1、汽车应用材料汽车应用材料-薛冰洁薛冰洁汽车替代燃料主要内容n能源形势n甲醇n乙醇n二甲醚n生物柴油n液化石油气/天然气汽车保有量全球汽车保有量超10亿辆 根据最新统计数据显示，目前全球各种在用汽车的总保有量已突破10亿辆。 1950年-1970年，全球汽车保有量每10年翻一番，1970年达到2.5亿辆。1986年，全球汽车保有量再次翻一番达到5亿辆。据预计，到2050年这一数字将升至25亿辆。汽车保有量分析n目前，全球汽车保有量已从2009年的9.8亿辆跃升至2010年的10.15亿辆，同比增长3.6%，实现了自2000年以来的最大增幅。2010年，全球汽车销量3600万辆，中国在用汽车的保有
2、量同比增长27.5%，增量超过1680万辆，这个数字接近同期全球新增汽车保有量的一半。无论是保有量的增速，还是新增保有量，中国都居世界第一。中国汽车拥有量为7800万辆，超过日本的7400万辆，位居全球第二。能源形势n能源是全人类经济发展和生存的主要基础条能源是全人类经济发展和生存的主要基础条 件之一，近件之一，近 年全球能源况引起全球的特别关年全球能源况引起全球的特别关注；注；n人类的进步和可持续发展必须处理好能源问题；人类的进步和可持续发展必须处理好能源问题；n全球及中国的能源形势全球及中国的能源形势供需矛盾将长期存供需矛盾将长期存在在能源形势能源形势 石油：石油： 全球石油已探明储量为全
3、球石油已探明储量为12000.7亿桶，亿桶，1630 .6 亿吨，（亿吨，（2006年世界能源统计公布）按年世界能源统计公布）按2005 年开采量计，可开采年开采量计，可开采40.6年；年； 预计未发现的石油储量可能是预计未发现的石油储量可能是9380亿桶；亿桶； 预计在预计在21世纪中期石油产量达到顶峰，包括世纪中期石油产量达到顶峰，包括 非常规液体燃料包括油砂、超重油、气变液技非常规液体燃料包括油砂、超重油、气变液技 术、煤气化技术、生物燃油和油母页岩等在内术、煤气化技术、生物燃油和油母页岩等在内 本世纪后期将进入高油价期。本世纪后期将进入高油价期。2006年底全球石油已探明储量图年底全球
4、石油已探明储量图天然气：天然气： 全球天然气已探明储量为全球天然气已探明储量为179.83万亿万亿M3，可开采，可开采65.1年。年。 2006年底天然气已探明储量年底天然气已探明储量煤炭煤炭 全球全球2006年底已探明可采储量为年底已探明可采储量为9090.64 吨，可开采吨，可开采155年；年； 预计世界可采储量在今后的预计世界可采储量在今后的100年中将年中将随着随着 探明技术发展，可采储量将增加到能有探明技术发展，可采储量将增加到能有200 年以上的开采年限。年以上的开采年限。能源形势2006年底煤炭已探明储量年底煤炭已探明储量全球主要耗能国家及时调整能源战略全球主要耗能国家及时调整能
5、源战略 2005年美国修改通过年美国修改通过能源政策法能源政策法，2006年欧盟公年欧盟公布布 了了能源战略绿皮书能源战略绿皮书，2006年日本颁布了年日本颁布了新国家能新国家能源源 战略战略，都在强调能源供应稳定和多样化，开发可再生能，都在强调能源供应稳定和多样化，开发可再生能源、发展洁净煤技术、发展天然气、核能、氢燃料等清洁能源、发展洁净煤技术、发展天然气、核能、氢燃料等清洁能源，减少石油在能源消费结构的比例。源，减少石油在能源消费结构的比例。 巴西、法国、西班牙、德国、奥地利、瑞典等国强调乙巴西、法国、西班牙、德国、奥地利、瑞典等国强调乙醇醇 和生物质资源的能源。和生物质资源的能源。 全
6、球电力消费将在今后全球电力消费将在今后20年中成倍增加，核电、水电将年中成倍增加，核电、水电将增加较快；增加较快； 可再生能源是今后能源开发和增长的主导方向。可再生能源是今后能源开发和增长的主导方向。能源形势 中国传统能源现状和能源政策中国传统能源现状和能源政策 中国石油中国石油2006年底已探明储量为年底已探明储量为160亿桶亿桶22亿亿 吨，占全球已探明总储量的吨，占全球已探明总储量的1.3%，可开采，可开采12.1年；年； 中国天然气中国天然气2006年底已探明储量为年底已探明储量为2.35万亿万亿M3，占全球已探明总储量的占全球已探明总储量的1.3%，可开采，可开采47年；年； 中国煤
7、炭中国煤炭2006年底已探明储量为年底已探明储量为1145亿吨，占亿吨，占全球已探明总储量的全球已探明总储量的12.6%，可开采，可开采52年。年。 中国的能源政策是：节约优先、立足国内、煤中国的能源政策是：节约优先、立足国内、煤为基为基 础、多元发展。础、多元发展。能源形势车用替代燃料车用替代燃料的选择标准的选择标准1、车用替代燃料只有资源丰富且能长期可靠地供应，、车用替代燃料只有资源丰富且能长期可靠地供应，才能满足汽车日益增多的需要；才能满足汽车日益增多的需要；2、价格应比较便宜、价格应比较便宜,以便于大范围地推广；以便于大范围地推广；3、能量密度大，热值高，携带较少的数量就能使汽、能量密
8、度大，热值高，携带较少的数量就能使汽车行驶足够的里程；车行驶足够的里程；4、毒性低，环境污染小；、毒性低，环境污染小；5、安全性好，易于输送、储存和使用；、安全性好，易于输送、储存和使用；6、对发动机的可靠性无不良影响。（无腐蚀性等）、对发动机的可靠性无不良影响。（无腐蚀性等） 目前，有广阔发展前景的替代燃料主要有醇类目前，有广阔发展前景的替代燃料主要有醇类燃料、生物柴油、二甲醚、天然气、液化石油气、燃料、生物柴油、二甲醚、天然气、液化石油气、氢气等。氢气等。醇类燃料n甲醇及乙醇n提取：甲醇可从众多原料中提取，如：天然气、煤、重质燃料、木材和垃圾等。 乙醇的原料主要是含糖、含淀粉的农作物，如：
9、甜菜、甘蔗、玉米、小麦等作物秸秆中提取。醇类燃料的性能n甲醇、乙醇性质类似之处很多，与汽油相比，它们的甲醇、乙醇性质类似之处很多，与汽油相比，它们的缺点和优点几乎相同，只是程度上略有差别。缺点和优点几乎相同，只是程度上略有差别。n醇类燃料的主要特点：醇类燃料的主要特点：n（1）含氧燃料，理论空燃比低。）含氧燃料，理论空燃比低。n（2）热值低）热值低n（3）醇类的沸点和蒸气压比汽油低（与汽油混合，）醇类的沸点和蒸气压比汽油低（与汽油混合，可是蒸气压提高）可是蒸气压提高）n（4）辛烷值比汽油高（也可与汽油混合，提高汽油）辛烷值比汽油高（也可与汽油混合，提高汽油的抗爆性）的抗爆性）醇类燃料的性能n（
10、5）着火性能差（与柴油相比，甲醇和乙醇）着火性能差（与柴油相比，甲醇和乙醇的十六烷值只有的十六烷值只有3和和8）n（6）气化潜热高（）气化潜热高（20时，时，56.4KJ,33.7,9.2;燃烧温度降低，氮氧化合物排放降低）燃烧温度降低，氮氧化合物排放降低）n（7）蒸发潜热大（汽油掺醇）蒸发潜热大（汽油掺醇）n（8）着火极限宽）着火极限宽n（9）贮存和使用方便）贮存和使用方便n（10）排放污染低）排放污染低n（11）发动机结构变化不大）发动机结构变化不大醇类燃料与汽油的主要理化性质比较醇类燃料与汽油的主要理化性质比较项目项目甲醇甲醇乙醇乙醇汽油汽油常温下的物理状态常温下的物理状态液态液态液态液
11、态液态液态密度密度/（gcm-3）0.79140.78430.720.75沸点沸点/64.878.360220饱和蒸气压饱和蒸气压kPa30.99717.33262.082.7低热值低热值/（MJkg-1）20.2627.2044.52蒸发潜热蒸发潜热/（kJkg-1）1101862297辛烷值（辛烷值（RON）11211190、93、95辛烷值（辛烷值（MON）929285、88、90十六烷值十六烷值3827相对分子质量相对分子质量3246100115着火极限（体积分数）（）着火极限（体积分数）（）6.7364.3191.37.6理论空燃比（理论空燃比（kg空气空气kg燃料）燃料）6.49.
12、014.7醇类燃料的应用醇类燃料的应用1.掺醇燃烧掺醇燃烧 掺醇燃烧是指把甲醇或乙醇以不同比例掺入汽掺醇燃烧是指把甲醇或乙醇以不同比例掺入汽油中。油中。 甲醇、乙醇与汽油的混合燃料分别用甲醇、乙醇与汽油的混合燃料分别用M（Methanol）和）和E（Ethanol）加一数字表示，其后）加一数字表示，其后的数字表示混合燃料中甲醇或乙醇的体积分数，如的数字表示混合燃料中甲醇或乙醇的体积分数，如M15表示甲醇体积分数为表示甲醇体积分数为15的混合燃料，的混合燃料，E10表表示乙醇体积分数为示乙醇体积分数为10%的混合燃料。的混合燃料。1）掺醇汽油的优点）掺醇汽油的优点（1）抗爆性好，价格低。）抗爆性
13、好，价格低。 （2）排放尾气中）排放尾气中NOx、烃类及、烃类及CO的含量低。的含量低。 2）掺醇汽油的使用）掺醇汽油的使用 2001年我国制定了乙醇燃料发展计划，确定在年我国制定了乙醇燃料发展计划，确定在吉林、河南和黑龙江三省设立燃料乙醇试点项目，吉林、河南和黑龙江三省设立燃料乙醇试点项目，并制定了并制定了变性燃料乙醇变性燃料乙醇和和车用乙醇汽油车用乙醇汽油两两项国家标准，开始推广含项国家标准，开始推广含10乙醇的车用乙醇汽油乙醇的车用乙醇汽油的混合燃料。的混合燃料。 变性燃料乙醇变性燃料乙醇和和车用乙醇汽油车用乙醇汽油两项国两项国家标准于家标准于2001年年4月月15日正式实施。日正式实施
14、。3）掺醇汽油的缺点）掺醇汽油的缺点（1）醇类燃料与汽油的互溶性较差。）醇类燃料与汽油的互溶性较差。 醇类燃料具有较强的极性，与汽油的互溶性较差。醇类燃料具有较强的极性，与汽油的互溶性较差。 其互溶性受醇与汽油的混合比例、助溶剂的品其互溶性受醇与汽油的混合比例、助溶剂的品种和加入量、混合温度等因素影响。种和加入量、混合温度等因素影响。 图图1所示为甲醇与汽油的互溶曲线。所示为甲醇与汽油的互溶曲线。 图图1 甲醇与汽油的互溶曲线甲醇与汽油的互溶曲线1-不加助溶剂不加助溶剂 2-加加1助溶剂助溶剂 3-加加2助溶剂助溶剂 4-加加4助溶剂助溶剂（2）掺醇汽油易出现分层现象。）掺醇汽油易出现分层现象
15、。（3）掺醇汽油对发动机的金属、橡胶和塑料等材料）掺醇汽油对发动机的金属、橡胶和塑料等材料具有一定腐蚀性。具有一定腐蚀性。（4）掺醇汽油的低温启动性差，高温时易发生气阻。）掺醇汽油的低温启动性差，高温时易发生气阻。2.纯醇燃烧纯醇燃烧 纯醇燃烧是指单纯燃烧甲醇或乙醇燃料。纯醇燃烧是指单纯燃烧甲醇或乙醇燃料。 从弥补石油资源短缺的角度来说，纯醇燃料用于从弥补石油资源短缺的角度来说，纯醇燃料用于发动机燃烧比掺醇燃料，尤其是低比例掺醇燃料更具发动机燃烧比掺醇燃料，尤其是低比例掺醇燃料更具有实际意义。有实际意义。 纯醇燃烧时，可根据甲醇或乙醇燃料的特点对发纯醇燃烧时，可根据甲醇或乙醇燃料的特点对发动机
16、进行改造，使其动力性、经济性和排放性比燃烧动机进行改造，使其动力性、经济性和排放性比燃烧汽油时有较大提高。汽油时有较大提高。煤制甲醇，特别用高硫煤制甲醇，还可净化出纯度较高的工业煤制甲醇，特别用高硫煤制甲醇，还可净化出纯度较高的工业用硫。焦炉气、用硫。焦炉气、 煤层气、天然气和小化肥联产都可制取甲醇，煤层气、天然气和小化肥联产都可制取甲醇，价格便宜。价格便宜。近近10年山西、陕西、四川、河南、山东、黑龙江等省的企业、年山西、陕西、四川、河南、山东、黑龙江等省的企业、研究机构、大学都在进行研究机构、大学都在进行M15、 M30、M85和和M100甲醇车的甲醇车的开发、开发、 试验和试运行；山西省
17、现有试验和试运行；山西省现有1400多辆全甲醇多辆全甲醇M100出租出租车、大客车、中客车在商业运行；山西省在全省范围内推广普车、大客车、中客车在商业运行；山西省在全省范围内推广普及及M15甲醇汽车的运行；甲醇汽车的运行； 太原理工、东方发动机研究所和佳新公司、净土公司、维坊太原理工、东方发动机研究所和佳新公司、净土公司、维坊柴油机厂、江西发动机厂等企业合作，开发了柴油机厂、江西发动机厂等企业合作，开发了469 、468、R6B、698等全甲醇电喷发动机，压缩比已达到等全甲醇电喷发动机，压缩比已达到1:1.31.5的替的替代比。国代比。国排放。动力性优于汽油、柴油。排放。动力性优于汽油、柴油。
18、 甲醇汽车甲醇汽车奇瑞、华普、长安等汽车公司已开发了灵活燃料汽车，排放可奇瑞、华普、长安等汽车公司已开发了灵活燃料汽车，排放可 达国达国。 在技术上已解决了甲醇汽车的冷启动、热气阻、溶胀、腐蚀在技术上已解决了甲醇汽车的冷启动、热气阻、溶胀、腐蚀 和非常规排放甲醛超标、渗烧甲醇汽油的分层等问题，也规和非常规排放甲醛超标、渗烧甲醇汽油的分层等问题，也规 范了输、配、加注等商业营运中的问题；范了输、配、加注等商业营运中的问题；甲醇饮用可致死和致盲，但在国内外几十年的化工、燃料行甲醇饮用可致死和致盲，但在国内外几十年的化工、燃料行 业在使用中按规程操作未发现对人和环境的影响；业在使用中按规程操作未发现
19、对人和环境的影响；按规模条件下煤制甲醇的经济性在石油按规模条件下煤制甲醇的经济性在石油30美元美元/桶时有很强的桶时有很强的 竞争性；竞争性；德国、美国在上次石油危机时都曾开发过甲醇汽车，由于石德国、美国在上次石油危机时都曾开发过甲醇汽车，由于石 油价格缓解未能大量产业化油价格缓解未能大量产业化。甲醇汽车甲醇汽车 巴西全国全部使用乙醇汽油已有近巴西全国全部使用乙醇汽油已有近20年的历史，是世年的历史，是世界惟一不供应纯汽油的国家；界惟一不供应纯汽油的国家； 美国推广美国推广E10乙醇汽油多年，全美有乙醇汽油多年，全美有500万辆灵活燃万辆灵活燃料汽车（料汽车（FFV），耗乙醇超过），耗乙醇超过
20、1500万万T/年，用年，用13%的玉米的玉米 生生产乙醇，替代汽油量占全年总耗量的产乙醇，替代汽油量占全年总耗量的2%； 近年，日本、印度启动乙醇汽油推广计划；英国、近年，日本、印度启动乙醇汽油推广计划；英国、荷兰、德国、南非、泰国、奥地利在积极推广乙醇汽油替代荷兰、德国、南非、泰国、奥地利在积极推广乙醇汽油替代工作；工作； 中国已有中国已有9个省推广乙醇汽油（个省推广乙醇汽油（E10），年用乙醇量），年用乙醇量约约130万吨，成本为万吨，成本为6000元元/T 左右。国家为乙醇生产厂补助左右。国家为乙醇生产厂补助为为1002300元元 /T，平均每吨乙醇耗量平均为，平均每吨乙醇耗量平均为3
21、.3吨粮吨粮/T 乙醇。乙醇。乙醇汽车乙醇汽车生物柴油n生物燃料是指从农作物或动物脂肪中提取的可再生燃料。n目前已投入使用的植物油型燃料有：菜籽油、棉籽油、棕榈油等。n将植物油和动物脂肪与甲醇、乙醇反应，脱去甘油三酸，变成甲酯或乙酯之后就可以在柴油机上使用，这些酯类物被称为“生物柴油”。生物柴油优点n（1）环保特性（废弃排放）n（2）低温启动性好n（3）润滑性能n（4）安全性能n（5）燃烧性能好n（6）可再生性，原料来源广泛n（7）生物柴油，可直接在柴油机上使用，无须改造设备。 甲醇脱水即二甲醚，是柴油机的理想替代燃料。清甲醇脱水即二甲醚，是柴油机的理想替代燃料。清洁排放，可达国洁排放，可达国
22、标准。标准。 国内二甲醚汽车开发和二甲醚大量生产都还处于起国内二甲醚汽车开发和二甲醚大量生产都还处于起步阶段；步阶段； 生产成本和汽车使用的经济性都比甲醇高；生产成本和汽车使用的经济性都比甲醇高； 常温常压下二甲醚呈气态，输、配、加注都需要专常温常压下二甲醚呈气态，输、配、加注都需要专供系统；供系统； 在产业化前还需对专用柴油机供油系。高压共轨系在产业化前还需对专用柴油机供油系。高压共轨系及和汽车的匹配做进一步研究；及和汽车的匹配做进一步研究；二甲醚汽车二甲醚汽车理化性质比较二甲醚作为汽车燃料的优点：二甲醚作为汽车燃料的优点：n（ 1）二甲醚燃料具有高效率和低污染的优点，无需任何废气循环和）二
23、甲醚燃料具有高效率和低污染的优点，无需任何废气循环和处理装置，碳烟排放为零，可实现无烟燃烧；并可降低发动机噪音处理装置，碳烟排放为零，可实现无烟燃烧；并可降低发动机噪音10分贝以上，所排放尾气无需催化转化处理就能满足美国加利福尼亚有分贝以上，所排放尾气无需催化转化处理就能满足美国加利福尼亚有关汽车超低排放尾气的标准（关汽车超低排放尾气的标准（ULEV，是世界上最严格的尾气排放标，是世界上最严格的尾气排放标准之一）。准之一）。n（2）燃烧效果优于甲醇燃料，除具有甲醇燃料所具有的优点外，还）燃烧效果优于甲醇燃料，除具有甲醇燃料所具有的优点外，还克服了其低温起动性能和加速性能差的缺点。克服了其低温起
24、动性能和加速性能差的缺点。n（3）常规发动机代用燃料如液化石油气、天然气、甲醇等的十六烷）常规发动机代用燃料如液化石油气、天然气、甲醇等的十六烷值都小于值都小于10，只适用于点燃式发动机；而二甲醚的十六烷值大于，只适用于点燃式发动机；而二甲醚的十六烷值大于55，与柴油相比，二甲醚的十六烷值高与柴油相比，二甲醚的十六烷值高27，可直接压燃，具有优良的压，可直接压燃，具有优良的压缩性，燃烧性能更好，并且其机械性能良好，发动机爆发力大，适合缩性，燃烧性能更好，并且其机械性能良好，发动机爆发力大，适合于压燃式发动机。因此是柴油的理想替代燃料。于压燃式发动机。因此是柴油的理想替代燃料。n（4）与液化天然
25、气相比，二甲醚的理论空气量、烟气量）与液化天然气相比，二甲醚的理论空气量、烟气量比液化天然气分别低比液化天然气分别低38和和37，而理论燃烧温度、混，而理论燃烧温度、混合热值又比液化天然气分别高合热值又比液化天然气分别高87和和74，并且在，并且在贮存、运输和使用上比液化天然气更安全。贮存、运输和使用上比液化天然气更安全。n（5）作为民用燃料与液化气相比，二甲醚是可以替代液）作为民用燃料与液化气相比，二甲醚是可以替代液化气的清洁燃料，并有许多优点，如贮运和运输安全；燃化气的清洁燃料，并有许多优点，如贮运和运输安全；燃烧过程无残液、无黑烟；对金属无腐蚀，与现有液化气罐烧过程无残液、无黑烟；对金属
26、无腐蚀，与现有液化气罐装设备，炉灶基本通用，不存在设备改造问题。装设备，炉灶基本通用，不存在设备改造问题。二甲醚作为汽车燃料的优点二甲醚作为汽车燃料的优点：二甲醚作汽车燃料的缺点：二甲醚作汽车燃料的缺点：n(1 )常规技术二甲醚的生产成本略高于柴油常规技术二甲醚的生产成本略高于柴油(目前国产二甲目前国产二甲醚量不大醚量不大,规模小规模小,价格约是甲醇的一倍价格约是甲醇的一倍,需改进工艺流程需改进工艺流程,采采用新工艺用新工艺,扩大规模扩大规模,降低成本降低成本);n(2)在柴油机上用二甲醚在柴油机上用二甲醚,需对气态二甲醚加压需对气态二甲醚加压,使其变成液使其变成液态态,需增加设备及控制措施需
27、增加设备及控制措施.另外另外,需对加气站进行必要的改需对加气站进行必要的改造造,才能推广使用才能推广使用;n（3）柴油机燃用二甲醚的一些技术难点）柴油机燃用二甲醚的一些技术难点.如如:二甲醚的粘度二甲醚的粘度较柴油低较柴油低,需加入添加剂使其粘度接近柴油需加入添加剂使其粘度接近柴油;二甲醚对金属二甲醚对金属无侵蚀性无侵蚀性,但对橡胶等有不利影响等等但对橡胶等有不利影响等等;n 随着不断开发研究，二甲醚的用途将越来越广。随着不断开发研究，二甲醚的用途将越来越广。 西安交通大学联合山东久泰化工联合开发的二甲醚西安交通大学联合山东久泰化工联合开发的二甲醚/柴油混合燃料客车柴油混合燃料客车天然气天然气
28、 天然气（天然气（Natural Gas，简称，简称NG）是各种替代）是各种替代燃料中最早被广泛使用的一种。燃料中最早被广泛使用的一种。天然气资源天然气资源 天然气的主要成分是甲烷（天然气的主要成分是甲烷（CH4），其体积一般），其体积一般占天然气的占天然气的8099。 不同产地的天然气的组分构成不同产地的天然气的组分构成名名 称称CH4C2H6C3H8C4H10CmHnH2N2CO2H2S气田天然气（四川）气田天然气（四川） 97.200.700.200.100.701.00.10油田天然气（四川）油田天然气（四川） 88.596.062.021.540.060.071.460.2大庆天然气
29、大庆天然气91.051.642.702.231.09天然气的主要物化特性天然气的主要物化特性表天然气的主要物化特性表天然气的主要物化特性物化特性参数物化特性参数数值数值物化特性参数物化特性参数数值数值HC原子比原子比4理论空燃比（质量比理论空燃比（质量比17.25密度（液相）密度（液相）/（kgm-3）424理论空燃比（体积比）理论空燃比（体积比）9.52密度密度（气相）（气相）/（kgm-3）0.715高热值高热值/（MJkg-1）55.54分子量分子量16.043低热值低热值/（MJkg-1）50.05沸点沸点/-161.5混合气热值混合气热值/（MJm-3 ）3.39凝点凝点/-182.
30、5混合气热值混合气热值/（MJkg-1）2.75临界温度临界温度/-82.6低热值（液态）低热值（液态）/（MJL-1）21.22临界压力临界压力/MPa4.62辛烷值辛烷值RON130汽化潜热汽化潜热/（kJkg-1）510着火极限（体积分数）（）着火极限（体积分数）（）515比热容（液体，沸点）比热容（液体，沸点）/（kJkg-1K-1）3.87着火温度（常压下）着火温度（常压下）/537比热容（气体，比热容（气体，25）/（kJkg-1K-1）2.23火焰传播速度火焰传播速度/（cms-1）33.8气气/液容积比（液容积比（15）624火焰温度火焰温度/1918天然气的特点天然气的特点1
31、.着火极限宽着火极限宽 2.与空气的理论混合气热值低与空气的理论混合气热值低 3.火焰传播速度低火焰传播速度低 4.点火能量高点火能量高 5.抗爆燃性能好抗爆燃性能好 6.密度小密度小 7.排放污染小排放污染小 8.携带性较差携带性较差 9.使用天然气可使发动机的磨损减小使用天然气可使发动机的磨损减小 作为车用燃料的替代品，天然气根据其存在形式不同，分为作为车用燃料的替代品，天然气根据其存在形式不同，分为压缩天然气（压缩天然气（Compressed Natural Gas，简称，简称CNG）和液）和液化天然气（化天然气（Liquefied Natural Gas，简称，简称LNG）两种。）两种
32、。（1）压缩天然气（）压缩天然气（CNG） 压缩天然气是将天然气经过脱水、压缩天然气是将天然气经过脱水、脱硫净化处理后，经多级压缩至脱硫净化处理后，经多级压缩至25MPa左右存贮在气瓶中，左右存贮在气瓶中，使用时经减压器减压后供给发动机燃烧即可。使用时经减压器减压后供给发动机燃烧即可。（2）液化天然气（）液化天然气（LNG） 液化天然气是将天然气经过一定液化天然气是将天然气经过一定工艺，使其在工艺，使其在-162左右变为液态，存贮在高压气瓶中。左右变为液态，存贮在高压气瓶中。 与压缩天然气相比，液化天然气工作压力降低，储气瓶体与压缩天然气相比，液化天然气工作压力降低，储气瓶体积减小，续驶里程延
33、长。但它对低温贮存技术要求较高。积减小，续驶里程延长。但它对低温贮存技术要求较高。1.天然气的存在形式天然气的存在形式天然气在汽车上的使用天然气在汽车上的使用2.天然气汽车类型天然气汽车类型 根据天然气的储存形式，天然气汽车分为压缩根据天然气的储存形式，天然气汽车分为压缩天然气汽车和液化天然气汽车。天然气汽车和液化天然气汽车。1）压缩天然气汽车）压缩天然气汽车 目前国内外发展较快的是压缩天然气汽车。目前国内外发展较快的是压缩天然气汽车。 我国车用压缩天然气的技术指标如表所示。我国车用压缩天然气的技术指标如表所示。车用压缩天然气技术指标车用压缩天然气技术指标项项 目目技术指标技术指标高位发热量高
34、位发热量/（MJm-3）31.4总硫（以硫计）总硫（以硫计）/（mgm-3200硫化氢硫化氢/（mgm-3）15二氧化碳（体积分数）（）二氧化碳（体积分数）（）3.0氧气（体积分数）（）氧气（体积分数）（）0.5水露点水露点/在汽车驾驶的特定地理区域内，在高操作压力下，水露在汽车驾驶的特定地理区域内，在高操作压力下，水露点不应高于点不应高于-13；当最低气温低于；当最低气温低于-8，水露点应比最，水露点应比最低气温低低气温低5 压缩天然气汽车按燃料供给系统不同又可分为压缩天然气汽车按燃料供给系统不同又可分为专用压缩天然气汽车、压缩天然气与汽油两用燃料专用压缩天然气汽车、压缩天然气与汽油两用燃料
35、汽车、压缩天然气与柴油双燃料汽车等。汽车、压缩天然气与柴油双燃料汽车等。 专用压缩天然气汽车以专用压缩天然气汽车以CNG作为惟一燃料，其作为惟一燃料，其发动机的燃料供给系统专为发动机的燃料供给系统专为CNG燃料设计，能充分燃料设计，能充分发挥发挥CNG燃料的特点。燃料的特点。 压缩天然气与汽油两用燃料汽车是通过对现成压缩天然气与汽油两用燃料汽车是通过对现成汽油车改装而成，有两套燃料供给系统，一套为保汽油车改装而成，有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的留的原车供油系统，另一套为增加的CNG供给装置。供给装置。 发动机可以分别使用发动机可以分别使用CNG和汽油作为燃料，两和
36、汽油作为燃料，两种燃料的转换利用选择开关实现。种燃料的转换利用选择开关实现。 压缩天然气与汽油两用燃料汽车由于发动机结压缩天然气与汽油两用燃料汽车由于发动机结构未作改动，对原来的汽油机使用性能没有影响。构未作改动，对原来的汽油机使用性能没有影响。 但当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其但当使用天然气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致发动机功率略有下降。优点，导致发动机功率略有下降。 压缩天然气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴压缩天然气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴油车改装而成。其燃料供给系统可根据发动机的运油车改装而成。其燃料供给系统可根据发动机的运行工况按一定比例同时供给行工况按一定比例同
37、时供给CNG和柴油两种燃料。和柴油两种燃料。其中，柴油只作引燃燃料，其中，柴油只作引燃燃料，CNG是主要燃料。是主要燃料。2）液化天然气汽车）液化天然气汽车 由于液化天然气对贮存技术要求较高，使得贮由于液化天然气对贮存技术要求较高，使得贮存容器的成本高，这从一定程度上限制了液化天然存容器的成本高，这从一定程度上限制了液化天然气汽车的发展。气汽车的发展。3.天然气汽车技术天然气汽车技术 所谓天然气汽车技术，是指汽车用天然气贮存、所谓天然气汽车技术，是指汽车用天然气贮存、加注以及合理运用等方面的技术，主要包括以下几加注以及合理运用等方面的技术，主要包括以下几方面。方面。1）加气站技术）加气站技术
38、无论是压缩天然气还是液化天然气，它们向汽无论是压缩天然气还是液化天然气，它们向汽车上加注时，所需加气设备都比汽油、柴油等传统车上加注时，所需加气设备都比汽油、柴油等传统燃料的加注设备复杂一些，必须保证压缩天然气的燃料的加注设备复杂一些，必须保证压缩天然气的压力和液化天然气的低温，这需要较高的技术水平。压力和液化天然气的低温，这需要较高的技术水平。2）发动机技术）发动机技术 天然气燃料的性质不同于汽、柴油，因此天然天然气燃料的性质不同于汽、柴油，因此天然气发动机的结构也不同于汽油机和柴油机，应对其气发动机的结构也不同于汽油机和柴油机，应对其燃料混合、发动机燃烧室结构、点火系统等方面的燃料混合、发
39、动机燃烧室结构、点火系统等方面的独特之处进行研究与开发。独特之处进行研究与开发。3）气瓶技术）气瓶技术 由于汽车具有的流动性，燃料必须时刻携带。由于汽车具有的流动性，燃料必须时刻携带。绝大多数绝大多数天然气汽天然气汽车都把气车都把气瓶布置在瓶布置在行李箱里，行李箱里，如图所示。如图所示。 图图 东风雪铁龙爱丽舍东风雪铁龙爱丽舍CNG气瓶气瓶 n影响中国天然气产业发展的因素：影响中国天然气产业发展的因素：n（1）天然气基础设施薄弱，天然气下游市场急需拓展；n（2）天然气市场体制不完善；n（3）天然气供需市场分布不合理；n（4）天然气管理体系和法规不健全。液化石油气液化石油气 液化石油气（液化石油
40、气（Liquefied Petroleum Gas，简称，简称LPG）是石油产品之一，是由炼厂气或天然气）是石油产品之一，是由炼厂气或天然气(包括包括油田伴生气油田伴生气)加压、降温、液化得到的一种无色、挥加压、降温、液化得到的一种无色、挥发性气体。发性气体。1液化石油气资源液化石油气资源 我国液化石油气资源包括油田和石油炼厂两个方我国液化石油气资源包括油田和石油炼厂两个方面。油田的液化石油气是在伴生气的处理过程中的面。油田的液化石油气是在伴生气的处理过程中的轻烃产品，如大庆、胜利、中原等油田都有该产品。轻烃产品，如大庆、胜利、中原等油田都有该产品。 油田的液化石油气主要成分是丙烷和丁烷，其油
41、田的液化石油气主要成分是丙烷和丁烷，其内不含烯烃，所以适于直接做车用燃料。内不含烯烃，所以适于直接做车用燃料。 如表所示为我国几个石油炼厂液化石油气主要如表所示为我国几个石油炼厂液化石油气主要成分的体积分数。成分的体积分数。石油炼厂液化石油气主要成分的体积分数石油炼厂液化石油气主要成分的体积分数 （）（）石油炼厂石油炼厂C3H8C3H6C4H10C4H8C2H6+C2H4其他其他南京石油化工厂南京石油化工厂18.1723.0629.0426.451.282.0大庆炼油厂大庆炼油厂13.6050.9031.800.203.5锦州石油六厂锦州石油六厂8.5024.5023.9033.401.308
42、.42 液化石油气的主要物化特性液化石油气的主要物化特性 汽车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，汽车用液化石油气的主要成分是丙烷和丁烷，它们的主要物化特性如表所示。它们的主要物化特性如表所示。液化石油气的主要物化特性液化石油气的主要物化特性物化特性参数物化特性参数丙烷丙烷丁烷丁烷物化特性参数物化特性参数丙烷丙烷丁烷丁烷H/C原子比原子比2.672.5理论空燃比（质量比）理论空燃比（质量比）15.6515.43密度（液相）密度（液相）/（kgm-3）528602理论空燃比（体积比）理论空燃比（体积比）23.8130.95密度密度（气相）（气相）/（kgm-3）2.022.598高热值高热值/（
43、MJkg-1）50.3849.56分子量分子量44.09758.124低热值低热值/（MJkg-1）45.7746.39沸点沸点-42.1-0.5混合气热值混合气热值/（MJm-3）3.493.52凝点凝点/-187.7-138.4混合气热值混合气热值/（MJkg-1）2.792.79临界温度临界温度/96.7152.0低热值（液态）低热值（液态）/（MJL-1）27.0027.55临界压力临界压力MPa4.253.8辛烷值辛烷值RON111.595汽化潜热汽化潜热/（kJkg-1426385着火极限（体积分数）（着火极限（体积分数）（%）2.29.51.98.5比热容（液体，沸点）比热容（液
44、体，沸点）/（kJkg-1K-1）2.482.36着火温度（常压下）着火温度（常压下）466430比热容（气体，比热容（气体，25）/（kJkg-1K-1）1.671.68火焰传播速度火焰传播速度/（cms-1）3837气气/液容积比（液容积比（15）273236火焰温度火焰温度/197019753液化石油气的特点液化石油气的特点优点：优点：几乎可以完全充分地燃烧；和汽油车的尾气排放量相比，对环境几乎可以完全充分地燃烧；和汽油车的尾气排放量相比，对环境污染小；可满足各国的排放标准；引擎部件的碳沉淀极小，因此液化气污染小；可满足各国的排放标准；引擎部件的碳沉淀极小，因此液化气引擎运转更自如、寿命
45、更长，比汽油机和柴油机需要更少的日常维修保养；引擎运转更自如、寿命更长，比汽油机和柴油机需要更少的日常维修保养；由于燃料是气态，寒冷天气更易启动；专用天然气引擎或两用燃料汽油由于燃料是气态，寒冷天气更易启动；专用天然气引擎或两用燃料汽油机等各种火花塞引擎都能以液化气为燃料；液化气在注入引擎气缸前是气机等各种火花塞引擎都能以液化气为燃料；液化气在注入引擎气缸前是气态并与空气混合，所以寒冷天气启动时，气缸壁的润滑薄膜不会被洗掉，发态并与空气混合，所以寒冷天气启动时，气缸壁的润滑薄膜不会被洗掉，发动机油不会出现稀释现象；动机油不会出现稀释现象； 缺点缺点：相对较高的更换费用；若用一些低质的液化气，系
46、统需要定期相对较高的更换费用；若用一些低质的液化气，系统需要定期调试以维持恰当的混合状态，并易发生气阻现象；极度寒冷天气下启动调试以维持恰当的混合状态，并易发生气阻现象；极度寒冷天气下启动受到液化气混合中所需丁烷含量的限制（因为燃料中丁烷含量增加，原有受到液化气混合中所需丁烷含量的限制（因为燃料中丁烷含量增加，原有压力下降，在摄氏零度时，丁烷就不能转变成气态，而液化气在气态状态压力下降，在摄氏零度时，丁烷就不能转变成气态，而液化气在气态状态下才能燃烧）；下才能燃烧）； 4.液化石油气汽车类型液化石油气汽车类型 液化石油气汽车按燃料供给系统不同，可分为液化石油气汽车按燃料供给系统不同，可分为专用
47、液化石油气汽车、液化石油气与汽油两用燃料专用液化石油气汽车、液化石油气与汽油两用燃料汽车、液化石油气与柴油双燃料汽车等。汽车、液化石油气与柴油双燃料汽车等。 专用液化石油气汽车以专用液化石油气汽车以LPG作为惟一燃料，其作为惟一燃料，其发动机的燃料供给系统专为发动机的燃料供给系统专为LPG燃料设计，能充分燃料设计，能充分发挥发挥LPG燃料的特点，使用性能最佳。燃料的特点，使用性能最佳。 液化石油气与汽油两用燃料汽车是通过对现成液化石油气与汽油两用燃料汽车是通过对现成汽油车改装而成。有两套燃料供给系统，一套为保汽油车改装而成。有两套燃料供给系统，一套为保留的原车供油系统，另一套为增加的留的原车供
48、油系统，另一套为增加的LPG供给装置。供给装置。 由于发动机结构改动较小，因此当使用液化石由于发动机结构改动较小，因此当使用液化石油气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车油气燃料时，往往不能充分发挥其优点，导致汽车性能不如专用液化石油气汽车。性能不如专用液化石油气汽车。 液化石油气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴液化石油气与柴油双燃料汽车是通过对现成柴油车改装而成。油车改装而成。 同液化石油气与汽油两用燃料汽车一样，也有同液化石油气与汽油两用燃料汽车一样，也有两套燃料供给系统，一套为原柴油供给系统，另一两套燃料供给系统，一套为原柴油供给系统，另一套为增加的套为增加的LPG供给装置。供给装置。
49、 两套燃料供给系统可根据发动机的运行工况按两套燃料供给系统可根据发动机的运行工况按一定比例同时供给一定比例同时供给LPG和柴油两种燃料。和柴油两种燃料。 其中，柴油只作引燃燃料，其中，柴油只作引燃燃料，LPG是主要燃料。是主要燃料。氢气氢气氢气的特点：氢气的特点： 首先，氢气可用水来制取，并且氢气燃烧后又首先，氢气可用水来制取，并且氢气燃烧后又生成水，这种快速的资源循环，使得氢能源取之不生成水，这种快速的资源循环，使得氢能源取之不尽、用之不竭，这决定了氢气将在未来可耗尽资源尽、用之不竭，这决定了氢气将在未来可耗尽资源消耗殆尽时起主导作用；消耗殆尽时起主导作用； 其次，氢气是非常理想的清洁燃料，
50、燃烧生成其次，氢气是非常理想的清洁燃料，燃烧生成水，无水，无CO2、CO、HC、碳烟等污染物质。、碳烟等污染物质。 1氢气资源氢气资源 制取氢气的资源很多，如煤、石油、天然气、制取氢气的资源很多，如煤、石油、天然气、水等，都可用来制取氢气。水等，都可用来制取氢气。2 氢气的特点氢气的特点1.着火界限宽着火界限宽 2.点火能量低点火能量低 3.火焰传播速度高火焰传播速度高 4.与空气的理论混合气热值低与空气的理论混合气热值低 5.自燃温度高自燃温度高 6.燃烧排污低燃烧排污低7.发动机的热效率发动机的热效率 高高 8.发动机的磨损量减小发动机的磨损量减小 3 氢气在发动机上的使用氢气在发动机上的
