甲醇汽油的技术问题评述与研究

贾爱芹，吕昌斌

（黄河交通学院，河南 焦作 454150）

近代以来，随着世界经济水平的提高和人类技术的不断提升，人类社会对石油的需求也变得愈加俱上，但是没有节制的开采使得地球能源大幅度降低，虽然近几年来发达国家对于石油的需求量有所减少，但是全球总的石油需求量仍然不断上升，能源的短缺不仅造成了全球范围贫富差距的拉大，而且还引起了国家与民族之间的矛盾，造成了巨大的经济损失，从而开发新型能源变得刻不容缓。

随着我国经济的飞速发展，对于石油的需求也在快速地提升。然而，我国有将近60%的石油需求依赖于进口，现在已成为世界上第二大能源需求国。据有关专家统计，截至2020年，我国对于进口石油的依赖度将会超越60%，石油需求总量将接近5亿t的水平，汽车拥有量超越1亿，车用燃料消耗石油总量占据了50%以上。巨大的石油需求不仅会造成经济浪费，而且还会造成严重的环境污染，因此，为了减少环境污染，保护环境，节约石油使用量，需要寻找一种安全可靠、环境友好、经济节约型的代用燃料变得尤为重要。

甲醇是一种无色、透明、易燃、易挥发液体，将甲醇部分添加到汽油中，可配置出具有良好动力性、经济性的甲醇汽油，甲醇来源广泛，还具有污染小、燃烧时无烟等特点，是一种重要的代用燃料。在我国推广使用甲醇汽油，具有以下好处：降低环境污染，提高就业人口，缓解能源压力，改善城市环境。

1 甲醇汽油的技术特性评述

甲醇燃烧的化学反应式为：

2CH4O+3O2=2CO2+4H2O

由上式可知，完全燃烧一个甲醇分子，需要消耗四个氧原子，其中甲醇自身供应一个氧原子，汽油本身不含氧原子。根据计算可知，汽油的理论空燃比为14.7，甲醇的理论空燃比为6.47，甲醇与汽油相比具有以下特性：

（1）根据质量计算，由于甲醇自身含有氧原子，因此甲醇在燃烧过程中消耗的氧气数量要小于汽油燃烧，燃烧过程中产生的尾气也要比汽油燃烧要小得多，因此甲醇作为替代燃料使发动机的整体效率提升，污染减少。

（2）从热效率方面来说，由于甲醇的热值较低，因此，在同等热效率下，甲醇燃烧的燃油消耗率远远低于汽油的燃油消耗率；它完全燃烧所需过量空气系数远远小于汽油燃烧所需过量空气系数。

（3）甲醇具有较高的辛烷值，抗震抗暴性能较强，现代发动机都是通过提高空气压缩比来提高发动机热效率。

（4）甲醇的燃点比汽油高，不易发生火灾，沸点比汽油低，较易与空气结合燃烧。

（5）甲醇的汽化潜热与汽油相比较大，较大的汽化潜热可以有效改善发动机的冷却效能，提高发动机的动力。

（6）甲醇着火界限较宽，能够在较为稀释的混合气体中燃烧，降低了燃油的消耗，提高了排气效率。

（7）甲醇在常压下为液态，较易携带储存。

由以上甲醇的优良特性可知：一定浓度的甲醇汽油相比于普通汽油燃烧效率增高、污染排放降低、发动机功率增高等方面要优于汽油燃烧。

2 甲醇汽油对人体和环境的影响

（1）甲醇的毒性和安全性。甲醇是一种中等毒性物质，在化学上同汽油的性质一样，有毒，但绝非剧毒。经过国内外对甲醇毒性的多次研究证明，在操作规范的前提下，甲醇作为石油的替代燃料是安全可行的。

美国能源部实验报告指出，甲醇毒性对生态环境的影响要小于汽油，将毒性用百分制来评价，如果汽油的的毒性为100分，乙醇的毒性为50分，甲醇的毒性则为30分。报告指出，甲醇在水中的分解效率要远远高于石油和柴油，甲醇的分解速度以小时计，而石油的分解速度以年计算。由于土壤中的微生物可以分解甲醇，所以甲醇泄露到土壤中其产生的毒性也远远小于汽油和柴油。

我国在六五期间，北京医科大学就甲醇的毒性原理，甲醇对人体健康的影响等课题做了深入研究，根据三年以来对此毒性的深入跟踪调查以及跟正常人身体机能的严格对比，我国得出了与美国能源部基本一致的结论，即只要操作得当，甲醇对于人体健康不存在威胁。另外，从消防方面考虑，由于甲醇的蒸气压较小，密度较大，因此甲醇燃烧产生的蒸汽较汽油相比不易上浮；此外，甲醇具有良好的传导性，能够减少燃烧时产生的静电，降低火灾发生的可能性，同时使油泵输送速率加快；甲醇的燃烧热辐射较低，降低了造成二次火灾的可能性。

（2）甲醇的运输安全性。甲醇汽油的运输不仅要考虑其自身的物理特性，还要考虑其作为燃料的燃点、闪点、密度、蒸发性等方面。①自燃点是指不与外界火焰发生接触，单纯靠外界温度进行自燃时的温度，如果自燃点较低，在运输过程中发生意外事故时发生爆炸的概率较大；②闪点是指与明火接触发生燃烧的温度，如果闪点低的话则汽车燃烧系统易发生起火或产生爆炸。爆炸的极限值过低、蒸发性好、密度大于空气沉积地面都容易发生起火燃烧；③同一种燃料自身性质相对于安全性来说也是相互矛盾的，例如密度小的基本上蒸发性也好，到底是安全还是危险需要视情况而定。汽油比柴油的密度小，蒸发性好，两者相对于空气来说密度大，都会在地面沉积，所以两者以密度作为安全性的参考依据不能成立。④主要考虑蒸发性，由蒸发性来看的话，汽油相对柴油更危险。天然气比汽油的密度低，蒸发性好。以蒸发性作为参考，天然气显然更危险，但汽油蒸发性较高。以密度作为参考，由于天然气的密度比汽油低，同时也低于空气密度，当天然气发生泄漏时会迅速上升，从而飘散在空气中，所以由此可见汽油相对于天然气更危险。

（3）甲醇汽车的使用安全性。①甲醇汽车常规排放物。除了毒性和运输安全性两方面，人们对甲醇汽车的排放气体问题也特别关注。由国际能源机构发表的实验评价报告中可看出（对汽油、柴油、甲醇、CNG、LPG等几种燃料实验），甲醇汽车的常规排放物比普通汽车加装三元催化器的排放低，NOx在清洁燃料中则是最低的。我国也做过汽油汽车和甲醇汽车的排放实验，结果表明甲醇汽车（M90）的排放低于汽油汽车；②甲醇汽车非常规排放物。据美国大气资源局评估，甲醛和乙醛的毒性分别是苯的1/10、1/5。由此可判断甲醇的非常规排放物比汽油低。

3 甲醇汽油作为汽车替代能源的主要技术问题

从甲醇的理化性能来看，甲醇汽油作为汽车的替代能源主要有以下方面的技术问题：腐蚀性、低温启动问题、热值较低问题、低分层问题、溶胀问题。

（1）甲醇汽油的腐蚀性问题。甲醇对一些金属材料有腐蚀性(例如镁、铅、铝等)，因此要对甲醇加入醇类腐蚀抑制剂，降低对汽车发动机的损害，使发动机工况正常运转。因此可以说，醇类燃料腐蚀抑制剂的研制与应用会直接关系到醇类燃料的开拓与发展。

（2）甲醇汽油的低温启动问题。甲醇汽油已解决了在冬季难以汽化，使发动机不能顺利启动的问题，采用了加助燃剂的方法，达到了-25℃的冷车顺利启动问题。

（3）甲醇汽油的遇水分层问题。国家标准GB338-2O04规定甲醇含水量小于0.15%，但醇油易吸水而油库油站中又经常有水，这使得一般醇油的使用发生困难。若事先在油库油站加用防水剂，其防水能力达到1%，其抗微量水能力已解决。

4 结语

甲醇用作一种燃料，其排放尾气中的CO、NO等含量降低，有利于环境保护；而更重要的就是用甲醇用作燃料，这样能够优化我国的能源结构，而且还会降低人类社会对石油的严重依赖，因而它将会成为当前较佳的汽油替代燃料，这些优点会导致国内外争相开发甲醇燃料汽车。

目前，甲醇燃料初期的应用市场现已初步形成，低浓度甲醇一汽油混合燃料也已商业化，并且得到了广泛的使用：高浓度和纯甲醇燃料也已有开发并投入了试运行。甲醇汽油将会是未来的一个大方向，拥有很好的发展前景。

［1］梁玮.甲醇汽油的研究开发及应用现状［M］.四川：中外能源出版社，2006.

［2］边耀章，等，汽车新能源技术［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［3］吴域琦，冯心理.甲醇——后石油时代的一颗明星［M］．中国科协年会，2006.