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甲醇、乙醇——车用新燃料

来源:摘抄于因特网作者:古盛兰 点击:所属专题: 乙醇燃料 甲醇
石油资源日趋枯竭的趋势迫使人们去解决汽油问题.为此人们一方面致力于汽油的人工合成,另一方面努力寻找代用汽油.目前已找到的代用汽油有甲醇、乙醇、氢气等.工业发达国家相继出现过甲醇汽车、乙醇汽车和氢气汽车.目前使用和研究较多的是甲醇和乙醇,简要介绍如下

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石油资源日趋枯竭的趋势迫使人们去解决汽油问题.为此人们一方面致力于汽油的人工合成,另一方面努力寻找代用汽油.目前已找到的代用汽油有甲醇、乙醇、氢气等.工业发达国家相继出现过甲醇汽车、乙醇汽车和氢气汽车.目前使用和研究较多的是甲醇和乙醇,简要介绍如下:

(1)甲醇(CH3OH)

甲醇是一种性能优良的汽车新燃料,它的主要优点是甲醇、乙醇——车用新燃料辛烷值高,没有污染.实践证明,当汽油中掺入甲醇后,由于它的抗震性能好,毋需再加甲醇、乙醇——车用新燃料四乙基铅.这种混合燃料燃烧完全,热利用效率高,排放的气体中无铅,一氧化碳和其他残留的碳氢化合物量大大减少,从而减轻了环境污染.

甲醇作为汽车燃料的使用方法有两种,一种是甲醇与汽油混用,一般在汽油中掺入15%~20%的甲醇;另一种是甲醇单独使用.

甲醇能作为汽车燃料,是因为它与汽油有许多相似之处,如两者的相对密度相同;燃烧时的火焰温度相近,甲醇为1900℃,汽油为2100℃;发火点接近,甲醇为470℃,汽油为430℃.但甲醇燃烧的甲醇、乙醇——车用新燃料热值比较低,为22990kJ·kg-1,大约相当于汽油的一半;而且蒸发潜热大,为1129kJ·kg-1,大约是汽油(351kJ·kg-1)的3倍多,致使甲醇作为燃料使用有一定的弊病.很显然,同样一油箱燃料,甲醇行驶的路程只有汽油的一半;而且在气候寒冷时,发动机的发动就比较困难.后一问题现在已基本解决,通常采用在甲醇中掺入适量丙烷的办法.

甲醇作为能源是一种优良的液体燃料,不仅是汽车的良好燃料,也是很好的发电燃料.甲醇能否成为现代能源的一大支柱,关键在于甲醇成本的降低,有人认为如果甲醇的价格减到目前价格的1/20,则可能成为现实.

自20世纪20年代以来,甲醇一直是由一氧化碳经高温、高压和使用固体催化剂加氢的方法制得.

降低甲醇成本的关键是催化剂.最初使用锌铬氧(ZnO-Cr2O3)作催化剂,由于它的催化活性低,反应需在350℃~450℃的高温和25.0MPa~76.0MPa的高压下才达到具有经济意义的转化.1966年以后,英国、日本、美国和西德发展了以氧化铜为基础的锌、铬三元催化剂.这种催化剂使操作压力和温度分别降到5.0MPa~10.0MPa和250℃~300℃,从而降低了成本.但这种催化剂对硫中毒比较敏感,这意味着原料合成气必须经严格净化才行.

另外,从理论上分析,合成甲醇的反应是一个分子数减少的放热反应,因而降低温度和提高压力都有利于甲醇得率的提高.在常压下,当温度低于140℃时ΔG才是负值,这意味着在常压下,只有当温度低于140℃时,合成甲醇的反应才能自发进行;当压力为5.0MPa~10.0MPa时,才能获得经济上可行的甲醇得率.如果能寻找到一种更活泼的低温催化剂,使反应降低到5.0MPa~10.0MPa的压力范围,则甲醇的成本将大幅度降低.

至于原料合成气(CO和H2的混合物),可通过煤的气化;也可由天然气通过甲烷与水蒸气的反应获得:

CH4+H2O→CO+3H2

近年来,有人提出将甲醇与合成氨装置联合组建,利用合成氨装置中水煤气变换反应生成的CO2与甲烷和水蒸气在800℃下,通过镍催化剂进行反应获得合成气:

(2)乙醇(CH3CH2OH)

乙醇也是一种抗震性能好、无污染的理想燃料,它的相对密度(0.79)、沸点(78℃)都与汽油相近,热值为1366.8kJ·kg-1,比汽油的低.

用乙醇代替汽油也有与汽油混用和单独使用两种方法.目前应用较广的是与汽油混用法,一般在汽油中掺入10%~20%的酒精.这种混合燃料,由于酒精的抗震性能好,不再加入四乙基铅,从而减少了汽车排气对环境的污染.当酒精单独作为汽车燃料时,由于酒精的发火点比汽油低,其热值又少,故必须对汽车发动机进行改进。

(责任编辑:化学自习室)
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