毕业设计（论文）甲醇汽油的应用及特性分析.doc

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1、范文甲醇汽油的应用及特性分析摘 要：随着机动车数量不断增加，机动车排气对环境的污染越来越严重。另一方面从上个世纪七十年代起，出现世界性的能源紧缺，明显地预感到石油燃料供应危机，石油终将枯竭。内燃机替代燃料研究的主要目的在于:应付石油危机，提高燃料供应的安全性，为石油资源枯竭后燃料品种的平稳过渡做准备，提高现有能源的应用效率，开拓能源应用新领域，减少污染，保护生态环境等，人们在研究中发现，醇类是除石油、天然气以外，内燃机最可代用的燃料。论文对甲醇汽油的理化性能,动力性能,环境影响等方面作了详细的论述,得出了甲醇汽油作为替代燃料的优势和技术方面存在的不足,其中技术方面问题主要有:甲醇汽油的相溶性,

2、气阻与挥发损失,启动问题,腐蚀性,甲醇对橡胶部件的溶胀性等,并进一步对这些问题提出了改进和完善的措施,使甲醇汽油能更好地服务人类,此论述对甲醇汽油的开发和应用具有重大现实意义。 关键词：甲醇汽油 性能分析 技术改进 人体和环境影响目 录1 前言11.1 能源结构11.2 甲醇作为燃料的发展过程11.3 甲醇汽油的国内外研究现状及发展前景21.3.1 国外研究现状及发展前景31.3.2 国内研究现状及发展前景42 甲醇汽油的生产与使用技术72.1 生产工艺82.1.1 合成气的制造82.1.2 甲醇的合成方法82.1.3 天然气法合成甲醇生产工艺举例82.2 甲醇与汽油的掺烧方法112.2.1

3、化学混合法112.2.2 量孔掺配法112.2.3 雾化混合法122.3 发动机燃用甲醇的方式122.3.1 掺烧132.3.2 纯烧133 甲醇、汽油及甲醇汽油之间性能比较143.1甲醇及汽油的燃料性质比较143.2 汽油与甲醇汽油的比较174 甲醇汽油主要技术问题的改进204.1 甲醇汽油的稳定性204.2 改进甲醇汽油的动力性204.3 改善甲醇汽油的腐蚀性214.4 抑制甲醇汽油的溶胀性214.5 改进甲醇汽油的气阻性214.6 改善甲醇汽油的冷启动性215 甲醇汽油汽车对人体和环境影响225.1 甲醇毒性和安全性225.2 甲醇汽车常规排放物225.3 甲醇汽车非常规排放物235.4

4、 CO2排放246 结 论25参考文献26致 谢271 前言1.1 能源结构提起甲醇燃料,必然会提到世界将来的能源发展结构。据美国能源部和世界能源理事会的一项预测表明,全球的石油生产将于2010-2050年间达到顶峰。他预测全球化石类燃料资源的可开采期分别为:石油39年,天然气60年,煤211年。随着石油能源的大量开采和石油资源的日益短缺,世界的化石能源必将会向以煤和天然气为主的能源结构发展。我国是一个富煤少油的国家。1998年国家统计明,国内煤炭的保有储量为1007.07Gt,可开采储量为765.0Gt；石油预测资源量为94.0Gt，可开采储量为5.26Gt；天然气的预测资源量为40万亿立方

5、米,可开采储量为2万亿立方米。在世界已探明的储量中,中国的石油占2.7%,天然气0.9%，而煤炭却占15%左右。因此煤炭资源是我国主要的化石能源。正由于这种特殊的化石能源结构,形成了我国特有的以煤炭为主的能源消费结构。前几年,在我国的能源消费中,煤炭持续占到总能源消费的75%。近年来随着石油进口的大量增加,煤炭消费仍保持在67%的绝对地位。据国家有关部门的统计预测,2010年,中国能源消费结构中煤炭、石油、天然气、水电、核电将分别占到62.6%、29.6%、7.1%、2.6%、0.8%。可见我国以煤为主的能源消费结构在近、中期内不会改变。交通运输业是石油消费的最大行业,并且是国民经济发展的命脉

6、。目前内燃发动机所使用的燃料基本是石油产品,如汽油、柴油和煤油等。但随着世界石油资源的日益减少,以石油为基础的交通运输业的不稳定性正在逐年增加,社会经济的不安全性也正在增加。为此,各国政府不断鼓励和支持寻找内燃发动机的替代燃料,以解决过分依赖石油的状况。1.2 甲醇作为燃料的发展过程1甲醇是最简单的可以大规模工业合成的液体有机化合物。因其特性和汽油相似,可以方便地储存、运输和添加等,备受人们的关注。在内燃机动车的洁净替代燃料中,甲醇具有无可比拟的优点。天然气是甲醇燃料的最大竞争对手,但天然气难以液化,储存、运输和添加带来的严重安全隐患使人们望而生畏。乙醇除由石油路线合成外,可以采用粮食发酵方法

7、生产,但乙醇合成成本远大于甲醇,不利于大规模作为内燃机燃料使用,只可以部分替代。醇类燃料的使用可以追溯到第一次世界大战。当时由于汽油的短缺和战争的需要,欧洲军队使用乙醇掺合汽油作为燃料。后来由于乙醇带来的不稳定性和甲醇合成工业的迅猛发展,甲醇合成成本大幅下降,使甲醇取代乙醇作为汽油的替代品。后来由于石油工业的迅猛发展而使甲醇燃料的进一步应用受到限制。20世纪70年代,由于两次严重的石油危机,汽油价格直线上升,促使人们寻求不依赖于石油的替代品。当时甲醇生产能力过剩,可由煤和天然气等原料生产,成为替代汽油作为内燃机燃料的首选。80年代以来,虽然国际石油价格下降,趋于稳定,但由于对石油危机的担心和汽

8、车尾气对大气环境的污染,不依赖于石油的环保型汽车受到重视,而甲醇燃料正符合这一需求,从而得到了快速发展。90年代后期,曾一时高昂的石油价格,使世界各国政府再次认识到石油燃料的危机性,从而又一次促进了甲醇燃料车的发展。甲醇由碳、氢、氧三种化学元素组成,含氧量达50%,且有燃烧速度快、放热快、热效率高的特点,加入到汽油中,可提高汽油的辛烷值,减少大气污染物的排放。早在20世纪70年代,西欧国家就有加入4%的甲醇掺合汽油出售。汽油中掺烧35%的甲醇,发动机无需作任何改动,运转正常,也未发现难启动的问题,效果良好。汽油中掺入1525%甲醇时,需加入助溶剂,汽车发动机应作相应调整。甲醇含量达85%的掺合

9、汽油或纯甲醇内燃机机动车也在研究和开发中。我国从20世纪80年代开始甲醇燃料的试用和研究工作。“六五”期间,经国家科委组织,交通部负责将M15甲醇掺烧汽油研究列入国家重点科技攻关项目。在山西省组建480辆汽车、四个加油站的营运规模。“七五”期间,国家科委、中科院负责将492发动机改烧高浓度甲醇燃料(甲醇含量在85%以上)技术列入攻关项目。“八五”期间进行了中、德甲醇燃料的科技合作项目,共有8辆桑塔纳轿车在北京行使,并建有一个加油站。同期,继续将低比例甲醇燃料(3%、5%)应用列入攻关计划,分别在四川、重庆等地数百辆汽车投入营运试验。除国家重点支持的有关科研开发项目外,各部门和科研院所也进行了大

10、量的应用开发研究。四川西南化工研究院对掺烧15%甲醇汽油的汽车运行研究表明,只要对汽车结构作微小的改动,甲醇燃料在汽车的动力性能和尾气排放污染物上与纯汽油相近。四川鄂西化工厂用解放牌汽车和东风牌汽车各一辆,进行了5%甲醇汽油和70号汽油的道路行车对比实验。结果表明,在公路、山路和坡路上行使,以甲醇汽油为燃料的汽车行车速度快,而且无论空车还是负载车,甲醇汽油比纯汽油用量省,节约了燃料,同时也减少了尾气污染物的排放,有利于保护环境。在山西省政府和国家经贸委的支持下,由山西晋南机械厂和山西大同汽车厂制造的50部甲醇中巴车已投入商业示范运营,采用的是85%甲醇汽油混合燃料。经过19981999年间的运

11、营,在经济性和汽车尾气排放方面均显示出甲醇汽车的优越性。1.3 甲醇汽油的国内外研究现状及发展前景20世纪60年代，为了净化内燃机的排气，一些国家对低污染的醇燃料发生兴趣，开始进行研究。70年代初，出于政治原因的“石油危机”，使许多国家为了能源安全和外汇平衡，积极寻找石油的代用能源。在这种力量推动下，由于醇类燃料是液体燃料，其储运、分配、携带、使用都和传统的汽油、柴油相差无几，而且其原料资源丰富，因而受到国际重视。1976年许多国家派代表在瑞典召开了第一次国际醇类燃料会议(ISAF)，推动醇类燃料(主要是甲醇和乙醇)发展。随着对大气质量要求的提高，人们发现醇类燃料不仅可替代石油，而且其汽车尾气

12、排放比汽油和柴油的都低，对环境更有利。因此到了80年代，虽然石油价格回落，但发展醇类燃料的推动力己转为改善大气环境质量。美、日、加、德、瑞典、法、巴西、新西兰等国家政府和一些汽车公司，都大力推动醇类燃料汽车的研究、试验和示范推广。1.3.1 国外研究现状及发展前景 美国是推广甲醇燃料最有力的国家，政府确立以能源部(DOE)为中心，环保署(EPA )、运输部(MOT)等机构密切配合，并与国际能源机构广泛合作，对甲醇燃料的推广应用发挥积极的指导作用。加州能源委员会(CEC)从1978年开始燃用M85甲醇燃料的试验。1983年组织了500多辆汽车进行了车队试验。MOT将多种M100甲醇发动机装在公交

13、汽车上进行了营运试验，其中有火花塞助燃式甲醇发动机，如通用公司的二冲程压燃式甲醇发动机等。此外，DOE计划将甲醇汽车作为联邦政府用车，并有10多辆作为政府用车的甲醇汽车在加利福尼亚和伊利诺斯两州的寒冷地区投入使用。截至1995年，已有12700辆甲醇汽车在加州投入营运，其中400多辆公交车上装置了DDC公司生产的6V92压燃式甲醇发动机2。1973年，日本通产省责成日本汽车研究所(JARI)和新能源综合开发机构(NEDO)进行甲醇燃料的基础研究。在通产省的资助下，JARI于1980年开始甲醇燃料的实用性研究;1983年又着手研究重型车用甲醇发动机。截至1994年3月，JARI对不同型号的32辆

14、甲醇汽车进行了道路试验，车辆行驶里程最短为4,300km，最长为7,100km 。1984年5月，日本汽车运输技术协会(JATA ), JARI和NEDO作为制定团体参加国际能源机构组织签订的“关于汽车甲醇燃料及混合甲醇研究开发计划的实施协定”。1984年6月，运输省成立了“汽车用甲醇燃料特别委员会”，以降低汽车排放和燃料多样化为目标，将甲醇燃料引入重型载重车和公交汽车使用领域，公布了甲醇车辆的试验计划，加快了甲醇燃料的可行性研究。1985年3月，在运输省的倡议下，54家私营公司合资组建了“日本甲醇汽车有限公司”，从事M100甲醇汽车研究开发、M100加油站的建设和相关车辆的改装。到1993年

15、3月，该公司共向汽车运输公司推销了M100甲醇汽车572辆;此后，该公司重组并改名为“低公害车辆普及机构(LEVO)”。 丰田公司从1980年起就开始了甲醇汽车的开发，进行了燃用任意浓度甲醇的可行性研究。五十铃公司从1986年开始对ELF型M100甲醇汽车进行车队试验，历时6年，1992年年底ELF通过鉴定，正式注册营运，当时投放市场188辆甲醇汽车。三菱公司开发M85甲醇客车动力装置及FFV，并成功地研制了4D32甲醇发动机。加拿大政府为了减少对石油进口的依赖，发挥甲醇生产大国的优势，同时满足不断严格的排放法规，积极推广甲醇燃料的应用。加拿大能源委员会(NEB)认为，发展甲醇燃料有利于环境保

16、护，具有战略意义，必须普及甲醇燃料，政府主导企业和私营汽车企业都要开展甲醇发动机的研究。19851989年期间，加拿大政府共投资800万美元用于大型甲醇发动机的研制开发，承担了开发经费的50;政府还计划资助甲醇轿车的开发;通过与美国福特公司的技术合作，开发甲醇与汽油混合比例可变的FFV。 此外，加拿大还与美国、瑞典和前联邦德国一道在IEA或AFT等国际会议的组织中发挥领导作用。前联邦德国早在1974年就开始了甲醇燃料在汽车发动机上的应用研究，政府在政策和资金等方面给予了重点扶持。初期进行车队试验的甲醇汽车有56辆，行驶距离多半超过了100000km，有的达到了260000km;试验中车辆排放性

17、能良好，验证了甲醇汽车投入使用的可行性。从1984年起，对200辆燃用M85甲醇燃料的轿车进行了车队试验，之后又对燃用M100甲醇燃料的汽车进行了试验。大众公司甲醇车队试验的行驶里程达到了数10万千米，其动力分别装用了曼公司、奔驰公司和道依次公司研制的甲醇发动机。1986年，大众公司向洛山矶奥运会捐赠了400辆甲醇灵活燃料轿车2。瑞典是一个能源缺乏的国家，多年来一直致力于代用燃料的研究开发工作，并把甲醇放在至关重要的位置。在政府资助下，以瑞典燃料公司为中心，对1000辆燃用M15甲醇燃料的汽车进行车队试验，同时对来自沃尔沃、萨伯、福特、丰田、三菱和马自达等厂家的燃用M85M100甲醇燃料车进行

18、了车队试验2。沃尔沃公司开发了二次喷射甲醇发动机，装置甲醇发动机的公交车和载重车也进行了车队试验。英国和法国是以1986年的巴黎AFT国际会议为契机，开展甲醇燃料发动机的研究的，起步较晚。意大利、丹麦、芬兰、西班牙和南斯拉夫等国也是在1986年的AFT会议后对甲醇燃料做出反应的。南美的巴西已将甲烷燃料汽车商品化，之后对甲醇汽车进行了车队试验;乌拉圭也对甲醇燃料产生了极大的兴趣。亚洲的印度研究甲醇燃料较早，以印度技术学院和印度石油学院为主，马德拉斯大学和ANA大学等积极参与，开展了广泛的研究，在1982年奥克兰AFT国际会议上发表多篇关于甲醇燃料的研究论文，在1986年巴黎AFT国际会议上发表了

19、关于四冲程甲醇发动机的论文，还发表了二冲程甲醇发动机方面的论文。大洋洲的新西兰是1982年AFT国际会议的举办国，已进行了纯甲醇汽车的车队试验。澳大利亚已有甲醇汽车正式投入市场营运。1.3.2 国内研究现状及发展前景2,3我国在甲醇燃料方面的研究开发工作起步较早，上世纪70年代初期有少数大专院校、科研部门和个别汽车制造企业开始了甲醇燃料汽车的研究工作，并取得了一定进展。在“六五”期间，国家科委与交通部和山西省共同组织，在山西省进行M1525甲醇燃料的研究试验，共有480辆货车参与了试验及示范工作。在此期间还建设了4个甲醇燃料加注站，并且通过加入适量杂醇等助剂，在解决甲醇燃料在使用过程中与汽油的

20、相溶性方面积累了许多经验。在“七五”期间，由国家科委组织，中国科学院牵头并由大专院校、汽车、环境、卫生等6方面参加组成的攻关组，重点针对492发动机进行了扭矩、热效率和尾气排放等方面的系统研究，并且有3辆汽车参与了路试，各项试验指标均取得了较满意的效果。 1989年1月至1990年7月，中国科学院生态环境研究中心对甲醇发动机和装用甲醇发动机的桑塔纳轿车进行了燃用M15和M100甲醇燃料的台架试验和模拟道路试验。 1995年，国家科学技术委员会组织山西省、中国科学院、清华大学、化工部与美国福特汽车公司、麻省理工学院联合开展“中国山西省及其他富煤地区把煤转化成汽车燃料的经济、环境和能源利用的生命周

21、期评估”科学研究，取得了重要成果。1996年，山西大同云冈汽车集团有限公司和中科院工程物理研究所与福特汽车公司合作研制成功甲醇灵活燃料汽车，该车装用福特3.0LV6FFV发动机，可使用无铅汽油或甲醇含量低于85%的甲醇汽油混合燃料，能适应不同的行驶环境。2000年，云冈汽车集团将自行研制的全甲醇发动机装在中巴车上，又将30辆出租车改造成甲醇汽车。1997年，国家经贸委批准在山西省实施国家甲醇燃料汽车示范工程，山西省先后投入50辆甲醇中巴车进行示范运营，累计行程达200万千米;山西省晋中市起动了甲醇汽车产业化工程，用23年的时间在全市推广使用300辆甲醇中型客车和150辆甲醇城市出租车，建设标准

22、甲醇加注站2个,改造部分加油站，初步形成“煤制甲醇-甲醇发动机-输配系统-技术服务”的区域性产业化示范基地。2002年3月，山西省提出争取用510年的时间把山西省建设成国家燃料生产基地和清洁汽车产业化示范地区，并公布了“山西省燃料生产基地和清洁汽车产业化示范暂行管理条例”，同时确定改造2000辆M100甲醇中型客车和700辆M85甲醇出租车的2000年在用车改造目标。 到目前为止，山西省共有正规的、较大规模的燃料调配企业6家，并且还有一些企业即将加入。在山西省及周边省市累计销售甲醇汽油60000余吨，变性甲醇12000余吨，添加剂1200余吨。大同云冈汽车制造公司为国内一些省市改装燃用甲醇的车

23、辆己超过1000辆。 陕西省委、省政府高度重视甲醇汽油燃料与甲醇汽油燃料汽车产业化的发展。2004年7月，陕西省质量技术监督局颁布实施了DB61/T352-2004车用M15甲醇汽油、DB61/T353-2004车用M25甲醇汽油、DB61/T351-2004车用燃料甲醇等地方标准;2005年7月，陕西省政府第十七次常务会议将甲醇汽油产业的发展正式提到了议事日程，并成立了“陕西省甲醇汽、柴油试点工作办公室”，全面协调陕西省甲醇汽油燃料的推广应用。目前，延安市、宝鸡市的甲醇汽油燃料汽车已经运行，西安市的甲醇汽油燃料公交车辆也将开通。 河南省、四川省、甘肃省、宁夏回族自治区等地区的甲醇汽油燃料都有

24、不同程度的研究、应用和推广。在不远的几年，全国可能全部供应甲醇汽油。 理论技术的不断创新和实践范围的不断扩大，足以说明甲醇汽油技术已经成熟，适合大面积推广。2 甲醇汽油的生产与使用技术甲醇又名木醇,木精。甲醇纯品无色透明,是易燃、易挥发性的液体,沸点65,蒸汽压1218kPa(20), 2113kPa(30),能与水、乙醇、乙醚、苯、酮类等有机溶剂混溶。甲醇闪点11(易燃),有毒,蒸汽与空气形成爆炸性混合物,遇明火有燃烧爆炸危险,具有腐蚀性4。合成甲醇可采用石脑油、减压渣油、煤和天然气为原料，在天然气丰富的地区，前几种原料的生产成本均无法与天然气竞争。现提供国外有关资料介绍的几种原料合成甲醇的

25、经济指标情况（见表2.1）。表2.1 各种原料合成甲醇的经济指标比较比较（60万t/a）指标天然气石脑油/减压渣油煤合成工艺催化蒸汽转化高温转化气化原料转化率/%61.359.638.0装置占地/%100200300操作人员/%100140200投资总额/百万美元61.0178.0169.0精甲醇成本/%100140150从表中可见，天然气合成甲醇的各项经济指标要优于其他原料，适于加压转化，是合成甲醇最理想的原料。20世纪80年代以来，国外甲醇装置向大型化方向发展。甲醇的经济规模对投资与产品成本影响较大，一般来讲装置规模越大，产品成本越低（见表2.2）。表2.2 甲醇装置规模与投资和产品成本的

26、关系项目装置生产规模/万t/a102030405060100单位产品投资/%100766963595249产品成本/%100676057545150近10多年来，世界合成甲醇技术有了很大的发展，其趋势为原料路线多样化、生产规模大型化、合成催化剂高效化、气体净化精细化、过程控制自动化以及联合生产普遍化。从而使合成技术更加优化5。甲醇的总生产成本美国为145146美元/t，中东为6971美元/t，美国的甲醇生产成本高出中东一倍;中东地区甲醇产品10%的单位投资回报所占单位生产成本的比例也比美国高得多。因此，中东地区生产的甲醇具有很强的竞争力。建议用天然气制甲醇的工艺路线采用ICI或Lurgi生产技

27、术。专家认为，天然气价格在0.450.80元/m3，我国天然气制甲醇项目才有经济效益5。2.1 生产工艺5甲醇的生产工艺过程分为合成气(氢和一氧化碳)的制造、甲醇的合成和精制3部分。2.1.1合成气的制造根据原料的不同，有以下几种方法:(1)天然气蒸汽转化法 以天然气为原料制合成气生产甲醇，这是国内外发展的趋势。此法优点是:投资少，成本低，运输方便，操作简单。因此，充分利用天然气合成甲醇，是国内外主要的发展方向。(2)煤气化法 由煤制合成气。(3)重油部分氧化法 油品(石脑油、重油、渣油等)部分氧化制合成气的工艺，主要有德士古和壳牌两个著名的方法。德士古系采用高压气化技术;壳牌系采用中压气化技

28、术。2.1.2 甲醇的合成方法 目前世界上合成甲醇的工业生产方法有美国卜内门(ICI)公司的低压和中压法，德国鲁奇(Lur-gi)公司的低压和中压法，日本三菱瓦斯化学公司MGC低压法，丹麦托普索公司节能型低压法以及德国巴斯夫(BASF)公司的高压法等。我国小规模装置主要采用高压法，引进装置则采用低压法。其中川维引进ICI法，齐鲁引进鲁奇法。与高压法比较低压法的优点是:能量消耗少，操作费用低，产品纯度高，设备费用低，故新建厂大多采用低压法。国内低压法已经投入生产，并对催化剂进行了研究，已取得了好的进展。德国巴斯夫公司的高压法 这是最先实现工业化的甲醇生产工艺，由于操作条件苛刻，能耗大，成本高，所

29、以已逐步被中、低压法工艺所取代。ICI低压法 这是目前工业上广泛采用的合成甲醇的方法。其工艺过程为脱硫、转化、压缩、合成、精馏。特点:在采用不同原料时开车简单，操作可靠，并且不同生产能力的工厂均能使用离心式压缩机，产品纯度高，能充分利用反应热。鲁奇渣油联醇法 我国山东齐鲁石化公司引进此方法。特点:热利用率高，在能量利用方面经济效果大。目前低压法合成甲醇工艺中，鲁奇法和ICI法在技术上比较成熟。中压法 (ICI)公司、丹麦托普索公司、日本三菱瓦斯化学公司都有成功的方法，中压法与低压法相比，工艺过程相同，但在投资和综合指标上都要略高一点。2.1.3 天然气法合成甲醇生产工艺举例工艺流程说明转化工艺

30、工艺流程见图2.1。图2.1 工艺流程简图由管网来的天然气压力为1.15MPa，温度为常温，其硫含量为0.lppm。经原料气压缩机升压至2.5MPa，进入蒸汽转化炉预热到250，然后天然气与汽提塔顶出口汽提蒸汽相混合，混合后的水碳比由汽提塔的蒸汽加入量调节，使混合原料气的水碳比为3左右。然后再经对流段的原料蒸汽混合气加热盘管加热至510，进入一段转化炉管内，发生转化反应。在此，天然气与蒸汽反应生成H2、CO、CO2，反应后出炉管的气体温度为800左右，出口CH4约为3.0%。工艺气首先经过废热锅炉，产生3.9MPa的蒸汽。然后经过锅炉给水加热器，将脱盐水加热至225，这时，转化气去预精馏塔塔底

31、再沸器，回收工艺气中的大部分低位能气，工艺气出预精馏塔塔底再沸器后经水冷分水后，即得到新鲜合成气。合成工段合成气经合成气压缩机压缩，与循环气混合升压至5.5MPa后，首先经过合成塔进出气换热器加热，进入合成塔，合成气进塔温度为225左右，在此，合成气进行甲醇合成反应，放出的热量用于产生蒸汽。反应后的气体出塔温度为255，甲醇出口浓度为55%左右。出合成塔的高温气体热量用于加热入塔合成气，然后经水冷却至40左右，冷凝分离出粗甲醇。不凝的气体经驰放少量惰性气体后，大部分循环回合成气压缩机循环段，与新鲜气混合再进合成塔。弛放气大部分返回至一段炉作燃料使用。ICI反应器属等温型列管反应器，反应热靠管外

32、沸腾的水很快移走，产生3.9MPa的饱和蒸汽。该蒸汽降压后和转化工段产生的3.9MPa的饱和蒸汽一起过热到360，作为合成压缩机驱动透平的动力，以及汽提塔的汽提蒸汽。 精馏工段预塔操作压力O.103MPa，粗甲醇送入预塔前须加热到沸点70，然后在塔内分离成塔顶气和塔底液，塔顶气主要是含甲醇的轻馏分，塔底再沸器用合成气加热保持塔底液在沸腾状态。由于预塔顶引出的轻馏分量甚少，可考虑将其直接送一段转化炉作燃料。预塔后甲醇的蒸馏采用节能型蒸馏流程，即用两个串联的蒸馏塔实现甲醇的精馏，一塔在O.61MPa运行，塔项可获得120的甲醇馏出物，且作为二塔再沸器热源。塔顶气冷凝后即成为高质量的甲醇产品，其产量

33、约占总产量的55%。塔底液在142左右通过上述料釜液换热器降温到约91入二塔，二塔操作压力为0.103MPa。常压精馏塔塔底污水含甲醇0.1%。本流程将上述废水大部分作萃取水循环用于预塔，余量则送往转化工段中的汽提塔经汽提处理后，作除盐水回收，从而实现了甲醇蒸馏过程中废水的零排放.蒸汽平衡整个甲醇装置共有二处可副产蒸汽，一是一段转化后工艺气，温度为800的转化废热锅炉;二是甲醇合成塔废锅。两废锅副产蒸汽，它们的压力为3.9MPa，这些蒸汽再在一段炉对流段中的蒸汽过热器过热至360左右，然后供中压蒸汽用户合成压缩机驱动透平以及汽提塔。合成压缩机驱动透平为抽汽凝汽式，抽出的0.6MPa低压蒸汽供精

34、馏、脱氧槽等低压蒸汽用户用，中低压蒸汽管网与老厂联网，便于互相调剂，稳定生产，节省投资。整个装置的冷凝液全部回收，送往除盐水站净化处理。消耗指标每吨甲醇耗970.76m3时天然气，其中生产每吨甲醇燃烧270m3天然气，转化天然气700.76m3，尾气量1200万1300万方/t甲醇。表2.3 10万t/a(14.2t/h) 甲醇装置消耗指标（设计值）项目天然气/m3t-1电kwht-1循环水/m3t-1脱盐水/m3t-1氮气/m3t-1仪表空气/m3t-1工厂空气/m3t-1消耗定额970.7676.86245.14.8328.1714.0822.54小时耗量13784.861091.4534

35、8068.59400200320全年耗量0.97亿方768.6万度2451万t48.3 万t281.7万方140.8万方225.4万方三废情况废气甲醇装置废气排放点为一段转化炉烟气囱排出烟道气，其主要成分为CO2，02，N2，对大气无毒害物质，环境无控制指标。废水主要排出废水为甲醇精馏塔塔底废水和转化酸性冷凝液，废水可送至除盐水再处理后用作锅炉给水，产生的废气进入转化炉回收利用，做到无污水排放。废液主要是旧触媒更换排出，旧触媒多为贵金属成分，需要送回催化剂厂回收处理。2.2 甲醇与汽油的掺烧方法甲醇与汽油掺烧作为汽油机的燃料时，常用的有三种方法:即化学混合法、量孔掺配法及雾化混合法6。2.2.

36、1 化学混合法化学混合法在国内外普遍使用。其方法是按一定比例的甲醇掺入汽油中，因甲醇与汽油混合时有两相分离的问题，一般都需在混合燃料中加入助溶剂使其混合均匀，才能使用。化学混合法的供燃料体系如图2.2所示。此法在汽车上使用简单易行，发动机不做大的改动即可使用。推广时需建立一套完全的供燃料体系，但汽油和甲醇是不易混合均匀的物质，所以分层现象乃是此法的中心问题，在使用中必须解决。本文配制甲醇汽油混合燃料时就是采用这种方法。汽车图2.2 化学混合法供燃料体系示意图2.2.2 量孔掺配法量孔掺配法的原理是使用了一支三通管路，在管道中安装了选好的量孔，一只是测量汽油的流量，另一只是测量甲醇的流量。经过量

37、孔的汽油和甲醇在三通管路中掺配后送入化油器。其完整的供燃料体系如图2.3所示。此法的优点是可以不用助溶剂或少用助溶剂，提高了燃料的经济性，并减少了加油站供燃料的装置。但由于甲醇与汽油的比重不同，粘度不同，在燃料系统中，供甲醇及供汽油的压力也不同，所以，经过量孔掺配好的混合燃料其比例不易稳定，掺配后的燃料在管路中仍然存在分层的问题，这都致使发动机的工作不稳定。图2.3 量孔掺配法供燃料体系示意图2.2.3 雾化混合法雾化混合法指汽油与甲醇分别由两套供燃料系统送至化油器喉口处，随喉口真空度变化按比例同时喷出汽油与甲醇。汽油和甲醇在雾化、汽化过程中进行混合。图2.4为此方法供燃料体系示意图，此法也称

38、“双燃料供给系统”。此法需改装化油器，在化油器喉口处的汽油喷出量与甲醇喷出量，按使用要求合理的匹配，是此法麻烦的所在。如果匹配的合理，发动机的经济性、动力性均能达到好的效果。此法对甲醇的含水量没有严格要求，可直接使用粗制甲醇。图2.4 雾化混合法供燃料体系示意图2.3 发动机燃用甲醇的方式7甲醇在汽车上的使用方式有掺烧和纯烧两种，其中掺烧是甲醇在汽车上的主要应用方式。2.3.1 掺烧掺烧是甲醇在汽车上的主要应用方式，将甲醇一定比例与汽油相混，根据需要加入添加剂，形成不同的甲醇汽油，其掺入比例的不同可分为低、比例掺烧、中比例掺烧和高比例掺烧。低比例掺烧指甲醇掺烧比例小于10%的甲醇汽油，如M5,

39、 M10中比例掺烧指甲醇掺烧比例小于30%的甲醇汽油，如M15, M25 高比例掺烧指甲醇掺烧比例大于30%的甲醇汽油，如M85, M90 2.3.2 纯烧当采用纯烧甲醇时，应对发动机进行必要的改造。应使用专用的高压缩比点燃式发动机，其压缩比可提高到12，以充分发挥甲醇的辛烷值高的优势。压缩比提高后，宜采用冷型火花塞。加大输油泵的供油能力，以避免气阻。用附加供油系统及加强预热等措施，改善冷启动。加大燃料箱，以保证必要的续驶里程。改善有关的零件的抗腐蚀性和抗溶胀性等。优化设计后，纯烧甲醇方式的动力性、燃油经济性和排放性能应不低于汽油机。3 甲醇、汽油及甲醇汽油之间性能比较3.1 甲醇及汽油的燃料

40、性质比较甲醇和汽油作为燃料的物理化学性质比较,如表3.1所示8-13表3.1 甲醇和汽油的燃料特性比较表性质甲醇汽油分子式CH3OHC4C14碳氢化合物相对分子质量32.04约100分子组成O49.9碳氢化合物C37.5碳氢化合物H12.5碳氢化合物密度/(kg/L)(20)0.7930.6930.790冰点/-96-60沸点/64.732210热值/(kg/L)2008344350水中溶解度互溶100200混合燃料气的热值（空气过剩率为1）/(kJ/m3)(STP)34433397闪点/126.1燃烧上限体积百分数/（%）36.57.6温度/43-30-12燃烧下限体积百分数/（%）6.01

41、.4温度/7-43自燃温度/500456汽化潜热/(kJ/kg)1167293841蒸汽压（雷德法，37.8）/MPa0.0370.050.09发火温度/470240性质甲醇汽油理论混合气进温度/122.421.6理论混合气热值/(kJ/kg)26502780层流燃烧速度/(m/s)5238理论空燃比/( kg空气/kg燃料)6.4514.615.1辛烷值研究法/(R)1128496马达法/(M )927084(R+M)/21027090以表中数据为依据,不难得出以下认识:热效应甲醇完全燃烧所需的空气量比汽油少得多,而甲醇和空气的理论混合热值与汽油相当,因此以甲醇为燃料相对减少了尾气的排放量,

42、热值损失也相应地减少使甲醇发动机的总热效率得到相应提高。抗爆性甲醇的抗爆性能好,辛烷值高:马达法辛烷值(MON)为92,研究法辛烷值(RON)为112【8】,因而以甲醇作内燃机燃料抗爆性能很好,无须提高辛烷值便可达到较好性能。而汽油辛烷值较低,需加入添加剂,因而增加了经济成本并污染环境。排放物及安全比较汽油排放气中造成污染的有害气体有CO、NOX、总烃(HC)。甲醇由于是碳氧化合物,氧含量较高,使用甲醇燃料减少了汽车尾气中的CO和碳氢化合物HC的排放，但未燃烧完全的甲醇及氧化生成的醛类排放量比汽油有明显的增加【8】。德国大众汽车公司的甲醇汽车排放实验表明,其排放量与汽油相比,CO减少了62.5

43、%,HC减少了33.3%,Nq降低了25%,而总醛排放量增加了36倍【11】。甲醇是一种毒性有机化合物,可经呼吸道、消化道和皮肤接触方式进入人体,破坏人的神经和视觉系统【10】。如果把危害程度分为10个等级,1为没有危害,23为低水平危害,46为中水平危害,78为高水平危害,910为极端危害,则可将甲醇和汽油的危害性比较分析列为表3.212。表3.2 甲醇和汽油的危害比较指标甲醇汽油着火性可能性特定露天空间49密闭空间8（2-4）2着火后的危害性火灾损害程度310可灭火性710火焰可见度81毒性吸入低浓度时毒性310可能性1010吸入高浓度时毒性1010可能性34皮肤接触时毒性98可能性33口

44、服时毒性1010可能性8（2）3 括号中数字为改变设计后可降低的值。 括号中数字表示添加剂存在时的可能性。由此可见,作为燃料甲醇发生火灾的可能性比汽油小,且火灾后造成危害也比汽油轻。低浓度时,甲醇的毒性要小于汽油。热值甲醇的热值为19.6 MJ/kg,汽油热值为43.50MJ/kg。用甲醇替代汽油时,不但耗量比汽油多,而且发动机的牵引力下降大。使用纯甲醇作燃料时其耗量为汽油的2倍。蒸汽压及低温性质甲醇的沸点比汽油要低,易于蒸发,在夏天或热带地区应用时易产生气阻，但在春秋两季,由于温度较低,甲醇作内燃机燃料时基本不产生气阻问题。甲醇的汽化潜热为1109 MJ/kg,远大于汽油的汽化潜热,50%的

45、馏出点甲醇高出汽油20。在低温条件下,甲醇的汽化性变差,因而冷启动性能差。表明纯甲醇的最低启动温度为5,当环境温度低于5时,甲醇燃料车就难以启动。此外,由于甲醇气化潜热大,在汽车发动机的汽化器里形成的混合气燃气浓度降低,不便于启动加热。这些性质使得纯甲醇作为燃料用于内燃机产生了诸多不利。腐蚀性甲醇对发动机易造成腐蚀和磨损。主要部位是活塞环和汽缸壁。因为:甲醇本身及其燃烧中间游离基反应(CH2OH+O2=HCOOH+H2O),生成的氧化产物甲酸等对环带金属表面造成腐蚀;由于甲醇蒸发潜热大,气化不良而流入气缸壁,使得润滑油膜被冲刷而造成磨擦磨损或与润滑油、添加剂反应,导致后者失去防腐蚀作用而加快了活塞和气缸壁的腐蚀磨损。对橡胶材料的溶胀性甲醇对汽车供油系统的材料如橡胶、塑料具有溶胀和龟裂作用,影响材料的使用性能。见表3.39。表3.3 汽油和甲醇对橡胶密封材料的溶胀作用橡胶（塑料）名称 无铅汽油烷烃46.3%芳烃50%烯烃3.7%甲醇100%氟(烷)橡胶(HK)1100氟硅(烷)橡胶(FK)189聚硫橡胶273F70A聚乙醚胶2211聚氨酯橡胶2118海帕龙(Hypalon)611表氯醇橡胶(ECO)