂。由于它是把燃料通过化学反应释出的能量变为电能输出，所以被称为燃料电池。

二、料电池分类

随着材料科学制造工艺技术的发展出现了多种类型的燃料电池，按照不同的方法可以分为不同的种类。按燃料电池的燃料使用类型可以分为直接型燃料电池、间接型燃料电池以及再生型燃料电池。按照燃料电池的燃料状态可以分为液体型燃料电池、气体型燃料电池。按电解质的种类不同可以分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、碱性燃料电池（AFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、再生型燃料电池、锌空燃料电池（ZAFC）、质子陶瓷燃料电池（PCFC）等。.按燃料种类可以分为氢燃料电池、甲醇燃料电池、乙醇燃料电池等。按工作温度不同可以分为低温型（温度低于200℃）、中温型（温度为200℃～750 ℃ ）、高温型（温度为750℃～1000 ℃ ）、超高温型（温度高于1000 ℃ ）。

三、电池工作原理

燃料电池就是把化学能直接转化为电能的装置。它与一般电池一样，燃料电池是由阴极、阳极和电解质构成。

在阳极上连续充如氢气的气态燃料，那么阳极为氢燃料发生氧化的场所，而阴极上则连续充氧气，那么阴极为氧化剂还原的场所，其两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，这样就可以在电极上连续发生电化学反应，并产生电流。从理论上讲，只要连续不断地给电池供应燃料和氧化物，燃料电池就能连续发电。但实际上，由于元件老化和故障等原因，燃料电池有一定的寿命。

四、燃料电池系统组成

燃料电池实际上不是“电池”，而是一个大的发电系统。我们以质子交换膜燃料电池为例来说明。对质子交换膜燃料电池来说，需要有燃料供应系统、氧化剂系统、发电系统、水处理系统、热管理系统、电力系统以及控制系统等。

燃料供应系统是给燃料电池提供燃料，如氢气、天然气、甲醇等。这个系统可以直接利用氢气罐来提供氢气，这种方法比较简单，如采用如电解水的方法制取氢气则相当复杂。氧化剂系统主要是给燃料电池提供与氢气系统相同压力、一定流量、经过良好滤清的氧气。氧气可以从空气中获取或从氧气罐中获取，采用空气获取时需要用压缩机来提高压力，以增加燃料电池反应的速度。压缩机质量、体积和成本，会影响整个燃料电池的参数。

空气供应系统的各种阀、压力表、流量表等接头均要采取防泄漏措施。发电系统是指燃料电池本身，它将燃料和氧化剂中的化学能直接变成电能，而不需要经过燃烧的过程，它是一个电化学装置。由于在电池的阴极生成水，所以需要不断及时地将这些水带走，否则会造成燃料电池失效，因此水的管理在燃料电池中至关重要。

五、料电池发展现状

目前世界各大汽车公司，如戴姆勒克莱斯勒、通用、宝马、丰田等都在积极开发以质子交换膜燃料电池为动力的电动汽车。2000年通用汽车在悉尼奥运会上的OPEL纯氢燃料电池汽车成为马拉松竞技的先导车。我国有关燃料电池的研究始于20世纪中叶。2001年，燃料电池汽车的研制研发被列入到“十五”计划中。2002年大连物化所新源动力公司开发出40KW的轿车燃料电池发动机和75KW的客运汽车燃料电池发动机。并作为展示电动车在2008年北京奥运会上运行。

目前，虽然燃料电池将成为未来的最佳车用能源的这一观点已被认同，但电池寿命、成本、质量体积、氢气安全等问题仍需要我们解决。

六、结论

以氢为主要燃料的燃料电池，具有能量转换效率高、环境友好、高功率密度等特点，有着很多其它发电设备所不可比拟的优势，随着技术的进步和不断研发，它必将成为内燃机的有效替代装置。

参考文献

[1]李瑛，王林山[M].燃料电池.北京：冶金工业出版社，2000.5～10

[2]唐伦成，杨阁亭，王佳.燃料电池技术及应用[J].化工进展.1995，4

车用燃料甲醇 篇3

1 FCV的发展现状

1.1 国外发展情况

近年来,FCV正受到各大经济体的重视。在美国,FCV曾被美国总统布什作为“氢经济”论的“法宝”而大肆宣传。2008年,福特公司宣布发展清洁动力技术,以氢FC为最终目标。在日本,经济产业省已经对FCV的发展规定了时间表,其目标是到2020年日本的FCV达到200万辆,到2030年,FCV全面在日本普及,并斥巨资开发以天然气为原料的液体合成燃料技术、车用电池以及氢FC技术。在欧洲,欧盟也早在2008年夏天就斥资10亿用于FC和氢能源的研发,欧盟此举旨在把FC和氢能源技术发展成为高新技术,在世界新能源领域处于世界领先地位。

目前,许多国外的汽车公司已经推出了自己的FCV。图1为奔驰汽车公司的奔驰B级燃料电池车,可以在-25℃的情况下轻松启动,在短时间内迅速达到80℃的理想工作温度。

韩国现代汽车公司也相继推出了几款燃料电池汽车,其中具有代表性的是第二代(Tucson FCEV)和第三代(Tucson ix FCEV)燃料电池汽车。图2为韩国现代ix35氢燃料电池车,图3所示为该公司的第二代燃料电池公交车。

图4为美国通用汽车公司2001年推出的氢动三号汽车(Hydrogen3),在2010年上海世博会期间进行了将近百辆的示范运行。

1.2 国内发展情况

我国的燃料电池研究始于1958年,原电子工业部天津电源研究所最早开展了燃料电池的研究。70年代在航天事业的推动下,中国燃料电池的研究曾呈现出第一次高潮[2]。“九五”和“十五”期间,国家都把FCV及相关技术研究列入科技计划,国家863计划和973计划都设立了许多与此相关的科研课题。“十五”国家重大科技专项之一的“电动汽车专项”将FCV列为重要内容。“十一五”国家继续支持“节能与新能源汽车”,包括FCV的研究。

在燃料电池领域我国虽然起步较晚,但充分发挥后发优势,与先进水平的差距正在缩小,并且相继推出了一些燃料电池车型。2003年我国第一辆燃料电池动力样车—超越一号亮相上海国际工业博览会。随后,同济大学继超越一号后又研制出超越二号、超越三号,如图5所示。超越二号参加了国际必比登清洁汽车挑战赛,经测试,超越二号在污染排放、CO2排放、噪声、蛇行和燃料经济性方面达到A级水平。超越三号2006年也参加了该挑战赛,取得了不俗的成绩。上海汽车把超越系列汽车的燃料电池动力系统搭载在荣威轿车上,产生了上海牌氢燃料电池汽车,如图6所示。超越系列燃料电池车的主要技术参数如表1所示。

近年来,国家进行了若干次FCV的试运行。奥运会期间,3辆氢燃料电池大客车为奥运会服务。清华大学的邓学等[3]对其运行数据进行了相关研究,研究发现氢燃料电池大客车具有经济性高、能量转换效率高等优点[3]。2010年世博会期间,进行了千辆级的新能源车示范运行,其中196辆FCV,包括90辆燃料电池轿车,6辆燃料电池客车和100辆燃料电池观光车。2009年,科技部、财政部、发改委、工业和信息化部共同启动了“十城千辆”工程,目标是通过政府补贴,用3年左右的时间,每年发展10个城市,每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行,南通市为示范城市之一,笔者通过跟车试验,亲身感受了几种新能源车的不同特点。

2 VFC目前存在的问题

目前,国际上最著名的燃料电池公司要数加拿大的巴拉德(Ballard)公司,该公司的产品主要应用于备用电源、分布式发电、物料搬运(叉车等)、公交车等,巴拉德公司生产的应用于公交车的有型燃料电池。国内燃料电池生产厂家主要有上海神力科技有限公司、北京飞驰绿能电源技术有限责任公司、上海燃料电池汽车动力系统有限公司等。

虽然经过多年的发展,但VFC仍然处于起步阶段,还存在着一些有待解决的问题。

2.1 VFC启停衰减问题

燃料电池作为FCV的动力来源,使用燃料电池直接驱动电动机,不同于传统的内燃发动机,当汽车需要立刻启动或加速时,唯一的办法就是增大燃料极和空气极的流量以提高电池的输出功率。由于FCV主要用于市区交通,运行的速度不高,而且需要频繁的变速,因此用燃料电池来直接驱动电动机,频繁的启动或者改变燃料极和空气极的流量对燃料电池的性能是一种很大的伤害,对其寿命有很大的影响。目前,车用燃料电池主要是质子交换膜燃料电池(PEMFC),PEMFC的频繁启停导致性能衰减的问题,已成为其耐久性研究的一个热点,如何减小启停中电池的衰减也是亟待解决的问题。对启停过程催化剂等关键材料的腐蚀机理的了解是基础,而对于车载PEMFC发动机来说,设计合理的启停程序或者合理的保护装置才是减少启停过程燃料电池衰减的根本措施[4,5]。

2.2 燃料电池组散热

燃料电池是FCV的核心,而燃料电池中质子交换膜是核心部件,其性能的好坏直接影响到电池的性能和寿命。与蓄电池不同,燃料电池内部的化学反应具有不可逆性,大约50%左右的能量耗散掉了,这一部分能量聚集在电池内部使其温度升高[6]。高温会对质子交换膜造成破坏,从而缩短燃料电池的使用寿命。不同于内燃机,燃料电池一般热量辐射出去少,使燃料电池冷却变得很困难。

同济大学的许思传等[6]对FCV散热系统进行了设计,上海燃料电池汽车动力系统有限公司的周奕等[7]也对FCV散热系统进行了研究。主要从三个方面:增大进气风速。采用两个800W的风扇,较好地解决了散热问题,但是附属设备的功耗增加了;(2)增大散热面积。采用了散热器分开布置的方式,有效地解决单块大散热器不易布置的问题,但是同样也面临着布置这些散热器所面临的空间不足以及进气口处理的问题;(3)改变散热器的位置。将冷凝器置于散热器之后,有效地降低散热器气侧的温度,有利于电堆的散热[5]。

2.3 VFC的防冰冻问题

燃料电池不能在零度以下正常起动是阻碍FCV商业化的主要障碍之一。由于燃料电池内部有水,且多用水循环方式冷却,当外部气温低于零度时,停止工作的燃料电池变冷,内部的水便结成冰,导致气道受阻,启动变慢,且水结冰后体积变大,可能产生足以破坏燃料电池内部部件的应力。

詹志刚等[8]对PEMFC冷启动及性能衰减进行了实验研究,实验表明多次冰点以下启动后,电池性能明显衰减且不可活化恢复;催化层表面出现龟裂,并有凹坑。电池性能不可逆劣化和电压的衰减均因水在电池内部发生冻结,导致了结构上的损伤。由于燃料电池内部的水主要在阴极生成,因此对阴极的扩散层产生了严重的影响。重复的结冰和启动,导致催化剂颗粒严重脱落,催化面积大为减小,催化剂的催化能力严重丧失,极大地影响了燃料电池的性能[8]。

2.4 大气污染对燃料电池性能的影响

目前大多数燃料电池使用贵金属Pt作为催化剂,工作温度较低,对燃料(氢气)和氧化剂中存在的杂质气体比较敏感,会严重影响到燃料电池的工作性能。此外,作为刚刚起步的FCV,目前必须与传统内燃机汽车一起运行,传统汽车排放的尾气势必将加重这种不利影响。大气中的主要污染性气体有氮氧化合物NOX和CO。

杨代军、马建新等[8]通过建立燃料电池测试平台对NOX和CO对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响进行了研究,实验结果表明,当通入NOX后,电压在短时间内由0.68V迅速下降到0.35V。此外还进行了NOX对单体电池性能影响可逆性实验,停止通入NOX后电压可以基本恢复,表明NOX对单体电池的影响具有可逆性。在研究NOX对电池阻抗影响时发现,NOX导致了电池阻抗的变大,当用纯净空气吹走NOX后,阻抗基本得到了恢复。在研究CO通入阴极对电池性能的影响时发现电池的性能没有明显下降,表现出了良好的耐受性,这与阳极在CO浓度为10-5(体积分数)时就出现性能大幅降低截然不同,这主要是因为Pt同时也是O2和CO反应的良好催化剂,CO没有吸附在Pt表面造成催化剂中毒[9]。

2.5 车用燃料电池的控制系统

燃料电池作为FCV的核心,频繁启停将造成燃料电池性能衰减,输出功率频繁变化也会对燃料电池的性能造成很大破坏,因此设计减小这种不利影响的燃料电池控制系统是必要的。目前,蓄电池是使用最多的FCV辅助电源,合理高效的燃料电池/蓄电池能量管理将决定整车的性能。

陕西理工学院李志峰[10]采用功率跟随模式,对燃料电池/蓄电池混合动力电动汽车能量控制策略进行了基于ADVI-SOR软件的仿真研究,结果表明功率跟随模式控制策略能使蓄电池和燃料电池始终处于一个最佳工作状态,并可以延长其使用寿命[11]。清华大学何彬、卢兰光等[11]对燃料电池混合动力汽车能量控制策略进行了研究,提出了3种动力系统能量控制策略:恒压控制、离线能量分配控制、在线能量分配控制,并对这3种策略进行了仿真,结果表明离线分配的控制效果优于恒压控制,更接近于在线分配控制,但存在一定的震荡,在线分配控制保证SOC在最佳工作区域。此外,在CBD14循环工况下仿真实验了有无再生制动的燃油经济性,结果显示带有制动反馈的再生能量回馈总量约占燃料电池发动机输出能量的20%左右,极大地提高了整车的燃油经济性[11]。

2.6 振动对VFC的影响

VFC工作环境与普通燃料电池的不同之处在于振动。燃料电池电堆是由单电池通过连接组成,振动会对单电池产生不良影响,缩短使用寿命。

同济大学的许思传、周定贤等[12]对金属流场板燃料电池进行了100h振动可靠性试验,通过对单电池电压的分析,发现该金属流场板燃料电池单电压一致性下降[12]。

华南理工大学的于学华[13]采用移频减振原理对燃料电池发动机反应堆悬置刚度和阻尼进行了优化设计,避开路面不平度引起的1.2Hz到1.8Hz的低频激振,以及由前桥引起的12Hz到14Hz的激振,设计方法可以达到对燃料电池发动机反应堆进行隔振的设计要求[13]。

2.7 燃料储备

燃料电池的燃料主要有氢气、甲醇等,其中氢气的存储最为困难[14,15,16],这里主要说明氢燃料电池的燃料储存问题。

2.7.1 高压气态存储

普通高压气态储氢是目前应用最广泛储氢方式,简便易行而且成本较低,充放氢迅速,且在常温下就可进行[17]。目前,由于钢瓶材料的限制,储氢压力通常不高于20MPa,因此钢瓶的质量储氢密度仅为1%左右。

FCV作为交通工具,要具有长途续航能力,还要经受各种路况,因此高压气态存储有待进一步发展,应着重从两个方面着手:第一,寻找高强度的钢瓶合金材料,提高钢瓶单位质量的储氢量;第二,提高高压氢气存储的安全性。

2.7.2 金属氢化物储氢

金属氢化物储氢是刚发展起来的储氢技术,目前应用正在逐步增多,其原理是把氢气以金属氢化物形式储存在合金中。目前,常用的储氢合金和纯金属主要有Mg、FeTi、MgNi等,其中以Mg的质量储氢密度最高,达到了7.65%;其次是MgNi,达到了3.6%。通过比较发现,通过金属氢化物储氢可以得到相对于高压气态储氢较高的质量储氢密度,而且也相对安全一些。但是储氢合金的储氢条件较为苛刻,放氢需较高的温度,吸放氢动力学性能差,储氢量相对较低,但合金类储氢材料较易大规模生产,成本较低[13],因此综合考虑,金属氢化物储氢的应用前景很广[18]。

3 VFC的发展展望

未来VFC的发展将主要集中在以下几个方面:

(1)新型燃料电池催化剂的研究

目前燃料电池所用的催化剂为金属Pt,为稀有金属,导致燃料电池成本居高不下。同时,全球Pt产量有限,若FCV大量生产,将是一个问题。因此,研究开发新型催化剂以替代金属Pt是现在及将来燃料电池发展所面临的重要课题。

(2)水循环及热管理系统

燃料电池的工作性能对温度的变化比较敏感,目前多使用循环水来控制燃料电池温度,车用燃料电池的工况变化较频繁,相应的温度也起伏不定,所以冷却系统必须保证燃料电池工作在最佳温度区,因此,设计良好的水循环冷却系统是发展FCV必须克服的问题,以及寒冷地区电池结冰问题。

(3)提高燃料电池寿命

首先,改进车身结构,特别是减震系统,以减轻电池振动;其次,采用合理的动力混合方式,扬长避短;同时,研究新的控制方式,以改善频繁变化的运行状况对电池性能和寿命的影响[19]。

4 结语

FCV作为现代科技的产物,目前还存在一些有待解决的问题。技术方面,虽然在不断进步,但是还远没有传统内燃机汽车完善,有待技术突破;在市场方面,FCV在中国刚起步不久,了解的人相对较少,而且成本很高,目前市场相对较小。

当前FCV虽然还面临着一些问题和挑战,但作为新生事物,FCV有着巨大的优越性,如无污染物排放、无振动、无声行驶等,是传统内燃机汽车所不具备的,这些都是FC赋予汽车的,而且目前FCV在许多方面正慢慢赶上传统汽车。相信随着科技的进步,国家的扶持,许多技术瓶颈都将得到解决,FCV技术将会越来越完善,更多的人将会了解并接受它,前景也会更加广阔。

摘要：燃料电池汽车作为一种新能源汽车,经过多年的发展,各个方面均取得了显著的进展。通过对燃料电池、燃料电池汽车发展现状的综述,总结了车用燃料电池(Vehicle Fuel Cell,VFC)的发展现状,以及目前VFC发展过程中所遇到的问题,简要概括了这些问题的研究进展,并对燃料电池汽车未来的发展做出展望。

甲醇燃料在美国受冷落 篇4

甲醇是一种可以清洁燃烧的液态可替代燃料。生产甲醇的原料通常为天然气,但煤或者生物质,比如甘蔗渣等,也能够用来生产甲醇。甲醇长期以来一直被用作生产塑料、夹板和油漆的有机溶剂。同时,甲醇也被用在挡风玻璃清洗液和防冻液中。

作为一种交通燃料,甲醇的优点在于它适于高效发动机和高的压缩比。甲醇汽油混合(即85%的甲醇和15%的无铅汽油混合物)的辛烷值为102,优质无铅汽油的辛烷值为92,而普通无铅汽油为87。同时,M85燃烧排放的致癌物质(例如:乙醛;苯和1,3丁二烯)与汽油相比减少了50%。

但是,纯甲醇燃料存在显著的缺点。首先,甲醇的热值只有汽油的一半,所以在很大程度上限制了车辆的行驶距离。其次,根据甲醇的蒸发和燃烧特性,纯甲醇在固定的沸点64℃(无沸腾范围)沸腾,蒸发潜热比较高,为1178千焦/千克,而汽油仅为330~420千焦/千克。甲醇在绝热122℃条件下会变凉,导致冷启动问题,如结冰。另外,甲醇燃烧时火焰看不见,这是一个很大的安全问题,添加15%汽油会使火焰光芒闪烁。甲醇汽油混合还表现出反常的高蒸汽压,导致烃类的挥发。

甲醇汽油在加州的试点项目开始于1988年。当时,能源委员会联手埃克森、美孚、壳牌等多家石油公司在加州建造了60多个甲醇加油站,为各种灵活燃料车提供甲醇汽油。到1996年,加州大约有13000辆灵活燃料车。该试点项目共进行了15年,到2003年结束。此后石油公司不再提供甲醇汽油。这主要是由于甲醇燃料在使用过程中的储存问题和腐蚀问题会产生上述的诸多麻烦。

在过去的几年中,洛杉矶和西雅图的运管部门由于甲醇燃料的高腐蚀性放弃了甲醇项目。从1989年开始,他们在甲醇公交车项目花费了1.02亿美元,之后洛杉矶郡的交通管理官员宣布他们的甲醇防(空气)污染项目失败,主要原因是甲醇燃料的高腐蚀性导致这些车辆需经常修理。经过5年的试验后,西雅图地铁交通署的官员撤消了甲醇车示范项目。项目试验结果显示,燃料的腐蚀性致使公交车运行6~7万英里后产生严重的发动机故障。由于遇到以上问题,洛杉矶和西雅图的运输管理部门已经把他们的甲醇公交车改为使用CNG(压缩天然气)。

甲醇自身的腐蚀性同样会表现在低比例甲醇燃料中。1998年美国福特汽车公司停止生产甲醇灵活燃料汽车。同时,在欧洲,汽油中允许含有3%的甲醇,但统计数据显示燃料中仅添加了低于0.1%~0.5%的甲醇。世界燃料标准组织(WWFC)绝对禁止汽油中含有甲醇。目前的技术还不能很好解决甲醇汽油金属腐蚀性问题。

车用燃料甲醇 篇5

关键词：美国,车用替代燃料,发展现状,政策,启示

1 美国车用替代燃料发展

1.1 美国发展车用替代燃料的动机

每年全世界范围内近一半的石油消耗于交通运输业,造成将近1/4的温室气体排放。虽然主要国家和地区早已经开始着手解决交通运输业石油替代的问题,石油仍然统治着这个市场,超过95%的车用燃料由石油供给。

美国被称作“汽车轮子上的国家”,据统计数字美国2010年每千人拥有机动车数量达到811.83辆,位居前列,且每年人均消耗石油量居世界首位。交通运输行业耗能占美国总耗能的23.0%~28.0%,同时是美国最主要的石油消耗行业。一直以来,美国政府在解决石油替代问题方面花费了大量的财力和人力,不论是非常规油气的开采与购买,还是可再生能源的开发与利用,都体现了美国政府对缓解石油依赖的决心。在减少交通运输行业温室气体排放的问题上,美国的研究学者和政府官员提出并实践了诸多途径,包括:a)提高车辆燃油经济性;b)使用更为清洁的燃料;c)改变出行方式,如发展公共交通[1]。

1.2 美国车用替代燃料发展现状

寻找车用替代燃料无疑是1个非常重要且效果显著的途径。自20世纪70年代以来,美国联邦政府和各个州政府就着手制定法案和各种激励措施来推动车用替代燃料的发展。基本上各种技术上可行的车用替代燃料都曾经被考虑或推广过,如甲醇、天然气、生物质燃料、丙烷和电力等。总体而言,替代的效果并不尽如人意(见图1)。

虽然市场反应没有达到预期,但是政府并没有放弃其努力和尝试。21世纪以来,更为密集的政策及法案被国会通过,各州或地区也采取了积极的措施推进。目前,乙醇燃料、生物质燃料、天然气、混合动力和电力等都已经较好地被市场逐步接纳,且近年来,替代汽柴油比例略有上升(见图2至图4)。

基础设施的建设是保证替代燃料能够更便利地被采用的重要因素之一。据统计,在美国本土的48个州有超过160 000个加油站,保证了车辆出行的燃料问题。从图4可以看出,近两年替代燃料加油站数量增幅较大,特别是电动汽车、丙烷和E85乙醇汽油汽车的加油站较多。然而,按照替代燃料加油站占汽、柴油加油站的比例来看,还不足2%,密度差异的悬殊还是会使消费者对购买替代燃料汽车存在犹豫的心理。

注:a)柴油消耗量不包括生物柴油消耗量;b)替代燃料包括液化石油气、压缩天然气、M85甲醇汽油、甲醇燃料、E85乙醇汽油、E95乙醇汽油、电力、氢、生物柴油及其他替代燃料。资料来源:U.S.Department of Energy,Energy Information Administration,available at http://www.eia.gov/renewable/afv/index.cfm as of May 10,2012.

资料来源:U.S.Department of Energy,Energy Information Administration,available at http://www.eia.gov/renewable/afv/index.cfm as of May 10,2012.

2 政府支持车用替代燃料的政策和措施

2.1 美国联邦政府制定的主要法案

美国支持车用替代燃料的有关法案最早可追溯到1970年由美国环境保护署制定的《清洁空气法案》,该法案的制定主要是为了保护和改善空气质量。1975年,《能源政策和节约法案》制定了严格的总体平均燃油经济(Corporate A verage Fuel Economy,简称CAFE)标准,其目的是改善燃油经济性。1998年颁布的《汽车替代燃料法案》以CAFE信贷的形式激励汽车生产商采用某些替代燃料。1990年通过的《清洁空气法案(修正案)》增加了多项措施以减少移动排放源,包括建立燃料质量控制体系和更加严格的机动车排放标准。1992年,美国制定《能源政策法案》旨在解决国内能源供应和需求各个方面的问题,包括替代燃料,以减少美国对进口石油的依赖和改善空气质量。

2005年,美国国会对该法案进行了进一步的修订,提出了更为详细的计划和税收、信贷等优惠政策。2007年,政府通过了《能源独立和安全法案》、《能源促进和投资法案》及《可再生燃料、消费者保护和能源效率法案》等三部重要法案。2009年,总额达到7 870×108美元的《美国复苏与再投资法案》由奥巴马总统签署生效,重点支持的替代燃料为混合动力、电力和生物燃料。在2010年和2012年分别通过的《税收减免计划、失业保险和创造就业法案》中,恢复了几种替代燃料的税收抵免(如乙醇和生物柴油)[2]。

2.2 部分州/市政府制定的部分激励措施和政策

作为联邦制国家,在美国的各个州政府具有高度的自治性,可以采取独立的或者联合的行动,即以自下而上的方式应对气候变化,制定能源政策。各个州政府甚至市级政府可以自己的实际情况,因地制宜地制定其支持替代燃料的政策;甚至很多州政府已经走在联邦政府的前面,制定了更加具体的政策和措施,以鼓励当地替代燃料的发展。

2.3 可再生能源标准计划和低碳燃料标准

虽然联邦政府和各州政府出台了诸多鼓励和支持车用替代燃料的法案和政策,然而市场的反馈却参差不齐,部分措施不尽如人意。最近几年,可再生能源标准计划和低碳燃料标准的推出受到广泛重视。

美国环境保护署根据2005年修订的《能源政策法案》建立了美国第一个可再生燃料总量控制计划,即可再生燃料标准(Renewable Fuel Standard,简称RFS)计划。两年后的《能源独立和安全法案》扩展了其内容,新标准在2010年3月公布(被称为RFS2),规定2012年可再生燃料添加总量要达到575.38×108L,到2022年可再生燃料添加总量要达到1 362.75×108L。同时,政策允许将使用可再生燃料所获得的可再生识别编码(renewable identification numbers,简称RIN,是美国环境保护署开发的一套用来辅助实现RFS2的系统,用来标记一定数量的在美国生产或者进口到美国的可再生燃料。)存入银行或交易。每年,美国环境保护署都需要根据当年的实际情况来调整次年RFS2计划中规定的纤维素生物燃料量。在2011年和2012年,美国环境保护署均大幅度降低了当年的纤维素生物燃料的最低量,但对于生物柴油和可再生燃料总量的设定均与《能源独立和安全法案》建立相同的要求[3]。

2009年,美国加利福尼亚州空气资源委员会通过了低碳燃料标准(low carbon fuel standard,简称LCFS),并于2010年开始实施。LCFS要求,到2020年交通燃料的碳强度需减少10%以上。随后,美国11个州签署了共同函件,承诺共同合作实施区域LCFS。和RFS2类似,LCFS依赖对某一种燃料生命周期内温室气体排放量的限制。与之不同的是,LCFS允许利用所有替代燃料来满足合规目标,包括生物燃料、压缩天然气、电力、氢等。另外,LCFS的灵活性体现在受管制的燃料供应商可以选择增加低碳燃料的供应,减少其供应燃料的碳强度,或者从其他受管制的供应商处购买信用(credits)。据统计,在LCFS实施以来的前1.5 a,加州替代燃料的销售达到了最初设定的要求(2011年碳强度减少0.25%,2012年减少0.5%),其中86%的信用来自于乙醇燃料(主要由玉米制做),其余14%来自天然气和生物柴油[4]。

3 对中国发展车用替代燃料的启示

美国车用替代燃料发展到今天,无论是在政策制定与执行,还是技术和研发、市场推广方面,都积累了大量的经验,值得其他国家研究和借鉴。对中国车用替代燃料的发展有以下几点启示。

3.1 制定灵活创新的政策鼓励各省市因地制宜发展本土替代燃料

从以行政和监督的手段来推进单一化替代燃料发展,到制定技术中心的政策(LCFS)让市场来决定各种替代燃料的走向,美国发展替代燃料的艰难历程向全世界展现了政策制定对于行业发展的重要性。依赖单一的替代燃料不可能满足全国所有地区的客观条件要求,最终就可能会因其局限性而导致失败。而LCFS标准或类似的标准把采用哪种技术的决定权交给市场,以信用交易模式来设置燃料供应商对发展替代燃料的最低标准,同时政府部门将利用生命周期温室气体排放的概念追踪能耗链的全过程。这样既可以鼓励适合局部地区实际情况的替代燃料发展,又可以保证政策标准的持久性和通用性。同时,中国政府应该赋予各省市地区政府更多的权利来发展适合本土的替代燃料,同时应尽快出台各种替代燃料的技术标准和排放标准,来规范和监督市场。例如,在山西等富煤地区,发展煤基燃料是实现资源综合利用的合适途径。

3.2 注重研发先进技术加快基础设施建设

据中国人民银行对20个省市498家汽车生产企业调查显示,53%的企业认为中国新能源汽车发展迫切需要实现相关技术的突破(新能源汽车主要指电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车)。特别是电动汽车,中国汽车生产企业并没有掌握核心技术,过度依赖国外先进技术导致总体成本居高不下,最终影响了消费者的购买。

为促进新能源汽车技术发展,美国政府近年来不断加大对新能源汽车技术研发活动的资助。美国能源部推出的EERE研究开发项目占有极其重要的地位。该项目旨在为企业、大学和其他团体或个人在提高能源效率和促进新能源发展方面的研究和示范运营工作提供资金支持。其特点体现在以项目方式实施技术分解,并确定财政资金重点支持领域,引导新能源汽车研发活动有序开展;采用灵活的资金支持方式,有效引导企业、社会团体、大学或者个人参与研发。在这方面建议吸取美国相关经验,大力提高财政资金使用效率,以项目制推动技术的发展。

同时,应加快建设基础设施和配套设施的步伐,鼓励相关企业或者汽车生产企业参与建设,并给予资金补贴、无息贷款或者税收减缓等优惠政策支持;也可以考虑在各省市地区综合评估并选拔2家~3家有实力的企业进行重点支持,以带动行业的发展。

3.3 多种激励措施结合加大政府采购和市场宣传

除建立完善、灵活的政策法规之外,多种激励措施相结合也是必要的支持手段。与美国相比,中国政策对使用替代燃料的优惠政策略显单调,目前对电动汽车的补助力度最大,但是也局限于解除限购和资金优惠等手段,效果并不明显。而相比电动汽车,混合动力汽车的资金补贴力度更为无力,导致消费者的积极性减弱。另一方面,优惠政策是否落实也应该受到重视和监督。

政府采购和市场宣传对于带动行业发展、引导消费者使用替代燃料汽车的作用也不可小视。为鼓励政府采购,美国政府支持30个不同地区的先进车辆示范工作,资助对象主要为州和地方政府部门,资助金额最高可达1 500×104美元。同时在2008、2009、2010年分别拨款1 500×104美元、2 500×104美元、6 500×104美元用于联邦政府租赁或购买燃料电池汽车和设备。

在宣传替代燃料知识方面,政府通过电视、广播、出版物和社会调查提高公众对氢能以及新能源汽车的认识。一些美国学校已制定了新能源教育课程计划和教师培训活动,并对现有教材进行修订,并与美国能源部联合举办新能源应用设计大赛,提高青少年群体对新能源的认知,为未来新能源汽车的推广做准备。这都是值得中国政府仿效和借鉴的经验。

参考文献

[1]于卿婵,陈曦华.美国“能源与气候政策”考察之行[J].绿叶,2012(09):82-86.

[2]Alternative Fuels Data Center.美国联邦主要法案汇总[EB/OL][.2013-03-05].http://www.afdc.energy.gov/.

[3]Sonia Yeh,Daniel Sperling.Low carbon fuel policy andanalysis[J].Energy Policy,2013,56(5):1-4.

甲醇柴油微乳燃料 篇6

本工作采用微乳化方法,用生物柴油与正丁醇、异戊醇等复配制得微乳化助溶剂,进而制备出廉价环保的甲醇柴油微乳燃料,并对微乳液稳定性进行了研究。

1 实验部分

1.1 原材料

正丁醇、甲醇:分析纯,由沈阳市新化试剂厂生产。异戊醇:分析纯,由国药集团化学试剂沈阳有限公司提供。0号柴油:市售品。氢氧化钾:分析纯,沈阳试剂四厂生产。

1.2 试样制备

1.2.1 生物柴油

将2.1g催化剂氢氧化钾溶解于40mL甲醇中[4],然后与植物油(甲醇/精制大豆油,二者体积比为1∶5)混合,室温下搅拌反应约30min,尔后将混合物移至分液漏斗中静置约8h,上层清液即为标题物。

1.2.2 微乳甲醇柴油

分别以生物柴油、生物柴油-正丁醇(二者质量比为1∶1)混合物和生物柴油–异戊醇–正丁醇(三者质量比为1∶1∶1)混合物为微乳化助溶剂,将其加入到柴油甲醇混合体系中,在温度为(20±0.5)℃的条件下,可制备甲醇柴油微乳燃料[5]。

1.3 试样表征

采用离心机对微乳燃料进行分离,并用恒温水浴锅加热,然后测定试样的稳定性能。

2 结果与讨论

2.1 微乳化助溶剂对体系互溶性的影响

2.1.1 生物柴油

为了增加柴油与甲醇的互溶性,首先以生物柴油为微乳化助溶剂[6]。由图1可知,不加生物柴油时,柴油与甲醇几乎不互溶;加入后,二者的互溶性略有提高,甲醇在微乳化体系中的最大用量约为4%。由此可知,仅以生物柴油为微乳化助溶剂并不合适。

2.1.2 复配助溶剂

脂肪醇中含有羟基和烃基,属于两亲性分子,它可通过氢键与甲醇分子结合,同时通过范德华力与柴油中烃分子作用,使甲醇分散于柴油中[7]。根据乳液界面膜理论,当界面膜由复合表面活性剂形成时,膜的强度增大,乳液稳定性提高。因此,本工作选用生物柴油与正丁醇、异戊醇复配作为微乳化助溶剂。

以甲醇柴油为柴油机燃料时,甲醇质量分数不能超过20%[8]。当该值小于20%时,柴油机启动的时间与未添加者相同;进一步提高用量,会延长柴油机的启动时间。

由图2可知,以生物柴油和正丁醇混合物为微乳化助溶剂,当甲醇质量分数约为15%时,微乳化助溶剂质量分数约为34%; 以正丁醇为微乳化助溶剂时,要达到相同甲醇添加量,正丁醇质量分数需增到40%左右。显然,用生物柴油和正丁醇混合后,可节约正丁醇用量。当甲醇质量分数超过55%时,曲线a与曲线b基本重合。

由图3可知,在正丁醇-异戊醇中加入生物柴油后,甲醇柴油的微乳化效果虽然略有提高,但可以增大共溶区面积,特别是在甲醇质量分数为40%左右时,微乳化助溶剂用量可以由约40%降至约38%;当甲醇质量分数约为15%时,微乳化助溶剂用量约减少0.6%。

由此可知,以生物柴油制成复合助溶剂可以提高甲醇柴油的微乳化效果,因此生物柴油不仅是很好的微乳化助溶剂,而且能减少正丁醇和异戊醇的用量,还可进一步降低甲醇柴油的价格。微乳化助溶剂的使用效果以下列顺序递增:生物柴油,生物柴油-正丁醇混合物,生物柴油-正丁醇-异戊醇混合物。

2.2 甲醇柴油微乳液配方

以生物柴油-正丁醇-异戊醇混合物为微乳化助溶剂,考察了其用量对乳液稳定性的影响(见表1)。由实验可知,制得的微乳液外观呈半透明状,乳液中存在少量的絮状物。

由表1可知,随微乳化助溶剂质量分数的增加,乳液稳定性增强,但用量增加到一定程度时,稳定性反而降低。生物柴油和醇均含有亲油和亲水基团。亲油基团通过范德华力与柴油中烃分子作用[9-10],亲水基团和甲醇分子作用,它们对甲醇和柴油都有亲和力,可以在相界面上构成比较牢固的薄膜,通过机械力来稳定乳液。当醇的用量增大到一定程度时,醇亲油端基附着在大分子链上的数目增加,造成链段聚集而使几何位阻增大,成膜性能降低,乳液稳定性下降。因此,本工作以试样2为最佳配方。

2.3 乳液稳定性实验

将表1中试样2放入3000r/min离心机中[11-12],旋转30min后取出观察,乳液外观依然澄清透明,无任何变化。将其置于60℃恒温烘箱中干燥24h,乳液外观亦无任何变化。再将其冷却至-10℃,乳液出现混浊现象,但没有分层,当温度回升后,乳液又恢复到澄清透明状态。由此可知,制备的甲醇柴油微乳燃料是热力学稳定体系。

3 结论

a.微乳化助溶剂的使用效果以下列顺序递增:生物柴油,生物柴油-正丁醇混合物,生物柴油-正丁醇-异戊醇混合物。

b.甲醇柴油微乳燃料最佳配方(质量分数)为:甲醇10%,0号柴油72%,微乳化助溶剂18%。

c.制得的甲醇柴油微乳燃料几乎不受机械力和温度的影响,属于热力学稳定体系。

参考文献

[1]Liu Youzhi,Jiao Weizhou,Qi Guisheng.Preparation and proper-ties of methanol-diesel oil emulsified fuel under high-gravityenvironment[J].Renewable Energy,2011,36(5):1463-1468.

[2]Luo Yong,Zhou Changlian,Yang Weicheng,et al.Manufacturingof methanol-diesel oil microemulsion for diesel engine:CN,101935560A[P].2011-01-05.

[3]商红岩,林殷平.一种甲醇柴油的制备方法:中国,201010237628.5[P].2010-11-17.

[4]熊洧,熊道陵.柴油微乳液的制备工艺研究[J].江西化工,2009(1):63-66.

甲醇燃料:五大热点问题待解 篇7

但是, 为何到目前为止, 我国甲醇燃料的推广仍不尽如人意?据了解, 该产业发展还有五大问题待解。

问题一:规模用量的多与少

“近期国际原油市场动荡, 国内成品油价格连连下跌, 导致我国醇醚燃料产业发展节奏放缓。但国内甲醇产能严重过剩, 险被环保部列为‘双高’产品负面清单, 对此业内要有清醒认识。”中国石油和化学工业联合会醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会副秘书长降连保说, 近3年来醇醚燃料已成为甲醇下游的第一消费领域, 2012年占到甲醇表观消费量的27.8%, 2013年上升到31.8%, 2014年预计仍能维持第一消费领域的位置。

目前, 各省市采用高起点起步、在线调配、自动化作业程度高的模式, 已建成或在建的10万吨以上规模的甲醇汽油调配基地有46座, 大多数规模为30万吨, 数量之多、建设周期之快远超预期。据初步摸底, 目前国内进入统计口径和“体外循环”的甲醇汽油总消耗量为1100万吨左右。

山西华顿实业有限公司总裁办主任申丽青认为, 我国甲醇燃料技术已发展成熟, 目前形成了成套的甲醇燃料技术、管理、运营、服务、安全等系统, 以及较为完备的配套支持体系, 证明影响甲醇燃料产业发展的共性、关键问题得以解决, 并基本适应现有的成品油储存、运输、加注系统, 具备了全国大规模产业化推广的条件。

据申丽青介绍, 目前我国在26个省市都有不同规模的甲醇燃料产业化示范运营项目, 已建成并投入运营的甲醇燃料生产中心30多个, 生产能力1000万吨, 其中山西14个、陕西9个, 已建成覆盖当地全省的甲醇燃料生产销售网络。湖北、湖南、贵州、江苏、福建、重庆、云南、甘肃、河北等10多个省市在建甲醇燃料项目20多个, 投产后甲醇燃料产能将达2000万吨, 基本能够满足全国产业化示范运营需求。

但在降连保看来, 从国内燃料消耗的规模用量来衡量, 这个规模还还很小。据统计, 全国可以加注甲醇汽油的站点不超过1400座, 与在用的10万座成品油加油站相比数量太少, 自建或撬装式加油站仍然很少。同时, 在1100万吨的甲醇汽油调配总量中, 规模以上的仅占40%, “体外循环”量超过一半。甚至个别经销商购买添加剂擅自调配甲醇汽油, 使得质量难以保障, 市场存在潜在混乱风险。

降连保还认为, 虽然甲醇汽车试点由两省一市扩大到四省一市 (增加贵州、甘肃两省) , 但高比例 (M85~M100) 使用公告目录内的甲醇汽车只有280辆, 数量较少, 使用范围极其有限。同时, 我国甲醇化改造的甲醇汽车总量已达16万辆之多, 虽然广泛使用, 但至今还没有“名分”。

问题二:技术和标准的深与浅

降连保说, 经过多年的工程实践, 我国甲醇燃料应用技术攻关由浅入深, 水平不断提升。甲醇汽油尤其是低比例的甲醇汽油, 已经由简单的物理混配延伸到化学合成、催化剂广泛使用和纳米技术领域等;甲醇燃料添加剂持续改进, 屡出新品, 实现了用量少、功能强、质量高的许多高新技术成果。

与技术由浅入深形成对比的是标准滞后。“‘浅’还有搁浅的意思。目前, 甲醇燃料标准缺失滞后, 矛盾凸显。其中编制时间长达8年之久、业内争议最大的《车用甲醇汽油 (M15) 》国家标准, 已3次征求意见, 颁布时间却一拖再拖, 让人望眼欲穿、久盼不出;甲醇汽车至今也还没有标准。不能等待量上去了再考虑标准, 那样就来不及了。”降连保告诉笔者, 《液化石油气二甲醚混合燃气》标准已通过评审并正式上报, 但时隔1年至今仍处于搁浅状态, 是造成目前二甲醚市场尴尬现状的主要原因之一。

据降连保透露, 《车用甲醇汽油 (M15) 》国家标准归口单位——全国石油产品和润滑剂标准化技术委员会 (石标委) 对文稿的技术性内容已经基本认可, 在其组织召开评审会后并上报国家标准委, 预计今年上半年问世。石标委委托国家安全生产青岛石油化工检测检验中心进行了甲醇汽油危害评估专题研究, 得出了“甲醇汽油对健康和环境的危害不会高于汽油”的结论。

降连保认为, 就M15甲醇汽油标准的工作深度和广度而言, 其编制过程实际上已成为一个科研专题研究项目, 数据详实, 权威性较强。

问题三:产业链的连与断

“甲醇燃料的产业化不仅仅涉及醇醚燃料行业, 其规模应用属于一个系统工程, 必须系统运转。”降连保认为, 甲醇燃料产业链应该链节完整, 缺一不可;每个链节必须质量可靠、寿命等效、前后匹配、运行协调;产业链失效或出故障往往是从最薄弱的环节开始。

“得终端者得市场, 终端通则一通百通。”降连保说, 甲醇燃料产业链最大、最多、最普遍存在的问题是加注终端“断崖式”的脱节或断裂, 或者压根就没有任何连接。如果这个问题解决不好, 产业很难上规模。

据降连保介绍, 甲醇汽油与传统汽柴油相比, 存在明显的特性差异, 如对水的耐受性差、燃料含氧量高、高清洁性等, 必须通过两大产业联动, 促进相互适应, 才能有序发展。同时, 甲醇燃料的特性和汽车应用技术目前没有实现联动。就甲醇燃料及甲醇汽车的大产业链而言, 燃料技术发展本应是与甲醇汽车技术发展相辅相成、相互促进的关系, 但现实情况是甲醇汽车相关技术和产品相对滞后。

事实上, 甲醇燃料依托利用既有加注站的有利条件, 容易并且现实。分析比较国内甲醇汽油推广量最大的山西省和发力最快的甘肃省, 其共同特点就是分别依托了中石化山西公司的加注网点和中石油甘肃公司几个地方分公司的加注系统。

笔者了解到, 当前发展终端已成为甲醇燃料企业的重中之重。拥有甲醇汽油、甲醇柴油系列产品及成套甲醇燃料技术工艺许可及服务的山西华顿实业有限公司, 在山西省1200多座加油站销售甲醇燃料, 2013年销售M15甲醇汽油80余万吨。

陕西亚能石化科技有限公司依托三原大庆加油站, 于2013年8月开始销售M25甲醇汽油;2014年6月与陕西宝姜石化集团开展战略合作, 在其下属加油站全面销售亚能石化生产的M25甲醇汽油;与重庆云阳巨力新能源合作, 在中石油重庆云阳寨坝加油站进行M15甲醇汽油试点销售。除与民营加油站合作外, 亚能石化与中石油的合作也十分成功。2014年3月, 亚能石化与中石油甘肃酒泉销售分公司达成合作意向, 7月开始在中石油甘肃酒泉销售分公司所辖祁连、百合站试点销售M30甲醇汽油;11月又签订正式合作协议, 双方成立合资公司, 在玉门市区建设20万吨甲醇汽油调配中心, 届时中石油酒泉销售分公司下辖加油站将全面销售M30甲醇汽油。

问题四:政府行为的助与阻

“市场的决定作用不能单向发力, 而要靠市场行为和政府监管形成合力。政府的监管作用不能用先入为主或刻舟求剑的定式思维, 更不能敷衍了事, 简单行政施令。”降连保对笔者说, 政府行为关系到产业定位和市场可否发展, 必须事前深入调研或通过中介组织、科研院所服务来佐证, 形成厚实的决策基础。比如工信部在决策甲醇汽车试点前, 就进行了3年时间的调研。

据降连保介绍, 去年6月, 国家某部委在给商务部的回复中, 仍然使用了10年前针对甲醇汽油的相对陈旧的观点, 提出“现阶段……不宜大规模推广甲醇汽油并进入成品油流通领域”的意见, 导致投入运营的开滦集团所属的唐山中阳新能源有限公司甲醇汽油推进试点因此受阻。

“受阻是暂时的, 市场的作用更强大。”降连保认为, 在政府行为方面, 山西的做法可圈可点。据了解, 山西省甲醇汽油与甲醇汽车应用推广一直走在全国前列。在连续推广甲醇汽油的16年间, 该省先后出台了3轮优惠扶持和规范管理政策, 极大助推了产业发展。2014年11月, 《山西省加快新能源汽车产业发展和推广应用的若干政策措施》出台, 最大亮点是从省情出发, 没有将新能源汽车单一局限于电动汽车, 而是把甲醇汽车、燃气汽车 (以煤层气为燃料) 也列入其中, 形成三足鼎立之势, 打破了新能源汽车只局限于电动车的局面。

降连保呼吁, 政府应给予高比例甲醇汽油消费税税收阶段性优惠, 以加快规模化推广应用。

问题五:社会共识的同与异

“时至今日, 人们对醇醚燃料的争议仍是一个常见的社会现象, 双方态度旗帜鲜明。这关乎产业能否准确定位, 必须引起业界的高度重视。”降连保分析说, 其中的原因有3点:一是现阶段市场的作用不到位, 而政府的作用出现错位, 在多年的交叉互动中造成了醇醚燃料的模糊定位;二是业内部分企业违规操作, 随意掺混, 造成了对整个产业的负面影响;三是一些人的固执己见和先入为主观念难以改变。

“甲醇汽油的市场化之路, 不会是一条平坦大道。现在市场上出现了一些急功近利的现象, 甲醇汽油产品和技术不成熟导致质量不过关, 使用非标汽油、不达标的添加剂给广大消费者带来损害。国家标准的缺失, 导致低比例甲醇汽油市场混乱, 曾遭受低劣甲醇汽油伤害的用户谈‘甲’色变, 严重制约了行业的健康发展。”陕西亚能石化科技有限公司董事副总王琼姿说。

据申丽青介绍, 华顿实业的甲醇燃料销往全国26个省市及以色列、巴基斯坦等国际市场。他们在山西规模化推广使用M15甲醇汽油10多年来, 累计销售甲醇汽油500多万吨, 加注使用车辆超过1亿辆次, 基本涵盖山西境内的各种在用汽油车型, 没有出现一起大面积车辆不适应的问题。

甲醇燃料供给系统腐蚀与防护 篇8

甲醇燃料作为理想的替代能源之一, 有着非常好的发展前景和市场潜力。尽管国内外学者为甲醇汽油推广和应用做了大量的工作, 但甲醇汽油尚存在的难题给其蒙上了挥之不去的阴影。国外反对在汽油中加入甲醇, 主要原因是甲醇腐蚀性比较大, 目前的技术还不能很好解决甲醇汽油对金属和橡胶的腐蚀溶胀问题, 汽车的耐久性得不到保障。

2 甲醇汽油的腐蚀机理

2.1 甲醇对金属的腐蚀

甲醇的腐蚀性主要是由甲醇氧化以及甲醇燃烧反应过程中产生的甲酸、甲醛、大量水蒸气、未燃醇等对金属表面有腐蚀性。在发动机各种金属材料中, 甲醇汽油对铜的腐蚀作用最为明显, 而造成腐蚀的主要物质就是甲酸, 其腐蚀机理是:

另外, 当汽油中不含水分时, 酸性腐蚀很弱, 主要是活性硫化物引起的铜片腐蚀;而甲醇在储运过程中会吸入少量的水, 水的存在将引起酸的电离, 激活金属的酸腐蚀和电化学腐蚀过程。

目前来讲, 解决甲醇对供给系统金属部件的腐蚀的措施常用的有两种:一是从供给系统入手, 更换零部件采用耐腐蚀的金属材料;另一种是从燃料着手, 应用添加剂以期缓滞甲醇的腐蚀。为了验证添加剂的防腐蚀效果, 按照GB/T5096-1985中规定的石油产品铜片腐蚀试验法, 进行试验。结果发现, 添加剂能够很好地抑制甲醇汽油的腐蚀, 使得甲醇汽油的铜片腐蚀结果符合车用汽油的国家标准要求。相对而言, 采用在燃料中加入防腐蚀添加剂的方法, 更为简便且成本更低。

2.2 甲醇对非金属的溶胀

甲醇是一种良好的溶剂, 对于某些橡胶和塑料部件有一定的腐蚀和溶胀作用。发动机燃料供给系统有一些部件是橡胶和塑料制品, 遇到甲醇燃料会发生溶胀或软化现象, 导致供油系漏油等影响发动机的正常工作。

其主要机理是:甲醇分子浸入橡胶分子链内部, 破坏高分子间的极性作用, 导致甲醇和汽油分子扩散进去, 从而引起橡胶质量和体积发生变化, 使其失去工作能力。

为了探究甲醇汽油对发动机燃料供给系统橡胶和塑料的影响, 选取常用的汽车供油系统橡胶和塑料零部件, 参照GB/T1690-1992规定的硫化橡胶耐液体实验标准方法进行浸泡溶胀对比试验。结果发现, 不同比例的甲醇汽油橡胶溶胀性有较大差异, 对于高比例甲醇汽油来说应该选用耐甲醇性能高的橡胶, 而对于低比例甲醇汽油来说, 则只需选耐油性较好的橡胶。

研发抗橡胶溶胀剂或者更换相应零部件为耐醇材料, 作为应对甲醇汽油对橡胶溶胀性的措施而广泛使用。就实验结果而言, 硬聚氯乙烯、聚丙烯等材料对于甲醇汽油有良好的抗溶胀能力, 若考虑成本因素, 丁腈橡胶则是最具性价比的替代材料。

2.3 甲醇汽油对供油系燃油泵的磨损

相对于柴油、煤油等燃料来说, 汽油的润滑性极少被提及。汽油是C4~C11的碳氢化合物组成的混合物, 碳原子越多油性和抗磨性越好, 再加上汽油中所必需的各种添加剂, 足以保证电动燃油泵的正常运转。但是对于甲醇汽油来说, 甲醇的加入使得燃料的抗磨性发生了很大的变化, 在高比例甲醇汽油中尤为显著。燃料性质的变化导致燃油泵噪声变大, 油泵发热, 油压降低, 甚至损坏燃油泵零部件以致油泵工作失效等严重后果。所以, 甲醇汽油的抗磨性研究, 对于燃料供给系统防护也是十分必要的。

对于汽油的抗磨性来说, 国家标准中并没有相关的规定和可以量化的评判指标, 故而我们先借鉴柴油的相关标准来研究。

粘度是流体的一种属性, 是衡量流体流动性的指标。运动粘度表示液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度, 甲醇和汽油运动粘度的差异, 直接影响到甲醇汽油在油泵中的通过能力。参照国标GB/T265-1988的规定, 通过实验发现甲醇的运动粘度要大于汽油, 则甲醇的油性、抗磨性不及汽油, 在不做任何措施的情况下长时间使用甲醇汽油, 尤其是高比例甲醇汽油, 就会造成燃油泵零部件磨损甚至失效。

针对甲醇汽油的抗磨性最简单的解决方案是在甲醇汽油中加入添加剂, 以期改善甲醇汽油的抗磨性。其机理是在甲醇汽油中加入膜中高分子物质, 使其理化性质接近汽油, 使得燃油泵得以在合理情况下进行工作。

另外, 作为一种良好的溶剂, 甲醇会把油路管线以及燃油箱中的沉积物溶解堵塞滤网, 同时燃油泵中硬质聚氨酯发泡塑料等材料的零件在甲醇汽油中浸泡后变软等都会引起燃油泵故障。针对这些问题, 只需使用甲醇反复清洗燃料供给系统和更换耐醇材料部件即可解决。

3 结论

(1) 对于甲醇燃料供油系统金属部件的腐蚀来说, 采用添加剂的方法更为简洁方便, 然而目前效果明显且性价比较高的添加剂仍需进一步开发。

(2) 对于甲醇燃料供给系统非金属部件的溶胀性来说, 开发抗溶胀剂或者采用耐醇橡胶等替代材料都是比较好的应对策略, 其中采用丁腈橡胶性价比极佳。

(3) 作为燃料供给系统的动力, 油泵扮演着不可替代的作用。对于甲醇汽油对燃油泵的腐蚀磨损问题, 似乎开发添加剂比改进燃油泵构造更具市场潜力和开发价值。

参考文献