汽車燃料——乙醇

2021-01-08 見異思謙

乙醇用作汽車能源的主要優點(1)來源豐富。乙醇通常來自富糖、富澱粉或富纖維的植物。各國資源不同,比如巴西盛產甘蔗,用甘蔗生產乙醇為巴西的小汽車提供動力,在巴西政府的支持下,乙醇燃料成為巴西一個很成熟的產業,並給巴西帶來了許多好處:減少了對石油的依賴;刺激了農業和相關行業的發展,創造了就業機會,改善了生態環境。(2)抗爆性好。乙醇的研究法辛烷值為111,馬達法辛烷值為91。添加乙醇可以較為有效地提高汽油的抗爆性。(3)降低排放。通過添加乙醇或其他含氧化合物,並改變汽油組成,美國新配方汽油可以有效降低汽車尾氣排放,美國汽車/油料(AQIRP)的研究報告表明:使用含6%乙醇的加州新配方汽油,與常規汽油相比,HC排放降低10%~27%,CO排放減少21%~28%,NOx排放減少7%~16%,有毒氣體排放降低9%~32%;國內研究結果表明,使用乙醇含量10%(體積)的乙醇汽油的國產典型汽車,其CO、HC排放分別減少了約30%和10%。

乙醇用作汽車能源的主要問題(1)熱值低。乙醇的熱值為26.77MJ/kg,比常規汽油熱值(43.50 MJ/kg)要低,因此,使用乙醇汽油後,發動機的油耗隨著乙醇摻入量增加而增加,有資料報導,使用含10%乙醇的混合汽油時,發動機的油耗約增加5%。在相同辛烷值的前提下,發動機的動力性能也有不同程度的下降。乙醇摻入量小於10%時,對汽車發動機的供油系統、點火系統及壓縮比不必做任何調整,當乙醇摻入量大於10%時,應適當提高發動機壓縮比及點火提前角,使燃用乙醇的汽油機的功率接近原機水平。(2)低溫起動性差。乙醇的汽化潛熱大,理論空燃比下的蒸發溫度降大於常規汽油,汽化潛熱大會導致汽車動力性及經濟性下降,在低溫條件下,乙醇汽油不易起動,汽化潛熱大使化油器中形成的燃氣混合比低(乙醇空燃比僅為9),比汽油正常燃燒所需的理論空燃比15低得多,影響混合氣的形成及燃燒速度,使汽車驅動性能下降,影響最大功率的發揮,不利於汽車的加速性。巴西、美國在使用較高比例(含20%~100%乙醇)乙醇汽油時,通常通過增加發動機進氣加熱系統或廢氣預熱空氣系統,提高進氣溫度,改善混合氣形成及燃燒,改善乙醇汽油的低溫起動性。

(3)價格貴。燃料乙醇以糧食為原料,成本較高,其價格長期高於汽油。(4)抗水性差。乙醇與汽油可以互溶,但抗水性差,乙醇汽油在少量水分存在的情況下容易發生相分離,有關試驗表明:隨著乙醇汽油中水含量的增加,相分離溫度明顯提高,以含10%乙醇汽油為例,當汽油中水含量小於3000×10-6時,相分離溫度為-30℃以下,當水含量增加至4000×10-6時,相分離溫度為-16℃。在相同水含量的條件下,隨著乙醇含量的增加,相分離溫度將較大幅度降低。(5)乙醇的蒸發潛熱大,氣化不良而流入汽缸壁,致使潤滑油膜被衝洗而造成的潤滑油稀釋、或嚴重乳化,導致發動機部件的磨損。國外在使用E85或E100等高比例乙醇時,通常需要適合燃用乙醇的特製發動機,其供油系統、進氣系統材料需經防腐處理。使用低比例乙醇燃料時,金屬腐蝕抑制添加劑的加入(300×10-6~500×10-6)可以有效抑制乙醇汽油對銅片(黃銅、紫銅)的腐蝕。

(6)溶脹作用。乙醇作為一種化工溶劑,對汽車供油系統的橡膠部件有一定的溶脹作用,對油泵的密封及其他部件的合成橡膠材料大都有輕微的腐蝕、溶脹、軟化或龜裂作用。乙醇在汽車上的各種應用方式中,應用最多的方式是:以液態摻燒(與汽油以一定比例混合)形式應用於點燃式發動機上。總之,甲醇和乙醇的來源較為豐富,合理應用可降低汽車排汙,其能量密度雖然趕不上汽油和柴油,但仍不失為價值較高的能源品種之一,是一種值得重視的汽車新能源。

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