几种汽车代用燃料的发展现状及趋势

1 气体燃料 1 1 液化石油 气 液化石油气 ( LPG ) 是原油 提炼 过程中 的副 产品。天 然 气在炼制过程中所 产生的 气体 , 主要成 份是丙 烷和丁 烷 , 以 液态 储存和 运输。通过 LPG 与 90# 汽油的 性能比 较可以 看 出 , LPG 具有较高的辛烷值 , 抗爆性好 , 因而可使汽油机 具有 较高的压缩比 ; 其爆炸极 限浓度 和低热 值较高 , 使用 安全 性 和经济性较好。如果 LPG 在 汽车上 合理应 用 , 可使 CO、 NO 等有害气体的排放量 低于发动机燃用汽油的排放 , 基本 上消 除黑烟和颗粒物。 LPG 汽车从燃料供 给上大 致可 以分为 两类。第 一类 是 单一的 LPC 燃料汽车 , 第 二类是 LPC 汽油 双燃料 汽车。 我国研究较多的是 LPG 汽 油两用 燃料系 统。目前 , LPG 作为内燃机燃料在技 术上已经比较成熟 , 只要对原车上 的燃 料系统加以改装就可 以实现。但是 , LPG 汽车的低污染 排放 不是无条件的 , 只有 LPG 供气装 置与 发动 机进 行了 最佳 匹 配的车辆 , 才能达到较好 的低污 染排放 效果 , 如果同 时采 用 闭环电控燃料喷射装 置和三效催化转化器技术 , 可实现 较高 的污染物降低率的目 标。我国 目前保有量较大的是 20 世纪 90 年代引进的由汽油化油 器发动机改装 的第一代 两用燃 料 系统和在汽油电 喷车 上加装 LPG 系统 , 单 点供 气的 第二 代 两用燃料系统 , 对电控多点气态喷射和电控多点液态喷 射两 用燃料系统的引进开 发工作正在进行。 1 2 压缩天然 气 压缩天 然气 ( CNG ) 是天然气 经 20 M P a的压力压缩形成 的 , 是 车用天 然气 燃料的 主要 储存 方式。 CNG 的特 点是 化 学性 质 较稳 定 , 辛 烷值 高 , 抗 爆性 能好 ; 自燃 温度 为 680 ~ 750 , 远高于汽油的自燃温度 ( 260~ 370 ), 因 此其安 全 性较好。使用天然气燃料的汽车排气污 染显著降低 , 尾 气中 HC 下降可达 90 % 左右 , CO 下降 可达 80% 左右 , NO x 下 降约 为 40 % 。由于 CNG 的理化特 性同汽 油较为 接近 , 因而在 使 用时不需要对原发动 机做很大变 动就可以 改成 CNG - 汽 油 双燃料汽车 , 但由于系统 压力较 高 , 对 储气罐 及管路 阀门 等 的要求都很高。 CNG 在汽车上使 用的主 要缺点是 储气瓶 较 重、 占用体积大并且与液 体燃料 相比 , 天然气 体积能 量密 度 低 , 20 M P a 压力 下 的 CNG 燃 料 仅 相 当于 汽 油 能 量 密 度 的 30% , 因此其充气频繁、 续驶里程短。 吸附天然气 ( ANG ) 作为未来替代 CNG 的一项新技术将 有广阔的发展前景 , 它是 用多孔 吸附剂 填充在 储存容 器中 , 在中高压 ( 3 5 M P a左右 ) 条件下 , 利用吸附剂增加天然 气的 储存密度。但由于技术上的不少难点还 有待解决 , 是目 前尚 处研究阶段的一种天 然气储存方式。 2 醇类燃料 2 1 甲醇燃料 甲醇的理化特性 同汽油较为接近 , 并且由于甲醇与 汽油 的相容性好 , 所以容易实现各种比例的掺烧。一般以低 比例 5% ~ 30% 掺 烧 为 多 ( M 5 ~ M 30), 高 比 例 掺 烧 可 达 85% ( M 85) 。使用甲醇汽油可使尾气中的 CO 和 H C 的排放 量明 显降低 ( 根据美国 A P lRP 研究 报告 , M 85 汽 车可 使 CO的发展趋势作了展望。
关键词 : 代用燃料 ; 汽车 ; 环境保 护 中图分类号 : U 473 文献标识码 : C
文章编号 : 1008- 3383( 2007) 03- 0074- 01 13% , H C 降低 31% ), 因此 , 目 前世 界各 大汽 车厂 都在 积极 研究开发不同方案的甲醇燃料汽车 , 低比例甲醇汽油已在美 国、 法国、 意大利等国家商品化。 由于甲醇与柴油的理化性质差别较大 , 与柴油的相容性 也较差 , 因此 柴油 机掺 烧甲 醇的 研究 主要 集中 在掺 烧 方式 上。目前概括来说有熏蒸法、 双燃料系统法 和乳化液法 3 种 掺烧方法。采用熏蒸法和双燃料系统法时 , 汽车和发动机的 结构变化较大 , 所以不易在现使用 的柴油车上推广。采用乳 化液法时 , 发动机结 构可以 不做变动 而掺烧 甲醇 燃料 , 比较 易于推广应用 , 但目前尚 未研究出性能好、 价格廉的助溶剂。 甲醇毒性问题一直很受人们 的关注 , 在 ! 七五 ∀期间 , 我 国对 ! 甲醇对人 体健 康的 影响 ∀ 等 课题 作了 研究。 结论 是 , 对接触甲醇燃料人群 , 只要 遵守操作 规程 , 没有 发现人 体健 康有异常。目前 , 关于 甲醇毒 性问题仍 存在 较多 争论 , 因此 对甲醇的毒性问题仍有必要进行深入研究。 2 2 乙醇燃料 车用乙醇汽油是将燃 料乙醇 与普通汽 油按 一定比 例调 配而成的新型汽车燃料。乙醇的辛烷值比汽油高 , 并且着火 燃烧浓度极限范围比汽油宽得多。 乙醇分子中含氧 , 汽 油中添 加一定 比例 的乙 醇后 , 不仅 能部分替代汽油 , 还可以 改善燃烧 , 降低有害排放。例 如 , 在 汽油中加入 10% 的变性燃 料乙 醇 , 可使 辛烷值 提高 3 %, 氧 含量增加 3 5 % , 能大 大改 善汽 油的 使用 性能 , 使 燃烧 更彻 底 , 并且不污染环境。 近年来 , 我国乙醇燃 料的研 究及应 用工 作有 所加强 , 在 2001 年制定了车用乙醇国家标准并且 确立了 三个生 产燃料 乙醇的建设项目 , 开始 推广含 10% 乙醇 的车 用乙 醇汽 油混 合燃料。 与甲醇燃料在柴油机上的应用相似 , 柴油机掺烧乙醇燃 料的研究也主要集中 在掺烧方 式上。现 阶段研 究的热 点是 乳化液法 , 各国正在研究 性能较好的助溶剂使乙醇与柴油形 成稳定的混合燃料。 目前存在的问题是乙 醇制取 能耗较 大、 成本 较高 , 约为 汽油的两倍 , 需要在生产技术上寻 求突破 , 降低能耗和 成本 , 这样乙醇燃料会有非常广泛的应用前景。 3 结 论 ( 1) LPG 和 CNG 适用于具 有能源 资源的 局部 地区。根 据 LPG 和 CNG 的特点 , 把双燃 料汽车作为过渡 , 研究开发单 一的燃气汽车是今后发 展的方 向 ; 发 展小型 化、 高效率 的加 气设备 , 并使其成本降低 是需要解决的问题。 ( 2) 甲醇燃料能够真正在全 国范围 内推广 , 还要 解决对 现有汽车发动机不进行大的改动 , 就可以直接使用中高比例 含量的甲醇燃料的问题。另外 , 甲醇汽油的 毒性问题仍有必 要进行深入的研究。 ( 3) 传统的乙醇生产工艺还 需要加 以改进 , 以减 少能源 消耗并对副产 品加 以综 合利 用 , 这样 才具 有经 济上 的 可行 性 , 使乙醇燃料真正投入 使用并形成产业化。 收稿日期 : 2007- 01- 26
2007 年 第 3 期 ( 总第 157 期 )
黑龙江交通科技 HE ILONG JI ANG J I AOTONG KEJI
No . 3, 2007 (Su m No . 157 )
几种汽车代用燃料的发展现状及趋势
王佐明 1 , 孙永儒 2 ( 1 黑龙江省交通征费稽查局 哈一处 ; 2 黑龙江省交通科学研究所 ) 摘 要 : 各国汽车代用 燃料的技术虽有不同 , 但 目标都 是预防石 油燃 料的枯 竭和 减少汽 车排 放对环 境的 污 液化石油气、 压缩天然气、 甲醇 汽油以及 乙醇汽 油的发 展现状 , 并对 它
# 74#