謝振華:甲醇作為車用燃料替代品四大挑戰(zhàn)
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2019-08-12
2011年4月26-27日，2011(第八屆)中國(guó)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)高層研討會(huì)在上海成功召開。
2011年4月26-27日，2011(第八屆)中國(guó)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)高層研討會(huì)在上海成功召開。本屆研討會(huì)由中國(guó)汽車技術(shù)研究中心、上海國(guó)際汽車城(集團(tuán))有限公司主辦，中國(guó)汽車工業(yè)信息網(wǎng)承辦、并得到了上海國(guó)際汽車城開發(fā)服務(wù)有限公司、昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司、森薩塔電子技術(shù)(上海)有限公司的大力支持。研討會(huì)繼續(xù)圍繞"技術(shù)引領(lǐng)發(fā)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(tuán)上海焦化有限公司高級(jí)工程師謝振華的演講。
主持人：感謝朱總精彩報(bào)告，下面有請(qǐng)華誼集團(tuán)上海焦化有限公司高級(jí)工程師謝振華先生演講，他演講的題目是甲醇燃料動(dòng)力的技術(shù)特點(diǎn)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用挑戰(zhàn)。
謝振華：會(huì)議給我出了一個(gè)題目，分為兩個(gè)部分，一是技術(shù)特點(diǎn)，二是產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問(wèn)題，我想在座的都是相關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的專家，有很多問(wèn)題我就不展開了，中國(guó)油的情況，替代能源的意義，前面魏秘書長(zhǎng)都說(shuō)了很多?，F(xiàn)在相對(duì)來(lái)說(shuō)替代能源這塊，我們覺得甲醇還是很有前景的，首先它的產(chǎn)能量從從去年研究開始已有3800多萬(wàn)噸，如果替代石油可以達(dá)到千萬(wàn)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(shí)從國(guó)家政策層面來(lái)說(shuō)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了，從行業(yè)導(dǎo)向角度來(lái)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(guān)工作做一個(gè)匯報(bào)。從我們研究?jī)?nèi)容角度來(lái)看，主要針對(duì)甲醇、汽油的混配，以及純的甲醇怎么在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。其中純的甲醇M100基本就是純的一百，用純的甲醇開車，現(xiàn)在這個(gè)車已經(jīng)開發(fā)好了，華普已經(jīng)可以量產(chǎn)。去年12月份工信部調(diào)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(yùn)行項(xiàng)目，今年按照計(jì)劃在6月份開始示范，目前正在做準(zhǔn)備工作。
整個(gè)和華普汽車開發(fā)過(guò)程中間，我們分工燃料方面配合研究，對(duì)甲醇燃料的腐蝕、潤(rùn)滑的適用性做了改進(jìn)，同時(shí)對(duì)甲醇加注等等系統(tǒng)怎么跟車用配套，做了技術(shù)的研發(fā)工作。從甲醇燃料的技術(shù)特點(diǎn)的角度來(lái)說(shuō)，我們是這樣認(rèn)識(shí)的，作為一個(gè)車用燃料，我們從資源自身角度來(lái)說(shuō)，甲醇可以用煤生產(chǎn)，也可以用天然氣生產(chǎn)，目前這兩個(gè)原料是生產(chǎn)使用的最多的，其實(shí)甲醇也可以用生物技術(shù)生產(chǎn)。未來(lái)能夠?qū)崿F(xiàn)的話，它也可以成為可再生能源，資源相對(duì)煤比石油要豐富的多，因此目前甲醇的價(jià)格也是要比石油要便宜的多?？梢灶A(yù)計(jì)未來(lái)石油漲價(jià)，煤當(dāng)然也要漲價(jià)，但是這兩個(gè)資源的限制的情況，漲價(jià)的速度，我認(rèn)為甲醇肯定比油會(huì)漲的慢一些。確實(shí)第一是資源本身，第二，經(jīng)濟(jì)性，由于資源支撐，還有我們使用過(guò)程中的方便便利，在現(xiàn)有的價(jià)格體系下面，甲醇和石油產(chǎn)品的價(jià)格差距空間還是很大。第三，它的排放，六七十年代從美國(guó)使用甲醇開始，他們開發(fā)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(huì)進(jìn)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(gè)液體燃料，甲醇可以在現(xiàn)有的加油站里面，如果某一個(gè)油品退出，這個(gè)就可以頂進(jìn)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(zhì)量角度來(lái)說(shuō)，甲醇將近一半都是氧，它是含氧的原料，理論的計(jì)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(lái)看就可以大幅度降低，因此空氣中的氮?dú)庖泊蠓慕档?，排氣總量降低，氮?dú)膺@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(shí)，甲醇的辛烷值比較高，比現(xiàn)有的油品都要高，它的發(fā)動(dòng)機(jī)理論壓縮比可以達(dá)到十四點(diǎn)幾，也是相對(duì)比較高，壓縮比的提高也可以使發(fā)動(dòng)機(jī)的效率大幅度的提升，后面的實(shí)際運(yùn)用的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)然它有些缺點(diǎn)，它的熱值比較低，熱值低的結(jié)果在使用時(shí)候的必須有一個(gè)替代過(guò)程，使混合氣的熱值達(dá)到和原料油差不多的比重。
這是華普車試驗(yàn)數(shù)據(jù)，這個(gè)車使用甲醇和使用汽油兩種模式對(duì)比，動(dòng)力性的甲醇比汽油略高一點(diǎn)，從加速也可以體現(xiàn)出來(lái)，從消耗原料來(lái)說(shuō)，要多用的話達(dá)到1.6以下，按照百公里油耗，汽油消耗數(shù)和甲醇消耗數(shù)比達(dá)到1.6以下，前面講了從熱值的角度來(lái)說(shuō)要2.2才能定義，現(xiàn)在用了1.6達(dá)到同樣的效果，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率提高很多，從節(jié)能角度來(lái)說(shuō)，這塊也提高了20%多。
從排放角度來(lái)說(shuō)，這是相關(guān)的數(shù)字，它的設(shè)計(jì)按照歐式的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在用甲醇的話30%，它的排放指標(biāo)也是達(dá)標(biāo)的。2008年10月，上海焦化和天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姚春德教授合作，進(jìn)行了甲醇柴油組合燃燒技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)近半年的整車試驗(yàn)，改裝的大型柴油機(jī)集卡，已經(jīng)實(shí)際運(yùn)行近2萬(wàn)多公里。甲醇替代柴油已達(dá)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(yàn)以后，上海市科委給我們做的鑒定。從發(fā)動(dòng)機(jī)車的研發(fā)合作過(guò)程中，我們認(rèn)為甲醇燃料和汽油柴油相比，一是它的潤(rùn)滑性能差一些，有一些部件的壽命會(huì)有一定的影響，我們?cè)谌剂现虚g又有潤(rùn)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(wèn)題，我們做了檢測(cè)，比如說(shuō)有些在寧波甲醇燃料方面的檢測(cè)，還有烏魯木齊甲醇燃料的檢測(cè)，通過(guò)分析的結(jié)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(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的處理，其中雜質(zhì)很多。所以我們?cè)谥贫ㄎ覀儺a(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，以及參與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定和參與上海市地方政策制定中間也作了依據(jù)，對(duì)于雜質(zhì)的含量做了規(guī)定。甲醇的組分我們生產(chǎn)95.5%以上的含量，可能都要高于這個(gè)組分的含量，雜質(zhì)占的分量更少，不像現(xiàn)在汽柴油多種組分調(diào)和出來(lái)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(lái)看，雜質(zhì)抗腐蝕等方面都要做限制，甲醇燃料的腐蝕性大家都很擔(dān)心的，我們做發(fā)動(dòng)機(jī)零配件都做針對(duì)性的工作。單一我們做得圖片試驗(yàn)，可以說(shuō)單一的基礎(chǔ)材料，其實(shí)單一甲醇的腐蝕很有限。我們?cè)谛袠I(yè)中間，以及我們一些標(biāo)準(zhǔn)工作過(guò)程中間，我們看到關(guān)于甲醇腐蝕性判定試驗(yàn)的方法其實(shí)還是有一些問(wèn)題，往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)驗(yàn)證腐蝕的情況，因此添加了腐蝕促進(jìn)劑，使腐蝕加快，然后判定加進(jìn)去的腐蝕抑制劑有效，這個(gè)試驗(yàn)方法值得來(lái)探討，因?yàn)槟闶羌恿怂犷惣涌旄g，所以這個(gè)研究方法也有問(wèn)題。甲醇對(duì)單一或者不同的金屬量變腐蝕的量非常低。
總的來(lái)說(shuō)，甲醇的腐蝕應(yīng)該有，和汽油、柴油相比，要比它嚴(yán)重一些，但是并沒有像大家認(rèn)為通過(guò)加進(jìn)促進(jìn)劑以后的嚴(yán)重程度，其實(shí)不是這樣。只要在泵上經(jīng)過(guò)一些針對(duì)性的措施的話，我覺得甲醇的腐蝕問(wèn)題是可以接受的。還有甲醇對(duì)一些密封、橡膠、塑料件這些的腐蝕客觀上是存在的。針對(duì)性橡膠材料和塑料材料兼顧兩頭確實(shí)是有問(wèn)題，通過(guò)做的工作，氟材料的橡膠就可以解決這個(gè)問(wèn)題。
所以問(wèn)題是，如果有這樣專用的發(fā)動(dòng)機(jī)，專用車的話，可以用很少的成本來(lái)解決這些密封件的問(wèn)題，如果還沒有密封件生產(chǎn)的話，我覺得分門別類的關(guān)注一下，有的地方問(wèn)題不大，還是能用。
我們?cè)诨炫淦偷难邪l(fā)也和上汽內(nèi)燃機(jī)研究所試驗(yàn)過(guò)，也是按照發(fā)動(dòng)機(jī)車整套的開發(fā)做，做完以后，M15甲醇汽油在車上可以用，在去年上半年技術(shù)工作差不多都做完了，包括發(fā)動(dòng)機(jī)和車，還有各種添加劑篩選，這些都做完了，文字上也已經(jīng)做完了，現(xiàn)在處于審核階段，現(xiàn)在對(duì)甲醇的認(rèn)識(shí)上還是差異很大，標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)還是要做一些調(diào)研理念上的工作。圍繞這些發(fā)動(dòng)機(jī)車做的工作，我們做技術(shù)的可以說(shuō)還是可以用。包括去年上半年在通用現(xiàn)有裝車的三個(gè)規(guī)格發(fā)動(dòng)機(jī)也是完整的做了試驗(yàn)，包括結(jié)論也是現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)和現(xiàn)有的車，問(wèn)題都不是很大。對(duì)于多年以前老的車有沒有問(wèn)題的回答是，肯定會(huì)有一些問(wèn)題。
這是我們做的桑塔納發(fā)動(dòng)機(jī)的情況，M15的研究?jī)?nèi)容，我們焦化也承擔(dān)過(guò)科技部863的產(chǎn)品，包括內(nèi)燃機(jī)所的項(xiàng)目。
從甲醇燃料性能角度來(lái)說(shuō)它節(jié)能減排，在使用階段完全可以達(dá)到甲醇燃料節(jié)能效果，按照理論熱值、甲醇、汽油的比值約為：2.2，實(shí)際使用替代比約為1.6：1，按照等熱值計(jì)算節(jié)能25%。
技術(shù)難點(diǎn)，我們總結(jié)下來(lái)，低溫啟動(dòng)困難，尾氣排放，對(duì)汽油車來(lái)說(shuō)啟動(dòng)、暖機(jī)階段，非常歸排放也有同樣的難點(diǎn)，材料適應(yīng)性，對(duì)某些金屬、非技術(shù)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(yīng)選擇更合適的金屬材料和結(jié)構(gòu)，潤(rùn)滑系統(tǒng)也需要優(yōu)化，系統(tǒng)規(guī)范的研發(fā)，需要發(fā)動(dòng)機(jī)廠、整車廠參與產(chǎn)業(yè)化研發(fā)、現(xiàn)狀較多仍是改裝車。
關(guān)于產(chǎn)業(yè)化挑戰(zhàn)這塊，從這三四個(gè)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(jīng)在消防報(bào)批階段得到了消防局的批準(zhǔn)。
關(guān)于甲醇的毒性，很多人認(rèn)為甲醇很毒，其實(shí)甲醇的毒性和乙醇相比，我們從數(shù)據(jù)上來(lái)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(xué)的說(shuō)法，我們國(guó)家對(duì)于職業(yè)性接觸服務(wù)有分幾個(gè)程度，高度、中度、輕度危害。從這些數(shù)據(jù)來(lái)看，毒性的50%實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡的攝入量數(shù)據(jù)來(lái)看，甲醇在輕度危害上和汽油一樣。但是由于偶爾可以發(fā)生急性中毒的案例，5044國(guó)標(biāo)中間在種類示范中間，甲醇在中度危害和汽油是同一個(gè)等級(jí)。從這張圖可以看到，50%實(shí)驗(yàn)動(dòng)物死亡甲醇和乙醇是互相交叉的，從這方面來(lái)講是一個(gè)等級(jí)的，按照毒性更高的數(shù)據(jù)，每公斤體重的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物是5628毫克，就是5克多，按照這個(gè)數(shù)據(jù)推算到人體，75公斤的人可能喝甲醇在375克左右會(huì)死亡，乙醇按照7000多比較低的數(shù)據(jù)的話，可能在400多克會(huì)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(fā)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(dān)心。在百度上89年到2009年不完全統(tǒng)計(jì)，20年來(lái)13起假酒案中累計(jì)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(guò)7個(gè)人肯定不得了。所以甲醇的毒性可能宣傳上有一點(diǎn)夸張，我們真正用甲醇，或者大家將來(lái)用發(fā)動(dòng)機(jī)、燃料，開發(fā)試驗(yàn)會(huì)用到甲醇，從這個(gè)地方來(lái)看有點(diǎn)夸大了。
還有一點(diǎn)關(guān)于它的尾氣，在網(wǎng)上大家可以查到常規(guī)和非常規(guī)的排放，其中對(duì)甲醇燃料來(lái)說(shuō)它有排放，這個(gè)數(shù)據(jù)沒有凈化器。
我們從排放角度來(lái)說(shuō)，863項(xiàng)目清華專門做過(guò)，華普的車也是委托上海檢測(cè)中心反復(fù)做甲醇的排放，數(shù)據(jù)表明有相應(yīng)的技術(shù)支撐，所以不會(huì)有甲醇排放量超標(biāo)的問(wèn)題。
我覺得從甲醇燃料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，第四個(gè)挑戰(zhàn)是正常的事情，現(xiàn)在工信部了解了，現(xiàn)在也是積極的支持，從發(fā)改委的角度來(lái)說(shuō)還是需要進(jìn)一步做工作。現(xiàn)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(yīng)燃料市場(chǎng)的穩(wěn)定性，可控性角度來(lái)說(shuō)政府也有他的考慮，這是可以理解的。
希望我們做技術(shù)的，包括在座的這些專家，行業(yè)中間的骨干力量一起把這個(gè)市場(chǎng)做大，把這個(gè)技術(shù)做完善，份額做大，等到它真正做大的時(shí)候，自然就水到渠成。
