汽油替代燃料燃烧机理研究论文

汽车用汽油的质量标准随着汽车发动机技术的发展不断地变化着。而车用汽油质量标准的水平对汽车的发展有重大影响。纵观我国车用汽油质量标准变化的历程大致可以分为三个阶段。第一阶段（1956年—1985年）中国车用汽油的质量标准基本上是按照前苏联的样本建立和发展起来的。车用汽油的牌号从五六十年代的56号、66号发展到七八十年代的70号、80号。由于这30年间我国汽车工业发展缓慢、规模小、水平低、品种单调，对车用汽油的质量也没有太高的要求，因此我国车用汽油的质量标准基本上是停留在沿袭原苏联标准的水平上。这时期车用汽油的质量标准与国产发动机的技术发展水平可以说是基本相适应。当时汽油发动机的压缩比为—之间，汽车和客货车的品种较少，例如老解放、老上海、212吉普、苏联伏尔加、嘎斯吉普等车型。第二阶段（1986—1999年）中国车用汽油的质量标准发生了重大的变化。首先是标准体系的转变，汽油标准居间脱离沿袭苏联的轨道，而向国际通用标准靠拢。原先以马达法辛烷值为基准划分的汽油牌号改变为以研究法辛烷值作为划分汽油牌号的基准。1986年首次出现的GB484-86车用汽油标准中包括90号和97号两个牌号，其抗爆性指标不仅列入了研究法辛烷值的限值，同时对马达法辛烷值也有要求，即抗爆指数的限值。1989年修订的车用汽油标准中又增加了93号汽油。车用汽油质量标准的第二个重大变化是1991年颁布了我国第一个车用无铅汽油标准包括90号、93号、95号三个牌号。与普通汽油标准相比，除了不允许加铅外，将高标号汽油97号改为95号，即降了2个辛烷值单位，这是因为靠生产工艺，而不是靠加铅提高汽油辛烷值要困难得多，成本也高，这在国外通常也是这样办的。因此，含铅汽油与无铅汽油在相当长的一段时间内并存。所谓汽油无铅化是一个从有铅到无铅的发展过程，时间有长有短，各国情况不同。美国的无铅化经历了20多年，我国从91年第一个无铅汽油标准颁布实施，到2000年车用汽油实行全面无铅化经历了10年。在此期间淘汰沿用20多年的70号汽油老标准。高标号无铅汽油的出现可以说是这一时期车用汽油质量标准明显的提升。这时汽油机的压缩比开始提高，达到左右，具有代表性的是83年出厂的第一批化油器桑塔那轿车，当时进口的一些日本轿车如丰田、皇冠等，也采用这一类型的发动机。第三阶段（2000年以后）2000年是中国车用汽油质量标准发生变化的一个重要关头。汽车数量的急增、排放污染物对环境的严重危害迫使政府加强了治理汽车尾气的力度。汽车排放标准愈来愈严，但是，没有高质量汽油的配合，新的汽车排放标准就不可能实行，仅仅是汽油无铅化已不能满足要求。2000年国家颁布实施了新的车用无铅汽油标准GB17930—1999，与旧的标准相比，不仅提高了一些项目指标的限值，而且增加了新的项目内容。如硫含量指标由原先的不大于降为，铅、铁、锰等金属含量规定的更严了。增加了笨含量、芳烃含量、烯烃含量的限值指标，此外对汽油中的含氧量也做出了规定。为保证电喷发动机能长期正常工作，新的汽油标准还要求加入有效的汽油清净剂。这一时期汽油发动机为适应日益提高的环保要求和节能要求，发动机压缩比提高，大部分达到以上，少数达到以上，发动机喷射技术开始淘汰化油器技术，大多改用电脑喷射技术。目前市场上见到的汽油发动机都能体现这一特点，从最近中国汽油工程学会和中国环境保护协会推荐的车型就很明显。2004年起我国将实施相当于欧洲Ⅱ号法规的汽车排放标准，这仅靠汽车自身的技术水平是不够的，严格的排放法规需要汽车技术和油品质量两者共同匹配才能实现。我国现有的车用汽油质量标准还有待提高。尽管目前国际上还没有真正统一的汽油质量标准，但是在我国加入WTO后，经济全球化的形势将迫使我们向国际通用的产品标准靠拢。1998年世界各汽车厂商推出了世界燃料规范，其中汽油规格列出了4个等级的标准。按照汽车排入法规的要求，如果实施相当于欧洲Ⅱ号法规的标准，则汽油的规格应达第二等级的水平。从现有情况看，我国车用汽油的质量标准还差得很远。如2级汽油规定硫含量不大于，而我国现行标准的硫含量为不大于－；烯烃含量规定不大于20%，而我国现行标准为不大于35%；金属含量(铁、锰、铅等)规定检测不出来，而我国目前还允许加锰抗爆剂；更重要的是在汽油规格中增加了过去所没有的使用性能项目，如发动机喷嘴清净性，进气阀清净性，燃烧室沉积物测定等，并规定了限值。这就要求车用汽油必须加清净剂，否则就达不到规格要求。可见我国车用汽油质量标准这些年来虽然有较大提高，但与国外相差距还很大，需要炼油行业加速前进，跟上国内汽车行业迅猛发展的步伐。另外，当今世界面临着两大问题，一是石油能源危机。二是环境污染。 中国经济持续高速发展，近几年已进入汽车的高速发展期，汽车产业已成为国家的主要支柱产业，它对经济的可持续发展和人民生活水准的提高都具有重要的作用。然而，伴生而来的一些问题日益严重，例如，中国近年来石油进口量不断增长、石油对外依存度将会不断扩大，能源安全形势非常严峻。汽车尾气排放所造成的污染已经造成人居环境空气质量的严重恶化。正如胡锦涛总书记在中央经济工作会议上所说：“这严重影响着我国经济安全和国家安全”。积极寻求和发展清洁能源已成为我国的头等大事。 从保证中国能源安全和环境安全双重角度出发，都要求我们必须探索出符合中国国情并解决, 解决矛盾的途径不会是单一的，也不具排它性。我们不能再重复发达国家过去曾走过的路，从现在起就应抓紧开发清洁代用燃料，走出一条自己的发展道路。目前中国汽车工业的迅速发展，充斥的都是世界各大汽车公司以石油为基础的汽柴油为燃料的车型，选择出一条符合中国国情的清洁代用燃料和清洁汽车路线，才有可能走出一条有自主发展和有特色的汽车工业路线，并能保证百年以上的燃料安全供应。 中国具有较丰富的煤炭资源，由煤转化为汽车清洁燃料是符合中国国情的必由之路，我们基于多年研发和推广应用，从甲醇汽油重要性、可行性、优越性、环保性等方面，论证建议我国应大力发展甲醇汽油。一、加快推进甲醇汽油发展意义重大 甲醇汽油替代化石燃料量比大，环保效果好，从量化和时空观点看，是替代车用清洁燃油的最佳选择，加快推进甲醇汽油的推广和应用，发展意义重大。 1、是符合国家经济发展，能源战略安全保障方面需要。从石油持续涨价和我们进口石油逐年递增因素考虑，M50甲醇汽油和甲醇柴油（正在研发中）的替代作用关系到国家进口、外汇和能源安全问题，也涉及到中国国力的承受能力，国民经济持续发展与和谐社会建设问题。 我国的能源状况是贫油少气富煤，从1994年起已成为石油纯进口国，此后平均每年都递增约1000万吨，目前年原油消耗量达2亿吨以上，年进口量达到7000万吨，成品油年进口量达三千多万吨，在巨大用量的压力下，我国能源安全已成为严重问题，迫切需要寻找新能源。以煤制甲醇是较好的出路，甲醇与汽油按一定比例混合就成为甲醇汽油，它可以直接代替普通汽油，缓解汽油的紧张局面，同时甲醇汽油燃烧完全，有很好的环保效益，其应用前景非常看好。美国能源部和世界能源理事会的一项预测表明，全球化石类能源的可开采年限分别为：石油39年，天然气60年，煤211年；全球的石油生产将于2010—2050年间的某一年达到顶峰，然后会逐渐下降。石油资源量的有限、发达国家更加重视和竭力控制中东等地石油资源已是不争的事实，其政治、经济上的重要地位更加凸显。不少专家认为，像中国这样发展中的大国，如果不努力开发自身的石油替代能源，将会出现一些悲剧后果。 中国是一个煤炭资源相对丰富，而石油和天然气资源较缺少的国家。国家统计资料表明，中国可开采煤炭储量为7650亿吨，石油可采储量约为50亿吨，天然气预测资源约为38万亿m3，但现探明可采储量为2万亿m3。在世界已探明的的储量中，中国的煤炭占15%、石油占、天然气占。这就造成中国能源结构在相当长时期一次能源以煤为主的必然事实。 2、可提高我国燃油的品质，满足“节能降排”的环保需求。甲醇汽油的推广和应用有利于国家2007年7月1日推行国标车用燃油3号标准的实施。在国内炼油厂投巨资（500-600亿元人民币）进行技术改造提高油品质量不能按期达标的情况下，M50甲醇汽油以少量的投资，快速的增量可部分满足“节能降排”的环保需求，可以迅速降低燃油硫含量，提高燃油品质。甲醇不含硫。对于推广利用先进的尾气燃烧技术创造了条件，进而维持国家强制性标准规范实施的严肃性和权威性，也适应国际《京都议定书》清洁发展机制（CDM）。 目前我国车用汽油标准仅能满足欧I标准的要求，还远远不能满足北京、上海、广州等作为国际大都市的环保计划的要求。其次对于汽车的排放指标是与汽车本身的品质和燃油的性能紧密相关的，国内汽车的升级换代比较快，目前燃油的标准低已经成为排放指标升级的瓶颈。因此，必须对现有车用燃油标准和品质进行改变，一方面，提升燃油的标准技术水平；另一方面，加强燃油排放指标的监测。 3、对国家石油能源的储备具有重要战略意义。 据有关机构研究发现，在可用混和气浓度范围内，发动机使用甲醇的热效率比对应汽油高7%~13%。同时甲醇可用可再生资源进行生产，又有利于节约不可再生资源。甲醇汽油的推广有利于国家能源战略的调整。可以减少石油需求，保障能源供给。目前对外依存度接近50%，随着油价持续攀升，石油保障受到影响。 4、能带动促进相关产业的发展。 目前世界甲醇生产原料中，天然气大约占80%，我国天然气资源相对较少、价格较高，从而使以天然气为原料生产甲醇的成本比以煤为原料高出35%左右。煤炭是中国储量最多、产量最大的主导能源，且我国煤制甲醇生产技术成熟，因此，甲醇汽油研制成功将会带动煤化工及可燃物质提取混合醇工业的发展。从能源资源综合利用与合理利用来讲，甲醇车用燃料的推广可以拉动甲醇销售市场，带动甲醇产业的发展，促进甲醇原料的多元化，合理化与廉价劣质煤原料的增值和环保利用。如可以回收炼焦尾气生产甲醇，减少大气污染。仅山西，如将所有炼焦尾气回收，可生产甲醇1000万吨/年。二、加快推进甲醇汽油发展条件基本成熟 从国家经济发展，能源战略安全保障方面需要，全面推广甲醇燃料条件已成熟，甲醇燃料的发展已到了关键时刻。 1、M50甲醇汽油项目概况。 北京欧亚新能源有限公司研发生产的M50甲醇汽油采用自行研发的添加剂改性配制，克服了甲醇热值低、腐蚀性、储运分层等固有缺点，解决了大比例甲醇催化燃烧技术和尾气净化，互溶性与分层，低温起动，高温气阻，发动机零部件材料腐蚀性问题。可替代常规汽油，其特点是： 适应性好 - 使用时无需改变汽车发动机和加油站设备便可以直接使用，并可与常规汽油任意混合使用，对汽车发动机和加油机没有任何不良影响。M50甲醇汽油的互溶性好，产品质量稳定，储运周期可达一年之久，不分层，不变质。 动力性好 - M50甲醇汽油分子量小，蒸发潜热大，有效提高了发动机热效率。辛烷值高，抗爆性好，动力性强，发动机噪音低。 环保性好 - M50甲醇汽油通过添加剂改性，含氧量高，燃烧充分，其生成的有害气体比汽油低，尾气污染排放量少。检测表明其二氧化硫（SO2）碳氢（HC）氮氧化物（NOx）和一氧化碳（CO）优于同类汽油；排放指标达到了国3号标准，接近欧洲4号标准。生产过程在常温常压下密闭进行，全过程计算机监控，清洁安全无三废污染。 腐蚀性小 - M50甲醇汽油单车行驶17万公里，经上海内燃机研究所解体表观检查证明，腐蚀性与常规汽油类同，未发现塑料、橡胶等零部件有溶涨现象、金属等零部件也没有腐蚀现象。 2、项目稳定质量保证该项技术成果被认定为上海高新技术成果转化项目，产品有上海市产品质量监督局核发的产品质量企业标准，工厂有危险货物港口作业许可证，港口经营许可证和安全生产许可证。为对用户负责，该产品由中国太平洋财产保险股份有限公司上海分公司提供了两亿元人民币产品质量责任保险，承诺由于使用北京欧亚新能源公司生产的M50甲醇汽油所引发的发动机损坏和导致的责任事故均进行高额理赔。一年多的销售和近二十万辆车次的使用，用户反映良好，没有一例质量投诉。3、推广甲醇燃料条件已成熟中国工程院院士、清华—BP清洁能源研究与教育中心指导委员会主席倪维斗认为，我国能够代替石油的产品，首先要量大、成规模，其次是原料要充分。从这一点衡量，最符合条件的应该是甲醇汽油。相对于电能、液氢、液化石油气、天然气、核能等，醇基燃料以其优异的品质被认为是最有前途的汽车代用清洁燃料。M50甲醇汽油作为替代能源具有很多优点。优化能源结构 - 提高甲醇和汽油的利用效率，能优化国家能源结构，符合国家产业政策方向； 原料来源广泛 - 因为甲醇的来源广泛，其中煤制甲醇更具重大意义，尤其对含硫量高、不易民用或工业用的煤，也不影响生产甲醇。我国的能源状况是贫油少气富煤，尤其是我国大量的含高硫、低热值、不易民用或工业用的煤，都可用来生产甲醇，利于资源综合利用。从煤中制取甲醇，也可从植物废弃物中提取，再将甲醇作为燃料代替汽油，等于汽车烧煤烧柴。中国甲醇产能已占世界产能的1/4，总在建规模为1700多万吨，其中绝大多数在2007～2008年间达产，预计到2010年国内甲醇总能力将达到2000万吨以上。 绿色环保燃料 - 甲醇汽油含氧量高，燃烧充分，能有效地降低和减少有害气体的排放，按照国家标准，碳氧化合物下降，碳氢化合物下降，达到欧III标准，部分指标达到欧IV标准，有利于环境保护，改善城市生态环境，故有绿色环保燃料之称。 提高动力效率 - 因为甲醇汽油的燃烧特性，甲醇是一碳醇，燃烧充分优于乙醇，其环保性为业界公认，能有效地消除燃烧系统各部位的积炭，避免了因积炭的形成而引起动力下降、燃烧不充分等现象，且可降低各工况排气温度，有利于降低零部件热负荷，延长发动机部件的使用寿命。甲醇汽油辛烷值高，动力强，适用于高压缩比发动机，可提高发动机的效率。同时含氧量高，可适应沙漠及高原缺氧地区等特殊环境； 有效节约能源 - 因为甲醇汽油中的甲醇是一种性能优良的溶剂，能有效地消除油箱及油路系统中杂质的沉淀和凝结，有良好的油路疏通作用，减少为清洁疏通油路而购买的如油路通、燃油精等添加剂的费用开支，利于国家能源安全和经济可持续发展； 使用方便快捷 - 因为使用甲醇汽油无论是电喷式和化油器式的任何一款汽油发动机，无须作任何改造即可正常使用，整个销售渠道除了作必要的清洁外也不用改造。 经济效益显著 - 可带动相关产业发展，众所周知，甲醇的生产成本仅相当于乙醇的1/3（注：2004年每生产销售1吨燃料乙醇，国家补贴2736元，后逐年降低到2006年补贴降到1373元）； 而且中国经济的快速发展，为甲醇汽油提供了巨大市场需求。专家预测，到2020年中国的石油产量在亿吨，相当于亿吨甲醇，而且还不包括甲醇作为四大基本有机原料的消耗。2020年甲醇的市场销量可能在3亿吨左右，尽快出台甲醇发展产业政策，促进甲醇工业发展，形成国家支柱产业是我国当务之急。中国是世界石油消费大国，但石油储备刚刚启动，一旦遇到紧急情况，这点储备只能是杯水车薪。将资金用于大力发展甲醇燃料，从根本上解决中国能源问题，既是最好的石油战略储备，也能创造更多的社会效益。三、加快推进甲醇汽油发展形势十分紧迫甲醇燃料的快速发展势在必行。1、大规模推广甲醇汽油，可以保证国三机动车尾气排放标准尽快实施。我国国3机动车尾气强制性排放标准应当今年7月1日实施，但目前市场供给的燃油质量满足不了要求，若等两大石油公司通过技术改造改善油品质量，国3标准的实施不得不推迟3年。2、目前地方推广甲醇汽油的积极性非常高。山西已经出现规范使用甲醇汽油的情况。上海、大庆在相当部分车辆中使用M50甲醇汽油，积累了经验。甲醇燃料在经济、环保、动力、安全、替代及资源方面具有明显优势，是清洁的替代燃料，有关毒性、材料腐蚀等问题已经解决。3、推广甲醇汽油也是国家加强节能减排工作的迫切要求。众所周知，醇醚燃料是一种新型环保替代能源，但鲜为人知的是醇醚燃料还有显著减排温室气体CO2的作用，而且使用大比例M50甲醇燃料减排CO2可达以上。改变石油短缺、污染严重的唯一方法，就是减少对石油的依赖，开发绿色替代能源。从未来发展的角度看，减排CO2等温室气体以遏制全球气候变暖，使用低碳清洁燃料与可再生的新能源已是众望所归。同时，甲醇是一种相对廉价的一碳化工产品，最理想的低碳清洁燃料非甲醇莫属。甲醇目前主要由煤炭、天然气、煤层气或焦炉煤气化工合成；而在不久的将来则可以实现用农林作物纤维、生活有机垃圾等可再生资源经气化合成燃料甲醇，我们有理由相信，随着醇醚燃料在我国的全面推广，不仅对我国的能源安全、国家加强节能减排工作及可持续和谐发展是一大贡献，而且是最终实现人类在能源方面梦寝以求的生态平衡。四、甲醇汽油项目发展建议加快发展煤基醇醚燃料具有很好的发展条件，已奠定了良好的发展基础，可以扩大发展规模，替代石油，以解决我国石油短缺的问题。为此，我们建议：1、国家宏观必须重视。国家能源战略也不完全是市场行为，煤基醇醚的推广在国家的定位、导向、规范、激励以及投入是不可缺少的。把发展煤基醇醚燃料列入《国家能源中长期发展规划纲要》，列入国家发改委 “国家替代能源发展计划”，加大力度在全国推广，只要有条件的企业都应许进入能源领域，打破“能源领域企业必须戴国企帽子”的现象。成立国家专门组织或部门，如“国醇汽办”，有如行业组织即“全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会”，具体负责全国醇醚燃料及清洁汽车行业建设、发展、协作和服务。国家参照国家发改委等8部委关于《车用乙醇汽油扩大试点方案》（发改工业[2004]230号），国家应以支持车用乙醇的政策支持煤基醇醚燃料发展：如对国家批准的燃料甲醇生产企业免征5％的消费税，增值税实行先征后返；对使用燃料甲醇的享受补贴政策，补贴额按规定比例由中央和地方财政共同负担等。2、实施示范工程。有选择的成立国家醇醚燃料生产基地和国家醇醚燃料汽车产业化示范地区。一是M50示范工程；二是甲醇混合动力汽车试点。把清洁车用甲醇汽油（柴油）的研发推广与实施国3号车用燃油标准对接，作为“节能降排”，能源替代和资源合理利用的大事来抓落实。当务之急是扩大示范，以点带面，对资源配置合理，市场需求量大，交通方便有条件的地区建立示范项目工程。充分发挥民营和国有大中企业的优势，鼓励利用国内外两种资源，两种资金，创造条件设立“节约示范工程”专项发展基金，促进甲醇生产、甲醇车用燃油调配与储运设施项目工程的建设。战略导向：首批示范工程设点3个，形成100万吨/年规模。 1）东北地区（低温和高纬度）以大庆油田为低温区域示范项目工程，辐射整个东北和华北地区。大庆甲醇厂和炼化厂相距近（≤2Km），基础设施完善，密闭输送管线工作量小，铁路、公路运输条件齐备，投资少，见效快，油气资源有保障。抓紧立项，加快实施，明年奥运会之前即可为北京奥运会提供清洁汽油。 2）华东地区（中温和中纬度）以上海为中温区域示范项目工程。建立研发中心和产业化示范工程基地。立足上海研发，幅射江、浙沿海及华东沿江区域。 3）华南地区（高温和高纬度）以广东珠海为高温区域示范项目工程，辐射华南包括港澳地区。在首批示范工程取得经验基础上，利用国内外两种资源，两种资本形成规模产业区，面向全国重点城市服务。2008年在甲醇与成品油生产集散地扩大示范，力争2010年形成1000万吨以上的甲醇替代规模，生产销售2000万吨以上的清洁车用M50甲醇汽油生产能力，以促进产业化和规模化。 3、抓紧制定国家甲醇汽油标准。 我们需要国家相关部门能给予支持和归口管理。 早在2001年7月12日前国务院总理朱镕基在审阅《关于发展甲醇燃料有关情况的报告》时就明确批示：“要抓紧制订质量标准，使用规范、规划……”。事到如今，关于甲醇汽油标准的出炉就显得尤为重要了。 我们需要国家政府的大力支持通过资源和市场调研、评价、统筹布局、总体规划、分期实施、避免重复建设造成资源浪费与无序竞争。同时避免行业垄断和侵犯知识产权（冒牌、造假等）的不良行为发生。 4、鼓励地方推广使用。 在煤基醇醚燃料产业化示范阶段，国家发改委在重点甲醇生产项目、甲醇汽车及发动机项目、输配工程项目方面给予贴息贷款扶持，加快各地方有能力有信心进行建设和市场培育。 5、国家石油公司应当在推进甲醇汽油使用中发挥积极作用。要打破部门、地方界限，尤其是国家石油公司也要一切从国家利益出发，开放市场，建立市场有序竞争机制，使各投资者、国内民营企业和私营企业都有机会进入国内油品流通市场。使我国石油市场呈现出市场开放全方位、资源配置多层次、市场主体多元化和流通方式多样化的新格局。综上，我们建议在产业化示范阶段，车用M50甲醇汽油示范地区的甲醇汽油的推广由国家专门组织或部门如“国醇汽办”，统一管理。为防止在推广使用过程中出现管理漏洞造成安全隐患和负面影响，由北京欧亚新能源定点企业负责添加剂配方的研制生产，清洁汽油的调配供应，以石油公司系统的业务渠道为主进行推广应用，实行许可证制度。随着试点推广条件的成熟，建议引入竞争机制，经下列程序：“企业申请—条件认证—专家评审—国醇汽办批准”，适度扩大甲醇汽柴油调配示范企业的数量，并按照市场化运行模式，纳入甲醇燃料推广渠道。 在政府行为主导下， M50甲醇汽油在边实践边完善的过程中逐步形成了符合国情较为成熟的实施计划和总体目标。

乙醇的燃烧热值比较低，同样重量的乙醇燃烧后做功比汽油少很多汽油一般是4c以上的大动力的车用的柴油，热值更高