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謝振華:甲醇作為車用燃料替代品四大挑戰


發布時間:

2019-08-12

  2011年4月26-27日,2011(第八屆)中國汽車發動機高層研討會在上海成功召開。

  2011年4月26-27日,2011(第八屆)中國汽車發動機高層研討會在上海成功召開。本屆研討會由中國汽車技術研究中心、上海國際汽車城(集團)有限公司主辦,中國汽車工業信息網承辦、并得到了上海國際汽車城開發服務有限公司、昆明云內動力股份有限公司、森薩塔電子技術(上海)有限公司的大力支持。研討會繼續圍繞"技術引領發展"這一永久主題,并以"綠色·高效"為年度主題展開論述。下面是華誼集團上海焦化有限公司高級工程師謝振華的演講。

  主持人:感謝朱總精彩報告,下面有請華誼集團上海焦化有限公司高級工程師謝振華先生演講,他演講的題目是甲醇燃料動力的技術特點及產業化應用挑戰。

  謝振華:會議給我出了一個題目,分為兩個部分,一是技術特點,二是產業化應用的問題,我想在座的都是相關發動機的專家,有很多問題我就不展開了,中國油的情況,替代能源的意義,前面魏秘書長都說了很多?,F在相對來說替代能源這塊,我們覺得甲醇還是很有前景的,首先它的產能量從從去年研究開始已有3800多萬噸,如果替代石油可以達到千萬噸替代的水平,和其他替代能源相比可能最先做到最大份額,同時從國家政策層面來說,兩個標準國家已經出臺了,從行業導向角度來看,也是將甲醇作為車用燃料的替代。

  下面就把我們這幾年相關工作做一個匯報。從我們研究內容角度來看,主要針對甲醇、汽油的混配,以及純的甲醇怎么在發動機上的應用。其中純的甲醇M100基本就是純的一百,用純的甲醇開車,現在這個車已經開發好了,華普已經可以量產。去年12月份工信部調研上海、山西、陜西以后定了在兩省一市開展甲醇汽車的示范運行項目,今年按照計劃在6月份開始示范,目前正在做準備工作。

  整個和華普汽車開發過程中間,我們分工燃料方面配合研究,對甲醇燃料的腐蝕、潤滑的適用性做了改進,同時對甲醇加注等等系統怎么跟車用配套,做了技術的研發工作。從甲醇燃料的技術特點的角度來說,我們是這樣認識的,作為一個車用燃料,我們從資源自身角度來說,甲醇可以用煤生產,也可以用天然氣生產,目前這兩個原料是生產使用的最多的,其實甲醇也可以用生物技術生產。未來能夠實現的話,它也可以成為可再生能源,資源相對煤比石油要豐富的多,因此目前甲醇的價格也是要比石油要便宜的多??梢灶A計未來石油漲價,煤當然也要漲價,但是這兩個資源的限制的情況,漲價的速度,我認為甲醇肯定比油會漲的慢一些。確實第一是資源本身,第二,經濟性,由于資源支撐,還有我們使用過程中的方便便利,在現有的價格體系下面,甲醇和石油產品的價格差距空間還是很大。第三,它的排放,六七十年代從美國使用甲醇開始,他們開發研究了利用甲醇的排放要比石油好,所以定為甲醇是清潔能源,我們也會進一步的闡述這一塊。第四,使用的方便性,甲醇在常溫下就是一個液體燃料,甲醇可以在現有的加油站里面,如果某一個油品退出,這個就可以頂進去。這些都是使用甲醇的有利的地方。

  (PPT)這張表我給出甲醇和汽油燃料的比較,從質量角度來說,甲醇將近一半都是氧,它是含氧的原料,理論的計算下只要6.4,汽油14.6,一半都不到,作為含氧原料需要加入的空氣幫助燃燒的空氣來看就可以大幅度降低,因此空氣中的氮氣也大幅的降低,排氣總量降低,氮氣這部分帶走的熱量肯定也是降低的。我做了大概的估算,這塊有4%到6%的熱效率的提高。同時,甲醇的辛烷值比較高,比現有的油品都要高,它的發動機理論壓縮比可以達到十四點幾,也是相對比較高,壓縮比的提高也可以使發動機的效率大幅度的提升,后面的實際運用的發動機數據說明這個問題,當然它有些缺點,它的熱值比較低,熱值低的結果在使用時候的必須有一個替代過程,使混合氣的熱值達到和原料油差不多的比重。

  這是華普車試驗數據,這個車使用甲醇和使用汽油兩種模式對比,動力性的甲醇比汽油略高一點,從加速也可以體現出來,從消耗原料來說,要多用的話達到1.6以下,按照百公里油耗,汽油消耗數和甲醇消耗數比達到1.6以下,前面講了從熱值的角度來說要2.2才能定義,現在用了1.6達到同樣的效果,所以發動機的熱效率提高很多,從節能角度來說,這塊也提高了20%多。

  從排放角度來說,這是相關的數字,它的設計按照歐式的標準,現在用甲醇的話30%,它的排放指標也是達標的。2008年10月,上海焦化和天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室姚春德教授合作,進行了甲醇柴油組合燃燒技術應用試驗。經過近半年的整車試驗,改裝的大型柴油機集卡,已經實際運行近2萬多公里。甲醇替代柴油已達到40%左右。這是車的外形的情況,改裝工程量不是很大,做了道路試驗以后,上海市科委給我們做的鑒定。從發動機車的研發合作過程中,我們認為甲醇燃料和汽油柴油相比,一是它的潤滑性能差一些,有一些部件的壽命會有一定的影響,我們在燃料中間又有潤滑性能的添加劑,添加劑的重量很小的,確保不影響燃燒功放。

  甲醇原料方面的問題,我們做了檢測,比如說有些在寧波甲醇燃料方面的檢測,還有烏魯木齊甲醇燃料的檢測,通過分析的結果可以判斷那些甲醇基本不是煤化工大型裝置合成的甲醇,而是小公司一些廢的甲醇經過簡單的處理,其中雜質很多。所以我們在制定我們產品的標準,以及參與國家標準制定和參與上海市地方政策制定中間也作了依據,對于雜質的含量做了規定。甲醇的組分我們生產95.5%以上的含量,可能都要高于這個組分的含量,雜質占的分量更少,不像現在汽柴油多種組分調和出來的,我們甲醇是可以確保它的單一燃燒,燃燒控制的非常完善。

  從甲醇燃料來看,雜質抗腐蝕等方面都要做限制,甲醇燃料的腐蝕性大家都很擔心的,我們做發動機零配件都做針對性的工作。單一我們做得圖片試驗,可以說單一的基礎材料,其實單一甲醇的腐蝕很有限。我們在行業中間,以及我們一些標準工作過程中間,我們看到關于甲醇腐蝕性判定試驗的方法其實還是有一些問題,往往需要很長的時間來驗證腐蝕的情況,因此添加了腐蝕促進劑,使腐蝕加快,然后判定加進去的腐蝕抑制劑有效,這個試驗方法值得來探討,因為你是加了酸類加快腐蝕,所以這個研究方法也有問題。甲醇對單一或者不同的金屬量變腐蝕的量非常低。

  總的來說,甲醇的腐蝕應該有,和汽油、柴油相比,要比它嚴重一些,但是并沒有像大家認為通過加進促進劑以后的嚴重程度,其實不是這樣。只要在泵上經過一些針對性的措施的話,我覺得甲醇的腐蝕問題是可以接受的。還有甲醇對一些密封、橡膠、塑料件這些的腐蝕客觀上是存在的。針對性橡膠材料和塑料材料兼顧兩頭確實是有問題,通過做的工作,氟材料的橡膠就可以解決這個問題。

  所以問題是,如果有這樣專用的發動機,專用車的話,可以用很少的成本來解決這些密封件的問題,如果還沒有密封件生產的話,我覺得分門別類的關注一下,有的地方問題不大,還是能用。

  我們在混配汽油的研發也和上汽內燃機研究所試驗過,也是按照發動機車整套的開發做,做完以后,M15甲醇汽油在車上可以用,在去年上半年技術工作差不多都做完了,包括發動機和車,還有各種添加劑篩選,這些都做完了,文字上也已經做完了,現在處于審核階段,現在對甲醇的認識上還是差異很大,標準的出臺還是要做一些調研理念上的工作。圍繞這些發動機車做的工作,我們做技術的可以說還是可以用。包括去年上半年在通用現有裝車的三個規格發動機也是完整的做了試驗,包括結論也是現有的發動機和現有的車,問題都不是很大。對于多年以前老的車有沒有問題的回答是,肯定會有一些問題。

  這是我們做的桑塔納發動機的情況,M15的研究內容,我們焦化也承擔過科技部863的產品,包括內燃機所的項目。

  從甲醇燃料性能角度來說它節能減排,在使用階段完全可以達到甲醇燃料節能效果,按照理論熱值、甲醇、汽油的比值約為:2.2,實際使用替代比約為1.6:1,按照等熱值計算節能25%。

  技術難點,我們總結下來,低溫啟動困難,尾氣排放,對汽油車來說啟動、暖機階段,非常歸排放也有同樣的難點,材料適應性,對某些金屬、非技術的材料存在腐蝕、溶脹、甲醇汽油混用方式難度更大,另外燃燒行為的改變也應選擇更合適的金屬材料和結構,潤滑系統也需要優化,系統規范的研發,需要發動機廠、整車廠參與產業化研發、現狀較多仍是改裝車。

  關于產業化挑戰這塊,從這三四個方面展開。

  與汽油相比完全可以接受的,要比汽油的安全好,上海已經在消防報批階段得到了消防局的批準。

  關于甲醇的毒性,很多人認為甲醇很毒,其實甲醇的毒性和乙醇相比,我們從數據上來看是完全不一樣的,大家喝酒,大家都知道,乙醇中毒每年也很多,按照科學的說法,我們國家對于職業性接觸服務有分幾個程度,高度、中度、輕度危害。從這些數據來看,毒性的50%實驗動物死亡的攝入量數據來看,甲醇在輕度危害上和汽油一樣。但是由于偶爾可以發生急性中毒的案例,5044國標中間在種類示范中間,甲醇在中度危害和汽油是同一個等級。從這張圖可以看到,50%實驗動物死亡甲醇和乙醇是互相交叉的,從這方面來講是一個等級的,按照毒性更高的數據,每公斤體重的實驗動物是5628毫克,就是5克多,按照這個數據推算到人體,75公斤的人可能喝甲醇在375克左右會死亡,乙醇按照7000多比較低的數據的話,可能在400多克會死亡,我們50度的喝兩斤的人蠻少的吧。甲醇的安全事故中間并沒有發生接觸或者碰到甲醇死亡的案例,所以甲醇用于燃料的安全性不用擔心。在百度上89年到2009年不完全統計,20年來13起假酒案中累計造成1006人中毒,死亡137人,41人致殘,5人失明。如果乙醇是真的假,我想中毒死亡超過7個人肯定不得了。所以甲醇的毒性可能宣傳上有一點夸張,我們真正用甲醇,或者大家將來用發動機、燃料,開發試驗會用到甲醇,從這個地方來看有點夸大了。

  還有一點關于它的尾氣,在網上大家可以查到常規和非常規的排放,其中對甲醇燃料來說它有排放,這個數據沒有凈化器。

  我們從排放角度來說,863項目清華專門做過,華普的車也是委托上海檢測中心反復做甲醇的排放,數據表明有相應的技術支撐,所以不會有甲醇排放量超標的問題。

  我覺得從甲醇燃料產業化應用方面,第四個挑戰是正常的事情,現在工信部了解了,現在也是積極的支持,從發改委的角度來說還是需要進一步做工作?,F在幾大石油公司,壟斷地位,老百姓都議論很多的,但是從政府供應燃料市場的穩定性,可控性角度來說政府也有他的考慮,這是可以理解的。

  希望我們做技術的,包括在座的這些專家,行業中間的骨干力量一起把這個市場做大,把這個技術做完善,份額做大,等到它真正做大的時候,自然就水到渠成。

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