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李刚:煤制甲醇是理想的汽车代用燃料

导读: 当前全球原油供应紧张,原油争夺战愈演愈烈。我国原油半数依赖进口,能源安全受到严重威胁。全球温室气体排放和环保问题,我国又首当其冲。

 

  当前全球原油供应紧张,原油争夺战愈演愈烈。我国原油半数依赖进口,能源安全受到严重威胁。全球温室气体排放和环保问题,我国又首当其冲。为了国民经济的可持续发展,采用新的代用能源已是我国十分迫切的任务。从长远看,电动汽车和燃料电池是我们努力的方向,但它们在技术上和经济上还未完全成熟之前,传统的内燃机还未完全退出市场之前的过渡三、五十年内,煤制甲醇车是一个理想的选择。

 

  甲醇汽车并不陌生。在我国已有50多年的历史,60年代我在一汽曾做过试验。最近二三十年,6V计划之后政府曾多次立项展开大量的研究和试点工作,但在一片争论声中不了了之并未得到广泛应用。现把有关事实介绍如下,供大家参考。

  一. 甲醇机的优点

  1,动力强。

  甲醇机比同排量的汽油机和天然气机的动力性高,接近柴油机水平。如表1所示,我们选择一汽靖烨发动机厂生产的CA6SH 六缸5.56升系列的汽油机、天然气机和纯甲醇(M100)机以及朝阳柴油机厂生产的5.785升CY6102BZQ做一比较,甲醇机比汽油机和天然气机的升功率高出4%-18%,升扭矩高5%-12%和柴油机的升功率相等,升扭矩低11%。据说有的厂已做到完全相等。

  2,燃料费低廉。

  如表2所示,根据最新市场价格甲醇每吨2910元,#93汽油每升7.6元,合每吨10550元,天然气每立米2.05元合每吨2871元计算,甲醇机的单位输出动力的价格比汽油机低50%,比柴油机低18%,但不如天然气机和电动机。 更形象地说如果一辆出租车每天行驶200公里,使用汽油,百公里油耗7升。一个月下来油钱要花 2×7×25×7.6=2660元, 若改用甲醇,替代比为1.8,只要花 2×7×1.8×0.72×25×2.9=1315元,只相当用汽油的一半,省1344元,一年省16134元,十分可观。 深受司机的欢迎。

  3,常规排放污染极少

  见表3,北京理工大学的试验报告,甲醇机对CO 的排放,只相当汽油机的31%,对CH是22%,对NOX 是62%, 不仅满足国3标准 要求同时超过国5, 达到受政府鼓励的、污染极低的、环境友好汽车的EEV级 水平。这是十分可贵的。 使用煤电的电动汽车虽然在行驶现场排放物为零但把它们留在了电站,比汽油机对大气的污染更为严重。

  以上三项优点为大家所共识没有什么争论。但甲醇车能达到环境友好车的排放水平知之者很少。

  二, 澄清几个对甲醇燃料有争论的关键问题

  使用甲醇燃料有其利弊,它涉及的产业部门多,涵盖的学科广泛,影响后果重大。对其做明确的判断十分困难。通过最近十几年来的研究试点虽然已经明确了不少问题。但很多固有的认识还是挥之不去难以消除,应该逐步加以澄清。主要表现在以下几个方面。

  1,甲醇机的非常规排放中甲醛排放值高。

  1990年以前美国三大公司试验发现,甲醇机甲醛的排放是汽油机的5倍。同时期,桑塔纳轿车在中国的道路试验中也有类似的报道。据2003年<中国化工报>的一篇文章中说,中国工程院在“节油与替代燃料研究”报告中指出:甲醇有毒,甲醇车的甲醛排放是汽油机的3-6倍。现在看来,这些结论是在内燃机的进气系统使用化油器的基础上形成的,现在改用先进的电喷和排气净化的三元催化转化器后,情况已大为改观。9V期间在西安交大的试验中已经得到证实。去年在工信部委托北京理工大学所做的排放试验中,甲醇机的甲醛排放只是汽油机的1.7倍(见表3), 其中甲醇机是3.379 mg/kw.h ;汽油机是1.881 mg/kw.h,况且它们的绝对值都在 美国环保总署EPA所规定的40mg/kw.h排放标准限值之内。它适用于美国2009年高速公路上行驶的所有点燃式汽油车、天然汽车和甲醇车。

  2,甲醇有毒

  过去发生的喝假酒毒死人的事件使人谈虎色变,对它不敢接触。文献记载,喝进30毫升的甲醇可以致死。但它和汽柴油一样不属于剧毒,而是中等毒性。喝多了都会死人,应加以预防。如果甲醇出厂前添加着色剂、苦味剂,加以区别,去掉其诱人的香味,就可有效地防止勾兑假酒和误饮、误食事件。对环境中的甲醇只要制定法规,明确标准限值并加以测试、监控,就可避免人体受害。山东兖矿国泰化工厂在甲醇生产车间规定甲醇限值为50mg/m3 (折合38 ppm),几十年来从未发生过人身伤亡事故。《美国甲醇安全手册》上规定,允许职业工人在每天8小时,每周40小时工作中接触甲醇的限值是200ppm。他们测出, 工人在加醇站给汽车加醇时的环境为10ppm,换甲醇滤芯时为50ppm, 均在安全的限值之内。

  3, 甲醇机的能源利用率低

  天津中国汽车研究中心2006年在与美国阿岗国家实验室等国内外7个单位的报告中,利用GRRET模型的图表显示 甲醇从井口到车轮(WTW)的能源消耗比汽油要高出70%。主要反映在甲醇的生产过程。这对能源节约是十分不利的。2008年山东兖矿国泰化工厂年产30万吨甲醇投产,却扭转了这一局面它们采用的是煤气化后的化工产品和发电的多联产流程,用的是国产设备和自己的专用技术。在生产甲醇、合成氨、醋酸的同时还利用废气在一座60M 瓦的透平发电机上发电,使用所谓当前世界最领先的IGCC 循环的发电技术。他们的能源利用率达到了69%。据此,将甲醇机本身的效率计算在内。在使用甲醇机作为动力的全过程WTE,即从井口煤的输入到发动机的动能输出的全过程中, 如表4所示,甲醇机达到24.6%, 均略高于汽油机(23.4%)和天然气机(22.3%),略低于煤和天然气发电的电动机(25.4%),低于柴油机(37.8%)和燃气透平发电的电动机(42.6%)。

  4,甲醇机的CO2排放高

  在上述GRRET模型图表显示,CO2的排放,甲醇机要比汽油机高出2倍。在当今全球严格控制温室气体排放中这是一个严重的警告。上述国泰厂的先进流程也扭转了这种局面,他们在流程中回收利用了70%的CO2,经计算后,使得甲醇机的WTE的CO2排放量降至965克/kw.h。低于汽油机(1131克/ kw.h。)和传统煤电的电动机(1178克/ kw.h。),高于柴油机(706.4克/ kw.h。)

  从上述能源效率和CO2 排放来看甲醇机都优于汽油机。甲醇燃料优于汽油。

  5,以甲醇代汽油是以缺补缺

  当前原油要进口,但在沿海和延边地区煤也在进口,每到冬季就闹煤荒。所以煤也缺。英国BP公司统计中国煤的可采储量也只有1145亿吨。只能开采30几年,不算多。这是事实。但应该看到缺煤的问题有多方面的原因,如运输问题,煤矿管理问题,地质勘探问题等,都可以设法改进。同时我国煤炭的保有量是巨大的。全国第三次普查的保有量是5.5万亿吨,与世界前两名的美国和俄罗斯差不多。其中可直接利用的储量是1886亿吨,通过开采可行性研究报告的基础储量是3317亿吨,未作或未通过可行性报告的资源储量是6872亿吨 ,三者合计是1.2万亿吨。可供百年的开采。所以只要我们做好详细的地质勘察工作,可供开采的煤矿资源是会不断增加的。

  6,甲醇机本身还存在很多缺陷

  甲醇车在试用中,由于过去不掌握甲醇的特性,确实发生过不少问题,其中比较重大的是冷启动困难,橡胶件熔涨,某些金属件腐蚀,混合油中油醇分层等,因此影响到甲醇机的性能稳定性和寿命。经过多年的努力,这些问题大部已经解决或正在解决中。解决方案多种多样,散落在民间,透明度不高,也缺乏标准和认证。至今国内没有一种车型能切实按照传统汽车的研究、开发试制程序和通过国家的标准和认证制度做到产品在厂内定型,在市场上销售。但经过努力应该可以做到的。

  综上所述,在技术和微观经济的层面上,推广甲醇汽车是可行的。它有利于国计民生,也可能影响到我国能源产业的结构重整和国际能源贸易,意义是重大的,应该慎重对待。建议政府把它当作一件国家综合性的大事来抓,它不是政府中一个部门或几个地方政府可以解决的。今后甲醇的推广是像过去30年来拖拖拉拉,任其自流,还是有所作为,端赖中央政府的态度和最终决策。希望国家能从国家的安危,宏观经济的综合平衡、生产能力的协调发展以及国际外交、国际贸易关系等方面加以研究和权衡,做出决策,加以贯彻和实施。

 

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