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1、LOGO 简述传统车用能源及新能源的应用 你了解我们的车用 燃料吗？ XXX XXXX班 10XXXXXXX LOGO 目录 1 石油的发展及其自身限制 2 天然气的发展及其应用 3 其他新能源的快速崛起及其所面临的问题 3.1生物柴油 3.1.1 生物柴油的制取工艺 3.1.2 生物柴油的展望 3.2 氢燃料电池 3.2.1 氢燃料电池的优点 3.2.2 氢燃料电池在产业化进程中的问题 3.3 二甲醚燃料 3.3.1 二甲醚与柴油的物性比较 3.3.2 二甲醚与柴油的排放比较 3.4 醇类燃料 3.4.1 乙醇燃料 3.4.2 甲醇燃料 3.4.3 粮食的困惑 LOGO 1 石油的发展及其自
2、身限制 石油又称原油，是一种粘稠的、深褐色的液体。 地壳上层部分地区有石油储存。主要成分是各种烷烃、 环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生 物经过漫长的演化形成，属于化石燃料。 最初，由于石油相对于煤炭热值高，储运方便，价 格低廉，其在能源结构中的比例逐年提高。二战之后， 其在能源消费中所占比重已跃升至第一位。 如今，随着各国工业的发展，尤其是汽车保有量的 快速增加，石油的需求越来越大，而石油的开采却越来 越难，造成石油价格的飚升。再者，由于三次石油危机 的影响，各国加大了对石油资源的争夺，进一步抬高了 石油的价格！ LOGO 环境因素越来越受到重视，大气污染的主要来源 便是汽车尾
3、气排放。而石油的燃烧不可避免的会带来 CO，HC，氮氧化物以及颗粒物。随着排放法规的日趋 严格，石油的使用也受到了限制。 综合来看，石油在现阶段将仍然是最主要能源。 但随着价格的高涨，资源的枯竭以及一系列的环境问题 ，石油替代能源的研发将会越来越重要。 LOGO 2 天然气的发展及应用 天然气是一种多组分混合气态化石燃料，主要成分 是烷烃。它主要存在于油田和天然气田。 天然气相对于石油有辛烷值高，抗爆性好的特点。 而且比较清洁。其储量也较为丰富，截至2010年，全 球常规天然气探明储量187.1万亿立方米 。 由于石油价格的不断攀升，天然气的低廉价格促进 了其快速发展。在汽车领域，日常消耗较大
4、的公交车及 出租车已大量使用。同时，我们也看到，现如今，许多 天然气汽车只是由内燃机改装而来，其性能还有待提高 。 LOGO 3.1 生物柴油 生物柴油简介 由于传统化石和矿物能源具有不可再生性和燃烧时会 带来严重的环境污染问题，世界各国都在积极探索可再 生的绿色能源。Graham Quick 于1983年首次对生物 柴油进行定义后，各国科学家相继开展了其研究工作， 于是出现了第一代生物柴油（主要组分为脂肪酸甲酯） ，由于第一代生物柴油在使用过程中缺点太多，人们对 其改进后的得到具有低粘度、低密度且十六烷值高的第 二代生物柴油（组分类似于石化柴油）。因第二代生物 柴油制备原料仅限于油脂，研究者
5、又对非油脂类和微生 物油脂进行试验并成功制得生物柴油，即第三代生物柴 油。 LOGO 3.1.1生物柴油的制取工艺 第三代生物柴油的生产工艺主要有以下两种： 一、生物质气化制生物柴油 其是指该原料如木屑、农作 物秸秆等压制成或简单的破碎加工处理后，在缺氧的条 件下送入气化炉中进行气化裂解，得到可燃气体并进行 净化处理且获得产品气的过程。 目前，欧美等发达国家对其的研究已经取得显著成果 ，特别是催化剂及气化装置。但在实际运用中发现，不 管采用哪种气化装置和催化剂，都存在焦油转化率不理 想、CO选择性低和成本高等问题，所以开发高效且经 济的气化装置和催化剂是以后的研究重点。 LOGO 二、 微生物
6、油脂制生物柴油 以微生物油脂为原料制备生物柴油最关键 的是利用微生物生产精制油脂。其工艺过程如下图 微生物油脂作为廉价的合成生物柴油的原料，已成为研究人员关 注的焦点。但微生物油脂的制备过程较为繁琐，且能否从微生物制 备的油脂中获得高附加值的多不饱和脂肪酸变异株及进一步提高多 不饱和脂肪酸产量，找到事宜的廉价培养物，将是该工艺实现产业 化的关键。 微生物油脂制备生物柴油工艺流程图如下 LOGO 3.1.2生物柴油的展望 对微生物油脂和生物质气化所进行的一系列研究，对解决当今 世界各国油脂原料供应问题，促进生物柴油工业化应用，解决人 类能源问题和环境问题等都具有深远的意义。随着世界科技的不 断发
7、展，第三代生物柴油的合成技术也会相继成熟并逐渐实现其 产业化，以满足人们对生物柴油的迫切需求。 再者，中国的餐饮业发达，地沟油产量巨大，如果能够加以利 用，将会带来很好的社会及经济效益。在此方面，日本的经验可 以借鉴。 LOGO 3.2 氢燃料电池 氢燃料电池与普通蓄电池的供能原理 不同。蓄电池是一种储能装置，它把 电能贮存起来，需要时再释放;氢燃料 电池严格地说是一种电化学发电装置 ，是把化学能直接转化为电能，其基 本原理是电解水的逆反应:把加注的氢 和空气中的氧分别供给阴极和阳极， 氢通过阴极向外扩散和电解质发生反 应后，分解为氢离子和电子，产生电 流的同时氢离子通过外部负载到达阳 极，与
8、氧结合生成水。 LOGO 3.2.1氢燃料电池的优点 一是无污染 氢燃料电池供能过程中唯一的排放是纯净的温水，避免了温室气 体和其他污染物对环境的侵害。如果氢源能够通过太阳能、地热能或 水能等获取，那就可以形成一个完美的零污染排放循环。 二是高效率 燃料电池的能量转换效率极高，理论上可达80%，实际效率已达 50%60%，是普通内燃机热效率的23倍，因此，氢燃料电池汽车可 以说是世界上最环保、高效、低公害的汽车，是世界汽车工业战略发 展的焦点。 LOGO 3.2.2氢燃料电池在产业化进程中的问题 第一，氢气的来源问题。目前全球氢产量约为5000万吨/年，其中 96%是由天然气、石油和煤等传统能
9、源，通过重整或改质技术制 取而来。未能从根本上摆脱对化石能源的依赖。只有到了能以再 生性能源廉价地生产氢气，氢燃料电池汽车的燃料问题才算获得 根本性解决。 第二，氢燃料的储运技术间题。氢通常以3种状态存储和运输:高 压气态、液态和固态。高压氢气输送技术相对成熟，但其运输效 率较低，仅适用于加注量很小的加氢站。同时，常用压缩气体罐 的储氢量只能供燃料电池汽车行驶150公里，续驶里程短。液态氢 气需要-253 摄氏度的条件贮存，这对于汽车来说非常困难。此外 ，由于氢气分子很小，容易从输送管道、存储设备、处理工厂及 汽车燃料电池中泄露。 第三，燃料电他成本问题。燃料电池生产成本居高不下是制约燃 料电
10、池汽车商业应用的主要障碍之一。据美国能源部测算，目前 氢燃料电池的生产成本约为500美元/千瓦。专家估计，只有当燃 料电池的生产成本降至50美元/千瓦的水平时才能为消费者所接受 。也就是说，当一台80千瓦的车用燃料电池的成本降到目前汽油 发动机的价格(约合3500美元)时，才能创造巨大的市场效益。 LOGO 3.3 二甲醚燃料 能从煤、煤层气、天然气、生物质等多种资源制取的二甲醚 燃料是近年来新出现的汽车代用燃料。二甲醚(Dimethyl - ether)，简称DME，是一种无毒含氧燃料，常温常压下为气 态，常温下可在 5 个大气压下液化，易于储存与输运；由于 其十六烷值高达 5560，具有优
11、良的压燃性，是非常适合 于压燃式发动机使用的代用燃料。作为一种新型二次能源， 二甲醚具有很大的发展潜力和市场前景。 LOGO 3.3.1二甲醚与柴油的物性比较 由左表可见二甲醚 燃料具有低沸点、 低粘度、较高的压 缩性、较低热值、 压燃性好及混合气 形成容易等特性， 其理化特性与柴油 有很大不同。 柴油机为上海柴油机股份有限公司生产的 2135 非增压直喷式柴油机 LOGO 3.3.2二甲醚与柴油的排放比较 注：均在1400r/min条件下测得 BMEP：制动平均有效压力 LOGO 由以上数据可知，二甲醚发动机的NOx排放比柴油机 大幅度降低，HC和CO排放处于很低水平，碳烟排放 为零，能实现
12、无烟燃烧，呈现优良的排放特性。 LOGO 3.4 醇类燃料 车用替代燃料常用的醇类燃料主要包括甲醇和乙醇。其资 源丰富,来源广泛,污染小,在国内外已被作为清洁燃料进行推广 。 LOGO 3.4.1乙醇燃料 乙醇，俗名为酒精,是一种含氧燃料,常温下的密度为 0.7843 kg/L,沸点78.3,低热值为27.20 MJ/kg,研究法辛烷值 为RON111,马达法辛烷值为MON92。在我国通常以玉米、小 麦、薯类等农作物为原料制取乙醇。乙醇汽油燃料的研发应用 已经步入成熟阶段。汽油中混入乙醇后有害化学物(如硫、芳烃 等)的密度降低,辛烷值增高,提高了汽油的排放性能和燃烧性能 。研究表明,当汽油中乙
13、醇的含量相对较高时,其排放物的量降 低的较多,例如当乙醇含量为6%时, HC的排放降低5%, CO的排 放降低21%28%, NOX的排放降低7%16%。当乙醇的含量为 15%时, HC的排放量降低16%, CO的排放降低30%。且乙醇辛 烷值高,抗爆性好,汽化潜热大,可提高发动机的进气量,从而提高 发动机的动力性。 LOGO 3.4.2甲醇燃料 在我国甲醇燃料的主要来源是煤炭,国内已经探明煤的剩余 可采量7000亿吨,可供开采上百年。所以,利用丰富的煤炭资源, 以甲醇为替代燃料,是近期车用替代燃料发展的一个可行的,主要 的方向。 甲醇应用在汽油中,可使燃烧更充分,适当降低燃烧温度,从 而降低
14、了NO、HC、CO的排放。在实际应用中，低比例甲醇和 较高比例甲醇易与汽油融合。目前,对于低比例和较高比例甲醇 汽油的研发已取得了一定的成效。特别对于低比例的甲醇汽油 燃料应进行大范围的推广,主要是因为其使用的发动机无需进行 改装,从而在很大程度上降低了使用成本。 。 LOGO 甲醇应用与柴油中时，遇到了互溶性差,自燃点高,粘度低, 润滑性差等问题，故甲醇燃料用于柴油机上比用于汽油机上困 难的多。针对甲醇与柴油的应用现在有两种方式:一种是在乳 化剂的作用下与柴油掺混;另一种是甲醇首先在进气缸内与空 气混合,再由柴油点燃。 甲醇燃烧的CO, HC,NOX的排放量相对较低,其和为0.78 g/km,而柴油为1.0 g/km,汽油为1.9 g/km。 LOGO 3.4.3粮食的困惑 由于乙醇在很大一部分都是通过粮食加工而来，因此， 乙醇燃料的应用不可避免的会影响到粮食的供应，出现“争粮 ”的现象。同时，由于我国是一个人口大国，而人均耕地面积 很小，这就使得我们要慎重考虑乙醇燃料。 对于乙醇的应用，应该综合可虑，切不可盲目发展。否 则，会影响到人们的基本生活和国家稳定！ LOGO
