 Hans Journal of Chemical Engineering and Technology 化学工程与技术, 2013, 3, 203-207 http://dx.doi.org/10.12677/hjcet.2013.36037 Published Online November 2013 (http://www.hanspub.org/journal/hjcet.html) Development Status of Domestic Alcohol Ether Fuel Applications and Standards* Rong’an He, Xiangfa Zhou#, Chenxi Zhao Department of Bioengineering and Environmental Science, Changsha University, Changsha Email: #flucky-zhou@163.net Received: Sep. 5th, 2013; revised: Oct. 4th, 2013; accepted: Oct. 12th, 2013 Copyright © 2013 Rong’an He et al. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits unre- stricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract: Due to the fossil fuel shortages and rising prices, alcohol ether fuel as an efficient added one has attracted increasing attention. This paper introduces the application of alcohol ether fuel in recent years and the introduction of relevant standards, and the alcohol fuel production and the development trend of product standards are analyzed. Keywords: Alcohol Ether Fuel; Application; Standards 国内醇醚燃料应用与标准发展动态* 赫荣安，周祥发#，赵晨曦 长沙学院生物工程与环境科学系，长沙 Email: #flucky-zhou@163.net 收稿日期：2013 年9月5日；修回日期：2013 年10 月4日；录用日期：2013 年10 月12 日 摘 要：石化燃料的短缺和价格高涨，作为石化燃料补充的醇醚燃料日益引起人们的关注。本文介绍了国内近 年醇醚燃料的技术应用和相关标准的出台情况，并对醇醚燃料的生产和产品标准发展趋势进行了分析。 关键词：醇醚燃料；应用；标准 1. 引言 能源问题是当今中国社会经济生活中的一个广 受关注、急需解决的问题。随着中国经济发展，对石 油依赖度越来越高。而我国石油资源匮乏，使石油补 充和替代能源的研究与应用成为一种必然趋势。近年 来，汽油、柴油价格的居高不下，使石油替代品的市 场需求增加，使得相关产品和产业的发展更加受到关 注。 现阶段石油替代品主要包括甲醇、二甲醚、乙醇、 煤制燃油、生物柴油、沼气、氢气、可燃冰等[1]。其 中甲醇、二甲醚、乙醇以及其混合物等可统称为醇醚 燃料，主要由煤基原料(原煤、煤层气、焦炉煤气等) 和生物质原料(生物糖类、秸秆、油脂等)通过气化合 成来制备，可在民用、车用领域替代液化石油气、汽 油、柴油。 醇醚燃料经历了十余年的发展历程，目前已经进 入实际应用阶段。虽然醇醚燃料燃烧后主要形成CO2 和水，CO、NOx等的排放远低于汽油、柴油(从这一 角度可认为其是一种清洁替代燃料)，但围绕其应用的 利弊、发展趋势、政策、市场等问题仍存在较大争议。 本文就我国大陆地区甲醇、乙醇和二甲醚三种主要醇 醚燃料的应用和相关技术标准的发展动态进行了分 *资助项目：课题为长沙市科技计划(K1205052-11)资助项目。 #通讯作者。 Open Access 203  国内醇醚燃料应用与标准发展动态 析和讨论。 2. 甲醇燃料 在醇醚燃料中，甲醇作为燃料的主要应用是调制 甲醇汽油，作汽车燃料。根据燃料中甲醇的加入比例， 用M100、M85 、M15 等分别表示纯甲醇燃料、加入 85%甲醇的汽油和加入 15%甲醇的汽油，以此类推。 我国汽车工业的高速发展，使汽车燃料供需矛盾 和尾气排放等问题日益突出。近年来，国内油价大幅 上涨，成品油与甲醇价差不断扩大，用甲醇汽油替代 汽油具有一定的经济效益。目前，甲醇价格为 2900 元/吨(约合 2.26 元/升)，而 93 号汽油价格为 7.75 元/ 升(北京)，按等热质对比(甲醇低热值为19.9 kJ/g，汽 油低热值为 43.1 kJ/g)推算，甲醇的价格为汽油价格的 58.6%，具有明显的价格优势。 甲醇、乙醇和汽油在发动机中燃烧的空燃比分别 为6.4，9.0，14.8。其和空气的混合气的 热值分别为 2.656~ 2. 786 kJ/g，2.670~2.656 kJ/g，2.780~2. 786 kJ/g， 其热值比为 1:1.01:1.05[2]，三者基本接近，表明在各 自的空燃比条件下，甲醇和乙醇的燃烧动力性并不比 汽油差。此外，甲醇汽油使用过程的 CO、NOx的排 放明显降低，主要是甲醇中含氧，使燃烧所需的空气 比例降低，燃烧更充分。 对于甲醇作为车用燃料，存在较大的争议。争议 主要集中在安全性和燃烧性能上。甲醇本身有毒，这 为其车用带来了安全问题。部分研究显示M85 甲醇汽 油的甲醛排放量与汽油在量级上相同，但甲醇的排放 明显高于汽油[3]，在使用高比例甲醇汽油时，甲醇对 人体的毒害不容忽视。唐宏青[4]也认为甲醇燃料的根 本分歧在环保，并认为醇醚燃料发展要降温。 也有研究者认为甲醇汽油的危害性并非明显高 于汽油。如周敬文等[5]采用有毒化学物质职业接触风 险矩阵半定量分析法对对 M60 甲醇汽油项目进行职 业病危害预评价，结果显示，甲醇和汽油接触等级分 别为 2.11、2.35，危害等级均为 2级，风险等级均为 2低风险。 醇醚燃料及醇醚清洁汽车专业委员会副秘书长 降连葆[6]认为，甲醇作为汽车燃料的低热值、冷启动 难、遇水分层、腐蚀溶胀、高温气阻、专用润滑油等 关键技术问题已基本解决，随着甲醇发动机和整车试 运行的基本成功，已不存在关键性技术障碍。而中国 石化总裁王天普则明确表示不希望具有低比例甲醇 的M15 甲醇汽油投放市场[7]。 2000 年以前，国内没有关于醇醚燃料的国家标 准，只有《醇基液体燃料》(GB16663-1996)、《工业甲 醇》(GB338-1992)、《车用无铅汽油》(GB17930-1999) 等3个相关的国家标准[8]。2000 年以后，随着醇醚燃 料的发展，出台了 20 多个甲醇燃料相关的地方标准， 其中山西省 5个，山西省 3个，浙江省 3个，甘肃省 2个，黑龙江、辽宁、四川、新疆、贵州等省也都有 各自的地方标准出台，到 2009 年出台了两个甲醇燃 料的国家标准。表 1列出了国家标准和部分地方标准。 国家标准明显少于地方标准，而且两个国家标准 的发布和实施均在相关的地方标准发布之后，可以看 出，国家标准明显滞后。正如降连葆[6]指出的，甲醇 燃料的标准编制是一种由地方实践推动国标制定，自 下而上的路径，先在山西等几个省域范围内进行各自 的工程实践探索，进而出现区域联片的发展态势并引 起国家的关注。 山西省在甲醇燃料方面的应用和推广较为突出， 相应的标准也较系统，逐步编制、出台了多项地方标 准，涉及甲醇燃料标准、输配系统标准、甲醇汽车、 发动机标准、排放标准、安全标准等[8]。目前，山西 省改装一部以甲醇为燃料的私家车或者公交车，只需 要1000 元，已经有 1万多辆甲醇汽车投入实际运营[9]。 2012 年，山西省、陕西省和上海市被列为国家甲醇汽 车试点省份[10]。 2011年，我国市场上甲醇的需求量为3100 万吨， 2012 年，全国甲醇产能达到5300 万吨，新增产能(400 万吨)主要为煤炭原料装置和焦炉气装置，实际甲醇产 量为 2600 多万吨，同比增长约19%，开工率约为 49%[11]。可以看出，我国甲醇的产能完全可以满足需 求，甲醇燃料的应用不会受到供给能力的影响。 3. 燃料乙醇 燃料乙醇主要是与汽油共混掺烧，用作汽车燃 料。乙醇作为液体燃料具有多个优点：乙醇燃烧充分， 产生有害气体少，节能环保；乙醇具有极好的抗爆性 能，可代替四乙基铅添加剂。另外，乙醇无毒，长期 使用对人体危害小，因此是一种安全的清洁燃料，使 Open Access 204  国内醇醚燃料应用与标准发展动态 Open Access 205 Table 1. National & local standards of methanol gasoline 表1. 甲醇汽油相关国家标准和部分地方标准 标准名称 标准号 发布时间 实施时间 国家标准 车用燃料甲醇 GB/T 23510-2009 2009-4-8 2009-11-1 车用甲醇汽油(M85) GB/T 23799-2009 2009-5-18 2009-12-1 地方标准 车用燃料甲醇 DB14/T 93-2002 M5、M15 车用甲醇汽油 DB14/T 92-2008替代DB14/T 92-2002 低比例甲醇汽油变性醇 DB14/T 177-2008 车用甲醇汽油组分油 DB14/T 178-2008 M85、M100 车用甲醇燃料 DB14/T 179-2008 山西 车用燃料甲醇 DB61/351-2004 车用 M15 甲醇汽油 DB61/352-2004 车用 M25 甲醇汽油 DB61/353-2004 陕西 车用甲醇汽油第 1部分：M15 DB33/T 756.1-2009 车用甲醇汽油第 2部分：M30 DB33/T 756.2-2009 浙江 车用甲醇汽油第 3部分：M50 DB33/T 756.3-2009 车用甲醇汽油变性醇 DB62/T 1873-2009 车用甲醇汽油(M15、M30) DB62/T 1874-2009 甘肃 M10 车用甲醇汽油 DB51/T 448-2004 四川 M15 车用甲醇汽油 DB23/T 988 黑龙江 M15、M30 车用甲醇汽油 DB65/T 2811-2007 新疆 M15 车用甲醇汽油 DB52/T 618-2010 贵州 用乙醇汽油可明显减少汽车尾气污染。 2004 年，发改委等部门推出了车用乙醇的实施细 则，规定黑龙江华润酒精(现为的中粮肇东)，吉林燃 料乙醇，河南天冠，安徽丰原等四家企业被赋予独家 生产车用乙醇的权利，享受同时配套系列财税政策优 惠[12]。2002 年6月，河南省的郑州、洛阳、南阳及黑 龙江省的哈尔滨、肇东 5个城市成为首先进行车用乙 醇汽油的使用试点城市，2004，乙醇汽油在黑龙江、 吉林、辽宁、河南、安徽五省进行推广[13]。 在推广应用过程中，发现乙醇汽油仍存在许多问 题：对汽车橡胶部件易产生溶胀现象，对金属部件有 腐蚀作用；乙醇汽油能将气缸和活塞环等部位的润滑 油膜洗掉，加重磨损；乙醇易吸潮，乙醇汽油不宜长 期储存；乙醇的热值低，消耗量有所增加等。由于存 在上述缺点，乙醇燃料在试点城市的试用情况并不十 分理想[4]。不过这些技术问题将随着技术的进步和发 展得到部分解决。 乙醇汽油的推广应用中，政府的主导作用明显， 相关的标准的制订是自上而下的，未经工程实践就先 有了国家的政策和技术标准，然后在前述各省份推广 [6]。乙醇燃料方面的国家标准也主要是 2000 年以后相 继出台的，不过与甲醇燃料相比，标准出台较早，标 准系统也相对更加系统。标准不仅有产品标准、还有 操作规范，同时配套出台了中国石油化工股份有限公 司的若干个 Q/SH 企业标准，详见表2。 制约乙醇汽油发展的阻力还在于原料。2010 年燃 料乙醇产量为 173 万吨，而年消耗乙醇汽油 1700 万 吨，占中国汽油消耗总量的近 3成，生产的燃料乙醇 刚好满足乙醇汽油的需求[14]。这些乙醇主要以粮食为 原料，2010 年的 173 万吨乙醇中153 万吨是玉米制得， 20 万吨为木薯制成。2011 年我国燃料乙醇产量为169 万吨，其中玉米乙醇 154 万吨，木薯乙醇 15 万吨， 均采用淀粉为原料的乙醇制备工艺。 随着粮食危机凸显，我国逐步叫停了粮食乙醇生  国内醇醚燃料应用与标准发展动态 Table 2. National & enterprise standards of ethanol fuel 表2. 乙醇燃料相关国家标准和企业标准 标准内容 标准名称 标准号 发布时间 实施时间 车用乙醇汽油 GB 18351-2001 2001.4.2 2011.1.15 车用乙醇汽油 GB 18351-2004 - 2004.12.1 车用乙醇汽油调合组分油 GB/T 22030-2008 2008.6.28 2008.12.1 产品 车用乙醇汽油(E10) GB 18351-2010 2011.1.10 2011.7.1 检测控制 使用乙醇汽油车辆检查、 维护技术规范 GB/T 25349-2010 2010.11.10 2011.3.1 输配系统 使用乙醇汽油车辆燃油 供给系统清洗工艺规范 GB/T 25350-2010 2010.11.10 2011.3.1 整车 使用乙醇汽油车辆性能技术要求 GB/T 25351-2010 2010.11.10 2011.3.1 《石油库设计规范》车用乙醇 汽油调合设施补充规定 SHQ 003-2001 2001.8.23 2001.9.1 输配系统 《汽车加油加气站设计规范》 车用乙醇汽油补充规定 SHQ 002-2001 2001.8.27 2001.9.1 产项目，鼓励以非粮食作物为原料的木质纤维素制备 乙醇。木质纤维素蕴藏量丰富，以其为原料制备乙醇， 不与人争粮、不与粮争地，是当今世界竞相投资的方 向。不过，受限于原料收集、预处理工艺以及酶技术 等因素制约，目前尚没有商业化产品面世[15]。 4. 二甲醚 二甲醚主要用于民用，在车用方面的应用还处于 起步阶段。在民用方面主要作为城镇燃气的替代品。 二甲醚属无毒、无腐蚀性类化学品，对呼吸道有轻微 的刺激性。 二甲醚的市场价格只有 4300元/吨(2010 年)，而 国产液化石油气约为6000元/吨，差价高达 2000 元/ 吨，二甲醚在价格上有明显的优势。此外，农业行业 标准《二甲醚民用燃料》中明文规定二甲醚和液化石 油气按比例掺烧，可有利于提高液化石油气热效率， 但作为产品出售应明确标明为含二甲醚燃料及含量。 说明适当的掺混，在经济上、燃烧性能上都是有利的。 国内二甲醚的产能 2005 年为 12 万吨，2007 年激增至 220 万吨，到 2011年，全国二甲醚产能达966 万吨， 产量 344 万吨，开工率约为 38%，液化气价格带动了 二甲醚的需求[16]。 目前市场的二甲醚主要用于和液化石油气掺烧。 但由于价格便宜，在实际掺烧应用中出现了二甲醚过 量掺混的情况，并造成了恶劣的影响，对二甲醚企业 也形成了较大的冲击[17]。因此，在实际操作过程中， 规范的管理在二甲醚应用实践中作用巨大。 对于二甲醚燃料，国内规模生产、民用和车用的 起步相对较晚，相关技术成熟程度比甲醇燃料低，相 关标准制定和发布也相对更晚一些。表 3列出了二甲 醚相关的国家标准、部分行业标准和地方标准。先有 建设行业产业标准《城镇燃气用二甲醚》、化工行业 产品标准《二甲醚》，而后发布的国家标准。 二甲醚应用的争议性比甲醇燃料相对要小，目前 争议的焦点在于民用二甲醚能否掺烧。对于国家标准 《城镇燃气用二甲醚》也有不同的解读：一种观点认 为标准规定二甲醚必须纯烧，并一律采用专用气瓶； 另一种观点则认为标准规定的是二甲醚产品本身，而 非燃气标准，不能认为二甲醚必须纯烧。《液化石油 气二甲醚混合燃气标准》和《液化石油气二甲醚混合 燃气钢瓶标准》两个行业标准即将出台的消息为后一 种观点提供了更多的支持[18]。 二甲醚作为车用，主要替代柴油，由于其毒性、 腐蚀性小，因此，其作为汽车燃料的争议比甲醇燃料 少一些，但其存储、供油、燃烧技术仍需进一步优化， 以解决由于其常温为气态、液态粘度低、热值低于柴 油、爆炸限范围宽等带来的问题[19]。2010年，首批二 甲醚发动机公交车已经在上海试运行，情况良好，这 对二甲醚车用是个很好的开端，国家标准《车用燃料 用二甲醚》的颁布对二甲醚燃料汽车的应用也会产生 重要的推动作用，不过目前尚未产业化，二甲醚在汽 车上能否广泛应用仍有待市场实践的进一步检验。 Open Access 206  国内醇醚燃料应用与标准发展动态 Table 3. National & industry standards of dimethyl ether 表3. 二甲醚相关国家标准和行业标准 标准类别 标准名称 标准号 发布时间 实施时间 城镇燃气用二甲醚 CJ/T259-2007 2007.8.21 2008.1.1 二甲醚 HG/T3934-2007 2007.4.13 2007.10.1 行业标准 二甲醚民用燃料 NY/T 1637-2008 2008.5.16 2008.7.1 地方标准 液化石油气二甲醚复合燃料(重庆) DB50/338-2009 2009.10.1 2009.12.1 液化石油气与二甲醚混合燃气(湖北) DB42/T736-2011 2011.9.1 2011.11.1 液化石油气与二甲醚混合燃气(山东) DB37/T1697-2010 2010.9.21 2011.7.1 (现已废止) 城镇燃气用二甲醚 GB 25035-2010 2010.9.2 2011.7.1 国家标准 车用燃料用二甲醚 GB/T 26605-2011 2011.6.16 2011.11.1 参考文献 (References) 5. 醇醚燃料及标准的发展趋势 甲醇、乙醇、二甲醚三种主要的醇醚燃料有各自 的优势和缺点，其应用和标准体系状况也有明显的差 别。 甲醇廉价、原料来源丰富，但有毒性，其作为车 用燃料在国内部分地区得到应用，而相关国家标准体 系的系统性较差。甲醇燃料的应用和标准体系建设即 受到市场和地方的推动，也受到社会、政府认可度的 制约，而这在客观上使其可以更加稳妥地发展，避免 盲目性。通过市场和地方的应用实践，不断提高使用 安全性和社会认可度，促进标准体系的完善，甲醇燃 料的应用将更科学更规范，并有更大的发展空间。 乙醇燃料的使用安全性最高，标准体系最为系 统，其掺混的E10 汽油已在多地推广，但其产能受到 制备技术和原料限制。乙醇燃料的市场广阔，要得到 更广泛的应用，需要借助政府的推动，并依靠先进制 备技术拓展原料来源来实现。 二甲醚廉价、无毒，但存储要求相对较高，已在 民用领域得到应用，其管理规范和标准体系仍有待进 一步完善。通过不断完善相关的应用技术和管理规 范，二甲醚不仅在民用领域会有较好的市场，也有望 在车用领域得到应用。 随着醇醚燃料技术的进步，应用实践的发展和标 准的日益完善，醇醚燃料的使用将更经济性、更可靠、 更安全，成为对石油燃料产品有益的补充，和由矿物 源到可再生能源的过渡。 能 [1] 王颜, 葛文, 张兵兵, 肖秀峰 (2010) 石油补充与替代能源的 研究进展. 化工进展 , 增刊, 21-23. 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