煤基内燃机替代燃料将是我国未来主要替代燃料之一.doc

个人收集整理 勿做商业用途煤基内燃机替代燃料将是我国未来主要替代燃料之一高华强 齐英翔摘要:本文从我国能源安全问题入手，提出了我国研究开发内燃机替代燃料的必要性和紧迫性，未来主导内燃机替代燃料的基本条件，以煤为原料的煤基内燃机替代燃料发展进程，安全性、环保性、经济性的比较，以高硫煤、褐煤、煤矸石为原料转化煤基内燃机替代燃料前景展望,亟待解决的政策支持和技术攻坚问题。一、 我国研究开发内燃机替代燃料的必要性和紧迫性 能源是可以直接或间接为人类提供所需的各种能量的载能体资源，是人类赖以生存和发展的物质基础。能源和环境问题是世界经济和社会发展的两大主题。如何有效地解决由于经济的迅猛发展带来的能源危机和环境污染，不但是世界各国关注的焦点,也是制约我国实施可持续发展的主要因素。 据美国能源部和世界能源理事会的一项预测， 全球石化类能源的可开采期限分别为石油39 年、天然气60 年、煤211年.目前我国是世界第二大能源生产与消费国。汽车行业是石油消耗的主要行业之一,从我国汽车保有量与增速，石油消耗量与储量，环境污染与治理的角度来看,寻找和开发内燃机替代燃料非常必要，而且十分紧迫。 随着我国经济的快速发展,汽车的迅猛增量,能源利用和环境保护的压力越来越大.根据公安部交管局公布的数据，“十一五期间，我国汽车保有量几乎翻了一番，汽车保有量增加150。2010年10月我国机动车保有量已达1。99亿辆，其中汽车8500多万辆，每年新增机动车2000多万辆。截至2011年8月底,全国机动车保有量达到2。19亿辆。其中，汽车保有量占机动车总量的45.88,首次突破1亿辆大关（包括近2000万辆三轮和四轮低速货车)，仅次于美国的2。85亿辆。随着机动车辆的迅猛增量，能源消耗量不断增加,成品油的需求迅猛增长，国内生产的石油供不应求,我国只有不断的大量进口石油，以满足市场需求.根据有关数据显示，从1993年我国成为石油净进口国以来,从当年对外依存度为6%的比例不断攀升， 2006年突破45，2009年突破50%，2010年达到54。8。从2000年到2010年,我国石油进口量由0。88亿吨增至2。76亿吨，增加2。1倍.“十一五”期间，国内新增炼油数量，几乎全部被每年新增的2000多万辆汽车消耗。每年因汽车增长而增加的石油消费达到3000万吨。2011年我国石油对外依存度达到了55。2%。本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理，来源于网络根据我国“十一五”期间民用汽车保有量平均16.02的增速测算，我国民用汽车保有量到2015年为16364万辆，2020年为23642万辆.根据我国“十一五”末汽车保有量的基数,按年平均13。5%的保守增速测算，到2030年为33618万辆.按照每辆汽车平均年消耗油料1。54吨测算，我国年汽车消耗油料总量预测为：到2015年25200万吨，2020年为36409万吨，2030年为51772万吨.中国能源研究会在中国能源发展报告2011称，改革开放以来(1978年到2010年）我国石油表观消费量年均增速为5.15%.预计十二五期间石油消费增速为4%左右，到2015年石油消费量为5亿5.2亿吨，外依存度将超过60.据中国石油（CNPC)公布的报告，预计到2020年中国石油消费需求量增加至6.03亿吨。国际能源机构(IEA)预测,2030年我国石油对外依存度可能达到80%。能源压力正在制约中国汽车产业可持续发展。因此我国寻找和开发替代能源的任务迫在眉睫、刻不容缓。我国汽车的迅猛发展，汽车保有量急剧增加,给环境保护也造成了很大压力。汽车尾气已成为许多城市空气污染的主要污染源。据国家环保部的一项调查显示,2010年全国333个地级以上城市，五分之一空气质量不达标。二、未来主导内燃机替代燃料应具备的基本条件从我国的资源禀赋看，资源的多样化决定了未来能源多元化的总体发展方向.但在未来能源多元化结构中，市场份额最大,使用范围最广，投入产出比最大，综合效益最好的内燃机替代燃料为主导内燃机替代燃料。未来主导内燃机替代燃料应具备的基本条件:1、储存量大。汽车是大数量保有、大面积分布、大范围行驶的机器。因此,替代燃料总体产能应是亿吨级的.总量千万吨级、百万吨级仅能作为一种多元少量补充.存储量大主要体现在：原料应具有百亿吨级的存量生产总量应具有亿吨级。2、通用度高。与传统汽、柴油燃料在储备和使用方式互换通用度高.3、适应性强。适应内燃机技术要求,不改变现状，其动力性相当或上升、下降在5之内。4、有害气体排放量小.按替代燃料生产与使用两个层面划分，符合清洁生产要求。生产技术成熟，排放可控。符合国家使用的排放要求。通过国家级权威机构检测：一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物等排放优于国标或不超标.PM2。5排放在可控范围。三、具有重大突破的煤基内燃机替代燃料技术进展情况以醇类为原料的车用替代燃料主要有两种使用途径：1、将甲醇直接作为燃料使用。以甲醇为燃料直接使用的甲醇M系列燃料,经过国内外从二十世纪七十年代开始寻找开发替代燃料至今，甲醇直接替代燃料技术已经成熟。集中体现技术水平的是甲醇替代柴油的甲醇与柴油组合燃烧技术和甲醇替代汽油的甲醇汽油技术，主要产品是甲醇汽油。以国家标准化管理委员会2009年11月和12月颁布实施的内燃机燃料甲醇( GB /T23510- 2009）国家标准和内燃机甲醇汽油(M 85） ( GB /T 23799 - 2009）国家标准为标志,象征着我国以甲醇为原料的甲醇直接替代燃料已进入规模化推进阶段。2、将粗甲醇作为原料进行深加工形成的替代燃料，主要产品是二甲醚燃料及相关技术和煤基内燃机替代汽油燃料及相关技术.二甲醚是替代柴油的优质燃料。二甲醚生产和内燃机技术已经成熟,2009年5月我国第一辆具有自主知识产权的二甲醚公交车，通过国家科技部成果验收。2010年4月18日，一套新型清洁能源二甲醚装置在上海建成并顺利投产.2011年国家颁布内燃机燃料二甲醚(GB/T26605-2011） 标准，象征着国家已正式启动二甲醚替代燃料及相关技术的推广使用。煤基内燃机替代燃料是一种不含醇类、具有能与汽、柴油任意相溶、性能相似、效能相当、品质优良、可耐低温、不溶于水、安全低毒、腐蚀性小、价格低廉的专供各种内燃机使用的替代燃料。其功效性能与国标汽、柴油基本一致。在煤基内燃机替代汽、柴油燃料的研究开发方面，我国西安走在了前面.其中有一个研发团队，以国内的有关大专院校和科研单位为依托,从上世纪八十年代已涉足以煤基原料衍生物为主要原料的内燃机替代燃料技术研究工作。历时二十余年、投入大量人力、物力和财力.在集航天，军工，石油等现代化工等先进技术的基础上,依据火箭推进原理，以煤基原料衍生物和少量的石油燃料为主料,以适量特定物质为催化剂，使其在燃烧过程中产生可控的“微爆”，而利用“微爆”产生足够的动力，以此推动内燃机运动以提高内燃机的效能；同时采用增氧技术使其燃料充分的燃烧以增加能量和减少CO、CO2、NOX、PM的产生，有效防止了腐蚀和有害尾气的产生，最大限度的降低了污染排放,基本上达到了清洁排放要求。创新性的研制出了可替代汽、柴油的“煤基内燃机替代燃料”(替代汽油为绿色二号、替代柴油为绿色三号）。从而可大部分替代现行市售内燃机汽、柴油， 研究设计的替代比：可从33%-85。为我国开辟一条全新的煤基替代能源新路径。其主要技术路线是：本文为互联网收集，请勿用作商业用途文档为个人收集整理,来源于网络1、替代燃料符合内燃机的各项技术要求。2、替代燃料是环保节能产品。3、替代燃料的原料是丰富或再生的,或是废物利用和廉价的。4、替代燃料的理化性能与石油产品相似或近似。5、替代燃料的实际效能与石油产品相当或近似。6、替代燃料适合大批量生产，无技术障碍. 7、替代燃料适合大批量替代汽油，替代量在30-80以上 8、替代燃料生产必须符合国家的产业化政策。煤基内燃机替代燃料,经我国内燃机油品检验与评定行业最具实力的国家、行业质检机构之一的天津大学内燃机研究所机械工业内燃机油品检验评定中心，经国家发改委和国家质检总局授权的部级产品检验中心-吉林大学车辆产品检测实验室机械工业汽车产品质量检测中心、西安交通大学内燃机研究所检测：煤基内燃机替代燃料其动力性能与国标汽油基本相当，排放优于国标汽油。突破性的解决了替代燃料的动力不足、排放不达标问题.目前,煤基内燃机替代燃料（绿色二号）正在进行扩大试验和工艺优化。在替代柴油燃料(绿色三号)）研究方面，已有重大突破.研制的煤基内燃机替代柴油燃料2012年5月在天津大学内燃机研究所机械工业内燃机油品检验评定中心台架检测初试成功,突破性的解决了煤基替代柴油燃料与柴油任意比例混容和动力性、排放性问题,验证了原理的可靠性,技术上具有很大的突破，发展前景看好。以煤基内燃机替代燃料(替代汽油33%的绿色二号）与93#汽油有效功率对比如下表:表1:煤基内燃机替代燃料(替代汽油33%的绿色二号)与93汽油有效功率油耗对比表2012年5月29日,天津大学内燃机研究所内燃机油品检验评定中心外特性台架试验报告(OIEC-2012051501 ）显示：在93汽油中，添加煤基内燃机替代燃料(替代汽油33%的绿色二号）,发动机功率提高2。16 %，油耗在使用重量比对时油耗仅上升 0.61%(使用容积比比较时，油耗则下降5%左右）.证明替代燃料可替代汽油燃料不小于33%,节油效果明显，而汽车发动机无需改动。在国内具有先进性和独创性。 检验结果检验项目93#汽油加剂汽油变化率%平均标准状态扭矩N,m 114。3 116。3 1。75%平均标准状态功率KW 51。0 52.1 2。16%平均燃油消耗率g/kW。h 297。1 298.9 0.61表2：煤基内燃机替代燃料（替代汽油33的绿色二号）与93汽油尾气排放检测对比表2000年在西安交通大学和2011年在陕西省环保厅对煤基内燃机替代燃料（替代汽油33的绿色二号）检测结果证明，煤基内燃机替代燃料排放性优于93#汽油。序号检测单位93汽油HC(PPM）93汽油CO（）煤基替代燃料HC（PPM)煤基替代燃料CO（%)1西安交通大学（检测1)68.51。9121。80。312西安交通大学（检测2）49.54。7122。751.223陕西省环保厅监测站1544.37991。54四、煤基内燃机替代燃料的前景展望1、我国制造煤基内燃机替代燃料的原料丰富，可持续至少百年。我国的能源结构是富煤、贫油、少气.从储量看,已探明煤储量为7 650 亿t，其中煤炭中高硫煤储量640亿吨。其他经济资源储量以外的煤矸石数千亿吨。我国的能源结构长期以煤及煤炭的下游产品为主,煤产量占全国能源产量的76%。根据有关机构预测，我国煤炭、天然气、石油的储量和开采利用年限分别为85年、62 年、19年。我国甲醇生产发展迅猛.2011年总产能达到4654万吨,其中新增产能867万吨;甲醇产量2627万吨，同比增长49。9。我国的甲醇主要是以煤炭为原料生产的.根据我国高硫煤储量640亿吨测算，按2吨高硫煤制作1吨甲醇测算，我国将具有320亿吨的潜在甲醇产能。如果将这个潜在产能转化为现实，按每年使用2。5亿吨煤基替代燃料测算，就可以使用128年.2、高硫煤制甲醇技术成熟我国生产甲醇的技术成熟.从技术角度看， 煤用化学工业的多联产办法, 可制造多种成系列的优质、清洁、廉价内燃机燃料。用传统成熟的工艺将煤制成水煤桨, 经气化、净化、脱硫, 成清洁的合成气(也称水煤气、富氢气）作为原料气,可制成甲醇、二甲醚、氢气等内燃机替代燃料。我国高硫煤制甲醇已经技术成熟。2007年12月28日，全国规模最大的年产50万吨“煤制甲醇”装置在山东兖矿国宏化工公司投产。这也是全球首套以高硫煤为原料的50万吨“煤制甲醇装置。这一装置投产后年可消化高硫煤100万吨，减排4万多吨二氧化硫烟尘。为大规模用高硫煤生产甲醇提供了技术支持。 3、煤基内燃机替代燃料先进适用,具有很强的安全性、环保性和经济性煤基内燃机替代燃料的先进适用性从产业链的角度主要体现为：上游原料有保证，我国低热能煤原料丰富,目前我国甲醇产能过剩，开发甲醇的下游产品，对支持甲醇生产企业生存和发展具有重要意义。中游技术有保证：对煤制甲醇采用深加工工艺技术，使其成为内燃机替代燃料的原料。经加工后将彻底消除甲醇直接作为燃料存在的动力不足、有毒性和腐蚀性等各种技术缺陷。详见煤基内燃机替代燃料（替代汽油33%的绿色二号）与国标汽油主要技术指标比较表。下游产品生产成本较低：按目前甲醇的市场价格3000元一吨测算，生产一吨煤基内燃机替代汽油燃料成本价约7000元，比93号汽油一吨便宜至少1700元。对生产厂家来讲，具有较大的利润空间。市场前景看好。4、发展煤基内燃机替代燃料，对维护我国能源安全、拉动能源产业意义重大。2011年我国甲醇生产企业295家，产能过剩约44%。如果将总产能4654万吨全部释放出来，并将其中50产量，即：2300万吨用于制造煤基内燃机替代燃料,用于替代成品油，这就意味着我国每年可减少进口2000多万吨的成品油,可适当降低我国石油对对外的依存度，同时也可节约一定数量的外汇.不仅如此，同时对拉动煤基能源产业发展、扩大内需、维护能源安全具有重要意义。下面以煤基内燃机替代燃料（替代汽油33%的绿色二号）与93#汽油技术指标比较：表3: 煤基内燃机替代燃料（替代汽油33的绿色二号）与国标汽油的主要技术指标比较表主要技术指标煤基内燃机替代汽油燃料国标93号汽油辛烷值95。193热值（MJ/kg）3642.5燃烧需空气量（kg/kg）6.414.8蒸发点或蒸发范围/30/36530/365闪点(闭口）/-14/6545/65密度（20/kg）0.73/0.840.72/0.76Co 、HC、Nx排放优于 G3G3发动机功率的可控性可控可控着火极限3。1-7。61.37.6碳788587氢1213-15氧8.790-0.1内燃机动力性能在同等条件下与汽油比相当五、发展煤基内燃机替代燃料的建议煤基内燃机替代燃料属于车用、船用替代燃料的范畴。发展煤基替代燃料符合我国煤炭资源相对丰富、技术比较成熟的实际。根据国务院能源中长期发展规划纲要(20042020)，关于在节约和替代石油工程中,“加快醇类燃料推广和煤炭液化工程实施进度，发展替代燃料”的要求.在坚持以煤为主、多元发展的方针,强调大力发展生物质能源的同时,不可忽视煤基替代燃料的发展。我国高层决策机关，应从维护我国的能源安全和可持续发展的角度考虑,关注和支持煤基内燃机替代燃料发展，为此建议：1、煤基替代燃料不同于传统的汽、柴油,应将其纳入新能源的范围，给予鼓励和支持.2、将煤基下游的替代燃料产品的开发纳入国家鼓励类产业政策之中,以获得生产、销售政策许可和税收减免等多方面的支持。3、对于包括煤基燃料在内的煤基内燃机替代汽、柴油燃料,在技术攻关和工业扩大试验方面给予资金支持。4、进一步建立和完善煤基内燃机替代燃料的国家和地方标准，为推广应用提供技术规范支持.5、可在具备条件的地区开展煤基内燃机替代汽、柴油燃料的示范推广工作,在取得经验后，在更大的范围推广应用。参考文献 边耀璋 汽车新能源M。北京：人民交通出版社，2003。5557孙瑞玉 国内甲醇汽油的应用进展及发展建议J.大化科技，2004，(3) 15何光远 发展煤基醇醚氢汽车燃料是替代石油的首要选择 J.汽车时代,2006，（6）8-11吴域琦 冯向法 甲醇燃料-最具竞争力的可替代能源 J.中外能源，2007，12（1）16-23鈡洪权 王亚明 张 松 甲醇汽油的技术进展及应用前景 J.西部煤化工，2007，(1）28-30姚春德 甲醇在柴油机上应用的技术进展J。中外能源，2009，（14）38-44刘丹丹 于增信 醇类燃料作为内燃机燃料的前景展望 J.能源智囊,2009，（11）2830郑宗明 余 平 大力推广甲醇汽油是促进低碳经济发展的战略举措J。能源与环境，2010, （4）2224辛 木 甲醇是近中期我国卡车业发展替代能源的最佳选择J。重型汽车，2010，（6)2527杨俊召 甲醇燃料21世纪的石油替代燃料J。广东化工,2010，38（5）71-73李 忠、谢克昌 煤基醇醚燃料M。北京:化学工业出版社，2011.146 作者简介：1、高华强,现为中国能源学会常务理事，陕西省汽车工程学会荣誉理事，西安市发改委基础产业处处长；曾任西安市汽车工业管理办公室主任， 工业发展处处长.组织并主持了“全国清洁汽车行动重点推广应用城市”、“单一燃料CNG公交车示范工程”、“深化清洁汽车重点推广应用城市研究”三个国家863计划课题的研究工作。主持和开展天然气、甲醇等替代燃料、汽车研发，汽车产业发展战略规划研究，工业发展思路等21个课题研究工作；参与了陕西省DB61/T352-2004 M15甲醇汽油地方标准、DB 61/T 3532004M25甲醇汽油地方标准、BD61/3862006汽车、压缩天然气两用燃料汽车综合性能要求和检验方法等地方技术法规的起草工作。参与清洁汽车和工业发展专项研究课题7项。荣获西安市政府2011年市科技进步二等奖1项、国家发改委优秀成果三等奖1项、陕西省和西安市发改委优秀研究成果二等奖2项.联系方法：高华强 手机：[phone] 电话:[phone]电子信箱：GHQ5918126。com2、齐英翔，现任西安格瑞新能源开发有限公司总经理，高级工程师,煤基内燃机替代燃料发明人、学科带头人。曾主持开发甲基内燃机替代燃料、甲基内燃机燃料助剂、替代燃料增能剂、植物纤维素制乙醇等多项课题研究工作。曾获国家专利 3 项，其中：发明专利 2 项，实用新型 1项。 联系方法：齐英翔 手机：[phone] 电子信箱:xinnengyuan_lq126。com二一二年七月二十五日14