甲醇在柴油机上应用的技术进展

中外能源●38SINO-GLOBAL ENERGY2009年第14卷甲醇在柴油机上应用的技术进展姚春德(天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室,天津300072)摘要在我国石油供应缺口较大的情况下,需求结构也不尽合理,柴油消耗量大.荣柴汽比过高。 因此,发展石油替代燃料应以替代柴油为重点目标。天津大学提出了一种甲醇/柴油组合燃烧方式,在柴油机上的试验结果表明.可以实现不到1.5kg甲醇昝换1.0kg柴油.甲酵对柴油的替代率平均达到20%以上,同时可以减少微粒和NO,排放,将原发动机的排放品质提高1个等级。以甲醇替代柴油,在能灏多元化、节能减排、燃料能源结构调整等方面是有利的,同时还可以提高发动机高原动力,发挥我国现有甲醇产能。我国对甲醇作为燃料在认识上存在较大误区,但长期的实践和研究结果表明,与汽油.柴油相比,甲醇的毒性与之相当;其排放物是清洁的;甲醇对生态环境更友好;使用更安全;甲醇对材料的腐蚀性完全可以得到根本解决;甲醉在燃烧时排出的温室气体少于汽油、榮油,与柴油或汽油一起燃烧更有利于减少温室气体排放。建议国家对甲醇在压燃式发动机上应用给予一定支持,开展相关的基础研究。关键词柴油机甲醇/柴油组合燃绕替代燃料环境友好节能减排1替代柴油应成为替代燃料发展的重点置几乎都是用柴油。可以说,柴油是经济稳定和国根据中国社会科学院公布的2009年《能源蓝家安全的基石。国内炼油企业通过各种技术手段不皮书》,目前中国东部油田在减产,西部发展比预期断调高生产柴汽比。1998 年生产柴汽比为1.42:1,慢,海洋油田产量仍较低,因此中国石油产量不可2002年便达到1.912:1 ,2006年更是增大到2.08:1,能大幅增长。同时预测,2010年和2015年中国原油.甚至高过了柴油轿车高度普及的欧洲。现在,我国产量将分别达到1.7x10*-1.98x10和1.82x10*~生产柴汽比普遍在2:1以上。由于柴汽比的结构性2.0x10+,呈缓慢上升趋势。2020年,中国原油产量不平衡,造成国内一方面柴油供不应求,另一方面预计为1.81x10- 2.01x104,然后将呈逐年下降的汽油则必须出口的尷尬局面"。趋势。蓝皮书预测到2020年,我国的石油对外依存近年来,国家为了减少石油消耗,大力推行替度将由目前的50%左右上升至64.5%,在已经超过代能源,天然气、液化石油气(LPG),乙醇、甲醇、电能源安全线的情况下还要进一步增加。石油能源安动车、混合动力燃料电池都取得了很大的成绩和全已经构成经济发展的重要瓶颈。技术进展。然而,由于这些替代能源或新能源是以另一方面,在我国石油能源总体供应缺口大的替代或碱少汽油消耗为目标，因而对减少柴油消情况下,需求的结构也不尽合理。在我国石油消耗耗,降低柴汽比没有带来明显的改观,甚至给柴油中,内燃机占一半以上,特别是柴油的需求量极大。生产带来更大的压力。因此,针对我国内燃动力燃近年来虽然汽车工业发展很快,每年增长率超过2料总体不足,结构上存在不合理的局面,发展石油位数,但是汽油的消耗不论是总量还是增长速度都远不及柴油,全国的汽油消耗量仅为柴油的--半都基金项目:本文受到国家自然科学基金项目(编号:50876075)和教不到。2007年汽油消耗5600x104,而柴油却达到育部博士点基金项目(编号:2000560040)的资助。1.24x10+，是汽油的2.21倍。2008 年则达到2.15作者简介:姚毒德，教授,博士生导师,1991年毕业于合肥工业.倍。自2006年以来,国内屡屡出现的加油难问题全大学内燃机专业,1984年获得天津大学内燃机专业项士学位，部来自于柴油。究其原因,公路运输、农业、渔业、发.1988年获得天津大学内燃机专业博士学位,现任天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室副主任，研究方向为内燃机工作过电、铁路运输、工程机械及国防所用的内燃动力装程、内燃机石油替代燃料。E-mail :ardyao@ju.cdu.cn第11期姚春德。甲醇在柴油机上应用的技术进展●39.替代燃料应以替代柴油为重点目标。两种不同燃料的特性,利用前者含氧、气化潜热高,2甲醇在压燃式发动机中应用的技术进展一 甲后者容易压燃的特点,使燃料在燃烧时可以同时减醇/柴油组合燃料方式少微粒和NO,排放。在应用中替代柴油的比例超过与其他替代能源在资源、产能、产量、输运性等20%,并可将原发动机的排放品质提高1个等级。方面相比,甲醇是合适的替代燃料之一四。美国诺甲醇/柴油组合燃烧方式已经在上海煤焦化公贝尔化学奖获得者乔治.A.奥拉经过长期研究得司、山东久泰能源和山西佳新能源公司装车进行了出结论:“甲醇经济”使人类不再依赖于日益减少的道路试验。一台改装的20t柴油载重车2.5x10km石油和天然气。特别是生产甲醇的资源广泛性,更道路试验结果表明,在发动机上采用这种压燃方式是其他燃料所无法比拟的。单就煤炭而言,我国已可实现不到1.5kg甲醇替换1.0kg 柴油，最好状况探明资源量可用百年当无任何担心之虞。2008 年时1.0L甲醇等作用于1.0L柴油。甲醇对柴油的替我国柴油表观消费量为1.3885x104,如果假设以甲代率平均达到20%以上,最高替代率达到40%。发醇替代2008年柴油消耗量的10%，以目前生产1t动机工作时尾气中无烟。用户普遍感到,甲醇/柴油甲醇平均用煤1.4~2.0t 来计,则生产替代1400x10*组合燃烧的发动机动力强劲,加速性好。另外,由于柴油所需的等热值甲醇，仅需用煤5000x104左右甲醇的价格仅为柴油的1/3左右,运输费用也大幅(以等热值计,仅为国家年用煤量的2.0%左右)。但度减少,用户的积极性很高。.是, 10%的柴油就是1400x10+，相当于-一个中型油甲醇以气态方式进入气缸后由柴油引燃的方田的规模。替代下如此规模的柴油,对于缓解柴油法，可以追溯到上世纪50年代末国外提出的甲醇紧张,调整燃油结构将具有重要意义。熏蒸法。自此之后,不断有研究者开展类似的工作。然而,甲醇的十六烷值极低,约为柴油的1/16,迄今为止的研究一致认为,这是比较可行的甲醇压过高的着火温度限制了甲醇燃料在压燃式发动机燃方式,而且也是可以同时降低柴油机NO,和微粒上的应用,这也是目前甲醇都是用在点燃式发动机排放的途径。然而,由于甲醇的气化潜热大,气化时上的重要原因。尽管国内外围绕甲醇在压燃式发动需要耗费大量电力,导致蓄电池无法满足要求。另机上的应用开展了大量工作，但由于难度较大,直外,进入气缸的甲醇量难以适时控制,过量甲醇进至目前商品化应用的以甲醇燃料替代柴油的重型气缸会造成爆发压力迅速增加,过大的机械负荷令发动机尚未见报道。发动机无法承受,严重时会发生爆震。发动机冷启最近，甲醇在柴油机上的应用取得了重要突动和爆震控制- -直是无法逾越的障碍。因此,甲醇破。天津大学提出一种甲醇/柴油组合燃烧方式,经的压燃一-直限于在实验室里研究。过多年的理论研究、实验室台架试验以及发动机数天津大学提出的组合燃烧方式,对甲醇的喷射万公里的道路试验,已经可以在柴油机上可靠地使时刻和喷射量实施全面管理,从而使上述问题得以用甲醇燃料,为甲醇大比例替代柴油提供了一种新解决,使其走上应用之路。甲醇以均质混合气与柴的途径4.51。该方法的特点是,根据发动机工况特性油共燃,具有以下特点:分段使用甲醇。即启动时用柴油,待发动机自身温①进气吸热气化,回收了冷却水的热量;度上升到一定水平(65C左右)再喷进甲醇,以保证②甲醇在压缩过程中裂解吸热,减少热耗散，发动机的启动可靠性。中高负荷时采用压力方式向也提升了自身的热值;进气道喷进甲醇,吸热气化后进人气缸,在气缸内③甲醇混合气迟滞柴油着火，增加预混合气由柴油引燃。运行中甲醇和柴油量完全由专用的电体,形成均质混合气压燃,提高了定容燃烧程度;控系统完成，驾驶员可以灵活自如地在甲醇/柴油④降低排温,减少废气带走的热量。或柴油间进行切换,不受甲醇供应的限制。该方法因此,甲醇与柴油共燃,不仅替代了柴油,而且的突出优点是既可以用于新车,也可以方便地用于实现了高效、清洁燃烧。经检测,柴油机采用此种方改装在用车,增加的费用仅约数千元人民币。电控法排放品质可以提高1个等级。在道路试验中,平系统由天津大学自主开发。由于兼顾了甲醇、柴油均使燃料效率提高10%以上。可以相信,甲醇/柴油中外能源SINO-GLOBAL ENERGY2009年第14卷组合燃烧方式如能得到进一步完善并加以推广应因甲醇自身的含氧性,使其功率得到充分发挥。既用,对采用甲醇替代柴油将具有重要的意义。节约了燃料,也增加了发动机的动力性,这一点对3甲醇替代柴油的优势于国防建设尤为有利。在现有替代能源中,与柴油相比,同时具有资3.5有利于发挥现有甲醇产能源广泛性、易获得性、方便输运性、费用可接受性的目前我国甲醇产能已经超过2000x101,-批新唯有甲醇。当前全球处于经济危机之中,我国则在的甲醇项目正在建设。但是市场能够消化的甲醇仅政府引导下,以基本建设和民生建设为牵引,经济1000x10t左右，加上国际上甲醇生产大国的甲醇发展几乎没受多大影响。但是,当我们看到基本建产品主要是供出口,因此给我国甲醇生产企业带来设蓬勃发展的同时,各类内燃动力对柴油的需求也极大压力。造成甲醇的产能得不到发挥,对生产企随之增加。目前由于甲醇价格很低,为推行替代柴业的积极性造成很大影响。油提供了大好时机,突出表现在以下几方面。4有关甲醇燃料认识上的误区3.1有利于能源多元化甲醇又称甲基醇或木醇,是一种无色、路带酒我国煤炭资源丰富,而且以煤生产的甲醇产能精味、水溶性液体。凝固点-97.6C,沸点64.6C,相大,具有大规模替代柴油的基础和条件,是目前任对密度(20C)0.791。甲醇中只含有1个碳分子,而何其他替代能源都无法比拟的。现有甲醇产能稍加氧分子含量高达50%，在燃烧过程中需要的空气扩大即可实现替代10%的年柴油消耗(1400x10%)的少,燃烧充分,燃烧后主要形成水和二氧化碳,污染目标。石油和甲醇组合起来形成交通输运装置动力极低。的二元燃料体系,对国家能源安全极为重要。一是甲醇作为燃料始于19世纪30年代,曾被用作减少石油依赖;二是立足我国自有资源;三是甲醇照明烹饪和加热,后来被更便宜的燃料(如煤油)所生产企业遍布全国,供应有保障。替代。用作车用燃料则主要始于上世纪70年代第3.2有利于节能减排一次石油危机之后。1973年美国麻省理工学院的与同排量的汽油机相比，柴油机因具有高压缩Toms.Reed教授在《科学》上发表论文称,往汽油中比、无截流损失以及稀燃等特点,其热效率要高出加入适量甲醇(15%)不仅可以替代汽油,更可以改前者30%~40%。甲醇应用于柴油机,则可以充分利善当时的化油器式发动机的排放。- -时间,甲醇在用高压缩比的特点,在高燃料效率下工作。如以平全球的许多国家得到广泛应用凹。可见,甲醇作为均1.5kg甲醇替代1.0kg柴油，甲醇对柴油的替代燃料应用是由来已久的。但是,由于我国曾发生过率为30%来计,则实施甲醇/柴油组合燃烧方式后,误饮甲醇中毒的假酒事件,长期以来对甲醇作为燃发动机的热效率提高10%左右。此外,由于热效率料应用的认识一直存在较大误区,主要表现在以下提高,每单位质量柴油的二氧化碳排放减少10%以几个方面。上。如柴油年消耗量的10%用甲醇替代,则可以减4.1甲醇的毒性排二氧化碳10%。以1000x104柴油用甲醇替代来作为燃料,甲醇实际上和汽油-样,在化学上计算,每年减少二氧化碳排放量将达到1090x104,都属中等毒性物质，不仅甲醇不能饮用和溅入眼这对实施低碳经济和减少温室气体排放将起到很中,其他燃料也是如此例。从国际通用的《化学品安大的作用。全技术说明书》(MSDS)中查到的甲醇LD50数据可3.3有利于燃料能源结构调整以更好地说明问题,见表1。用甲醇替代柴油,可降低柴汽比,不仅缓解了表1甲醇、乙醇、汽油急性中毒指标柴油供应紧张的局面,也减轻了炼油企业的压力。项目甲醇乙酶(酒精)汽油3.4有利于提高发动机高原动力LDS02/ I 5628(大鼠经口) 7060(兔 经口)57000(mg-kg")_ 15800(免经皮)| 7430(兔经 皮)(小鼠经口)甲醇是含氧燃料，含氧量以质量计高达50%。LC50/8377637620103000我国西部地区地处高原，高海拔带来空气中缺氧,(mg.m)| 4b(大鼠吸人)10h(大鼠吸人) 2h(小 鼠吸入)如果让柴油机运行甲醇/柴油组合燃烧方式，则会注:①指动物经口服进或皮肤吸人有毒物质后50%的生存率。姚春德。甲醇在柴油机上应用的技术进展导致半数实验动物致死的摄人量数值越大,说漏、添加溅洒.甲醇蒸发等是甲醇排放的主要途径。明毒性越低。由表1可见,甲醇.乙醇的毒性都比汽甲醇易溶于水，水或土壤中的甲醇会很快稀释,然油大,但属于同一量级,都在“轻度危害”范围。考虑后发生生物降解。而汽油则难溶于水,不易扩散,在到已有急性中毒的病例,国标在毒性分级行业举例自然环境中难以降解,产生累积污染。另外,废水中中明确将甲醇放在“中度危害”级。从表1数据看,含有少量甲醇有利于生物降解脱出其中的含氮物甲醇和乙醇相比，如果取“经口”途径,甲醇毒性高质。因此,甲醇燃料有一定毒性,但易于在环境中降于乙醇,取“经皮"途径,甲醇毒性低于乙醇|”。解,不会造成严重的环境污染。早在“七五”期间,在原国家科委的主导下,中在水中,甲醇及乙醇的生物降解过程要比原油德两国合作对“甲醇中毒机理、中毒解药、对人体健或者汽油迅速得多。醇燃料在水中的滞留时间以几康的影响”进行研究。经过长达10年的研究,结论小时计算,而原油、汽油、柴油的滞留时间则以几年是:只要遵守操作规程,没有发现人体健康的异常。计算。据估算,把1x10t甲醇泄漏到海中,在泄露后我国从事甲醇汽车研究和试验20多年的人员,以1h,申醉的浓度仅仅达到0.36%,接下来浓度会更及现在仍在驾驶甲醇汽车的司机,也未发现健康有低。然后,在几天内,微生物通过生物降解会处理掉异常。我国生产甲醇已有数十年历史,大小企业上稀释的甲醇。类似的汽油泄漏事故,由于汽油与水.百家,未发现甲醇厂工人有甲醇职业病。不溶,将会大面积覆盖在水的表面而不容易被驱散山西省在甲醇车试运行中,连续数年委托有关.到环境中去，很有可能导致生态灾难[9。从这一点分医院对甲醇燃料车司乘人员及加注、储运甲醇的工析，用船舶运输醇燃料或者船用柴油机使用醇燃作人员进行定期体检,未发现因甲醇引起的健康异料,泄漏出的醇对生态环境的危害要比石油及其成常和职业病间。当然,为了避免在应用中出现误饮等品油轻得多。应该指出的是,环境中甲醇的性质与问题,除了加强科普教育之外,可以采取一些给燃甲基叔丁基醚(MTBE)有很大的不同,MTBE不容易料着色的方法以作警示。2000年之前我国使用的含降解,因此在美国禁止将MTBE作为运输燃料中氧铅汽油,其中的四乙基铅属于辛烷值增强剂,但是化处理的添加剂。有剧毒,为了避免误饮中毒,就曾采取加红色素的当陆地土壤中溢流着甲醇时,真菌及细菌表现方法。因而,甲醇作为燃料使用,只要遵守操作规出较大的容忍性。有资料表明,当土壤表面甲醇达程,对使用者是安全的。与汽油相比,汽油包含多种到饱和状态,1个星期后，在10~30cm深度处50%有害化学物质,包括苯、甲苯、二甲苯,乙基苯、1,3-以上的真菌(蘑菇)能恢复活性,3个星期后90%能丁二烯和正已烷,其中一些物质是国际卫生组织确恢复活性,细菌的活性也恢复得较快0。定的致癌物,而甲醇则不被认为是致癌物或诱导有瑞典曾在草地上进行试验,以1.35L/m2的量将机体突变的物质。.汽油及M15和以2.7U/m2的量将甲醇及乙醇洒向4.2甲醇的排放草地,然后在深度10~30cm处取出土壤,对上述燃在甲醇的燃烧产物中，常规排放物CO.HC与料及主要成分如苯、甲苯及烷烃进行分析。分析结汽油相当,NO,则较汽油低，原因是甲醇的空燃比果表明,甲醇及乙醇容易从表面蒸发掉,而且容易仅为汽油的1/2, 燃烧时需要的空气量少。在实施与转移到土壤中微生物活性使其浓度减小的地方,经柴油双燃料组合燃烧时,NO2和微粒排放比柴油机过4个星期后,土壤中上述燃料及各成分的浓度只低,CO和HC高于柴油机。在燃用甲醇时,会产生有3mL/m"。一定的甲醛排放,甲醛被认为是可能的致癌物。已为了评价洒向草地的醇燃料及汽油对土壤长有研究证明，经废气后处理催化转化装置作用后,时间的影响,以年测量分析了土壤的呼吸通气能力.甲醛可以完全被消除周。(氧的消耗情况)，低的通气氧消耗则表明土壤中微4.3甲醇对生态环境的影响生物受到损伤。汽油及M15喷洒的草地土壤就显甲醇作为燃料使用时,向周围环境的排放主要.示了较低的氧消耗情况。国外还对醇燃料及汽油对是在储存、运输和添加过程中,运输事故、储存渗植物生长的影响进行了试验,研究结果表明,在喷中外能源，42.SINO-CLOBAL ENERGY2009年第14卷洒了甲醇及乙醇的土壤中,植物生长受到的影响比能够腐蚀- -些金属,包括铝、锌、镁,但不腐蚀钢和汽油及M15混合燃料低。1年以后,在受醇燃料污铸铁。此外,甲醇也能够和- -些塑料、橡胶、垫圈发染的地方，生长出的植物总量是正常土壤的65%,生反应,使它们变软、膨胀和易碎,最终导致泄漏和而受了汽油及M15污染的土壤，生长出的植物总系统故障。量只有未受污染土壤的50%及450%01。国内外对甲醇发动机的长期研究和应用实践综合试验研究表明,甲醇对陆地生态环境的影.表明，造成磨损最严重的是燃烧室周围的机件,如.响,并没有汽油和柴油的影响严重。进排气门座、进排气门、气门导管、活塞环、缸套等,4.4甲醇的安全性对凸轮轴.曲轴、轴瓦等影响较小。防止曆损的主要甲醇燃料的添加、飞溅,无盖容器和车辆尾气措施是改变机件的材质和热处理工艺,如气门将铁排放均有甲醇蒸气产生。呼吸系统吸人是甲醇进入类合金改为镍类合金、气门座烧结材料中添加硬质人体的主要途径。低浓度的甲醇蒸气要比汽油蒸气微粒并做铅溶滲处理、活塞环镀铬等I问,采取这些的毒性小,高浓度时二者相当,但出现高浓度甲醇措施后耐磨性可达到汽油机水平。采用甲醇发动机蒸气的几率低于汽油，因为甲醇蒸气压低于汽油。专用润滑油可抑制腐蚀和磨损凹。在柴油机上实施正常的工作场所中,允许的甲醇蒸气最大浓度为万甲醇和柴油双燃料共燃,经过3x10%km行车道路试分之二,而汽油为万分之三,可见甲醇蒸气的毒性验,没有发现对润滑油的影响。略小于汽油蒸气。对生命立即产生危险或严重损害因此,只要采用专用的耐醇材料,甲醇的腐蚀健康的甲醇蒸气浓度为6%o,短期(15min)工作允许问题是完全可以得到很好解决的。毕竟甲醇已经生甲醇蒸气浓度为0.25%12。产使用了百余年,人类在甲醇应用过程中完全可以甲醇燃料发生火灾爆炸的可能性远低于汽油。克服可能引起的腐蚀和磨损问题。同样条件下,甲醇蒸气密度较低,只略大于空气密4.6甲醇与气候变化的关系度,易于扩散流动;而汽油蒸气密度较大,在空气中目前的甲醇几乎都是产自天然气、煤炭和重沿着地面流动分散,遇到明火极易爆炸。甲醇蒸气油,而我国主要以煤炭为原料。根据煤的品质,现有点燃爆炸的浓度是汽油的4倍,不易爆炸起火。美技术生产1.0t 甲醇约消耗1.2~2.0t 煤。在生产中除国环境保护局(EPA)和美国西南研究所叫进行了试了转化为甲醇的1个碳分子之外,剩余的碳都主要验,两辆车,一辆是甲醇燃料汽车,一辆是汽油燃料转为二氧化碳,因此二氧化碳的排放量较大。在目车,在靠近火焰的地面上被允许漏油。汽油迅速被前尚无大量生物质资源可用于生产甲醇之前,化石引燃,产生的火在几分钟内吞噬了整个车辆;而甲燃料的能量转化形式会产生二氧化碳,这也是无法醇耗费了3倍的时间才被引燃,产生的火只是导致回避的现实。了车后部的损坏。EPA预测,把汽油车转换成甲醇然而,用煤炭生产甲醇过程中排出的二氧化碳车,能够减少90%由汽油导致的火灾,挽救全美每其浓度较高,容易富集回收,这也为集中处理二氧年700人的生命,阻止4000例重伤减少几百万美化碳带来了方便。其次,根据目前在车辆上的应用元的财产损失叫。与汽油相比,甲醇火灾发生的可结果，约1.6L甲醇折合1.0L汽油,相对于其热值能性和破坏性很小。从总的结果来看,甲醇燃料要比，燃料效率提高了30%。实施甲醇/柴油组合燃比汽油对人体健康危害小。烧，约1.2L甲醇折合1.0L 柴油，燃料效率提高由此可见,作为燃料甲醇发生火灾的可能性比45%以上。可见,使用甲醇作燃料,与原汽油机和柴汽油小，且火灾后造成的危害也比汽油轻。低浓度油机相比,二氧化碳的排放实际上是减少了,这还时,甲醇的毒性要小于汽油。未计人减少NO和微粒排放的效果。随着科技进4.5甲醇的腐蚀性步,今后可以逐步增加生物质原料生产甲醇,也可甲醇以及甲醇燃烧反应过程中产生的甲醛、甲以发展用生产甲醇过程中富集得到的二氧化碳与酸、大量蒸汽、未燃甲醇等均对金属表面有腐蚀性。氢气合成甲醇,以实现二氧化碳的封闭循环,从而甲醇的腐蚀性是汽车制造商最为关心的问题,甲醇用甲醇替代石油,逐步减少对石油的依赖。第11期姚春德.甲醇在柴油机上应用的技术进展●43●4.7小结需的投人也较少。在起步阶段,建议甲醇生产企业国外长期以来对甲醇所做的研究和实践以及改装自用或附近的输运车辆,以实现压燃式发动机.原国家科委自“七五”以来组织的多学科、多单位、应用甲醇作为燃料。.多人员、多种车辆的20余年的研究结果表明,与同6结语为燃料的汽油、柴油相比,甲醇的毒性与之相当;其进入21世纪,石油能源经过高强度使用,廉价排放物是清洁的,即使甲醛排放高于汽油、柴油,但获得阶段已经不复存在,人类正在进人燃料能源多在催化转化器的作用下是可以彻底消除的;甲醇对元化的时代,欧、美等国正在大力采取措施减少对生态环境比汽油、柴油更友好;使用更安全;甲醇对石油的依赖。甲醇作为燃料的应用在人类历史上经材料的腐蚀性完全可以得到根本解决;甲醇在燃烧历了3个时期,第一个是作为照明、加热等燃料用;时排出的温室气体少于汽油、柴油,与柴油或汽油第二个是作为石油替代燃料;第三个是作为清洁燃一起燃烧更有利于减少温室气体排放。烧的添加剂。5甲醇在压燃式发动机上的应用设想甲醇在我国的应用经历了发展-停止一又发目前的车用、农业机械、工程机械、渔业、中小展的循环。当前我国经济发展正处于高度增长期，船舶、部分铁路运输以及国防车辆动力装置中,压对能源的需求仍在不断增加。但是,国际石油资源.燃式柴油发动机占主导地位,是消耗燃料柴油的主在逐步减少,我国自身石油资源又十分有限,同时.要方面。以2007年为例,车用和工程机械之和超过还存在柴汽比严重不合理的结构问题。因此,减少了柴油需求量的50%间。对石油的依赖是国家经济发展的必然之路,能源多.柴油机在这些应用领域中有两个特点,一是集元化已经成为客观需要。随着在压燃式发动机上燃.中,二是定点,这给推广使用甲醇/柴油组合燃烧带用甲醇燃料技术的突破,在新一轮的石油替代燃料来很大的方便。甲醇/柴油组合燃烧属于灵活燃料发展中,在以减少柴油消耗、调整燃料结构为目标车辆的一种,既可以用于新车,也可以方便地用于的发展战略中,甲醇必将发挥重要作用。在用车改造。改装时,保持原发动机主体结构不变,建议国家有关部门能对甲醇在压燃式发动机仅需要在进气管上增加一套甲醇喷射装置,并在高上应用给予-定支持,开展相关的基础研究,如柴压油泵油门手柄处加装-套油门位置传感器,当然油在甲醇、乙醇氛围中的燃烧特点、排放物生成机还需要增加甲醇存储箱,然后配上甲醇喷射电控单理及其控制方法、大规模应用甲醇燃料对环境的作元进行控制即可。没有甲醇则关断甲醇喷射装置,用等等,以实现甲醇真正高效、清洁服务于人类,为可方便地进行甲醇/柴油双燃料或柴油单燃料运实现人类向氢经济的顺利过渡做出应有的贡献。行。重要的是不论哪种模式,发动机的动力性依旧，并且可以获得更好的加速性能、排放品质以及低的参考文献:燃料费用。在已有的道路试验中就分别采用了两种[1]唐宏青.部分在建和撒建的煤制烯烃项目[N].中国化工报，不同类型的发动机在整车上进行了改装,试验结果2009-03-09.相近,说明了该燃烧技术的良好适应性。[2]吴域琦.冯向法.甲醇燃料-_-最具竞争 力的可替代能源[].我国甲醇生产企业遍布全国，若以这些企业为中外能源,2007, 12():16-24.中心,在一定范围内进行定点甲醇配送,不需要建[3] OLAH G A.COEPPERT A,SURYA PRAKASH G K.跨越油设专门的甲醇加注站。从长远来说,在现有加油站气时代:甲醇经济[M].胡金波,等译北京:化学工业出版社,建设一个甲醇加注系统也十分简单,因为甲醇的密2007:143. 147. .度与汽油相近，仅需更换一些密封件和橡胶管路。[4]姚春德,李云强,王银山用扩散及准均质混合气压燃燃烧降低柴油机碳燜和NO,排放的研兖[].内燃机学报,2004,由于甲醇的挥发性远低于汽油,甲醇加注站会相对22(4):310-316.安全些。因此,从技术层面说,推广甲醇/柴油组合[5] 姚春德,陈绪平,杨建军,等.柴油-甲醇组合燃烧电控系统燃烧技术比较容易。在现有阶段,由于在用车可以控制策略的研兖[J].天津大学学报.2009 .42(6);554-559.改造,更便于实施。从经济上说,推广应用该技术所[6]潘奎润.调整汽车燃料结构，发展醇燃料汽车[J].化工催化剂中外能源SINO-GLOBAL ENERGY2009年第14卷及甲醇技术,2003(3):11-21.www.nmhan/.orulel/s/ecia/promi.fm.[7]肖经纬,李斌.甲醇燃料的毒性及应用研究进展[J].国外医学:[12]钱伯章.发展媒基燃料是解央我国能源安全问题的重要途卫生学分册,2006 , 33(6): 334-337.径[]煤炭加I与综合利用,2004(5);35-38.[8]彭红梅.掺醇燃料发动机尾气中甲醛检测方法及其排放特[13] CHENG W H,KUNG H H.Methanol production and use{M].性的研究[D].天津:天津大学.2008.New York :Marcel Dekker .1994:220 -23.[9] Malcolm Pimie Ine.Evaluation of the fate and transport of[14] US.Environmental Protecion Ageney Ofice of Mobile Sources.methanol in the environment[EB/0OL.(2001-01-2).htp /www.Methanol Fuels and Fire sfety[EB/0L.(1996-12- 9)-tp:methanol.ong/pdf/evaluation.pdf./www.epa.gov/0MS/consumer/08- fire.pdf.[10]崔心存.未燃甲醇甲醛的生成机理及其控制措施[EB/0L].[15]周芳芳,邢春鸿. 杨庆佛.关于甲醇在内燃机中使用的几个(2008-02-15).http :www.alcobo0l ether.cn/ newsdisp. asp?id=问题[J].机饿管理开发,2007(2):67-70.3654.[16]李大东.中国车用柴油炼制技术与发展趋势[C)/国际先进[11] The Methanol Insitute.Beyond the intemal combustion engine:柴油汽车技术战略研讨会,北京,2008-04.the promise of methanol fuel cell vehicles[EB/0L].htp://(编辑张峰)Advances in Technologies for Using Methanol in DieselYao Chunde(State Key Laboratory of Engines , Tianjin Unversity , Tianjin 30002)[Abstract] China is suffering a large shorfall in petroleum supply .Adding to this woe , the country has anunreasonable demand mix -too large a diesel consumption and an excessively high diesel -gasoline ratio. Basedon these characteristics , China's efforts to develop alternative fuels to petroleum should be focused on alema-tives to diesel fuel.Tianjin University has proposed a diesel/methanol compound combustion(DMCC) process.Ex-periments in diesels show that less than 1.5kg of methanol can replace 1.0kg of diesel fuel.The average sub-stitution rate of methanol to diesel fuel exceeds 20% .This technology can also help reduce the emissions ofparticulates and NOz , raising the emission properties of the engine to a higher level.Substituting methanol fodiesel fuel is on the one hand instrumental to the efforts to diversify energy supplies , save energy and reduceemissions and adjust fuel and energy mix and on the other hand can enhance the power of an engine in aplateau environment and also make full advantage of China's methanol production capacity.The Chinese soci-ety has a big misunderstanding of the role of methanol as a fuel.Long-term practices and study results showhat methanol has a toxicity similar to that of gasoline and diesel fuel，effluents arising from methanol com:bustion are clean ，compared with the two fossil fuels methanol is more environmentally friendly and safer,asolution to the corrosion of methanol to materials is absolutely possible and that methanol when bumt emitsless greenhouse gases than gasoline and diesel fuel and buming with gasoline and diesel fuel is more instru-mental to the reduction of greenhouse gas emissions.The article calls for a support from the govemment tothe application of methanol in compression ignition engines a8 well as the slart of basic studies in this re-spect.[Keywords] methanol ; DMCC ; alternative fuel ; environmentally friendly ;energy saving and emission reduction