甲醇作为21世纪汽车的代用燃?

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甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)的化学结构及其相似。与乙醇相比,它的最大优点是能从丰富的天然气资源中经济地生产出来。甲醇也能从煤和木材中生产出来,但成本很高。当汽车中采用85%甲醇和15%汽油混合燃料时,仅对现存的汽车结构稍做改变即可。能使用汽油或汽油和甲醇混合的汽车很受人们的欢迎,而且容易设计,这种汽车是消费者不感到陌生,是消费者熟悉的结构,熟悉的液体燃料,而在性能上由于只使用汽油燃料的汽油发动机,采用这种汽车,消费者在使用燃料方面更加灵活。甲醇也有许多缺点,这些缺点不能使其与汽油抗衡。只要地球上有丰富的汽油存在,甲醇的使用就会受到限制。甲醇的热值较低,一起有同样体积的甲醇只能行使一般的路程。甲醇燃烧无可见火焰,所以冷启动困难,而且燃烧后甲醛的排放量很高,甲醇可能大量产自石油输出国。此外,甲醇也是具有毒性和腐蚀性的物质。溅洒在衣服、鞋和汽车油漆上可能是它们损坏,长期和皮肤接触,可能导致人体中毒。

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研究甲醇的应用技术取得了很大进展,许多研究者提出,甲醇与汽油混合可能是21世纪汽车的主要燃料形式,但是它的命运也不容乐观,这将取决于今后几年内政治、经济和甲醇应用技术的发展。甲醇汽车的现状甲醇汽车的有害排放物很低(CH、CO、NOX等),引起了世界普遍关注。世界上许多汽车公司、石油公司都致力于甲醇燃料的使用和甲醇汽车的开发、研制。到目前为止,在技术和制造成本上,使用甲醇汽车已经达到使用阶段。甲醇汽车用于汽车首先是从甲醇与汽油的燃料混合开始的。例如:M30混合燃料是指甲醇体积浓度为30%的汽油混合燃料。现在,不但将甲醇混合在汽油,制成甲醇汽油混合燃料,用于汽车发动机,而且还将甲醇和柴油混合,制成甲醇柴油混合燃料,用于柴油发电机。丰富的甲醇资源从天然气中提取甲醇是十分经济的。当前表明,世界天然气资源分布十分广泛,不像石油资源那样只是地区性的分布,由于政治的影响石油很容易受到垄 (从天然气中产生甲醇的过程) 甲醇也能从煤中提取处来。一种用煤生产甲醇的经济方法能使世界上许多地区获得足够的能源并顺利的通过21世纪。如果没有这种技术,世界上许多国家将继续进口他们所需要的能源。甲醇和现在的石油一样,也能通过船舶运输出口。甲醇的安全因素和环境效果在甲醇生产、运输、消费过程中会产生安全、环境有关的问题。现在讨论的焦点是甲醇燃料的分配和燃烧后的尾气排放,近一个世纪的汽车实验表明,尾气排放结果差异很大。这种差异的主要原因是甲醇在不同的汽车上进行实验造成的。一般的说,甲醇发动机比汽油发动机排放有害物低,甲醇发动机排放物中排放的是一些没有完全燃烧的甲醇甲醇气体,而不是碳氢化合物。在同等燃料、空气混合比的情况下,甲醇发动机排放的一氧化炭和汽油发电机差不多。但是甲醇可以在比汽油更稀薄的混合气状态下燃烧,此时,一氧化炭的排放量就大大降低了。分析表明,甲醇发动机的各种排放在很大程度上取决于发动机的结构和各部分的协调。甲醇不含硫,因此尾气中没有任何硫化物存在。但是,甲醛发动机一个明显的不足是燃烧时排放醛类气体,这种气体有一种难闻的气味,在甲醇和汽油混合的燃料发动机上实验表明:随着甲醇含量增加,醛类排放物呈线性增加的趋势,其中98%是甲醛。而在汽油发电机中只有31%--35%的醛类排放物是甲醛。据美国组织的实验妙明:甲醇发动机燃烧纯净的甲醇(M100),醛类排放物比汽油发动机高100倍,而不完全燃烧排放物和汽油发动机差不多。

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甲醛是汽车尾气的烟雾的主要组成成分,对人类眼睛产生刺激。汽车尾气后处理可以中和大部分甲醇,能吸收高达90%的没有燃烧的甲醇。在甲醇广泛作为汽车的燃料讨论中,它的毒性和安全性一直是人们讨论的焦点。甲醇虽然它的挥发性没有汽油小,比汽油更容易被吸收,量剂的吞服(60--120mL)会致人死亡。甲醇燃料发动机与当前内燃机的兼容性甲醇对于四冲程发动机是一种优秀的燃料,但但使用M100%甲醇燃料(M100)时,发动机结构应做适当的改变。当使用M85(M85%甲醇,汽油25%)燃料时,可以减少使用甲醇燃料相关的困难。

甲醇燃料的问题也很突出:冷启动困难、润滑油污染,甲醇的腐蚀作用增加发动机磨损和材料的不兼容问题等。

(1) 冷启动。与汽油不同,甲醇在低温下不能蒸发。当环境温度很低时,这种燃料的蒸发能力和高蒸发潜热导致了发动机启动困难。在环境温度约12℃时甲醇发动机就不能启动。

(2)润滑油污染。润滑油污染一直是甲醇燃料汽车发动机非常棘手一个问题。在冷启动时,甲醇迅速进入发动机润滑油中,并可达到相当高的浓度。虽然汽油也进入润滑油中但对润滑油稀释并不能引起润滑油的变化,而甲醇对润滑油的影响非常大,少量的甲醇进入润滑油就能改变其润滑特性。启动15min就能使润滑油变成乳浊液。

(3)发动机磨损增加。用甲醇作为燃料的汽车存在一个十分严重的气缸磨损问题。特别是气缸上部以及第一道活塞环磨损最为厉害。它是甲醇混入润滑油破坏了润滑油的特性和甲醇燃烧后产生的酸性物质对气缸的腐蚀。

(4)材料兼容性问题。汽油汽车燃料系统中使用材料不适合甲醇汽车。甲醇(乙醇)对铅、锰、铝、塑料和合成橡胶具有强烈的腐蚀性,而这些材料确实汽油汽车燃料系统中使用的典型材料。汽油汽车中的而许多构建,如邮箱、油泵、油泵膜片和许多密封件等在甲醇汽车中迅速被破坏,但智勇少量的甲醇(15%)不会产生使用材料的不相容的问题。随着甲醇含量的增高(如85%或100%),必须要求与甲醇接触的燃料系统元件的材料和甲醇相容。

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