程 艷，蔣 晶

(廣西職業(yè)技術(shù)學院 機電與信息工程學院，廣西 南寧 530026)

石油資源的日趨減少和環(huán)保的壓力驅(qū)動使得人們不斷尋求發(fā)動機的新燃燒技術(shù)與新的更清潔的潛用石油資源。在國際上正積極尋找減少CO2和其他排放的潛代能源中，LNG、LPG、甲醇、生物燃料和氫能是最有實力的選擇對象。而其中的甲醇在我國的生產(chǎn)具有極大的優(yōu)勢，它是我國生產(chǎn)成本低而最有潛力的一種新型潛用燃料[1]。為此，本文分析甲醇燃料的特性，探討甲醇燃料作為發(fā)動機新型潛用能源存在的問題及應(yīng)對策略，這對甲醇類發(fā)動機的研究發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。

1 甲醇燃料特性及甲醇發(fā)動機應(yīng)用類型

1.1 甲醇燃料特性

甲醇(英文：Methanol，分子式：CH3OH)在常溫下為有毒易燃液體，與LNG、LPG相比，它更便于運輸和儲存，屬于低碳富氧燃料。

甲醇與常見發(fā)動機燃料的理化特性如表1所示。

表1 甲醇與常用燃料的理化特性

甲醇的生產(chǎn)來源方式較多，煤炭、木材都可以用來加工生產(chǎn)甲醇，它能從氫和CO2中極易被生產(chǎn)出，其主要生產(chǎn)來源于天然氣?？梢哉f，甲醇是一種可再生綠色燃料[2]。

1.2 甲醇發(fā)動機應(yīng)用類型

甲醇作為汽車燃料已近30年，作為發(fā)動機的燃料主要與汽油或柴油混合燃料的方式進行，與汽油主要以低比例摻燒的形式供給燃料。它作為船舶發(fā)動機燃料方面也得到了相應(yīng)的研究應(yīng)用，主要以與柴油混合的方式進行，以高濃度或純甲醇的形式燃料需要專門改進設(shè)計發(fā)動機才可實現(xiàn)。

2 甲醇燃料的優(yōu)勢

在經(jīng)濟性方面，甲醇目前具有較大的優(yōu)勢。據(jù)wind數(shù)據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)當前的甲醇價格為2444元/t，汽油和柴油零售價分別為9933元/t和7815元/t，結(jié)合三者的密度可以計算出每升汽油、柴油和甲醇的價格分別大概為7.34元、6.72元和1.94元。

在廢氣排放性方面，與汽油發(fā)動機相比，其排放的CO,CO2及NOX化合物相對減少30%，并不會含有硫化物。根據(jù)貴陽機動車監(jiān)控中心數(shù)據(jù)顯示，甲醇發(fā)動機的HC、CO、NO排量分別為：9、0.045、11，而常規(guī)汽油機的排量分別為：45.6、0.11、226.5，比常規(guī)汽油發(fā)動機的排放量要分別低80%、59%和95%[3]。

3 甲醇燃料發(fā)動機存在的問題及應(yīng)對策略

甲醇是我國的重要的資源，如能把它在作為發(fā)動機燃料過程中存在的問題解決，便能大量推廣此類能源，以緩解石油能源危機和建設(shè)友好型環(huán)境。

3.1 甲醇的毒性

甲醇具有毒性，它會使人引發(fā)視神經(jīng)及視網(wǎng)膜病變，重者會失明，甚至死亡。純甲醇或含甲醇燃料對相關(guān)工作人員威脅較大。

應(yīng)對策略：對純甲醇及甲醇燃料相關(guān)工作人員進行專業(yè)安全防護培訓，進行規(guī)范管理，要求配備防護面具，積極防護；并建議加強力度研發(fā)去毒性技術(shù)流程再安全使用。

3.2 甲醇與汽油相溶性

甲醇有很強的吸水性，而且與汽油等其他燃料在大范圍內(nèi)不相溶，故甲醇汽油等混合燃料的混合供給會受到影響。因此，怎樣保證甲醇汽油在所處的環(huán)境條件下都能在穩(wěn)定的共溶區(qū)是甲醇汽油燃料需要處理的重要問題。

應(yīng)對策略：利用高碳醇或醚類化合物等助溶劑，研發(fā)出能經(jīng)過汽車耐久性試驗的助溶劑。

3.3 甲醇汽油的腐蝕性和溶脹性

研究發(fā)現(xiàn)，甲醇汽油燃料對汽缸壁、氣門、活塞環(huán)等部件有明顯的腐蝕作用。而且甲醇還能腐蝕甲醇燃料系統(tǒng)的銅、鐵、鋁、鎂等金屬及其合金材料，對汽車中常用的非金屬材料零件及橡膠配件都有較強的溶脹性，增加故障發(fā)生概率，這也是甲醇汽油在使用過程中出現(xiàn)的另一重大問題。

分析其原因，甲醇汽油中水分會引起酸的電離，而加劇活潑金屬的酸腐蝕，并激活其它腐蝕行為。

應(yīng)對策略：根據(jù)實際需要選擇耐腐蝕的膠種類型，并采用雙壁管路等措施以防止其泄漏，選用耐甲醇腐蝕的燃油供給系統(tǒng)的油泵等部件。[4]

3.4 啟動困難

由表1數(shù)據(jù)可知，甲醇的汽化潛熱為1089 kJ/kg(常壓)，約為柴油的四倍，這讓純甲醇燃料發(fā)動機很難啟動和在低負荷運行。

應(yīng)對策略：為了解決這一問題，對于柴油甲醇發(fā)動機來說，在啟動時可采用純柴油啟動。MAN公司針對甲醇運輸船舶發(fā)動機特點，在發(fā)動機缸蓋上設(shè)計安裝兩種噴油嘴，讓柴油和甲醇兩種燃料經(jīng)不同噴嘴同時噴入汽缸，再壓燃柴油以燃燒甲醇。同時設(shè)計對甲醇噴油器冷卻以防止甲醇汽化溫度低而在噴油嘴內(nèi)汽化；或?qū)兗状既剂线M行專門設(shè)計改進。

3.5 對發(fā)動機潤滑油影響

研究表明，對于甲醇燃料發(fā)動機的潤滑油與甲醇混合時會使得潤滑油的抗泡劑和抗磨劑失效，而且燃燒產(chǎn)生的甲酸會中和發(fā)動機潤滑油的堿性清凈劑，從而影響潤滑油膠質(zhì)生成，最后導致發(fā)動機的潤滑油壽命及其功能。

應(yīng)對策略：研發(fā)出具有較強抗乳化性能、防銹、酸中和能力及抗氧化性能的專用潤滑油，并采用抗醇增黏劑[5]。

3.6 非常規(guī)排放特性

大量試驗研究，摻甲醇汽油雖然可降低 CO、NOX、HC 等排放物含量，但如不對尾氣進行處理，會對大氣排放出甲醛及少量未燃甲醇等非常規(guī)污染物[6]。

應(yīng)對策略：目前可使用三效催化劑對非常規(guī)排放物進行轉(zhuǎn)化，針對高比例甲醇燃料產(chǎn)生的甲醛受現(xiàn)有催化劑限制而需要研發(fā)出新型專用催化劑以徹底去除非常規(guī)污染物。

綜合以上對比分析，總結(jié)甲醇作為潛用燃料而存在問題及應(yīng)對策略如表2所示[7]。

表2 甲醇潛用燃料存在問題及應(yīng)對策略

4 總結(jié)及結(jié)論

目前，國外一些國家因甲醇的毒性而反感而不重視對甲醇的應(yīng)用與研發(fā)。其實，我們應(yīng)正視它的毒性和其他特點，如現(xiàn)在的純電動汽車雖對環(huán)境有益，可它對維修工作人員一樣存在高壓觸電危險，如不規(guī)范操作也可能會危及工作人員的生命。我國具備生產(chǎn)甲醇的優(yōu)越條件，甲醇汽車正處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初期階段，它的大力發(fā)展極需要產(chǎn)業(yè)扶持政策。甲醇燃料能大力推廣還需要國家、企業(yè)及使用者的共同努力。

從國家到使用者，如能做好這三個方面：(1)國家實現(xiàn)相關(guān)政策支持。國家根據(jù)需要及時制訂政策，在時期成熟時大力推廣應(yīng)用甲醇作為發(fā)動機燃料。

(2)突破科研技術(shù)難關(guān)。加強此領(lǐng)域科研力度，根據(jù)甲醇燃料在使用過程中存在的一些問題：研發(fā)甲醇毒性去除技術(shù)；設(shè)計新型甲醇燃料發(fā)動機，以更好地利用M85 和 M100 甲醇燃料，提高其經(jīng)濟等；確實能用科研成果徹底解決存在的所有重要問題，國家定會大力投入這一領(lǐng)域，當然這需要國家與科研技術(shù)人員的共同努力。

(3)建立并執(zhí)行規(guī)范制度。在未能去除甲醇毒性時，需要求工作人員在甲醇燃料的生產(chǎn)、輸送、保存及加注等過程中，嚴格按規(guī)范執(zhí)行，確保安全。

甲醇燃料定將成為我國發(fā)動機的一種確實可行的新型潛用燃料，為我國解決石油能源緊張問題和建設(shè)友好型社會作出巨大貢獻。