甲醇 替代燃料中的佼佼者

这是一个“鸡”与蛋的问题，即先发展醇醚燃料汽车，还是先发展醇燃料？汽车行业认为，没有足够的清洁燃料，没有便利的加油站，让汽车喝什么，到哪喝？醇燃料行业人士提出，没有醇燃料汽车，生产出来的燃料往哪儿加注？那么，“鸡”和“蛋”能否同步发展呢？
      
  
2004年全年我国进口原油12，272万吨。美国PEC能源咨询公司的一份报告预测，2005年，中国的石油日需求量将比去年增长11%，每天增加70万桶。另据美国能源部预测，中国2010年对外石油依存度为50%，2020年将上升到60%，而国际能源署预测的数字则分别为65%和76%。
    资料显示，我国石油资源可采量为130亿—160亿吨，只能平稳供应20年。根据世界三大石油公司埃克森—美孚、BP和英荷壳牌2003年的年报预测，按照目前已探明的世界石油储量和开采速度，全球石油的平稳供应只能维持40.6年。另一方面，正在探索的新能源，如可燃冰、氢同位素聚变等，要实现商业化应用还有待时日。
    中国经济的持续增长需要巨大的石油供应，石油的短缺已经成为制约经济发展的瓶颈。数据显示，我国进口原油的30%用于汽车消耗。现实迫人们把注意力放到汽车能源多样化的开发上来。
于是，众多替代燃料浮出水面，甲醇就是其中一种。
    甲醇最初从由木材干馏得到的焦木酸中分出，俗称木精。现在，制造甲醇的原料很广泛，固体原料煤炭、液体原料石脑油和渣油、气体原料天燃气和油田气及煤层气等都可以。甲醇辛烷值高，相当于112号汽油。醇醚燃料速度快，燃烧充分，热效率高。
    我国预测出全国煤炭资源总量6000亿吨，是世界上煤炭储存量最丰富的国家之一。多煤少油少气是我国的国情，但煤炭资源的40%含硫比较高，利用资源丰富却闲置少用的高硫煤、焦炉气等制成二次清洁能源——甲醇来代替石油，可谓一举多得。

熟悉的陌生产品
   
    与眼下如火如荼地推广乙醇车用燃料相比，甲醇燃料似乎被挤在一旁。同属醇醚燃料，也同样经历了多年的实践，甲醇燃料远没有像乙醇燃料那样广为人知，因此曾被全国清洁汽车行动协调领导小组办公室专家组组长王秉刚称作是“熟悉的陌生产品”。直到最近，新的汽车产业发展政策第9条才提出，“国家支持研究开发醇燃料、天燃气、混合燃料、氢燃料等新型燃料汽车”，直到2003年，国家发展和改革委员会才将醇燃料列入“国家替代能源发展计划”，并建议先在山西省试验推广。
    目前市场上甲醇价格约为2500—2600元/吨，而据全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会（以下简称“醇醚专委会”）介绍，年产60万吨以上，甲醇的生产成本可以降低到600—850元/吨。这意味着，如果实现大量生产，甲醇将大大便宜于石油。



醇醚专委会副会长、国家化工行业
生产力促进中心总工程师：方德巍




醇醚专委会秘书长：陈卫国
 
    甲醇是液体有机化合物，特性与汽油相似，可以方便地贮存、运输和加注。输配系统可以并入汽柴油系统，稍加改造即可，不需大的费用投入。除此之外，甲醇燃料还具有压缩比大（纯甲醇压缩比大于石油，汽油中掺烧石油压缩比与石油保持不变）、抗震、易降解等特点。
甲醇中只含有一个碳分子，而氧分子含量高达50%，在燃烧过程中需要的空气少，燃烧充分，燃烧后主要形成水和二氧化碳，污染极低。《21世纪经济报道》文章《燃油告急  煤都加紧“甲醇替油”工程进程》说，实验结果表明，普通轿车使用掺烧比15%的甲醇燃料后，一氧化碳和碳氢化合物的排放，比使用93#汽油分别降低 23.2%和28.5%；面包车分别降低40%和36.7%。甲醇生产过程中产生的 CO 则可综合利用，如多联产甲醇先进生产工艺可使副产的高浓度CO转化为其他化学品，并可通过联产降低甲醇生产成本；利用CO采集煤层气，将CO用于农业生产，促进农作物生长等。

30年的研究
  
    我国从上世纪70年代就开始较开始较系统地研究甲醇燃料，国家科委早在“六五”期间就进行了M15甲醇掺烧汽油的研究、示范工作，曾在山西省进行过475辆M15汽车和4个加油站的商品化试验。“七五”期间，国家科委组织了十几个单位进行高比例甲醇的试验研究。
    与此同时，国家还与几大汽车制造厂进行了长期的合作。德国大众汽车公司作为最早向中国介绍甲醇燃料发动机技术的外国汽车公司，已与我国进行了历时7年的 M100甲醇汽车国际技术合作研究。其间，我国还与美国福特汽车公司进行了灵活燃料汽车（可使用汽油或醇与汽油以任意比例混合的汽车）合作研究，从而对国产发动机的优化改造、与汽车在匹配、甲醇燃料配方、腐蚀抑制剂、专用机油、耐醇材料、排气催化净化、对环境和人体健康的影响等都进行了系统研究。
    如今，我国醇、醚燃料汽车已从跟踪外国技术开始进入到自主开创新时代。在醇、醚燃料汽车试验研究方面取得许多成果，如不同比例的油（汽油/柴油）醇掺烧、全醇、醇汽柴油燃烧和混烧，高压缩比全醇发动机等。目前已取得了一批具有自主知识产权的可推广的成熟技术，有的已超过了国外先进水平，展现出符合国情和中国特色的燃料汽汽车的美好前景。
    甲醇的生产工艺并不复杂，我国有大批中小化肥厂，稍加改造，即可联产甲醇。据介绍，用煤生产甲醇工业技术已经相当成熟。在国外早已有80万—250万吨的特大型工业甲醇生产装置，目前在我国也有了年产60万吨的大型式业装置。醇醚专委会副会长、国家化工行业生产力促进中心总工程师方德巍教授说：“这是我们国家完全具备自主产权的项目”，形成产业化指日可待。”据他介绍，目前在山西、陕西、山东、重庆等地区建立了6个生产装置点。
但同时一些专家对甲醇的毒性存在一些担心。

甲醇毒性之辩
  
    相关资料显示，甲醇有较强的毒性，对人体的神经系统和血液系统影响最大，它经消化道、呼吸道或皮肤摄入都会产生毒性反应。急性中毒症状有：头疼、恶心、胃痛、疲倦、视力模糊以至失明，继而呼吸困难，最终导致呼吸中枢麻痹而死亡；慢性中毒反应为：眩晕、昏睡、头痛、耳鸣、视力减退、消化障碍。甲醇摄入量超过 4g就出现中毒反应，超过10g就能造成双目失明，致死量为25g。甲醇进入人体内后不易排出，并且在体内氧化生成的甲醛和甲酸也都有毒性。
    对此，中科院工程热物理所研究员潘奎润经过研究认为，实际上甲醇和汽油一样，在化学上都属中等毒性物质，不仅甲醇不能饮用和溅入眼中，其它燃料也是如此。
    在“七五”期间，中德两国合作对“甲醇中毒机理、中毒解药、对人体健康的影响”进行研究，结论是：只要遵守操作规程，没有发现人体健康的异常。我国从事甲醇汽车研究和试验了20多年的人员，以及现在仍在驾驶甲醇已有数十年历史，大小企业上百家，未发现甲醇厂工人有甲醇职业病。实践证明，只要遵守操作规程，甲醇作为燃料是安全的。山西省在甲醇车试运行中，连续数年委托有关医院对甲醇燃料车司乘人员、加注、储运甲醇的工作人员进行定期体检，未发现因甲醇引起的健康异常和职业病。
    甲醇作为燃料使用时，向周围环境的排放主要是在储存、运输和添加过程中。运输事故、储存渗漏、添加溅洒、甲醇蒸发等是甲醇排放的主要途径。甲醇易溶于水，水或土壤中的甲醇会很快稀释，然后发生生物降解。因此，甲醇燃料有一定毒性，但易于在环境中降解，不会造成严重的环境污染。

甲醇更干净
   
    另一个问题是甲醇燃料排放物的问题。和汽油相比，由于甲醇是比较纯的化合物，不含硫及其他复杂有机化合物，含氧量高，燃料充分，尾气排放中CO、CH、 SO、NO×和固体悬浮颗粒等污染物很少。尾气中有害物质碳氢化合物如苯、芳得烃等更少。钱伯章在《发展煤基燃料是解决我国能源安全问题的主要途径》一文中说，山西省定期对参与示范的各种甲醇燃料车辆进行尾气测定，基常规排放（CO，HC等）较同类型汽油车约低50%~70%。因此，甲醇燃料车常规污染物的排放要比汽油车少。
           

    另外，人们关心的是甲醇燃料排放甲醛的问题。甲醛是甲醇的衍生物，毒性比甲醇还大。但是，河南省漯河石油化工公司的高级工程师冯向法说，实测情况是在上述场合，空气中甲醛含量仅为3.9—25ppb，是最大允许浓度10ppm的万分之3.9—万分之25，比房屋装修时的甲醛浓度低得多。甲醇燃料车的冷起动困难，这会导致未完全燃料的非常规污染物甲醇、甲醛、甲酸甲酯等碳氢化合物的排放，如果对内燃机进行改装，采用尾气净化设备可大大降低这些污染物浓度。
    因此，大规模使用甲醇燃料车，不会造成比汽油更为严重的尾气污染物排放。
热值与压缩比
    另外，甲醇遭到质疑的一点是它的热值问题。甲醇的热值不到石油的一半，但这并不意味着用等量的甲醇跑不到石油一半的路程。醇醚委员会介绍，开车不同烧开水，如果烧水，或许等量的石油烧的水是甲醇的一倍多。但在车用燃料中，牵涉到压缩比的问题。汽油机在运转时，吸进的是汽油秘空气混合气，压缩比越大，压缩终了的混合气的压力和温度就越高，混合气中的汽油分子就能气化得更完全，燃料也更迅速更充分。因而发动机发出的功率越大，经济性越好，排气质量也能相应得到改善。反过来说，低压缩比的发动机燃料时间相对延长，增加了能量消耗，从而降低动力输出。因此，由于甲醇压缩比大，用1升纯汽油跑的路程，1.2— 1.5升甲醇就可以跑完。

先有车，还是先有油？
 
    但是，替代燃料的发展，却遇到了一个先有“鸡”还是先有“蛋”的问题，即先发展醇醚燃料汽车，还是先发展醇燃料？汽车工业认为，没有足够的清洁燃料，没有便利的加油站，让汽车喝什么，到哪喝？醇燃料行业人士提出，没有醇燃料汽车，生产出来的燃料往哪儿加注？那么，“鸡”和“蛋”能否同步发展呢？
    醇醚燃料及醇醚汽车的研究与发展，得到了国家的高度重视。原机械工业部部长何光远呼吁醇醚燃料与醇醚汽车是一项十分值得关注的事业，得到了国家高层领导的高度重视。此方面的研究已经在进行中。1996年由国家科委和福特汽车公司组织中科院、清华大学、化工部、山西省等单位，参加并完成了“中国山西和其他富煤地区把煤转化汽车燃料及其应用的经济、环境和能源利用的生命周期评估”课题研究，后由国家科委推荐，原国家经贸委于1997年对国家甲醇燃料汽车试验示范项目立项，由山西佳新能源化工实业有限公司承担实施，组建了50辆甲醇轻型客车队进行商业化试验示范。
    山西省完成了试验示范阶段的“煤制甲醇——洁净燃料汽车”工程、定比例M85（85%甲醇、15%汽油）多点电喷甲醇发动机和全甲醇M100%燃烧装置研发工程，低比例掺烧M15%（15%甲醇、85%汽油）甲醇汽油的4城市试点工程，取得了试验示范阶段的M15低比例掺烧甲醇的工作已在山西省铺开，已有 91万辆（次）参与了试点推广。同时，承担两项科技部清洁汽车行动计划“十五”关键技术攻关项目也在考核。
   方德巍教授介绍，我国在这方面已经取得了一系列的成果：一是在汽油中掺烧不超过15%的醇
醚，不需对车进行改造。二是对在用车的改造，现在山西大同已经进行了好几千辆的改造工作，每辆车的改造费仅需3000元。三是对电喷车的改造，就是在车上装双CPU，
使其既能使用汽油，又能使用醇醚燃料。四是甲醇发动机的制造。该发动机能较好地适应甲醇燃料的使用。山西榆次新天地发动机制造有限公司甲醇由于甲醇的标号可以提高到112—120号，发动机的压缩比可以大大提高。方教授称，甲醇1升发动机（62千瓦）相当于汽油1.6升(63千瓦)。山西净土公司甲醇最佳发动机的生产能力是50万台
到100万台。以上这五项技术是完全知识产权的，这意味
着以醇醚燃料的汽车时代到来的时机已经很成熟了。发动机的生产能力达30万台。五是甲醇最佳化发动机。

呼唤行业标准
  
    对于醇醚事业来说，现在最大的困境恐怕在于标准之失。全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会副秘书长陈卫国表示，现在我国的甲醇汽油生产比较混乱，还缺乏相应的行业标准和国家标准，各地生产的甲醇汽油要么只以当地的地方标准为准，要么只是企业的一个标准，这不利于甲醇汽油的发展，要推广甲醇汽油，首先就要建立起统一的标准，但现在世界上还都没有一个统一的标准。
    据了解，目前四川省技术监督局就已制定了甲醇汽油的地方标准DB51/T259—1996，山西与建立了自己的地方标准。此外，作为一家企业，河南漯河石化集团也制定了中比例甲醇汽油M50的企业标准。陈卫国表示，目前有关部门正着手联合企业，专家一起，准备参照国家无铅汽油乙醇汽油的标准来建立甲醇汽油的行业标准。
    全国醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会会长胡迁林指明，专委会在2005年的工作要点包括“尽快协助国家有关部门制订煤制醇醚燃料、醇油燃料和醇醚汽车的行业技术标准，规范产品，带动醇醚燃料及醇醚清洁汽车的市场化运行”，“动员整合企业和社会资本，结合产业结构调整，加快建设一批10—60万吨煤（东焦炉气）制甲醇、二甲醚生产装置，抓好甲醇汽车样板工程建设，尽快实现规模生产，形成产业优势和比较优势”。
    方德巍教授说，中国的能源结构是以煤为主，回首过去一个世纪中国化学工业，主要分为3个阶段。一是1960年以前，化学工业与煤炭紧密联系成为产业链的煤化工时代；二是此后到2000年之间，石油化工崛起发展的石油化工时代；三是目前开始的，煤炭与化工靠现代化学工程技术重新结合的新煤化工时代。以甲醚为主的清洁新能源，应该是新煤化工时代的领军产品。新煤化工产业链将凭借煤炭的资源优势、化工技术和市场经营优势，接受市场的考验。其结果将从根本上解除国家能源危机，为众多化工产品提供新的能源和原料。