毕业设计(论文)我国甲醇燃料应用现状及其前景.doc
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1、目 录摘 要 3关键词 3Abstract 4Key word 4前 言 50.1 甲醇燃料简介 50.2 甲醇燃料国外应用进展50.3 甲醇燃料国内应用进展60.4 甲醇燃料的应用前景7第一章:几种汽车代用燃料的发展现状及趋势1.1 液化石油气 81.2 甲醇燃料 91.3 乙醇燃料 91.4 结 论 9第二章 :直接甲醇燃料电池的研究进展2 阳极电催化剂2.1 金属催化剂102.12铂基二元或多元电催化剂112.13 其它催化剂112.2 铂催化剂122.21 铂合金催化剂12第三章 :汽车上的应用前景分析3 DMFC 的工作原理和特性 133.1 DMFC 的工作原理 133.12 DM
2、FC 的重要特性 143.2 DMFC 的燃料转换效率和功率密度 143.21 燃料转换效率143.22 结 论143.3 功率密度153.31 甲醇渗透153.32 结 论16第四章:结 论17致 谢18参考文献19我国甲醇燃料应用现状及其前景 摘 要:甲醇汽油替代传统汽油作汽车燃料,不但燃烧干净,而且丰富,是理想的石油替代品,甲醇燃料的大力推广和应用是加快能源开发,克服能源消费制约,促进经济协调发展的必由之路。 关键词:我国,石油,能源,甲醇燃料,汽车,随着,消费,发展,甲醇。Our country methyl alcohol fuel application present situa
3、tion and itsprospect Abstract: Methanol gasoline substitution tradition steam paintersshop automobile fuel, not only burns cleanly, moreover is rich, is theideal petroleum substitute, the methyl alcohol fuel vigorouslypromotion and the application speeds up the energy development,overcomes the energ
4、y expense restriction, the promotion economycoordinated development way that must be taken. Key word: Our country, petroleum, energy, methyl alcohol fuel,automobile, while, expends, development, methyl alcohol.前言 - 汽车时_AutoAge.Com.Cn中文汽车专业技术资讯网站第一门户1 gp 23 随着全球人口的增加和人民生活水平的不断提高,对能源的需求日趋强劲。并且随着工业的发展,
5、能源结构也在不断发生着变化,从工业大革命初期到工业快速发展的20世纪,尤其随着20世纪中期石油化工的迅速发展,更是加快了能源工业发展的步伐。但是传统的石油、天然气资源日渐匮乏,特别是世界剩余可采储量的石油仅可使用40年左右,所以寻求替代能源将成为未来世界经济发展的关键。 汽车论坛,汽车技456 术,汽车专业,汽车大学,汽车电子,汽车?TGn*G#_B)mN%qh 近年来,随着我国对能源投入力度的强化,能源供求矛盾得到有效缓解,但是能源结构性矛盾却日益突出,特别是我国石油供不应求的问题更为突出。尽管在“九五”期间的石油消费增长速度有所减缓,但是石油消费的平均增加量和石油消费弹性系数均比“八五”期
6、间有所增加。然而“九五”期间在石油生产方面,尽管原油产量的年均增长率、年均增长量和生产弹性系数,均比“八五”期间略有增长,但是生产量与消费量之差更大。在整个20世纪90年代中,我国石油消费年均增长速度比石油生产年均增长速度高出4.63个百分点,在今后十多年内,这种差额状态还将继续下去。汽车专业技术论坛&h0t6m: v%0.1 甲醇燃料简介 dxS7d3|5RZA6vr* 甲醇是一种易燃易挥发的无色透明液体,具有与现实使用的液体燃料极为相近的燃烧性能,辛烷值高,抗爆性能好,其生产原料非常广泛,产品的运输、储存、分装加注和使用,与目前市场上所供应的内燃机用汽油和柴油燃料特点极为相似。同时,甲醇还
7、可作为燃料电池的重要原料。在目前的开发应用中,甲醇燃料分为直接使用和间接使用两大类。直接使用又分为全额甲醇和部分掺混两种形式;间接使用可通过化学转化方法和电化学转化方法达到能量转化的目的。化学转化主要是将甲醇转化为甲基叔丁基醚和二甲醚等。电化学转化过程又可分为两种方式,一种是直接燃料电池,另一种是间接燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳,氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲醇进行炼解或重整得到氢,然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。图为世界最小的甲醇燃料电池(见图一)。世界最小的甲醇燃料电池(图一)0.2甲醇燃料在外国的
8、应用汽车论坛,汽车技术,汽车业,汽车大学,汽车电子,汽车 OEQG(By 作为甲醇燃料的主要形式,甲醇汽油开发及应用在国外开始于二十世纪70年代的第二次石油危机,从替代能源的角度考虑,德国、美国、日本等国先后投入了人力、物力进行甲醇燃料及甲醇汽车配套技术的研究开发。在70-80年代期间,德国就推出了甲醇汽车,德国大众汽车公司还在中国推出M100甲醇汽车示范车。美国重点开发M85、M100专用甲醇燃料汽车。美国福特公司还开发了可使用甲醇与汽油以任意比例混合的燃料的灵活燃料汽车(FFV),这种车由燃料传感器识别成分,通过电脑提供发动机最佳运行参数,这样就不会受到加油站限制。目前FFV汽车在美国已经
9、能大规模商业生产。日本对甲醇燃料的研究始于二十世纪80年代后期,进入90年代初期已有300多辆甲醇燃料汽车投入运行,他们将高比例的甲醇燃料用于轻型货车(由柴油机改造)。 sV?B.mtT汽车论坛,汽车技术,汽车专业,汽车大学,汽车电子,汽车5QR6f5j.TN0.3甲醇燃料国内应用进展 我国对甲醇燃料的研究起步于二十世纪70年代初期,“六五”期间,国家科委与交通部、山西省共同组织,在山西省进行了M15-M25甲醇燃料的研究实验,共有480辆货车参与了试验及示范工作。在此期间建设了5个甲醇燃料加注站,并加入适量杂醇等助剂,在解决甲醇燃料的使用与汽油的相溶性方面积累了许多经验。“七五”期间,由国家
10、科委组织,中国科学院牵头并由大专院校、汽车、环境、卫生等6部门参加组成了攻关组,重点对492发动机进行了扭距、热效率和尾气排放等技术进行了较为系统的研究,并且有3辆车参与了路试,各项试验指标均取得了较满意的效果。进入“八五”,由国家科委组织有关大专院校、石油、化工、煤炭、汽车、环境、卫生等8个单位,与德国大众汽车公司合作,共同进行高比例甲醇发动机和汽车的试验研究,先后共有14辆桑塔纳轿车参与了路试,其中有8辆车在北京累计行驶约150万km,并建成甲醇燃料加注站1个,目前仍有3辆甲醇汽车在运行,单车行驶最长里程超过了22万km,运行车辆性能良好。在此期间,还对德国大众公司的灵活燃料发动机进行了全
11、面试验。对于低比例甲醇燃料的开发应用开展得也比较早,四川省从1980年起开始在汽油中加注低比例甲醇燃料,到目前有客车、卡车和小轿车近千辆在使用,实际运营情况良好,未发现重大技术问题。 经过多年的研究开发,我国在甲醇燃料的开发及应用方面已具有了一定基础,在汽油中掺入5、15、25和85的甲醇及用纯甲醇(100)作为汽车燃料的试验研究方面已进行大量实质性工作,特别是低比例掺烧甲醇,汽车无需做任何改动,可直接掺人汽油中使用。 0.4甲醇燃料的应用前景 kpLOuy h0He?7CXX 甲醇燃料除了具有良好的燃烧性能和环保效果外,更重要的是产品价格以及储运等费用方面也具有竞争优势,因此市场前景看好。9
12、?.b.p1dl!:j5k1y汽车专业技术论坛 随着我国甲醇燃料示范规划的成熟及推广工作的进行,未来甲醇燃料的消费量将显著增加。根据我国汽车工业发展趋势预测,到2008年我国的汽车保有量将突破3000万辆,对汽油的消费需求也将有较大增长,预计在今后5年内汽油消费递增保持在5左右,到 2008年我国汽油消费量将超过5000万t。如果全国40范围内推广M5甲醇汽油,其消费量将达到100万t左右。另外,M85100甲醇汽油发动机及汽车的开发工作也在推进,如果能在部分地区进行示范应用成功,5年后将推广达到2左右的应用范围,其年消费量也将超过100万t。近年来甲醇车用燃料己经引起了广泛的关注,预计到20
13、08年甲醇燃料对甲醇的总消费需求将超过200万t,使甲醇燃料在甲醇总体消费中的比例将超过30%。 车技第一章 几种汽车代用燃料的发展现状及趋势石油资源匮乏和世界环境问题是汽车工业面临的两大难题。2000 年我国进口石油7 000 万t ,预计2005年后将超过一亿吨。而在发达国家中,汽车排放约占大气污染的30 %60 %,已成为城市大气环境恶化的主要污染源之一。因此,各国政府都在积极地进行车用新能源的开发和应用研究。目前,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染。下面介绍几种汽车代用燃料的发展现状及其发展趋势。1.1液化石油气 液化石油气(L PG
14、) 是原油提炼过程中的副产品或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L PG 与90号汽油的性能比较 可以看出,L PG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L PG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L PG燃料汽车,第二类是L PG汽油双燃料汽车。我国研究较多的是L PG汽油两用燃料系统。目前,L PG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
15、料系统加以改装就可以实现。但是,L PG汽车的低污染排放不是无条件的,只有L PG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L PG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。 一汽大众在“2003 中国东北国际燃气汽车博览会”上,已经推出了国内首款采用燃气顺序喷射技术的捷达车,其可达到欧洲II 号标准。112
16、压缩天然气压缩天然气(CN G) 是天然气经20 MPa 的压力压缩形成的,是车用天然气燃料的主要储存方式。CN G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680750 ,远高于汽油的自燃温度(260370 ) ,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,NOx 下降约为40 %。由于CN G 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CN G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。 我国天然气资源丰富,分布在全国15 个省区的18 个大型气
17、田总蕴藏量在亿万立方米以上。因此我国已经开始了大规模天然气管网的建设,北方开发了陕京天然气管线,中部的“西气东输”工程将在2004 年建成送气。CN G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 MPa 压力下的CN G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(AN G) 作为未来替代CN G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(315 MPa 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。1.2
18、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(M5 M30) ,高比例掺烧可达85 %(M85) 。使用甲醇汽油可使尾气中的CO 和HC 的排放量明显降低(根据美国APIRP 研究报告, M85 汽车可使CO 下降13 % ,HC 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。M85 的高比例甲醇燃料作为汽车代用燃料被认为是最理想的,德国、美国、加拿大、瑞典、日本都掌握并推广了这种技术。由于甲醇与柴油的理化性质差别较大,与
19、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三种掺烧方法。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。1.3 乙醇燃料 车用乙醇汽油是
20、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315 %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
21、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。1.4 结论 (1) L PG 和CN G 适用于具有能源资源的局部地区。根据L PG和CN G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
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