新型甲醇燃油灶具(工业用改性甲醇燃料高比例M90配方的研发)

Posted 2023-05-28

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新型甲醇燃油灶具(工业用改性甲醇燃料高比例M90配方的研发)

一种经济低碳、节能环保工业炉燃料第二代符合改性甲醇燃料团体标准的新配方技术,由海南省海洋油气研究所占小玲创新成功。这是占小玲继2020年发明第一代符合国家标准的《炉用燃料油》技术后，又一次进行后续改进，创新出第二代改性甲醇燃料新配方技术。

2022年03月17日国家团体标准T/CERS 0001-2022《工业用改性甲醇燃料》发布并实施，该标准在引言中提到：“……工业用改性甲醇燃料是通过科技手段使改性甲醇燃料消除了甲醇作为燃料的副作用，可供工业锅炉、窑炉、陶瓷炉、冶炼炉等使用，是经济、节能、环保的新型工业用燃料。”

占小玲凭借30多年对甲醇燃料的研究经历，根据该T/CERS 0001-2022民用改性甲醇燃料团体标准的“术语和定义中”规定：“工业用改性甲醇燃料：在工业甲醇中加入一定比例的改性剂和热值剂制备而成的改性甲醇燃料”，研发出以下改性甲醇燃料配方。

据2021年05月11日【人民资讯】报道，题为《聚焦第二届世界内燃机大会！专家‘论道’甲醇燃料应用》。4月21日～24日，第二届世界内燃机大会在济南举行，来自全球线上线下2000多名专家学者和行业代表，围绕内燃机的可持续发展及节能减排展开了深入研讨。甲醇作为消纳二氧化碳和氢能最佳载体，以常温常压液体、低碳清洁的本质，被业界视为重要的可再生新型清洁燃料。甲醇原料来源丰富，在自然界有“万物生甲醇、甲醇生万物”的生态特点，甲醇作为燃料，同时还具备较高的经济性、安全性、环保性、可靠性和适用性，在原有常温常压液体燃料储备、输配送和加注体系的基础上，增加甲醇燃料加注功能，仅需在增加（或者替换）部分基础设施以及防腐蚀的专用密封零件，此举投资少、改动小、见效快，普及容易，时效性迅速。甲醇燃料在锅（窑）炉、低熔点合金冶炼、医药制造、甲醇生物化工、农副产品烘焙、烟叶烘烤、果蔬大棚二氧化碳气肥机、炊事餐饮、北方农村冬季取暖替代散煤燃烧等热力燃烧领域的推广应用，同步推动了甲醇燃料输配送体系，瞄准最后一公里配送的服务体系建设，开展运营管理和服务创新。由于甲醇燃料更加清洁、更加安全、更加高效且来源更加广泛，非常符合国家保障能源安全的战略发展方向，未来前景可期。不过，世界上没有任何一种能源方式可以覆盖所有应用场景。多种能源互补、多种能源形式并存，才能从根本上满足我国未来的能源发展需要。

《中国环境与发展国际合作委员会》的一份报告以及国内外的一些权威文章中,已经明确提出:“若干年后,甲醇燃料将占压倒其他燃料的主导地位,直到新的更好的燃料真正开发出来和投入实际应用。”毫无隐晦地亮明“后石油时代初期惟有甲醇燃料甲天下”的观点,以解能源、环保等有关部门以及广大消费者关于替代石油清洁燃料的忧虑。同时坚定甲醇燃料开发者的信心,尽早发挥我国的优势,开发煤制甲醇燃料投放市场。煤制甲醇燃料这条路线,不仅在我国必然要推行,在富煤的美国、南非及其他国家也必将要推行。在秸秆或其他碳氢化合物制甲醇的技术问题更好地解决后,或随着“液态阳光-甲醇”的不断发展壮大，全世界所有国家也将会走这条甲醇燃料路线。

目前甲醇燃料主要有三种类型：醇水型燃料、醇烃型燃料、醇醚型燃料。其中醇水型热值低达不到团体标准；醇醚型的甲醇甲醚燃料暂无标准可依不能合法经营；醇烃型燃料在甲醇中加入烃类物质来提高燃料的热值，并加入助溶剂使甲醇与烃类混合。但是，加入烃类的改性甲醇燃料随着温度升高，其饱和蒸气压将成倍增加，危险性也大幅度增加，同时低温下极易分层不稳定。在配方的研发上，为了避免上述三种类型燃料的不足，攻克了一种热值既能达到团体标准，又不会增加饱和蒸气压而导致爆燃事故，与以上三种类型燃料截然不同的创新改性甲醇燃料安全配方。

据不完全统计，我国现有62万台燃煤锅炉，每年燃煤7亿吨。污染物排放主要监测为PM2.5、PM10、臭氧、SO2、NO2、CO六大指标，现在的炉窑(工业锅炉、窑炉、炉灶)燃煤和机动车燃烧传统汽柴油是主要贡献者。当前甲醇燃料炉窑的优势比较突出。甲醇燃料炉窑燃烧系统可替代煤炭、柴油、天然气、液化气、电等加热炉窑。面对石化能源的枯竭，甲醇燃料是最有潜力的新型替代能源，深受各国企业组织的青睐。因此，改性甲醇燃料的问世，完全可以被市场接受，将会受到广大用户的好评。作为一种新型清洁能源，改性甲醇燃料的原料来源渠道很多。相比石化燃料，甲醇低碳，其燃烧产物为水和二氧化碳，一氧化碳实测浓度大大降低，不含二氧化硫和氮氧化物，对节能减排具有重大意义，应用前景十分广阔。目前市场上甲醇燃料的生产和应用多数规模较小，小作坊较多，符合国家团体标准的合格改性甲醇燃料将推动其大规模应用是首要因素。

改性甲醇燃料的燃烧特性包括其热值、与空气燃烧的理论空燃比、理论体积分数最小点火能量、最大火焰传播速度、与空气燃烧的最低与最高极限范围等一系列因素。由于甲醇具有极性,而且液态甲醇分子之间有强的氢键的相互作用,结合成较复杂的分子,这种分子称为缔合分子,这种作用称为缔合作用。缔合作用是可逆的,进行缔合时放热,而要减弱或者破坏这种缔合,必须给予较多的热量,因此甲醇汽化时需要较多的热量。甲醇的汽化潜热是汽油和柴油的3～4倍。当燃料与空气混合成混合气体时,燃料汽化时吸热,对空气-燃料混合气起冷却作用。对于理论空燃比混合气在完全绝热蒸发时,汽油/空气混合气温度将下降21.6℃,柴油/空气混合气温度将下降20℃,而纯甲醇混合气则将下降约122.4℃，实际上由于温度较高的周围管壁传热,混合气的温度下降得没有那么多。因此,单位质量的甲醇燃料燃烧产生的热值要低于汽油和柴油。燃料的热值有高热值和低热值之分。高热值是指燃料完全燃烧后发出的热量加上燃烧产物之一的水蒸气冷凝后放出热量的总和,它是燃料完全燃烧后所能发出的总热量。低热值则是指高热值减去水的汽化潜热后的热值，所以燃料的热值常用低热值表示。甲醇的最大火焰速度比较高,甲醇的最大火焰速度仅次于氢和乙炔等常用燃料,而高于醚类、汽油和航空燃料等。点火能量是衡量燃料点火性能的参数,能量越小的燃料在使用时越容易点火。甲醇的最小点火能量仅为O.140MJ,属于点火能量比较低的燃料。如何提高甲醇的燃烧值是关键，通过在甲醇中添加热值剂来提高甲醇的燃烧热值，在热值剂中釆用添加一类具高密度、高热值、低冰点和高热安定性的增热、高热材料方法来提高热值。同时添加多功能综合添加剂的改性剂来解决甲醇的副作用和低温点火启动问题。在此基础上进一步研发了一种高强度氧化剂，具有一次燃烧，多级反应，热量倍放的功能，能明显提高炉膛温度，大大增加燃料的热值和亮度，由此解决了工业燃烧机使用改性甲醇燃料的技术性难题，为改性甲醇燃料的规模使用提供了有利条件。

2021年3月29日，《中国甲醇燃料行业调研报告（2020）》通过线上发布，受到了业内的普遍关注。改性甲醇燃料热力应用，是以甲醇为主与改性剂/热值剂为材料进行调配，直接在特定设备上燃烧，以获得热能用于生产和生活。按照热力燃烧使用的专用器具不同，分为两大类：一是在锅炉、家用采暖炉和窑炉的燃烧器上应用，主要用于冬季取暖、生活热水、工业生产等领域，替代燃煤、燃油、天然气等燃料；二是在专用灶具上应用，主要用于各型灶用设备，替代液化石油气、天然气、煤等灶用燃料。目前国内企业已研制出35蒸吨锅炉的甲醇燃料燃烧器，同时部分企业顺势研发推出小巧便捷的甲醇燃料壁挂炉，供暖面积可达100平米～2400平米，可适用于家庭、单位和小型酒店等，安装简单且费用低，运行成本小，升温快速。目前多地政府给予了民用采暖炉经济补贴，提高了民众的安装积极性。2019年山西省锅炉、家用采暖炉及窑炉用甲醇燃料年消耗量达到35万吨，是全国该类别甲醇燃料消耗最大的省份。山西省各级政府给予了强有力的政策支持，从地方标准、产业规划、政策支持、金融优惠等方面，在执行层面从上至下引导当地能源结构转型，有序推进以醇代煤项目。工业窑炉主要是以用固体、液体或气体燃料在窑炉内燃烧产生的热量对工件进行加热。工业炉窑广泛应用于钢铁、焦化、冶金、建材、石化、化工、机械制造等行业。受我国能源结构局限，直到本世纪初，我国的工业窑炉仍是以煤、石油焦、渣油、重油等为主要燃料。新世纪之后，随着国家各项政策推动，能源结构得到变化，基础设施逐步建设完善，环保要求与监管力度极大提升，传统燃料工业炉窑逐渐被改造或拆除退出历史舞台。

2017年，开滦煤矿范各庄矿（中国煤炭工业第一矿）取暖锅炉完成了80蒸吨锅炉煤改醇工程，保障矿区54万平方米冬季取暖和矿井作业供热保温。2019年，甲醇燃料应用玻璃微珠焙烧，通过燃烧工艺创新和甲醇燃料应用，提高热效率，增加产能200%，降低单位燃料成本20%。陶瓷行业，由于甲醇燃料纯净、成份稳定，陶瓷烧结出釉色更加鲜艳，许多传统难烧的釉彩使用甲醇燃料，烧成率大幅度提高，比如“郎红、祭红”，在原烧结成功率6%—8%的基础上，可以提高20%—30%。在此基础上，锡矿冶炼、铝锭热压铸等低熔点合金领域，甲醇燃料由于自身的低碳特点，正在窑炉烧结和焙烧行业被广泛应用。在三北（东北、华北、西北）地区冬季取暖替代散煤燃烧方面，甲醇燃料被逐步推广。甲醇燃料：醇-电互补、醇-光伏发电互补、醇-太阳能热水互补、醇-生物质燃烧互补等适应的燃烧器，已经成为上述地区遵照因地制宜的原则，正在被广泛关注和列入首选的技术路线和方案。

目前，我国烟草烟叶密集性烤房超过220万座，年消耗煤炭1800万吨，推广甲醇燃料替代煤炭烘烤烟叶，一是提高烟叶品质，二是替代煤炭消耗，三是有效治理烟叶烘烤地区环境。在农业工程中，为田间植保作业的无人机应用甲醇燃料，实现了环境友好和使用安全。为果蔬大棚植物提供温度、湿度和二氧化碳浓度的气肥机，为果蔬大棚种植业提供了科学支撑下的丰产丰收。在三北地区冬季取暖设备中，添置甲醇燃料炊事灶具，可以为农户提供清洁能源在炊事餐饮环节的应用服务。甲醇燃料烘焙技术，被应用在果蔬和食品烘焙后，正在橡胶、虫草花、辣椒、花椒烘干领域被推广采用。生猪养殖场，规定所有运送物资的车辆，进入养殖场，必须进行洗消。消杀温度70摄氏度，保温30分钟以上，以有效杀灭非洲猪瘟病毒等病毒。过去按此规定实施，选用煤锅炉加热增温，需要2小时，耗时耗材。用甲醇燃料燃烧器增温，不仅大大减少增温耗时，还有效减少了能源消耗，更主要是实现了环境友好。甲醇燃料催化制热系统装备（指无火焰甲醇燃料催化反应制热技术和装备），以其特有的无火焰技术，为用户提供输出温度在400-800度之间的热量，更可以有效地预防火焰灾害。该技术和装备将是工业取暖、汽车维修烘烤房、农村幼儿园、养老院、卫生站、乡村办公区最佳的取暖选择。我国广大农村，在政府精准扶贫、美丽乡村建设的大背景下，在乡村振兴和迈向小康的进程中，他们既不会等待电力增容后充电桩的到来，也不会奢望加氢站的普及建设，更不会继续忍受动力电池冬季能量衰减的焦虑。当他们从冬季取暖、工业锅（窑）炉、农业工程、种植保护、畜牧养殖和日常生活中全面使用甲醇燃料，和对甲醇燃料认知并熟悉后，在选择作为交通工具和生产工具的汽车产品时，相信甲醇燃料汽车一定会进入是首选名单。因为那里有已经普及的甲醇燃料配送体系，有健全的加注体系。更为关键的是，三北地区的经济发展与环境友好同等重要，甲醇燃料应用将会被列入是小康生活的首选。为此，可再生能源甲醇燃料，将在热力燃烧领域被广泛应用，这是现实，更是不争的事实。

2019年，甲醇燃料被写入《世界燃油规范》。甲醇替代石油，不仅开启了人类走向低碳清洁能源的新进程，而且将强势冲击石油美元体系。去年，由欧盟、德国、美国、日本等汽車和发动机协会联合组织的世界燃料标准委员会（WWFC），共同编撰的第六版《全球燃料规范》，除了原有的汽油和柴油的规范外，在其中增加了甲醇燃料规范。规范中甲醇燃料质量分三类（3，4，5类）,3类---基础甲醇燃料质量，用于没有排放控制的天然气汽车和发动机，也用于当量比強制点火的帶三元催化器的汽车和发动机。4类--较高甲醇燃料质量，用于带先进废气后处理裝置的发动机或有性能強化要求（高压缩比强制点火）的发动机和汽车。5类--最高甲醇燃料质量，用于帶最先进后处理装置和性能最強化的天然气汽车和发动机。5类甲醇燃料要求有最高的甲醇含量（MN>75）和能量指数(Wobbe指数WI>46MJ/m3)。同时具有更远的行驶里程和更高的燃料效率。世界各国都来中国了解甲醇燃料应用实际情况，采购使用甲醇燃料的交通工具。《国际船舶网》报道称，11月19日，广船国际与瑞典PromanStena航运公司签署了4艘49990吨甲醇双燃料油轮建造合同，其中两艘实船建造合同当即生效。这是国内造船企业承接的首例采用甲醇双燃料动力的新型船舶。更为关键的是，过去一直被当作化工原料的甲醇，2019年其替代石油燃料的地位获得全球学术界认可。2019年美国SAE出行创新大会上，出席大会并作报告的发动机专家都不约而同地谈到了一个词“甲醇燃料”。“出行创新大会”热点话题和《全球燃料规范》（第六版）纳入甲醇燃料，相当于在全球范围内承认甲醇作为燃料已是不可缺少达成共识。与传统化石燃料相比，甲醇是真正的低碳清洁燃料。从环保角度讲，甲醇作为燃料含一个碳，汽油含7～13个碳，柴油含14～22个碳。同时，汽油、柴油由于燃烧不充分，会产生一氧化碳，以及碳氢化合物、氮氧化合物等。相比之下，甲醇就显得‘单纯’的多了。至此，中美能源对弈的大局已然明朗：中国因地制宜发展甲醇燃料，直接目的是节能减碳，深层目的是保障国家能源安全，最终目的是打破美国石油垄断地位，改写世界能源格局，推动人民币国际化。甲醇替代石油，将大大加速人民币国际化进程。因为“美元石油”是绑定关系，产油国只接受美元支付，所以其他国家必须先拿自己的工业品换美元，再拿美元买石油。简言之，只要石油是必需品，美元就是必需品。中国石油对外的依存度已经超过了70%，如果用甲醇替代石油，中国就会节省大量外汇。中国是世界最大的甲醇生产国，最大的甲醇消费国，更是甲醇定价国。从长远看，中国发展甲醇替代石油战略，将使得中国的国际能源话语权大幅提升。同时，如果其他受到石油制约的国家把甲醇作为替代能源，走能源多元化道路，那么不仅破掉了石油美元的局，而且有助于推进人民币快速走向国际化。从石油到甲醇，能源结构的变化，意味着化石能源时代走向结束，清洁低碳能源的新时代正在到来。这背后是石油美元体系将走向衰落，人民币甲醇体系逐步建立和巩固，多元化能源结构带动世界经济格局多元化。

中央提出“碳达峰、碳中和”目标是能源发展的大方向，但我国是以煤为主的能源大国，实现“双碳”目标，不能离开中国的国情，必须处理好履行减碳承诺与保障能源供给安全的关系。在实现“双碳”目标的过程中，我国仍然要在较长时间内使用煤炭，以保障经济发展所需的能源供给。但是今后对煤炭使用必须走清洁化使用的路子。通过煤制甲醇，用甲醇替代直接燃煤和车用燃料是保障能源供给安全和煤炭清洁化利用的重要途径。发展工业用改性甲醇燃料是保障国家能源安全，促进煤炭清洁化利用、缓解环境生态约束、打赢蓝天保卫战的一项重大战略举措。

占小玲研发的工业用改性甲醇燃料配方，其质量符合T/CERS0001-2022改性甲醇燃料团体标准，从而克服了高比例M90改性甲醇燃料的工业器械低温启动困难、腐蚀、磨损、溶胀、热值低等存在的诸多问题。因此，业内人士认为，第二代新配方M90改性甲醇燃料的扩广应用，有效的助力实现“双碳”目标，具有广阔的市场前景。

只有甲醇最低碳，只有甲醇最便宜，只有改性甲醇燃料原料最丰富、最廉价易得，这种既有环境效益又有经济效益、利国利民有利可图的抢钱项目，谁不想干呢？