汽车替代燃料

汽车替代燃料主要内容能源形势甲醇乙醇二甲醚合成柴油生物柴油液化石油气/天然气能源形势能源是全人类经济发展和生存的主要基础条件之一，近年全球能源况引起全球的特别关注；人类的进步和可持续发展必须处理好能源问题；全球及中国的能源形势——供需矛盾将长期存在能源形势近期国际石油价格攀升而没有大幅回落的趋势；全球各主要能耗国家都在调整自己的能源战略；高速发展中的中国经济对能源替代成为国家的头等大事；汽车发展对节能、减排、能源替代、环保、安全和轻量化不断提出更高的要求；替代燃料已成为中国能源多元化主要方向之一。能源形势石油：●全球石油已探明储量为12000.7亿桶，1630.6亿吨，（2006年世界能源统计公布）按2005年开采量计，可开采40.6年；●预计未发现的石油储量可能是9380亿桶；●预计在21世纪中期石油产量达到顶峰，包括非常规液体燃料包括油砂、超重油、气变液技术、煤气化技术、生物燃油和油母页岩等在内本世纪后期将进入高油价期。2006年底全球石油已探明储量图天然气：●全球天然气已探明储量为179.83万亿M3，可开采65.1年。2006年底天然气已探明储量煤炭●全球2006年底已探明可采储量为9090.64吨，可开采155年；●预计世界可采储量在今后的100年中将随着探明技术发展，可采储量将增加到能有200年以上的开采年限。能源形势2006年底煤炭已探明储量全球主要耗能国家及时调整能源战略●2005年美国修改通过《能源政策法》，2006年欧盟公布了《能源战略绿皮书》，2006年日本颁布了《新国家能源战略》，都在强调能源供应稳定和多样化，开发可再生能源、发展洁净煤技术、发展天然气、核能、氢燃料等清洁能源，减少石油在能源消费结构的比例。●巴西、法国、西班牙、德国、奥地利、瑞典等国强调乙醇和生物质资源的能源。●全球电力消费将在今后20年中成倍增加，核电、水电将增加较快；●可再生能源是今后能源开发和增长的主导方向。能源形势中国传统能源现状和能源政策●中国石油2006年底已探明储量为160亿桶22亿吨，占全球已探明总储量的1.3%，可开采12.1年；●中国天然气2006年底已探明储量为2.35万亿M3，占全球已探明总储量的1.3%，可开采47年；●中国煤炭2006年底已探明储量为1145亿吨，占全球已探明总储量的12.6%，可开采52年。●中国的能源政策是：节约优先、立足国内、煤为基础、多元发展。能源形势•煤制甲醇，特别用高硫煤制甲醇，还可净化出纯度较高的工业用硫。焦炉气、煤层气、天然气和小化肥联产都可制取甲醇，价格便宜。•近10年山西、陕西、四川、河南、山东、黑龙江等省的企业、研究机构、大学都在进行M15、M30、M85和M100甲醇车的开发、试验和试运行；山西省现有1400多辆全甲醇M100出租车、大客车、中客车在商业运行；山西省在全省范围内推广普及M15甲醇汽车的运行；•太原理工、东方发动机研究所和佳新公司、净土公司、维坊柴油机厂、江西发动机厂等企业合作，开发了469、468、R6B、698等全甲醇电喷发动机，压缩比已达到1:1.3~1.5的替代比。国Ⅲ排放。动力性优于汽油、柴油。甲醇汽车●奇瑞、华普、长安等汽车公司已开发了灵活燃料汽车，排放可达国Ⅲ。●在技术上已解决了甲醇汽车的冷启动、热气阻、溶胀、腐蚀和非常规排放甲醛超标、渗烧甲醇汽油的分层等问题，也规范了输、配、加注等商业营运中的问题；●甲醇饮用可致死和致盲，但在国内外几十年的化工、燃料行业在使用中按规程操作未发现对人和环境的影响；●按规模条件下煤制甲醇的经济性在石油30美元/桶时有很强的竞争性；●德国、美国在上次石油危机时都曾开发过甲醇汽车，由于石油价格缓解未能大量产业化。甲醇汽车●甲醇脱水即二甲醚，是柴油机的理想替代燃料。清洁排放，可达国Ⅳ标准。●国内二甲醚汽车开发和二甲醚大量生产都还处于起步阶段；●生产成本和汽车使用的经济性都比甲醇高；●常温常压下二甲醚呈气态，输、配、加注都需要专供系统；●在产业化前还需对专用柴油机供油系。高压共轨系及和汽车的匹配做进一步研究；二甲醚汽车西安交通大学联合山东久泰化工联合开发的二甲醚/柴油混合燃料客车种类：CTL,GTL，BTL煤制油—由煤直接液化法和间接液化法合成汽、柴油，二战期间德国曾用直接法生产过油品，达到423万T/年，南非、美国用间接液化法建示范性工厂。我国神华集团在内蒙建100万T/年的示范工厂，已于2004年开工。●煤制油单耗高，3—4.5T煤/T油；●煤制油水耗较高，12T水/T油以上；生产场占地面积较多；投资较高。●煤制油在我国刚处于起始阶段，有待示范工程中解决今后的产业化方向。合成油汽车合成油汽车综合了多种不同发动机或汽车采用不同测试循环,在燃用合成油时与标准柴油相比NOx和PM排放的变化。绝大部分数据点都位于NOx和PM同时降低的方框内,NOx平均降低13%,PM平均降低26%。乙醇由甘蔗、玉米及含纤维素农作物发酵制成，是理想的可再生的清洁能源，以纯乙醇、乙醇汽油（E10~E22）和混合燃料（乙醇60%+甲醇30%+汽油7%—）等三种配比供汽车燃料。主要性能和排放和汽油车比稍优或接近。●巴西全国全部使用乙醇汽油已有近20年的历史，是世界惟一不供应纯汽油的国家；●美国推广E10乙醇汽油多年，全美有500万辆灵活燃料汽车（FFV），耗乙醇超过1500万T/年，用13%的玉米生产乙醇，替代汽油量占全年总耗量的2%；●近年，日本、印度启动乙醇汽油推广计划；英国、荷兰、德国、南非、泰国、奥地利在积极推广乙醇汽油替代工作；●中国已有9个省推广乙醇汽油（E10），年用乙醇量约130万吨，成本为6000元/T左右。国家为乙醇生产厂补助为100~2300元/T，平均每吨乙醇耗量平均为3.3吨粮/T乙醇。乙醇汽车●生物柴油是以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂，以及动物油脂、餐饮废油等为原料油，通过酯交换工艺制成的甲酯或乙酯燃料，这种燃料可供压燃式发动机使用。国内外正大力开发利用木材、木屑、木薯、甘蔗渣、甜高粮等生产乙醇。利用稻草、玉米秸、棉籽壳、花生壳、棉杆等纤维素作原料生产生物柴油。生物柴油汽车生物柴油汽车柴油机可以燃用纯生物柴油，也可使用生物柴油和柴油的混合油（如体积20%的大豆渣油与柴油的混合油称为B20）。生物柴油的十六烷值较高，能量密度约为柴油的90%左右，与石油系燃料互溶性好，不存在分层问题，且生物柴油含氧8%-10%，可以降低碳烟/颗粒排放。压燃式发动机燃用生物柴油或生物柴油/柴油混合燃料的研究表明，在发动机不做任何改动的情况下，在全部转速范围内，功率有所下降，当量燃油消耗率升高。但是，通过推迟喷油，优化燃烧，可改进发动机在中低负荷的性能，使生物柴油发动机的转矩输出达到原型号柴油机的水平，当量燃油消耗率下降。生物柴油对发动机排放的影响：由于植物油制生物柴油含氧，从而可降低PM、CO、HC排放，但经过酯化处理的生物柴油滞燃期缩短，在供油提前角不作调整的情况下，燃烧始点提前，导致缸内最高燃烧压力和温度升高，NOx排放略有上升。LPG、CNG汽车都是已成熟技术，在资源和加气站方便的条件下逐步推广也是汽车燃料多元化方向之一，可以解决排放污染和经济运行，由于在常态下液化石油气和压缩天然气都是气体，在储、运、加气等商业运行中都需要较大的投资，而资源也是很有限的，所以它不会成为主导的替代汽车燃料。LPG汽车LPG的主要成分是丙烷和丁烷，此外还含有少量的丙烯、丁烯，产地不同，LPG的组分也略有不同。LPG发动机的主要技术特点如下：1)气化温度低。常温下，石油气在0.2-0.6MPa的压力下即可液化（随组分不同而定），因此，液化石油气的气化较为容易，与空气混合的均匀性大大优于汽油，有利于燃料的完全燃烧，排放低。2)LPG的燃烧特性与汽油相当，其热值略高于汽油。3)LPG的辛烷值高，抗爆性能优于汽油，允许采用较高的压缩比，有利于提高发动机的动力性和热效率。4)汽化的LPG对发动机的充量系数有不利影响，因此进行简单改装的气体燃料发动机的功率会有所下降。5)LPG的着火温度比汽油高,火焰的传播速度比汽油慢。为了可靠点火,燃用LPG时要求汽车点火装置具有更大的点火能量和点火提前角。CNG汽车NG的主要成分是甲烷，此外还含有少量的H2、CO、H2S可燃气和N2、CO2、He等惰性气体，它的存储方式主要有两种，一种是直接将其压缩至特制的容器中（压力为20-30MPa），称为压缩天然气（CNG，CompressedNaturalGas）再经减压器减压后供给发动机。第二种是采用低压（或略高于常压）和低温（-160℃左右）液化储存(LNG，LiqulifiedNaturalGas),储存要求高,相应的成本也较高.天然气的辛烷值比汽油高得多，具有高的抗爆性能，在火花点火发动机上使用时可以提高压缩比。天然气本身是一种清洁燃料，它与空气很容易生成均匀混合气，高负荷时NOx、CO、HC排放减少，在发动机运行范围内几乎没有黑烟。与传统的压燃柴油机相比,天然气发动机的微粒排放也较少。天然气作为汽车燃料是安全的，天然气的自燃温度远高于汽油和柴油的自燃温度，达到自燃点着火的可能性比汽油、柴油小得多;另外天然气比空气轻,稍有泄漏,很快就会扩散到大气中,要形成可燃浓度比汽油难得多。CNG汽车天然气作为燃料使用还存在以下几个主要问题：1）发动机的功率比使用汽油时有明显下降。在使用天然气作燃料时,功率一般要下降15%左右,甚至更多。2）腐蚀与早期磨损问题。天然气中含有微量硫化合物(硫化氢等),它引起气缸壁、气门以及气门座的腐蚀与磨损,使发动机使用寿命和大修期缩短。3）天然气发动机对天然气品质较敏感。各地天然气组分不同，对内燃机的运行性能和排放会产生较大影响。4）相对于液态燃料发动机燃料蒸发气化可吸收蒸发潜热降低进气温度，天然气发动机的进气温度较高，燃烧室零件的热负荷较高，气门、气门座均需用耐热材料制造。由于气体燃料和空气混合容易，不必借助外部能量，活塞、气缸盖均可做成简单的形状，有利于改善热负荷。针对以上问题，目前普遍采用的提高天然气发动机功率的措施有：(1)提高充量系数；(2)适当提高发动机压缩比。减小腐蚀和磨损的主要措施如下：(1)天然气脱硫；(2)采用耐腐蚀材料；(3)使用专门的天然气发动机润滑油。