首页摩鑫平台(1.江西理工大学材料与化学工程学院,江西赣州341000; 2.湖南工业大学,湖南株洲412008;

　　摘要:发展醇基燃料,实现燃料多元化,是具有深远意义的必然选择。通过醇基燃料的特性分析和成本分析,论证了醇基燃料在新世纪可替代燃料中的重要地位,以及应用中将能取得的预期效果。

　　基金项目:江西省教育厅2005年科技资助项目(赣教技字[2005]154号);江西省科技厅2006年科技资助项目(赣科发计字[2006]184号) 作者简介:熊道陵(1965-),男,江西吉安人,博士,教授,从事新能源开发与研究管理工作。

　　,t 实际上已探明的可采储量比这少得多。21世纪初,全球已探明的石油可采储量为10330 108

　　t 。按2000年实际日耗7300 l04桶计,还能开采40a 按美国能源部预测每年耗油增加2%,则只能维持25~30a 到2010年,全球石油资源的1/2将消耗掉。那时就是石油的 半寿期 。目前全球每年作为燃料耗用化石燃料折合标煤120 108

　　中国的石油储量低于全球的平均值,虽然预计地质储量为940 108,t 但是,当新世纪开始时,已探

　　,t 2005年以后的年消费量均在3亿t 以上。如果不进口或想别的办法,只能维持到

　　建设煤制醇基燃料及清洁汽车产业化示范基地,按规划,到2010年山西省醇基燃料生产能力将达l0M t/a ,其推广地首选北京。北京的公交车冬天一直使用以醇基为主要原料的防冻液;而日常生活中醇基燃料及灶具自1983年起就逐步形成产品,进入市场,现已在全国形成产业,并颁布了国标GB16663-1996 醇基液体燃料 及农业部行业标准NY311-1997 醇基民用燃料 、NY312-1997 醇基民用燃料灶具 ,燃料甲醇经过近20a 家用灶具、火锅灶具、餐饮及食堂大灶的使用证明,比油料、液化气更安全可靠、洁净卫生。但由于甲醇的低沸点,因而在南方城市的夏季在使用时甲醇易于挥发而易危害人体健康。醇基燃料特性分析如下:

　　(1)醇基燃料成分复杂。醇基燃料是一种以甲醇为主,混合有乙醇、丙醇等多元醇类和烷烃的液体燃料,被Vu lcan C i n cinnati 组织命名为 甲基燃料 。其闪点为7 ,属于中闪点液体燃料(-18~23 );沸点在64 7~200 间,自燃温度为436 。

　　(2)醇基燃料能量密度较低,蒸发潜热大。醇基燃料的热值一般在20 1~26 0M J/kg 之间,是柴油、液化气等高热值燃料热值的60%左右,属于低热值液体燃料,醇基燃料能和水以任何比例相互溶解,但不与水形成共沸混合物,含水燃料的热值将更低。

　　(3)醇基燃料是一种非常清洁的燃料。由于燃料本身含氧,燃烧时需氧较少,燃料燃烧充分,呈蓝色火焰,烟气中不含有碳粒,主要为二氧化碳和水;醇基燃料含硫量极低,燃烧后烟气中硫氧化物生成浓度也极低,醇基燃料是仅次于氢气的最清洁的燃料之一。

　　(4)醇基燃料适应面广。醇基燃料适用于城市餐饮业炉灶、中小型锅炉、居民家用灶具及工业炉窑,这些炉灶或以敞开式燃烧,或者其炉膛内绝热层效果较差或燃烧空间小,采用当前的雾化燃烧方法,使用醇基燃料不具备经济性和环保性,只有在大幅度提高燃烧热效率后,醇基燃料才可能广泛应用[2~4]。傅学政博士团队研制成功的醇基燃料灶具使醇基燃料得到很好地应用。该灶具是通过液控式液体燃料汽化燃烧装置的火力控制的,是通过调节进入多级汽化器的液体燃料的流速来实现的,该调节方式适合于中、大型炉灶,其热效率远高于同类其他灶具,达55%以上[5~7]。

　　醇基燃料是一种物理化学性质与汽油近似的有机燃料,可以由天然气、煤、生物原料等生产制得。早在1984年,德国大众公司就生产了400辆醇基燃料轿车,赠送给洛杉矶奥运会,后来美国福特公司首批生产了6万辆醇基燃料轿车投放美国市场。甲醇用于汽车替代燃料,主要是按照一定的比例,同汽油进行混合以达到改善尾气排放、节约能源的目的。目前,经实践广泛使用的有按85%甲醇和15%汽油进行混合的M85和M15燃料,以及100%甲醇的M100燃料。

　　(1)抗爆性好:甲醇的辛烷值大,马达法辛烷值(MON)为106,研究法辛烷值(RON)为112,远高于普通汽油。醇基燃料与汽油混溶后辛烷值比同标号汽油提高3~5个单位,可以提高汽车发动机的压缩比,起到抗爆剂的作用,防止汽油机出现爆震现象。

　　(2)理论混合气热效率高:甲醇的热值为19 9M J/kg,汽油热值为43 50M J/kg,但甲醇理论混合气的热效率与汽油相当,这是甲醇能够成为汽车燃料的主要原因。许多赛车使用醇基燃料,就是因为其热效率很高。

　　(3)着火极限宽:汽油和甲醇的着火极限分别是1 4%~7 6%和6 7%~36 0%,醇基燃料能够在较宽的混合气浓度范围内工作。

　　(4)排放物安全:甲醇是一种含毒性有机化合物,可经呼吸道、消化道和皮肤接触方式进入人体,破坏人的神经和视觉系统。作为燃料,甲醇发生火灾的可能性比汽油小,且火灾后造成的危害也比汽油轻。低浓度时,甲醇的毒性要小于汽油。

　　(5)清洁、环保性能:甲醇具有降低温室效应气体排放的潜力,以目前的技术来看,源自于天然气的醇基,其温室效应气体的排放比汽油小得多。在甲醇车辆上一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物的排放都很低,也不产生固体颗粒、硫的氧化物。根据美国AQ I R P研究报告,M85机动车的排放性能与汽油车相比,碳氢化合物(H C)降低31%,一氧化碳(CO)降低13%,氮氧化合物(NO x)降低6%。此外,甲醇机动车的动力性和持久性相对来说也不错。

　　醇基燃料及灶具的研制从1983年起步,到1990年达到高潮。醇基燃料的发展与市场有关。

　　(1)联醇法生产醇基燃料。全国有上千家小化肥厂,多数厂有条件用联醇法生产甲醇,这无疑给醇基燃料的来源提供了可靠的供应渠道,目前就连液化石油气的供应渠道都投有小化肥厂供应甲醇的规模这么大。

　　(2)由煤炭转化醇基燃料。中国是个 富煤、缺油、少气 的国家,煤炭资源转化醇基燃料适合中国的国情。这就势必构成了醇基燃料的价格有可能低于液化石油气、天然气、人工煤气,因而具有很强的市场竞争力。

　　高硫劣质煤制甲醇。中国煤炭资源探明保有储量为1万多亿吨,但可开采的优质煤并不多,尤其是高硫劣质煤一般不予开采。甲醇可以用高硫劣质煤来制取,如山东兖矿北宿煤矿的煤含硫量高,本已不再开采使用,但可用作生产甲醇,由此增加了数亿吨可采储量。利用高硫劣质煤制成甲醇,是一举两得、变废为宝的综合利用煤炭资源的有效途径。一般大型化(60万t/a以上)高硫煤制甲醇成本约800 ~850元/,t具有非常好的经济前景。

　　焦炉煤气制甲醇。中国每年的焦炉煤气产量是800亿m3,如全部利用制甲醇,可生产4000万t 甲醇/a。仅山西省每年的焦炉煤气排空就多达100亿m3,差不多相当于西气东输的气源量,既浪费了资源,又严重污染了环境,如果以这些焦炉煤气生产甲醇,可产500万t甲醇/年(即使按60%计也可生产300万t/a)。大型化(60万t/a以上)焦炉煤气

　　制甲醇成本约1000元/t以内,也具有良好的经济前景,这是把废弃物资源化的循环经济途径。

　　(3)煤层气制甲醇。中国的煤层气储量相当丰富,约有30万~35万亿m3,相当于天然气储量。以山西省为例,山西省2000m以上煤层气储量为10万亿m3,占全国1/3,这些煤层气是以矿井瓦斯的状态存在的,是煤矿安全的大患。而将其抽取出来, 1000m3可以生产1t甲醇,并且为煤炭生产解决了重大安全隐患[8]。

　　当前,在中国汽车产业发展政策和国家中长期节能专项规划和中长期科技发展规划中,均明确支持和鼓励醇醚燃料汽车的发展。石油供应已成为影响国家能源安全的关键环节。在对外依存度逐年提高,在国际石油市场趋势不容乐观的情况下,在全国清洁汽车行动的推动下,为完成国家发改委节油代油的目标,推广醇基燃料与甲醇汽车的产业化已成为国家政策导向鼓励和支持的一个重要方面。

　　(1)2003年国内甲醇产能约400万,t2004年国内甲醇产能为450万,t2007年约达1000万,t预计2010年产能有可能达到2500万~3000万t。在新的市场条件下,甲醇除了满足其下游化工产品800万~900万t的需要外,必将成为供应充足、价格稳定的车用燃料品种之一。即使按届时2000万t 的产能保守估计也能为推广醇基燃料提供可靠的至少1000万t的产能支撑。

　　(2)甲醇汽车燃油经济性好,具备与其他燃料竞争的有利条件,是用户自发使用的基础。甲醇生产企业、油料输配、汽车用户、零配件供应等不同群体均能在醇基燃料推广使用中得到效益,这是甲醇汽车的市场驱动力。

　　(3)醇醚燃料在多元化能源结构中的比较优势开始显现。煤基燃料甲醇和二甲醚及用做燃料电池的氢能源统称 煤基醇、醚、氢 ,在多元化的能源结构中有四大优势:一是原料来源广泛,丰富;二是工艺路线多样化,醇、醚、氢是同一工艺路线的延伸。充分体现了节能、环保兼备和资源综合利用三位一体的优势;三是制造成本低,按目前的工业化制造方式比较,煤制甲醇相当于粮制乙醇的1/3;四是输配系统建设或改造成本很低,仅相当于燃气加压站的5%。4 3 汽车制造业界主动进入

　　国内汽车和发动机厂家,例如:上汽、奇瑞等厂家,已开始在醇醚燃料发动机和醇醚汽车方面寻找自主研发能力和创新能力的突破,相信在不久的将来,具有中国自主知识产权的H、V甲醇发动机和醇醚燃料汽车,以甲醇为氢能源的燃料电池汽车将会有力地支撑醇醚燃料与汽车的产业化,形成燃料和汽车的良性互动,共同培育新能源、新汽车的市场。

　　醇基燃料是清洁能源,甲醇汽车是低污染环保型汽车。推广环保型汽车,应该大中城市先行,大中城市应该公交车和出租车先行。以山西省为例,省内各型公交客车约9000余辆,城市出租车约15000余辆,为改善排放,多数车辆面临改造,国内其他省份情况也大致如此。山西省科技厅已将M0 100甲醇轿车列为山西省科技成果重点推广项目。在新的环保形势下,甲醇汽车面临新的发展契机。

　　二甲醚是甲醇的下游产品,是理想的柴油替代燃料和液化石油气的替代燃料。据预测,到2010年以后,中国每年柴油缺口在3000万t以上,每年液化石油气缺口在1100万t以上,以煤制甲醇为基础,延伸醇一醚一氢产业链,填补巨大的燃料市场,是重要的战略举措。推广使用甲醇汽车与醇基燃料,可以带动二甲醚替代柴油及液化石油气的技术开发和应用。甲醇是燃料电池重要的燃料来源之一,醇基燃料电池汽车也会成为未来的主要汽车品种之一[9]。

　　使用液化石油气、天然气和人工煤气,其建设工程投资较大,对于中小城市和广大农村是可望而不可及的。有农村的小康,就有中国的小康。这是举国上下所达成的共识。随着农村经济的发展,农民的生活水平会有很大的提高,因此,农村能源这个潜在的市场是巨大的。

　　因此,醇基燃料的市场前景是非常巨大的,具有很强的生命力。随着醇基燃料灶具的技术逐步完善,醇基燃料市场的前景将越来越好,它会带来巨大的社会效益和经济效益。