甲醇燃料作为发动机新型潜代能源存在问题及应对策略探讨

程 艳，蒋 晶

(广西职业技术学院 机电与信息工程学院，广西 南宁 530026)

石油资源的日趋减少和环保的压力驱动使得人们不断寻求发动机的新燃烧技术与新的更清洁的潜用石油资源。在国际上正积极寻找减少CO2和其他排放的潜代能源中，LNG、LPG、甲醇、生物燃料和氢能是最有实力的选择对象。而其中的甲醇在我国的生产具有极大的优势，它是我国生产成本低而最有潜力的一种新型潜用燃料[1]。为此，本文分析甲醇燃料的特性，探讨甲醇燃料作为发动机新型潜用能源存在的问题及应对策略，这对甲醇类发动机的研究发展具有重要现实意义。

1 甲醇燃料特性及甲醇发动机应用类型

1.1 甲醇燃料特性

甲醇(英文：Methanol，分子式：CH3OH)在常温下为有毒易燃液体，与LNG、LPG相比，它更便于运输和储存，属于低碳富氧燃料。

甲醇与常见发动机燃料的理化特性如表1所示。

表1 甲醇与常用燃料的理化特性

甲醇的生产来源方式较多，煤炭、木材都可以用来加工生产甲醇，它能从氢和CO2中极易被生产出，其主要生产来源于天然气。可以说，甲醇是一种可再生绿色燃料[2]。

1.2 甲醇发动机应用类型

甲醇作为汽车燃料已近30年，作为发动机的燃料主要与汽油或柴油混合燃料的方式进行，与汽油主要以低比例掺烧的形式供给燃料。它作为船舶发动机燃料方面也得到了相应的研究应用，主要以与柴油混合的方式进行，以高浓度或纯甲醇的形式燃料需要专门改进设计发动机才可实现。

2 甲醇燃料的优势

在经济性方面，甲醇目前具有较大的优势。据wind数据统计，国内当前的甲醇价格为2444元/t，汽油和柴油零售价分别为9933元/t和7815元/t，结合三者的密度可以计算出每升汽油、柴油和甲醇的价格分别大概为7.34元、6.72元和1.94元。

在废气排放性方面，与汽油发动机相比，其排放的CO,CO2及NOX化合物相对减少30%，并不会含有硫化物。根据贵阳机动车监控中心数据显示，甲醇发动机的HC、CO、NO排量分别为：9、0.045、11，而常规汽油机的排量分别为：45.6、0.11、226.5，比常规汽油发动机的排放量要分别低80%、59%和95%[3]。

3 甲醇燃料发动机存在的问题及应对策略

甲醇是我国的重要的资源，如能把它在作为发动机燃料过程中存在的问题解决，便能大量推广此类能源，以缓解石油能源危机和建设友好型环境。

3.1 甲醇的毒性

甲醇具有毒性，它会使人引发视神经及视网膜病变，重者会失明，甚至死亡。纯甲醇或含甲醇燃料对相关工作人员威胁较大。

应对策略：对纯甲醇及甲醇燃料相关工作人员进行专业安全防护培训，进行规范管理，要求配备防护面具，积极防护；并建议加强力度研发去毒性技术流程再安全使用。

3.2 甲醇与汽油相溶性

甲醇有很强的吸水性，而且与汽油等其他燃料在大范围内不相溶，故甲醇汽油等混合燃料的混合供给会受到影响。因此，怎样保证甲醇汽油在所处的环境条件下都能在稳定的共溶区是甲醇汽油燃料需要处理的重要问题。

应对策略：利用高碳醇或醚类化合物等助溶剂，研发出能经过汽车耐久性试验的助溶剂。

3.3 甲醇汽油的腐蚀性和溶胀性

研究发现，甲醇汽油燃料对汽缸壁、气门、活塞环等部件有明显的腐蚀作用。而且甲醇还能腐蚀甲醇燃料系统的铜、铁、铝、镁等金属及其合金材料，对汽车中常用的非金属材料零件及橡胶配件都有较强的溶胀性，增加故障发生概率，这也是甲醇汽油在使用过程中出现的另一重大问题。

分析其原因，甲醇汽油中水分会引起酸的电离，而加剧活泼金属的酸腐蚀，并激活其它腐蚀行为。

应对策略：根据实际需要选择耐腐蚀的胶种类型，并采用双壁管路等措施以防止其泄漏，选用耐甲醇腐蚀的燃油供给系统的油泵等部件。[4]

3.4 启动困难

由表1数据可知，甲醇的汽化潜热为1089 kJ/kg(常压)，约为柴油的四倍，这让纯甲醇燃料发动机很难启动和在低负荷运行。

应对策略：为了解决这一问题，对于柴油甲醇发动机来说，在启动时可采用纯柴油启动。MAN公司针对甲醇运输船舶发动机特点，在发动机缸盖上设计安装两种喷油嘴，让柴油和甲醇两种燃料经不同喷嘴同时喷入汽缸，再压燃柴油以燃烧甲醇。同时设计对甲醇喷油器冷却以防止甲醇汽化温度低而在喷油嘴内汽化；或对纯甲醇燃料进行专门设计改进。

3.5 对发动机润滑油影响

研究表明，对于甲醇燃料发动机的润滑油与甲醇混合时会使得润滑油的抗泡剂和抗磨剂失效，而且燃烧产生的甲酸会中和发动机润滑油的碱性清净剂，从而影响润滑油胶质生成，最后导致发动机的润滑油寿命及其功能。

应对策略：研发出具有较强抗乳化性能、防锈、酸中和能力及抗氧化性能的专用润滑油，并采用抗醇增黏剂[5]。

3.6 非常规排放特性

大量试验研究，掺甲醇汽油虽然可降低 CO、NOX、HC 等排放物含量，但如不对尾气进行处理，会对大气排放出甲醛及少量未燃甲醇等非常规污染物[6]。

应对策略：目前可使用三效催化剂对非常规排放物进行转化，针对高比例甲醇燃料产生的甲醛受现有催化剂限制而需要研发出新型专用催化剂以彻底去除非常规污染物。

综合以上对比分析，总结甲醇作为潜用燃料而存在问题及应对策略如表2所示[7]。

表2 甲醇潜用燃料存在问题及应对策略

4 总结及结论

目前，国外一些国家因甲醇的毒性而反感而不重视对甲醇的应用与研发。其实，我们应正视它的毒性和其他特点，如现在的纯电动汽车虽对环境有益，可它对维修工作人员一样存在高压触电危险，如不规范操作也可能会危及工作人员的生命。我国具备生产甲醇的优越条件，甲醇汽车正处于产业化发展初期阶段，它的大力发展极需要产业扶持政策。甲醇燃料能大力推广还需要国家、企业及使用者的共同努力。

从国家到使用者，如能做好这三个方面：(1)国家实现相关政策支持。国家根据需要及时制订政策，在时期成熟时大力推广应用甲醇作为发动机燃料。

(2)突破科研技术难关。加强此领域科研力度，根据甲醇燃料在使用过程中存在的一些问题：研发甲醇毒性去除技术；设计新型甲醇燃料发动机，以更好地利用M85 和 M100 甲醇燃料，提高其经济等；确实能用科研成果彻底解决存在的所有重要问题，国家定会大力投入这一领域，当然这需要国家与科研技术人员的共同努力。

(3)建立并执行规范制度。在未能去除甲醇毒性时，需要求工作人员在甲醇燃料的生产、输送、保存及加注等过程中，严格按规范执行，确保安全。

甲醇燃料定将成为我国发动机的一种确实可行的新型潜用燃料，为我国解决石油能源紧张问题和建设友好型社会作出巨大贡献。