船用甲醇燃料的特性分析綜述1.1船用甲醇燃料簡介及環保指標甲醇，分子式為CH3OH，分子量為32.04，甲醇無色、透明、略帶酒精氣味，具有水溶性易揮發性。甲醇具有cetaneratio低、自燃溫度高、不易壓燃的特點。甲醇不含C-C鍵，含氧量為50%；C/H值比小于柴油，在產生同樣熱量的情況下，甲醇生成的CO?量要少很多。甲醇的自燃溫度高于汽油和柴油，為436℃。甲醇主要由煤、天然氣、焦爐氣、煤層氣等制取，如果利用高硫劣質煤和焦爐氣來制取甲醇，則能提高資源的綜合利用，減少環境污染。再生原料制甲醇煤炭制甲醇再生原料制甲醇煤炭制甲醇甲醇甲醇化肥聯醇制甲醇化肥聯醇制甲醇天然氣制甲醇焦爐氣制甲醇天然氣制甲醇焦爐氣制甲醇圖3-1甲醇的制取方式在25℃時，甲醇的密度為0.7918g/mL，低于柴油，輸出功率略低于柴油，但柴油產生碳煙微粒的可能性也高于甲醇。甲醇的熱值為19.6MJ/kg，幾乎是燃油熱值的一半，因此，當汽油摻混甲醇或者純甲醇燃燒時，會引起動力性能下降REF_Ref100118559\r\h[5]。甲醇的辛烷較高，具有良好的抗爆性能和較高的熱效率。甲醇還可以與水可以任意比例互溶，同時也可混溶于汽油、醇類、乙醚等有機物。表3-1甲醇與幾種常見船用燃料的理化性質對比燃料重油（HFO）低硫油（MGO）LNG甲醇物態液體液體低溫液體液體15℃下密度［kg/m3］（LNG為-160℃下）989900448796沸點［℃］30~190180~360-16265閃點［℃］>60>60--12自然點［℃］--250~500540465著火極限［體積百分比%］--0.3~105~156~36低熱值［MJ/kg］40435020與LNG相比，甲醇無需低溫儲存和絕熱，所以使得燃料艙的設計簡單建造成本低。甲醇不含硫，燃燒時硫氧化物（SOx）排放較柴油機可降低99%，可以滿足IMO排放要求。根據W?rtsil?Vasa32的測試報告，使用甲醇燃料時，NOx排放量為3?5g/kWh，使用低硫油（MGO）時，NOx排放量約為11.8g/kWh。另一臺W?rtsil?SulzerZ40SMD的測試顯示，使用甲醇時NOx排放為4?5g/kWh，而使用低硫油時該值約為11.5g/kWh。因此，甲醇燃料發動機可完全達到IMOtierII和國內船舶NOx排放標準REF_Ref100119071\r\h[6]。1.2船用甲醇燃料的理化特性甲醇是結構簡單，分子量32.04，易揮發、無色、易燃、有毒、沸點64.7℃。通常可用一氧化碳與氫氣反應制得。由于甲醇只含C、H、O三種元素，所以燃燒產物只有水和二氧化碳。甲醇的火焰幾乎無色，點燃時要小心，避免燃傷。雖然自然界中含有少量的甲醇，但在陽光下會被氧氣氧化成CO2。1.3船用甲醇燃料的燃燒特性船用甲醇燃料的燃燒特性包括其各種熱值、理論空燃比、理論體積分數最小點火能量、最大火焰傳播速度、與空氣燃燒的最低與最高極限范圍等一系列因素。甲醇具有極性,在液態甲醇分子之間較強氫鍵的作用下,結合成較復雜的分子,締合作用是可逆的,進行締合時放熱,而要減弱或者破壞這種締合,必須給予較多的熱量,甲醇汽化時需要較多的熱量REF_Ref100119680\r\h[9]。甲醇含氧量大,含碳量小,使用甲醇燃料的內燃機可以減少CO排放。甲醇的最小點火能量為O.140MJ,點火能量比較低。因此，在汽油中加入甲醇有利于改善汽油的點火性能和燃燒過程。甲醇的自燃溫度為436℃,柴油則為200~220℃.甲醇具有較高的點火溫度，使得甲醇燃料不易壓燃。甲醇易燃，閃點溫度為11℃。甲醇燃料的著火極限為6%-36.5%(體積分數)，當空氣中甲醇蒸汽的體積分數達到6%時，可達到著火條件。汽油的著火極限是1.4%-7.6%。甲醇燃料具有良好的稀燃性,適合稀空氣燃燒。甲醇的辛烷值在106以上，抗爆性能很好，使用甲醇后可以提高發動機的壓縮比，進而提高熱效率。1.4船用甲醇燃料國內外應用狀況及發展趨勢歐洲對船用甲醇燃料的研究和應用推廣較早。2018年德國勞式船級社發布了《替代燃料和技術——為了更環保的航運業》，提出船用甲醇燃料是五種可替代燃料之一。此后，許多歐洲國家對甲醇燃料進行了研究，并對其商業推廣進行了探索。進行了甲醇燃料研究項目GreenMaritimeMethan，從甲醇燃料系統的安裝啟用到使用成本，再到可再生甲醇作為船舶燃料的可行性進行了研究。瑞典實現了甲醇用作為船用燃料從研發到實際應用的跨越，也證明了甲醇發動機技術的安全性和可靠性。2016年4月，全球第一艘甲醇動力船“StenaGermanica“已投入運營，25艘甲醇動力航母計劃到2018年在北歐投入運營。2018年挪威船級社發布了《替代燃料和技術——為了更環保的航運業》白皮書。馬士基將在2023年前推出世界第一艘碳中和班輪，該船將使用甲醇作為主要燃料。航運業這些動向傳遞出對船用甲醇燃料的信心。2021年3月，EasternPacificShipping與曼恩發動機公司簽署了一項備忘錄，將船舶改裝為甲醇雙燃料發動機。目前全球11艘運營的甲醇雙燃料船均為甲醇運輸船。2020年，共使用11.3萬噸甲醇用作船用燃料。2021年，美國船級社發布了《甲醇船用燃料指南》，考慮將甲醇作為近期和長期的選擇。隨著國際海事組織（IMO）的《\o"船用燃料油"船用燃料油污染損害民事責任國際公約》的實施，船舶燃料油污染問題越來越受到重視。2015年3月：StenaGermanica船運公司-瓦錫蘭甲醇發動機；2016年4月：Methanex梅塞尼斯甲醇船公司-曼恩MAN-甲醇柴油雙燃料船；2015年10月：新加坡BillionMiles公司開發小型船舶應用；2016年6月：瑞典ScandiNAOS，綠色試點項目改造，研究成果證明甲醇是船用燃料新選擇。2018年，印度發布《甲醇燃料船舶指南》，推廣\o"甲醇"甲醇替代柴油為船用燃料。瑞典政府要求在2030年或2045年，本國所有輪渡、引航船、破冰船及作業船都使用非化石燃料，這在一定程度上將增加甲醇的吸引力。在嘗試將甲醇燃料使用到大型船舶的過程中，瓦錫蘭、Stena和Methanex公司聯合研制的世界第一艘甲醇動力渡船“StenaGermanica”號的面世，再一次證明了甲醇的可行性。2019年，新加坡南洋理工大學（NTU）和甲醇協會（MI）正在進行一項實驗，以測試環保性能更好的甲醇船用燃料，這也是亞洲地區的首此嘗試。2019年10月，日本船運公司日本郵船（NYK）集團接收了“TakaroaSun”號甲醇運輸船。通過各國的努力，在實現“雙碳”的戰略目標中，甲醇發揮重要的作用。甲醇為實現碳減排目標指明了方向。甲醇燃料在我國的應用已引起高度關注重視。近年來，我國甲醇燃料消費量達到569.8萬噸，預計未來幾年船用甲醇燃料將成為甲醇燃料消費最具增長潛力的市場。隨著環保意識深入人心以及國家對環保的嚴格要求，清潔燃料收到高度重視，甲醇逐漸成為清潔能源的首要選擇。自2015年起，中國船級社開展船舶替代能源（醇類、H?等）應用研究，并與2016年底完成了《船舶使用醇類燃料應用指南》。2017年12月，中國船級社發布實施了《船舶應用替代燃料指南》，為船用甲醇燃料的使用提供了技術標準。2021年，中國石化聯合會醇醚專委會推出一種新型ME-LGI雙燃料船舶發動機。2016-2021年中國甲醇燃料行業發展分析及投資潛力研究報告分析認為，甲醇船舶燃料經濟競爭力較強，甲醇燃料的前景是相當光明的。2019年，國內首艘甲醇燃料動力船艇“江龍號”試航，標志著國產船艇使用甲醇燃料邁出關鍵一步。“江龍號”也將作為推廣應用的母型船。圖3-2歐洲甲醇燃料船舶項目概覽在雙碳目標下，我國將進一步加強研發甲醇燃料動力船舶，進一步提高國內船用甲醇燃料發動機研發能力，加快制定指導我國船舶能源綠色低碳發展的頂層方案和時