工業甲醇燃料化應用問題的探討

鐘慶有　周思安

摘要：對甲醇液體燃料進行了探討，討論了其可行性以及優勢，分析了水分在甲醇液體燃料起到的效果，并且針對存在的問題研究了摻水的可行性，調查了廈門地區甲醇液體燃料摻水情況，對甲醇液體燃料應用進行了展望。

關鍵詞：甲醇液體燃料；水；應用；閃點；熱值

中圖分類號：TQ223.121文獻標識碼：A文章編號：1674—9944（2014）09—0238—02

1甲醇液體燃料應用背景

隨著石油資源的日益枯竭及其帶來的嚴重環境污染問題，國內外將目光轉向了更加節能環保的新能源的開發和利用。而在近年來，由于城市內禁止燃煤、液化氣漲價和石油價格劇烈波動等因素的影響，在考慮環保和價格方面的問題下，甲醇液體燃料作為替代能源在生產生活中的作用慢慢的凸顯出來。

2甲醇液體燃料理論依據

甲醇液體燃料指的是一種以甲醇為主，部分混合有乙醇、丙醇等多元醇類和極少量的烷烴，并且適當的添加一定量的添加劑的液體燃料。此外也被Vulcan-Cincinnati 組織稱呼為“甲基燃料”以及根據添加劑的變化也被稱為“醇基燃料”、“生物醇油”、“醇化油”等等。

甲醇是無色透明、易揮發、易燃的液體，抗爆性能好，含氧量高，燃燒后的廢氣排放比柴油和液化氣少，具有燃燒充分的優勢，因此是優質的清潔燃料。諾貝爾化學獎獲得者George A.Olah教授就提出了“甲醇經濟”的概念：甲醇主要作為碳循環中能量的載體，可以實現從CO2到甲醇再到CO2的綠色能源循環[1]。而作為替代能源，甲醇液體燃料有如下特點。

（1）甲醇液體燃料原料來源廣，以煤炭、重油、天然氣或生物質等為原料進行生產甲醇的工藝簡單，技術成熟，國內產量逐年累計上升。據統計，2013年全國精甲醇累計總產量達到了2878萬t。此外，甲醇液體燃料可以通過煤炭液化技術和生物質生產再生能源技術等直接獲得，因此規模化生產甲醇液體燃料的成本遠低于其他清潔燃料，市場競爭力較大。

（2）甲醇液體燃料熱值較低，蒸發潛熱大。通過試驗可知，甲醇液體燃料的熱值一般能達到20100～26000kJ/kg，僅是柴油、液化氣等高熱值燃料熱值的60%左右，屬于低熱值液體燃料。純物質在其相態變化（溫度不變化）時所吸收或放出的熱稱為潛熱。從液態到氣態的變化過程中所吸收的熱稱為蒸發潛熱，而甲醇液體燃料蒸發潛熱為1130kJ/kg，是汽油的4倍多[2]。因此，采用霧化燃燒的方式可以使甲醇液體燃料的性價比更高。

（3）甲醇液體燃料閃點不高，通過測定，其閃點為16℃左右，根據液體燃料關于閃點的分類，屬于中閃點液體燃料（-18～23℃）；查化工手冊可知，原料甲醇沸點只有647℃，因此調配后的甲醇液體燃料沸點在647～200℃間，屬于較易燃燒的燃料。因此，在生活生產中對于甲醇液體燃料的應用需要特別的注意。

（4）甲醇液體燃料是一種清潔能源。由于原料甲醇本身含氧，調配后甲醇液體燃料燃燒時需氧較少，燃料燃燒充分，呈藍色火焰，煙氣中不含有炭黑，僅含有二氧化碳和水，并且由于硫含量極低，燃燒后煙氣中基本不含硫化物。但未燃盡的甲醇液體燃料氣體對眼睛有強烈的刺激作用，并可使人致盲。

（5）甲醇液體燃料適應面廣。甲醇液體燃料適用于城市餐飲業爐灶、中小型鍋爐、居民家用灶具及工業爐窯，但由于性能與其他燃料的區別，需要使用專用的燃燒設備[3]。

3甲醇中摻水的問題

由于甲醇存在閃點低，熱值不高的問題，所以不能直接應用做燃料，所以應該適當的添加一定量的添加劑實現閃點和熱值的提高，從而達到燃料正常使用的目的。而目前甲醇液體燃料供應單位基本都是小微型的民營企業，企業自身條件使得企業在大規模規范化生產以及對產品的研發改進等方面受到一定限制。由于甲醇液體燃料是一種多組分的混合燃料，國標主要是對主要成分做了明確規定，對輔助成分的要求只是進行了限制。少數企業為了降低成本，在甲醇液體燃料的配方上不太規范。

基于成本上的考慮，很多廠家選擇在甲醇液體燃料的調配過程中添加水作為添加劑，含水可以提高開口閃點，提升了產品儲存的安全性，但是有的廠家為了降低更多成本而添加了過量的水，甚至燃料中甲醇含量在75%以下、密度達到085（體積），很大程度上降低了熱值，最后反而影響燃燒的效果。而在使用中發現甲醇液體燃料中摻水存在著以下的問題。

3.1摻水后容易造成系統腐蝕

在許多廠商對甲醇液體燃料的調配時，受場地和技術水平的影響，存在很多不確定性的問題，導致存在游離狀的水，而這一部分的水分會直接引起金屬的化學和電化學腐蝕，并且在燃料中可能含有的某些含硫及酸性腐蝕物質會溶解在水中時，與金屬反應，會加快金屬的腐蝕過程。處于游離狀態的水對金屬的危害很大，它能腐蝕各種設備和鋼制零件，如鋼油罐、油桶、管道、閥門等零件。水分對低合金鋼有較強烈的腐蝕作用，也腐蝕銅和鋅等有色金屬，對青銅不產生腐蝕，溶解在燃料中的微量水分只引起低含量鋼鐵腐蝕[4]。

3.2含水量對燃料的低熱值有雙重的降低作用

水不屬于燃料，因此會降低甲醇液體燃料的熱值，影響燃燒效果。在甲醇液體燃料燃燒過程中，由于水本身無法燃燒，必須得由甲醇燃燒后提供熱量使其汽化為水蒸氣，使得燃料燃燒的熱值轉換效率下降，熱值降低。

3.3摻水會對燃燒效果產生影響

由于在甲醇液體燃料中，水是不具有燃燒效果的，因此在燃燒過程中會影響燃料中甲醇的燃燒。主要是因為甲醇需要提供部分的熱量使水分蒸發，降低燃料的熱值，并且由于燃料摻比的關系，燃燒出口的燃燒效果有限，會出現燃燒過程斷斷續續的情況，如果含水量過多，燃燒過程還有可能被中斷。

4甲醇液體燃料摻水的實際應用

在實際應用中，甲醇液體燃料的使用事故，很大一部分原因可能是由燃料中摻水的關系。為此，筆者主要調查了廈門市場的甲醇液體燃料摻水的情況，發現主要存在如下問題。endprint

一部分產品摻水量過多，達到25%以上，使得甲醇液體燃料密度為0.85以上。其中主要有廈門火焰山新能源科技有限公司、廈門綠潔寶能源科技有限公司、廈門雙贏能源科技有限公司、廈門中郵陸航油氣有限公司以及廈門金銳新能源有限公司等。還有直接使用精甲醇作為原料的，主要有廈門圣大新能源科技有限公司。

通過上文對摻水的分析可以知道，摻水不容易實現熱值和閃點的提高，還會帶來更多的問題，因此可以認定摻水的方法不佳。而直接使用精甲醇也存在巨大的安全隱患。精甲醇為有毒化工產品，閃點低，揮發性強，對人體有顯著的麻醉作用，對視神經危害最為嚴重，吸入濃的精甲醇蒸汽時會出沉醉、頭痛、惡心、嘔吐、流淚、視力模糊和眼痛等，需要數日才能恢復。

近年來，市場上出現了新產品“生物醇油”，指的是以低碳醇和醚類、酯類等替代石油產品烴類作為熱值增效劑，經化學勾兌和物理絡合合成的一種高清潔的燃料，其原料仍然為以甲醇為主的醇類，一樣屬于甲醇液體燃料，而非生物燃料。

廈門鑫燁盛能源科技有限公司通過多年對甲醇液體燃料的研究，從提升甲醇燃料化應用的技術水平，與生物質能源的綜合利用，以生物柴油作為添加劑，替代水以及其他添加劑的作用，可以提高甲醇液體燃料的熱值，克服此類燃料因熱值低而不能讓客戶滿意使用的缺點，同時還可以提高甲醇液體燃料的閃點，大大提高使用和儲存的安全性，減少相關事故的發生[5]。其中，生物柴油為生物質能源，符合國家新能源政策的導向，并且通過生物柴油提高甲醇液體燃料的閃點和熱值，通過甲醇改善生物柴油的燃燒效果，提升產品質量。

5甲醇液體燃料應用的展望

通過對甲醇液體燃料的研究發現，由于甲醇的特性決定了作為燃料應用必須達到燃料的標準，需要一定的技術改善，而水作為常見的添加劑在甲醇液體燃料中的作用弊大于利，因此在應用中會被逐步替代，接下來廠家應該研發出熱值和閃點更高的產品來滿足市場的要求，以科學地應用新能源。

參考文獻：

[1] 張全，林飛，王寶璐，等.關于醇經濟產業鏈的思考[J].化工進展，2010（29）：17～20.

[2] 張瑞，王亞妮，李峰，等.環保民用燃料的現狀及研究進展[J].化工新型材料，2012，40（5）：22～23.

[3] 傅學政，管天球，許朝暉，等.醇基燃料高效燃燒技術研究。湖南科技學院學報，2006，27（5）：73～75.

[4] 肖貴和.節能減排的柴油替代品[C]//中國農村能源行業協會.新型液體燃料技術發展前景研討會文集.北京：中國農村能源行業協會，2008.

[5] 周思安.一種甲醇液體燃料及其制備方法[P].中國專利：ZL 2013 10126629.6，2013.04.15，2013-09-30.endprint