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1、会计学1内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料第一节第一节第一节第一节 发展代用燃料汽车发展代用燃料汽车发展代用燃料汽车发展代用燃料汽车(内燃机内燃机内燃机内燃机)的重要性的重要性的重要性的重要性第二节第二节第二节第二节 内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料n n一、液体代用燃料一、液体代用燃料 (一一)醇类燃料醇类燃料 (二二)二甲醚二甲醚 (Dimethyl Ether(Dimethyl Ether，缩写，缩写DME)DME)(三三)煤制油煤制油 (又称合成汽油和合成柴油又称合成汽油和合成柴油)(四四)生物柴油生物柴油 n n二、气体代用燃料二、气体代用燃料 (一一)
2、石油气石油气(LPG)(LPG)(二二)天然气天然气(NG)(NG)(三三)氢气氢气n n三、电能三、电能 (一一)电动汽车（电动汽车（Electrical VehicleElectrical Vehicle，缩写，缩写EVEV）(二二)混合动力汽车（混合动力汽车（Hybrid Electrical VehicleHybrid Electrical Vehicle，缩写，缩写HEVHEV）(三三)燃料电池汽车（燃料电池汽车（Fuel Cell VehicleFuel Cell Vehicle，缩写，缩写FCVFCV）内容内容内容内容第1页/共44页第一节第一节第一节第一节 发展代用燃料汽车发展
3、代用燃料汽车发展代用燃料汽车发展代用燃料汽车(内燃机内燃机内燃机内燃机)的重要的重要的重要的重要性性性性 20 20世纪世纪6060年代后，全世界经历了三次重大的石油危机（第一次年代后，全世界经历了三次重大的石油危机（第一次1973-19741973-1974年，第二次年，第二次1979-1979-19801980年，第三次年，第三次19901990年），与此同时，全球环境污染严重，它不仅影响到发达国家，也年），与此同时，全球环境污染严重，它不仅影响到发达国家，也逐渐影响到发展中国家。能源尤其是石油资源的匮乏、全球环境的恶化己成为世界两大逐渐影响到发展中国家。能源尤其是石油资源的匮乏、全球环境
4、的恶化己成为世界两大难题，中国也不例外。中国是一个富煤贫油的国家，石油资源不足，有关统计资料表明，难题，中国也不例外。中国是一个富煤贫油的国家，石油资源不足，有关统计资料表明，到到20012001年底止，我国石油的探明可开采储量为年底止，我国石油的探明可开采储量为3333亿亿t t，年产量为，年产量为1.61.6亿亿t t左右，储采比为左右，储采比为20/120/1，而全世界石油的平均储采比也仅为，而全世界石油的平均储采比也仅为40/140/1左右，见表左右，见表6-16-1。预计今后十年，我国的石。预计今后十年，我国的石油缺口将会越来越大。表油缺口将会越来越大。表6-26-2列出了我国列出了
5、我国2000-20102000-2010年石油的供需预测。年石油的供需预测。第2页/共44页第3页/共44页第4页/共44页第二节第二节第二节第二节 内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料内燃机的代用燃料 内燃机的代用燃料可以分为液体与气体两种，此外也可用电能来代替内燃机的代用燃料可以分为液体与气体两种，此外也可用电能来代替燃料，驱动汽车。燃料，驱动汽车。一、液体代用燃料一、液体代用燃料一、液体代用燃料一、液体代用燃料 （一）醇类燃料（一）醇类燃料（一）醇类燃料（一）醇类燃料 醇醇类类燃燃料料主主要要有有甲甲醇醇(CHCH3 3OH)OH)和和乙乙醇醇(C C2 2H H5 5OH)
6、OH)。甲甲醇醇可可以以从从天天然然气气、煤煤、生生物物中中提提取取，乙乙醇醇主主要要是是含含有有糖糖或或淀淀粉粉的的农农作作物物经经发发酵酵后后制制成成，它们都是液体燃料。它们都是液体燃料。2020世世纪纪6060年年代代为为了了控控制制内内燃燃机机的的排排气气污污染染，一一些些国国家家对对低低污污染染的的醇醇类类燃燃料料发发生生兴兴趣趣，19731973年年石石油油危危机机后后，进进一一步步认认识识到到代代用用燃燃料料的的重重要要性。性。我国从我国从2020世纪世纪8080年代初开始对甲醇燃料在内燃机中部分代用或全部代年代初开始对甲醇燃料在内燃机中部分代用或全部代用作了相当广泛的研究，先后
7、组织了用作了相当广泛的研究，先后组织了M15M15（甲醇甲醇比例）比例）甲醇汽油发甲醇汽油发动机的台架试验和车队试验，组织了动机的台架试验和车队试验，组织了M85M85甲醇汽油和甲醇汽油和M100M100全甲醇发全甲醇发动机的开发和试验车队，取得了丰富的经验。当前我国石油资源严动机的开发和试验车队，取得了丰富的经验。当前我国石油资源严重短缺，醇类燃料的开发应用，有利于发挥我国的资源优势。重短缺，醇类燃料的开发应用，有利于发挥我国的资源优势。E10E10（乙（乙醇醇比例）比例）第5页/共44页n n常常用用的的代代用用燃燃料料与与汽汽油油、柴柴油油的的物物理理化化学学特特性性的的比比较较见见表表
8、6-36-3。从从表表6-36-3所列的醇类燃料的性质可以看到所列的醇类燃料的性质可以看到:1)1)醇醇类类燃燃料料的的低低热热值值比比汽汽油油的的低低，甲甲醇醇仅仅为为汽汽油油的的46%46%，乙乙醇醇为为汽汽油油的的62%;62%;但但甲甲醇醇、乙乙醇醇燃燃烧烧时时的的理理论论空空气气量量也也少少，甲甲醇醇为为汽汽油油的的43%43%，乙醇为汽油的，乙醇为汽油的60%60%。应增大循环供油量。应增大循环供油量。2)2)醇醇类类燃燃料料的的蒸蒸发发潜潜热热比比汽汽油油大大得得多多，甲甲醇醇为为1101kJ/kg1101kJ/kg，乙乙醇醇为为862kJ/kg862kJ/kg，甲甲醇醇为为汽汽
9、油油的的3.73.7倍倍，乙乙醇醇为为汽汽油油的的2.92.9倍倍，从从而而使使混混合合气气在在燃燃料料蒸蒸发发时时温温降降大大(甲甲醇醇为为汽汽油油的的7 7倍倍，乙乙醇醇为为汽汽油油的的4.164.16倍倍)。有有利利于于提提高高发发动动机机的的充充量量系系数数和和动动力力性性，但但不不利利于于燃燃料料在在低低温温下下的蒸发，滞燃期长，应适当增大点火提前角。的蒸发，滞燃期长，应适当增大点火提前角。3)3)醇醇类类燃燃料料的的辛辛烷烷值值高高，甲甲醇醇为为109109，乙乙醇醇为为110110，在在汽汽油油机机上上使使用用时时，可可以以提提高高压压缩缩比比，有有利利于于提提高高发发动动机机的
10、的动动力力性性能能和和经经济济性性能能。醇类燃料的十六烷值低，在柴油机上使用时，需要采用助燃措施。醇类燃料的十六烷值低，在柴油机上使用时，需要采用助燃措施。1.醇类燃料的物化特性和使用特性醇类燃料的物化特性和使用特性第6页/共44页第7页/共44页 汽汽油油机机可可以以燃燃用用醇醇与与汽汽油油的的混混合合燃燃料料，醇醇类类燃燃料料在在汽汽油油中中的的互互溶溶度度通通常常与与环境温度有关，如图环境温度有关，如图6-16-1所示所示22。图图中中线线外外是是互互溶溶区区，线线内内是是两两液液的的分分层层区区。当当混混合合燃燃料料以以汽汽油油为为主主或或以以甲甲醇醇为为主主时时，能能互互溶溶的的温温
11、度度较较低低，而而当当两两液液接接近近掺掺半半混混合合时时，互互溶溶要要求求的的温温度度较较高高。为为使使甲甲醇醇与与汽汽油油的的混混合合燃燃料料在在常常温温和和低低温温下下保保持持单单相相而而不不分分层层，必必须须加加中中高高碳碳醇醇 (如如异异丁丁醇醇 )、苯苯、丙丙酮酮等等做做助助溶溶剂剂。试试验验表表明明:在在0 0溶溶解解20%20%的的甲甲醇醇仅仅需需3.3.5%5%容积比的杂醇。容积比的杂醇。2 醇类燃料在汽油中的溶解度和助溶剂醇类燃料在汽油中的溶解度和助溶剂 第8页/共44页 乙乙醇醇与与汽汽油油的的混混合合油油在在吸吸水水或或掺掺水水后后互互溶溶的的性性能能要要比比甲甲醇醇稳
12、稳定定，但但仍仍需需控控制制它它的的含含水水量量。图图6-26-222所所示示为为乙乙醇醇在在汽汽油油和和重重柴柴油油中中的的互互溶溶临临界界温温度度及及其其与与含含水水率率的的关关系系，当当乙乙醇醇含含水水率率愈愈高高，它它能能溶溶于于汽汽油油或或柴柴油油的的临临界界温温度度越越高高(即即愈愈难难溶溶解解于于汽汽油油或或柴柴油油)。由由于于乙乙醇醇的的相相对对密密度度与与汽汽油油比比较较接接近近，它它溶溶解解于于汽汽油油的的临临界界温温度度(曲曲线线2)2)要要比比溶溶解解于于重重柴柴油油的的温温度度(曲曲线线l)l)低低13-1513-15。图图6-36-322所所示示为为乙乙醇醇与与重重
13、柴柴油油、轻轻柴柴油油互互溶溶温温度度与与乙乙醇醇容容积积比比的的关关系系，以以乙乙醇醇为为主主或或以以柴柴油油为为主主时时，能能互互溶溶的的温温度度较较低低，而而乙乙醇醇与与轻轻柴柴油油的的互互溶溶温度要低于重柴油。温度要低于重柴油。第9页/共44页第10页/共44页 (1)(1)在点燃式发动机上用醇类燃料在点燃式发动机上用醇类燃料 1)1)醇含量较低的混合燃料的试验结果醇含量较低的混合燃料的试验结果 混混合合燃燃料料中中醇醇的的质质量量分分数数不不大大于于20%20%时时属属于于醇醇含含量量较较低低的的混混合合燃燃料料。在在解解放放牌牌汽汽车车发发动动机机CA-l0BCA-l0B上上的的试
14、试验验结结果果表表明明，混混合合燃燃料料中中醇醇的的质质量量分分数数在在20%20%以以下下时时仍仍能能保保证证发发动动机机较较好好的的起起动动性性能能，在在不不改改变变发发动动机机结结构构的的情情况况下下，燃燃用用掺掺醇醇量量小小于于20%20%的的混混合合燃燃料料可可在在动动力力性性能能稍稍有有改改善善的的同同时时，降降低低能能耗耗5%5%左左右右，在在进进一一步步提提高高压压缩缩比比后后，功功率率能能提提高高5%-7%5%-7%，能能耗耗降降低低6%-10%6%-10%。在在东东风风汽汽车车发发动动机机EQ6100EQ6100上上的的试试验验结结果果表表明明，使使用用M15M15混混合合
15、燃燃料料的的动动力力性性能能与与燃燃用用纯汽油相当或略高，能耗降低纯汽油相当或略高，能耗降低3%3%左右左右;3 3 醇类燃料在发动机上的试验结果醇类燃料在发动机上的试验结果第11页/共44页 若若对对汽汽油油机机结结构构参参数数进进行行调调整整(增增大大点点火火提提前前角角和和循循环环供供油油量量)，则则燃燃用用M15M15的的功功率率比比燃燃用用纯纯汽汽油油大大，转转矩矩增增大大3%3%，能能耗耗降降低低3.6%;3.6%;若若进进一一步提高压缩比，则发动机的动力性能和经济性能还能进一步提高。步提高压缩比，则发动机的动力性能和经济性能还能进一步提高。排排放放方方面面，燃燃用用混混合合燃燃料
16、料发发动动机机的的CO,CO,HC,HC,NO:NO:均均有有不不同同程程度度下下降降，见表见表6-46-4。第12页/共44页美国根据联邦试验规程，在点燃式发动机上燃用M15燃料时测得的排放物与燃用汽油的比较见表6-5,CO,NOx有较大幅度下降，HC则略有增加(通过氧化催化反应器进行后处理)。第13页/共44页 德德国国根根据据ECEECE试试验验规规程程，在在点点燃燃式式发发动动机机上上燃燃用用M15 M15,E25 E25 汽汽油油的的排排放放测测试试结结果果见见表表6-66-633,燃燃用用M15,M15,E25E25时时，COCO、N0N0 x x排排放放均均有有所所下下降降，HC
17、HC则则略略有有提提高高，HCHC排排放放提提高高的的原原因因是是:与与负负荷荷特特性性、外外特特性性试试验验不不同同，ECEECE循循环环包包括括有有怠怠速速暖暖机机工工况况，负负荷荷率率较较低低，此此时时混混合合燃燃料料的的HCHC排排放要高于燃用汽油。放要高于燃用汽油。第14页/共44页 2)2)醇含量较高的混合燃料的试验结果醇含量较高的混合燃料的试验结果 在在点点燃燃式式发发动动机机上上燃燃用用醇醇含含量量较较高高或或纯纯醇醇燃燃料料时时排排放放改改善善效效果果较较为为明明显显。它它能能明明显显降降低低COCO排排放放量量，HCHC排排放放量量也也略略有有下下降降(通通常常醇醇含含量量
18、较较高高或或纯纯甲甲醇醇发发动动机机需需用用排排气气加加热热进进气气，以以加加快快暖暖机机过过程程，从从而可使排温升高而可使排温升高)。由由于于甲甲醇醇蒸蒸发发潜潜热热高高，在在其其他他条条件件相相同同时时，它它能能降降低低压压缩缩温温度度和和最最高高燃燃烧烧温温度度，从从而而在在多多数数情情况况下下它它可可以以降降低低NONOx x排排放放，但但由由于于甲甲醇醇火火焰焰传传播播速速度度和和放放热热速速率率快快，它它的的滞滞燃燃期期长长，需需要要增增大大点点火火提提前前角角，又又会会增增大大NONOx x排排放放，因因此此它它对对NONOx x排排放放的的影影响响不不明明显显，如如图图6-46
19、-4所示。所示。第15页/共44页n n点燃式发动机燃用醇类燃料时发动机有未燃醇和醛等有点燃式发动机燃用醇类燃料时发动机有未燃醇和醛等有害排放物，见表害排放物，见表6-7 6-7。综上所述，当汽车燃用混合燃料或纯醇燃料时，只要优化其燃烧过程，其能耗和NOx，CO及HC排放都可以降低，醇燃料发动机排出的致癌多环芳香烃含量也比汽油低。第16页/共44页 (2)(2)压燃式发动机燃用醇类燃料压燃式发动机燃用醇类燃料 醇醇类类燃燃料料十十六六烷烷值值低低，自自燃燃温温度度高高，难难于于压压燃燃，在在压压燃燃式式发发动动机机上上使使用用时时，需需要要采采用用助助燃燃措措施施(火火花花塞塞、电电热热塞塞助
20、助燃燃)或或加加入入着着火火改改进剂进剂(Ignition Improver)(Ignition Improver)。第17页/共44页(1)(1)甲醇作为车用燃料有以下优点甲醇作为车用燃料有以下优点甲醇作为车用燃料有以下优点甲醇作为车用燃料有以下优点:1)1)甲甲醇醇可可从从煤煤或或天天然然气气中中提提炼炼，它它可可以以大大规规模模专专门门生生产产，也也可可以以利利用用现现有有的的氮氮肥肥厂厂设设备备联联产产，或或采采用用多多联联产产(热热、电电、化化工工产产品品如如甲甲醇醇、二甲醚、合成气等联产，简称二甲醚、合成气等联产，简称IGCC),IGCC),生产成本低。生产成本低。2)2)甲甲醇醇
21、是是液液体体燃燃料料，可可以以沿沿用用石石油油燃燃料料的的运运输输储储存存系系统统，基基础础设设施施投投入入少。少。3)3)燃燃用用甲甲醇醇燃燃料料可可以以提提高高发发动动机机动动力力性性能能、经经济济性性能能，有有害害排排放放物物低低，是一种清洁代用燃料。是一种清洁代用燃料。4.醇类燃料的优缺点醇类燃料的优缺点第18页/共44页甲醇的主要缺点是甲醇的主要缺点是甲醇的主要缺点是甲醇的主要缺点是:1)1)有有毒毒、不不可可饮饮入入口口中中或或溅溅入入眼眼中中，须须对对甲甲醇醇燃燃料料加加强强管管理理并并严格遵守操作规程。严格遵守操作规程。2)2)排排气气中中有有未未燃燃醇醇和和醛醛有有害害气气体
22、体排排放放物物，需需进进行行排排气气后后处处理理。其中未燃醇在环境中存在的时间短，可以被带氧微生物分解。其中未燃醇在环境中存在的时间短，可以被带氧微生物分解。3)3)甲甲醇醇对对有有色色金金属属、橡橡胶胶有有腐腐蚀蚀作作用用，需需对对燃燃油油系系统统在在结结构构上上与与材材料料上上采采取取措措施施，如如采采用用耐耐溶溶胀胀的的硫硫化化橡橡胶胶、不不锈锈钢钢制制油油箱及聚四氟乙烯燃油管道等。箱及聚四氟乙烯燃油管道等。第19页/共44页 (2)(2)乙醇乙醇乙醇乙醇(酒精酒精酒精酒精)乙乙乙乙醇醇醇醇的的的的来来来来源源源源有有有有三三三三种种种种，即即即即剩剩剩剩余余余余粮粮粮粮食食食食、能能能
23、能源源源源作作作作物物物物和和和和秸秸秸秸秆秆秆秆。巴巴西西和和美美国国分分别别利利用用本本国国生生产产的的甘甘蔗蔗和和玉玉米米大大量量生生产产乙乙醇醇作作为为车车用用燃燃料料。美美国国政政府府从从2020世世纪纪9090年年代代起起一一直直以以每每年年7 7亿亿美美元元的的巨巨额额补补贴贴来来维维持持每每年年5050亿亿升升的的乙乙醇醇产产量量(约约400400万万t t，每每吨吨补补贴贴约约175175美美元元左左右右)，且且产产量量还还在在逐逐年年增增加加，用用来来作作为为汽汽油油的的替替代代燃燃料料和和辛辛烷烷值值及及氧氧的的添添加剂加剂(汽油中加汽油中加10%10%左右乙醇左右乙醇)
24、。第20页/共44页乙醇作为内燃机代用燃料有以下优点乙醇作为内燃机代用燃料有以下优点乙醇作为内燃机代用燃料有以下优点乙醇作为内燃机代用燃料有以下优点:1)1)辛辛烷烷值值高高(110(110左左右右)，可可以以代代替替目目前前正正在在使使用用的的无无铅铅抗抗爆爆添添加加剂剂甲甲基基叔叔丁丁基基醚醚(MTBE)(MTBE)。乙乙醇醇无无毒毒，对对环环境境无无危危害害，而而MTBEMTBE则则被被怀怀疑疑会会污污染染地地下下水水和和致致膀膀胱胱癌癌等等，在在美美国国一一些州已被禁用，些州已被禁用，20042004年全面禁用。年全面禁用。2)2)乙乙醇醇是是含含氧氧燃燃料料，蒸蒸发发潜潜热热高高，发
25、发动动机机燃燃用用乙乙醇醇可可以以实实现现无无烟烟排排放放，并并能能大大幅幅度度降降低低COCO排排放放，HC,HC,NONOx x也也可可以以有有不不同同程程度度的的降降低低(取取决决于于发发动动机机结结构构及及其其调调整整状状态态)。火火花花点点火火发发动动机机可可以以燃燃用用纯纯乙乙醇醇或或乙乙醇醇和和汽汽油油的的混混合合燃燃料料(掺掺烧烧比比例例大大时时需需加加助助溶溶剂剂)，压压燃燃式式发发动动机机也也可可以以燃燃用用乙乙醇醇，但需有助燃措施。但需有助燃措施。第21页/共44页 乙醇作为内燃机代用燃料的缺点是乙醇作为内燃机代用燃料的缺点是乙醇作为内燃机代用燃料的缺点是乙醇作为内燃机代
26、用燃料的缺点是:1)1)乙乙醇醇生生产产成成本本高高，虽虽然然利利用用阶阶段段性性过过剩剩、存存放放期期过过长长甚甚至至霉霉变变的的粮粮食食制制取取酒酒精精可可以以在在一一定定程程度度上上缓缓解解粮粮食食过过剩剩和和燃燃料料不不足足的的矛矛盾盾。但但我我国国可可耕耕地地面面积积少少(为为世世界界的的7%7%)，人人口口多多(占占全全世世界界人人口口的的22%22%)，粮粮食食来来源源不不稳稳定定，生生产产乙乙醇醇过过程程中中耗耗能能大大(生生产产乙乙醇醇的的耗耗能能量量接接近近乙乙醇醇发发出出的的能能量量)、耗耗粮粮大大，生生产产乙乙醇醇过过程程中中有有大大量量COCO2 2排排放放，利利用用
27、粮粮食食生生产产乙乙醇醇，只只能能适适度度开开展展。此此外外利利用用乙乙醇醇作作为为燃燃料料或或辛辛烷烷值值添添加加剂剂时时，政政府府要要考考虑虑给给予予补补贴贴，否否则则在在市市场场经经济济条条件件下下难难以以推推广广应用。应用。2 2）利用能源作物利用能源作物(如甜高粱的茎杆、木薯等如甜高粱的茎杆、木薯等)制乙醇也是可行的，生制乙醇也是可行的，生产成本比粮食制乙醇低产成本比粮食制乙醇低10001000元元/t/t左右，秸秆制酒精是将秸秆通过酶左右，秸秆制酒精是将秸秆通过酶水解成单糖，然后发酵成乙醇。由于酶成本高，秸秆收集比较困难，水解成单糖，然后发酵成乙醇。由于酶成本高，秸秆收集比较困难，
28、世界上未大规模生产。秸秆比较适宜在汽化生成沼气后，作为民用世界上未大规模生产。秸秆比较适宜在汽化生成沼气后，作为民用燃料。燃料。第22页/共44页 (二二)二甲醚二甲醚(Dimethyl Ether，缩写，缩写DME)二甲醚二甲醚又称甲醚，简称DME，在常压下是一种无色气体或压缩液体，具有轻微醚香味。相对密度（20）0.666，熔点-141.5，沸点-24.9，室温下蒸气压约为0.5MPa，与液化石油气（LPG）相似。溶于水及醇、乙醚、丙酮、氯仿等多种有机溶剂。易燃，在燃烧时火焰略带光亮，燃烧热（气态）为1455kJ/mol。常温下DME具有惰性，不易自动氧化，无腐蚀、无致癌性，但在辐射或加热
29、条件下可分解成甲烷、乙烷、甲醛等。二甲醚二甲醚在常温、常压下为无色、无味、无臭气体，在压力下为液体，性能与液化石油气（LPG）相似二甲醚的毒性：二甲醚的毒性：二甲醚的毒性很低，气体有刺激及麻醉作用的特性，通过吸入或皮肤吸收过量的此物品，会引起麻醉，失去知觉和呼吸器官损伤。第23页/共44页二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；是醚的同系物，但与用作麻醉剂的乙醚不一样，毒性极低；能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多能溶解各种化学物质；由于其具有易压缩、冷凝、气化及与许多极性或非极性溶剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂极性或非极性溶
30、剂互溶特性，广泛用于气雾制品喷射剂、氟利昂替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。替代制冷剂、溶剂等，另外也可用于化学品合成，用途比较广泛。二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚作为一种新兴的基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、作为一种新兴的基本化工原料，由于其良好的易压缩、冷凝、汽化特性，使得汽化特性，使得二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚在制药、燃料、农药等化学工业中有许多在制药、燃料、农药等化学工业中有许多独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂独特的用途。如高纯度的二甲醚可代替氟里昂用作气溶胶喷射剂和致冷剂，减少对大气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好和致冷剂，减少对大
31、气环境的污染和臭氧层的破坏。由于其良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烷、丁烷等石油化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生化学品。代替甲醇用作甲醛生产的新原料，可以明显降低甲醛生产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气产成本，在大型甲醛装置中更显示出其优越性。作为民用燃料气其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均其储运、燃烧安全性，预混气热值和理论燃烧温度等性能指标均优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气。优于石油液化气，可作为城市管道煤气的调峰气、液化气掺混气
32、。也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车也是柴油发动机的理想燃料，与甲醇燃料汽车相比，不存在汽车冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。冷启动问题。它还是未来制取低碳烯烃的主要原料之一。第24页/共44页n n由统计确认的矿物燃料埋藏量的可开采年份是：由统计确认的矿物燃料埋藏量的可开采年份是：(至至19971997年，年，BPBP统计统计)石油：石油：4242年；天然气：年；天然气：6262年：煤：年：煤：224224年。其中，石油资源在年。其中，石油资源在2121世世纪迎来生产颠峰后生产量将逐渐减少。纪迎来生产颠峰后生产量将逐渐减少。n n天然气可开采年分比石油长
33、天然气可开采年分比石油长2020年，还在进行开发，估计将来的埋藏年，还在进行开发，估计将来的埋藏量可达现在量可达现在3 3倍，不用担心资源的枯竭；煤可开采年份倍，不用担心资源的枯竭；煤可开采年份300300年。在二年。在二甲醚大量生产时主要考虑用煤作燃料。甲醚大量生产时主要考虑用煤作燃料。n n由于石油资源短缺由于石油资源短缺 、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强，二甲醚、煤炭资源丰富及人们环保意识的增强，二甲醚作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视，成为近年来国内外竞作为从煤转化成的清洁燃料而日益受到重视，成为近年来国内外竞相开发的性能优越的碳一化工产品。相开发的性能优越的碳一化工产品。第25
34、页/共44页n n作为作为LPGLPG和石油类的替代燃料，和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与二甲醚是具有与LPGLPG的物理性质相类的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。与甲烷一样，被期望成为生产。与甲烷一样，被期望成为2121世纪的能源之一。世纪的能源之一。n n二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚特有的理化性能奠定了其在国际、国内市场上的基础产业地特有的理化性能奠定了其在国际、国内市场上的基础产业地位，可广泛应用于工业、农业、医疗、日常生活等领域。二甲醚未位，可广泛应用于工业、农业、医疗、日常生活等领域。
35、二甲醚未来主要用于替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极来主要用于替代汽车燃油、石油液化气、城市煤气等，市场前景极为广阔，是目前国际、国内优先发展的产业。为广阔，是目前国际、国内优先发展的产业。n n自然界里二甲醚并不存在，必须由原料来制成，天然气和煤是目前自然界里二甲醚并不存在，必须由原料来制成，天然气和煤是目前较好的原料。当然在考虑原料问题时，对矿物燃料的资源量必须同较好的原料。当然在考虑原料问题时，对矿物燃料的资源量必须同时考虑。时考虑。n n我国自我国自8080年代就开始将二甲醚用作燃料的开发研究，一部分企业和年代就开始将二甲醚用作燃料的开发研究，一部分企业和研究机关的试验已
36、进入实验室规模的验证阶段。要真正替代研究机关的试验已进入实验室规模的验证阶段。要真正替代LPGLPG、LNGLNG以及石油燃料，必须要考虑制造成本。在最近的一段时间里应格以及石油燃料，必须要考虑制造成本。在最近的一段时间里应格外考虑与外考虑与LPGLPG的竞争。的竞争。第26页/共44页n n二甲醚理化性质二甲醚理化性质二甲醚理化性质二甲醚理化性质n n二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚（简称（简称DMEDME），又称木醚、氧二甲、习惯上简称甲），又称木醚、氧二甲、习惯上简称甲醚。醚。n n分子式：分子式：C C2 2H H6 6O On n结构式：结构式：CHCH3 3O OCHCH3 3n n二甲醚
37、的性质：二甲醚的性质：二甲醚的性质：二甲醚的性质：二甲醚上一种无色、具有轻微醚香味的二甲醚上一种无色、具有轻微醚香味的气体，具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。还气体，具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、几乎无毒。还具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶。在混溶。在100ml100ml水中可溶解水中可溶解3.700ml3.700ml二甲醚气体，且二甲二甲醚气体，且二甲醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多醚易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯和乙酸甲酯等多种有机溶剂，加入少量助剂后就可与水以任意比互溶。种有机溶剂，加入少量助剂后
38、就可与水以任意比互溶。其燃烧时火焰略带亮光。其燃烧时火焰略带亮光。第27页/共44页DME DME(CH(CH3 3OCHOCH3 3)是是目目前前世世界界上上被被普普遍遍看看好好的的压压燃燃式式发发动动机机超超清清洁洁燃燃料料。它它可可以以用用作作民民用用、车车用用和和燃燃汽汽轮轮机机燃燃料料替替代代LPGLPG、柴柴油油和和天天然气，其优点是然气，其优点是:1)1)广广泛泛的的可可获获得得性性。可可以以由由煤煤或或天天然然气气制制得得，从从而而可可以以利利用用我我国国丰丰富富的的煤煤炭资源。炭资源。2)2)超清洁。研究结果表明，柴油机燃用二甲醚时可以实现高的功率输出和超清洁。研究结果表明，
39、柴油机燃用二甲醚时可以实现高的功率输出和热效率热效率(与柴油机相当或略高与柴油机相当或略高)，低噪声和无烟燃烧，其排放不采用复杂，低噪声和无烟燃烧，其排放不采用复杂后处理装置即可达欧洲后处理装置即可达欧洲IIIIII和美国和美国ULEVULEV标准，并有潜力达到欧洲标准，并有潜力达到欧洲IVIV排放排放标准，见表标准，见表6-86-8与表与表6-96-91111。3)3)生生产产DMEDME的的传传统统技技术术为为二二步步法法，即即由由合合成成气气制制成成甲甲醇醇，再再将将甲甲醇醇脱脱水水制制成成DME,DME,生生产产成成本本较较高高。目目前前已已开开发发成成功功生生产产DMEDME的的先先
40、进进方方法法(一一步步法法或或整整体体一一步步法法)，可可大大幅幅度度降降低低其其生生产产成成本本(1100(1100元元/t/t左左右右)，此此外外若若采采用用多多联联产产技技术术，二二甲甲醚醚的的成成本本可可以以更更低低。DMEDME用用作作车车用用燃燃料料由由于于沸沸点点低低、粘粘度度小小，需需要要对对整整个个燃燃油油系系统统加加压压或或采采用用共共轨轨燃燃油油系系统统，此此外外应应对对柱柱塞塞偶件等进行减摩与耐磨处理或在燃油中加润滑添加剂。偶件等进行减摩与耐磨处理或在燃油中加润滑添加剂。第28页/共44页第29页/共44页 煤煤制制油油是是将将煤煤炭炭通通过过化化工工过过程程变变成成油
41、油品品。煤煤制制油油分分为为直直接接液液化化和和间接液化两种。间接液化两种。直直接接液液化化是是将将煤煤在在高高压压(7(7 MPa)MPa)下下加加氢氢液液化化，其其技技术术在在世世界界上上尚尚不不完完全全成成熟熟，目目前前在在日日本本、美美国国有有中中试试项项目目。间间接接液液化化是是将将煤煤先先气气化化成成合合成成气气(CO+H(CO+H2 2)，在在中中压压下下(3MPa(3MPa 左左右右)Fischer-Tropsch)Fischer-Tropsch技技术术催催化化合合成成液液体体燃燃料料(简简称称为为F-TF-T合合成成)。用用F-TF-T技技术术合合成成的的柴柴油油(简简称称F
42、-F-T T油油)，其其十十六六烷烷值值可可大大于于7070，低低硫硫(质质量量分分数数在在10 10-5-5以以下下)，低低芳芳烃烃(小小于于1%),1%),热热值值与与柴柴油油相相当当，在在柴柴油油机机上上使使用用可可以以降降低低N0N0 x x和和碳碳烟烟微微粒粒排排放放。它它可可以以与与柴柴油油以以任任意意比比例例互互溶溶，一一些些国国家家(如如美美国国的的ArgonneArgonne国国家家实实验验室室)正正在在研研究究F-TF-T油油与与柴柴油油的的混混合合油油(50%(50%的的柴柴油油和和50%50%的的F-TF-T油油的的混混合合油油简简称称FT-50)FT-50)在在柴柴油
43、油机机上上使使用用的的可可能能性性及及其其燃烧与排放特性。燃烧与排放特性。(三三)煤制油煤制油(又称合成汽油和合成柴油又称合成汽油和合成柴油)第30页/共44页 生生物物柴柴油油是是一一种种非非化化石石的的可可再再生生能能源源，它它作作为为柴柴油油机机的的代代用用燃燃料料受受到到越越来来越越多的关注，多的关注，目前已知的可作为内燃机使用的植物油有目前已知的可作为内燃机使用的植物油有3030多种。植物油的粘度高，约为柴多种。植物油的粘度高，约为柴油的油的11-17 11-17 倍，低温流动性差，需要进行酯化处理，即通过酯基转移作倍，低温流动性差，需要进行酯化处理，即通过酯基转移作用将植物油转化成
44、一价酯类，降低其粘度，维持其辛烷值和热值不变。压用将植物油转化成一价酯类，降低其粘度，维持其辛烷值和热值不变。压燃式发动机可以燃用纯生物油，也可使用植物油和柴油的混合油燃式发动机可以燃用纯生物油，也可使用植物油和柴油的混合油(如如20%20%的的大豆渣油与柴油的混合油称为大豆渣油与柴油的混合油称为B20)B20)。植物油的十六烷值较高。植物油的十六烷值较高(40(40左右左右)，能，能量密度较高量密度较高(约为柴油的约为柴油的90%90%左右左右)，与石油系燃料互溶性好，不存在分层，与石油系燃料互溶性好，不存在分层问题，含氧问题，含氧8%8%10%10%，可以降低碳烟，可以降低碳烟/微粒排放。
45、目前世界上植物油产量微粒排放。目前世界上植物油产量相对石油来说还很少，今后随着其产量的增大，用植物油取代柴油会越来相对石油来说还很少，今后随着其产量的增大，用植物油取代柴油会越来越可行。此外，我国餐饮业有大量的废油倒入下水道，由于粘度大，冬季越可行。此外，我国餐饮业有大量的废油倒入下水道，由于粘度大，冬季时易造成堵塞，如将废油收集后经适当处理转化为生物柴油，会有较好的时易造成堵塞，如将废油收集后经适当处理转化为生物柴油，会有较好的经济和社会效益。日本每年有近经济和社会效益。日本每年有近3030万万t t餐饮废油转化为生物柴油作为柴油餐饮废油转化为生物柴油作为柴油机的代用燃料使用，我国也正在开发
46、生物柴油在压燃式发动机中的应用。机的代用燃料使用，我国也正在开发生物柴油在压燃式发动机中的应用。(四四)生物柴油生物柴油第31页/共44页 气气体体燃燃料料曾曾是是内内燃燃机机的的主主要要燃燃料料，煤煤气气机机是是最最早早的的内内燃燃机机。由由于于气气体体燃燃料料的的能能量量密密度度小小(单单位位体体积积热热值值低低)且且储储运运不不便便，致致使使液液体体燃燃料料逐逐步步取取代代了了气气体体燃燃料料。但但在在气气体体燃燃料料资资源源丰丰富富的的国国家家和和地地区，它在内燃机上的使用一直没有停止过。区，它在内燃机上的使用一直没有停止过。近近2020年年来来，随随着着石石油油资资源源的的逐逐渐渐枯
47、枯竭竭、气气体体燃燃料料开开采采量量的的加加大大和和远远距距离离输输送送、净净化化脱脱水水及及储储运运技技术术的的提提高高，气气体体燃燃料料液液化化技技术术和和液液化化气气体体燃燃料料电电控控喷喷射射技技术术等等的的发发展展，特特别别是是随随着着对对内内燃燃机机排排放放指指标标要要求求的的日日益益严严格格，气气体体燃燃料料在在内内燃燃机机上上的的使使用用又又进进入入了了一一个个新新的的发发展展时时期期。目目前前在在内内燃燃机机上上使使用用的的气气体体燃燃料料有有天天然然气气、液液化化石石油油气气、沼沼气气、煤煤气气、氢氢气气等等，其其中中以以压压缩缩天天然然气气(Compressed(Comp
48、ressed Natural Natural Gas,Gas,缩缩 写写 CNG)CNG)和和 液液 化化 石石 油油 气气(Liquefied(Liquefied Petroleum Petroleum Gas Gas,缩缩写写LPG)LPG)为为主主。燃燃气气汽汽车车以以使使用用燃燃料料种种类类不不同同可可分分为为单单一一燃燃料料汽汽车车(Mono-Fuel(Mono-Fuel Vehicle Vehicle),两两用用燃燃料料汽汽车车(Bi-Fuel(Bi-Fuel Vehicle)Vehicle)和混合燃料汽车和混合燃料汽车(Dual-Fuel Vehicle)(Dual-Fuel V
49、ehicle)。二、气体代用燃料二、气体代用燃料第32页/共44页 评评价价内内燃燃机机用用气气体体燃燃料料的的性性能能参参数数主主要要有有热热值值、辛辛烷烷值值、十十六六烷烷值值、化化学学计计量量空空燃燃比比、着着火火温温度度等等。由由于于多多数数气气体体燃燃料料是是多多组组分分的的混混合合气气体体，且且组组分分可可能能在在一一定定范范围围内内变变化化，因因此此其其性性能能参参数数也也不不是是一一个个固固定定值值。常常用用天天然然气气、液液化化石石油油气气与与液液体体燃燃料料(汽汽油油、柴油柴油)性质的比较见表性质的比较见表6 6-3 3。第33页/共44页（一）石油气（一）石油气（一）石油
50、气（一）石油气(LPG)(LPG)LPGLPG的的主主要要成成分分是是丙丙烷烷和和丁丁烷烷，发发动动机机用用的的LPGLPG一一般般是是纯纯丙丙烷烷(C(C3 3H H8 8)或丙烷与丁烷或丙烷与丁烷(C(C4 4H H1010)的混合物。它的主要技术特点如下的混合物。它的主要技术特点如下:1 1）汽汽化化温温度度低低。常常温温下下，石石油油气气在在0.0.2-0.6MPa2-0.6MPa的的压压力力下下即即可可液液化化(随随组组分分不不同同而而定定)，因因此此，液液化化石石油油气气的的汽汽化化较较为为容容易易，与与空空气气混混合合的的均均匀匀性性大大大大优优于于汽汽油油，有有利利于于燃燃料料