1前言

随着我国国民经济的快速发展，能源需求量也迅速增加，目前我国已成为仅次于美国的全球第二大能源消费国，石油对外依存度越来越大。 2013 年我国进口原油 2.82亿t，对外依存度逼近 60%。据预测，到 2020 年我国石油对外依存度将达到 73%，未来石油供应安全形势不容乐观。

我国能源资源禀赋的特点是富煤、缺油、少气，为此，以煤炭为原料生产甲醇作为替代能源成为一个新亮点。我国的山西省、陕西省已颁布了甲醇汽油标准，并大量推广使用甲醇汽油，国家标准化管理委员会也于 2009 年颁布了《车用甲醇汽油 M85》标准。但由于燃烧甲醇会增加甲醛之类的非常规排放以及甲醇的毒性，使甲醇汽油在我国的普遍使用遇到障碍。甲醇作为替代燃料的废气排放，特别是非常规废气排放以及甲醇相对汽油的毒性到底如何，是影响甲醇汽油推广使用的关键，本文将对这两个问题进行专门的讨论。

2甲醇汽油的排放

甲醇汽油燃烧后排出的尾气中，除了含有 CO、NOx、HC 等常规排放物外，还含有未燃烧的甲醇和甲醇在燃烧过程中产生的醛类、酮类等非常规排放物。甲醇含氧，甲醇汽油可以改变燃料燃烧时的局部富氧和局部缺氧的状况，使燃料在燃烧室中燃烧得更加完全，从而减少废气排放。甲醇不含硫，故不会降低三元尾气转换器的效果。

2.1甲醇汽油的常规排放

针对甲醇汽油的常规排放已做过很多试验研究，但结果差距较大，有的甚至出现相反的结论。不过多数试验表明，燃烧甲醇汽油产生的 CO、HC 在各种试验条件下均低于普通汽油。而对 NOx的排放却有不同的结论，以下是一些试验的结果。

尹航等采用整车试验，对汽油车和不同掺混比例的甲醇燃料车的常规污染物排放特性进行了研究。结果表明，甲醇燃料车的 CO 和 HC 排放较汽油车低，但 NOx排放却高于汽油车。 CO 的排放都比燃用纯汽油下降了 60%以上，HC 的排放下降了40%～60%，而 NOx排放却上升了 28.91%～91.94%。

姚春德等人也在电喷汽油机上进行了 M15 和M50 甲醇 汽油排放的台架试验研究。试验结果表明，M50 的 CO 排放在 2000r/min 和 3600r/min 时分别为纯汽油的 1/6 和 1/8，HC 排放为纯汽油的 1/2，远低于燃烧纯汽油的排放。 M50 在中低负荷和高负荷时的 NOx排放低于纯汽油，而在中高负荷时又高于纯汽油。

孙志春等在双怠速工况下对 M15 甲醇汽油和93 号 汽油的常规排放进行对比试验。 结 果表明 ，在 900r/min 工况下，M15 甲醇汽油的 CO 和 HC 排放量分别降低约 30%和 17%；在 2000r/min 工况下，CO 和 HC 排放量分别下降了 10%和 29%。 

曹杰等在电喷汽油机上对 M15、M25 甲醇汽油和 93 号汽油进行了对比试验研究。结果表明，燃用甲醇汽油比燃用 93 号汽油 CO 排放稍有降低，HC 排 放降低明显。 NOx排放在中低负荷时有所改善，大负荷时排放增加。

曹国忠也对 M30、M50 甲醇汽油进行了常规排放试验。 结果为：在低转速时 ，M30 的 HC 排 放高于 93 号汽油，M50 的 HC 排放低于 93 号汽油；在中高转速下，甲醇汽油 M30、M50 的 HC 排放较 93号汽油减少 10%～30%，M50 的 HC 排放降低更多一些，但 CO 排放比 93 号汽油仅降低了 0.7%。

胡玉斌、王明清在 4G15S 汽油机上进行了 M15甲醇汽油常规排放的台架试验。结果表明，在怠速(800r/min) 工况下 ， 燃用 M15 甲 醇汽油的CO和HC排放降低幅度很大；而在高怠速(1800r/min)工况下，燃用 M15 甲醇汽油的 CO 和 HC 排放与燃用 93 号汽油的排放量基本相同。

在文献的研究中，汽车燃用甲醇燃料的 CO、HC、NOx三种排放都低于燃用 93 号汽油的排放。而在文献的研究中，M15 甲醇汽油的 HC、CO 排放降低至汽油的约 50%，NOx排放与纯汽油接近。

国际能源机构(IEA)曾委托芬兰国家试验研究中心对汽油(包括无催化净化和有催化净化两种情况)和 M85 甲醇汽油在-7℃和 20℃下的常规排放进行试验研究，试验采用 FTP 程序(federal test proce-dure，美国联邦实验程序)，结果见表 1。

 

由表 1 数据可以看出，M85 甲醇汽油的常规排放，除了在-7℃时 HC 的排放高于有催化净化的汽油外，其余所有的常规废气排放均远低于无催化净化的汽油，也低于有催化净化的汽油。

2.2甲醇汽油的非常规排放

燃烧甲醇汽油会产生醛类、酮类、未燃甲醇等非常规排放。燃烧纯汽油也有醛酮类等非常规排放，但相对燃烧甲醇汽油，特别是高比例的甲醇汽油来说要低许多。燃烧甲醇汽油的非常规排放主要是甲醛和甲醇，其他醛酮类很少。

姚春德通过试验发现，随着掺醇比例的增加，不经三效催化转换器，甲醛、甲醇排放量迅速上升，M50 的甲醛排放量为纯汽油的4倍。但经三效催化转换器后，甲醛、甲醇排放显著降低，基本上可实现零排放。但在文献的试验中，M15 甲 醇汽油和93 号汽油 在各种负荷下的甲醛排放量均值分别为0.07mg/m3和 0.04mg/m3，二者相差不大。该试验采用甲醛分析仪作为室内空气现场甲醛测定仪。

马志义等使用两辆汽车分别燃用甲醇汽油和普通车用汽油，在环境温度较低的情况下测量两种燃料的甲醛排放，发现在-2℃时燃用 M15 及 M25甲醇汽油的甲醛排放量与燃用 93 号汽油相比相差不大，但燃用 M85 甲醇汽油的甲醛排放量相对燃用纯汽油明显增加。在-6～-8℃时，燃用 93 号汽油和 M15、M25、M85 的甲醛排放量完全一致，并且所有燃料在低怠速与高怠速时甲醛排放都处于一个较低的数值，因此认为怠速工况下转速对甲醛排放没有影响。

魏衍举等在一台 JL368Q3 汽油机上分别燃用普通车用汽油和 M10 甲醇汽油，并利用气相色谱仪测试了甲醇和甲醛的排放特性。结果表明，甲醇排放量随发动机转速和排气温度的升高而降低，甲醛排放量随发动机转速和排气温度的升高而增加。在中、高负荷时，燃用 M10 甲醇汽油，甲醛排放量为燃用汽油的 1.5～4.5 倍，但随着发动机转速的提高，两种负荷下的甲醛排放量差距逐步减小。

王真等人对某轻型汽油车燃用低比例甲醇的非常规排放进行了台架测试，采用纯汽油和M10、M20、M30 甲醇汽油作为燃料，采用 Fourier变换红外光谱仪测量非常规排放。结果表明，在25℃和-7℃冷启动条件下，随着甲醇掺混比的增大，未燃甲醇和甲醛的排放浓度明显增加，但是当催化剂起作用后，对甲醇、甲醛等的转化效率很高，尾气管的污染物排放接近于零。

1987 年 ，中科院生态环境研究中心的赵瑞兰等针对 M15 甲醇汽油对环境的影响进行了试验研究。发现在燃料储罐周围、泵房、驾驶室和修理车间的甲醇浓度为 0.04～0.55μg/g，甲醛浓度为0.0039～0.0025μg/g， 低 于我国居民区大气环境允许的日平均浓度规定(甲醇 1mg/m3，约 0.84μg/g；甲醛 0.05mg/m3，约 0.04μg/g)。该项研究表明，在市区常速行驶下使用 M15 甲醇燃料，即使距离公路仅 5m 处，甲醇、甲醛的浓度也只有 0.05μg/g 和0.005μg/g，仍低于居民区的卫生标准。

3甲醇汽油的污染物排放特性分析

尽管对甲醇汽油的排放特性已进行了不少试验研究，但各种试验结果相差较大，有的甚至出现了相反的试验结果。究其原因，笔者认为是由多种因素造成的，包括试验方法、试验设备、试验环境条件、试验检测仪器、试验操作人员的熟练程度、所用汽油的组成等。

3.1试验及检测设备问题

对甲醇汽油的排放试验，各研究单位所用的手段和设备有较大差别，有些采用的是发动机台架试验，有些采用的是行车试验，而且发动机台架试验的发动机型号和用于行车试验的车辆也不一样。就分析仪器来说，采用的分析手段也不尽相同，有的采用红外光谱法，有的采用色谱法，有的采用荧光光度法、电化学法、化学发光法等等。多数试验研究采用的是能分析多种气体成分的分析仪，其原理主要是采用红外光谱法。汽油机排放的尾气成分复杂，有的方法对某种气体分析较为准确，而对另一种气体则无能为力，或分析误差很大。就红外光谱分析仪来说，对 NOx的分析就很粗糙，而采用电化学法和化学发光法就更加准确。因此，汽车尾气分析采用单一的简单分析仪，其测试结果是不完全可靠的。现在市面上销售的各类气体检测仪很多，质量参差不齐，有的研究单位采用的是自己研制的检测仪，故同样的试验由于检测仪器的差异会造成结果大相径庭。

3.2试验方法及试验环境条件问题

对甲醇汽油做排放试验，试验方法和环境影响也很重要，如采用怠速法、双怠速法还是工况法其结果是有差别的。此外，试验是否需要对发动机的一些参数进行调整，如空燃比、点火提前角、喷嘴流量、压缩比等，还有发动机的工作条件如转速、负荷等这些参数的调整都会影响试验结果。试验时的环境条件也对结果有大的影响，有的试验是发动机在室温下做的，有的试验却是在低于摄氏零度的低温下做的，其结果当然不一样。在冬天和夏天进行场地行车试验，由于车辆的启动和燃料的挥发性受到温度影响，其试验结果也会不一样。

3.3操作人员和油品的影响

操作人员包括台架和行车试验人员以及分析检测人员。由于不同的人对设备、车辆、分析仪器的操作熟练程度不一样，也会造成试验结果差别大。此外，油品的烃类组成不同，非烃类化合物如含硫、氮、氧化合物的含量不同都会影响试验结果。

3.4准确检测甲醇汽油污染物排放必须严格规范试验条件

综上所述，笔者认为要准确检测甲醇汽油的污染物排放效果，必须规范其试验条件，包括规定各类尾气排放的分析方法、检测仪器、台架试验的试验方法、发动机规格型号等。场地行车试验必须统一车辆型号，并由有丰富操作经验的人员驾驶。

现用标准 GB 18352.3—2005、GB 18285—2005规定了汽油车的常规排放测量方法，这些方法可以作为检测甲醇汽油排放试验的参考标准，但毕竟这两种方法是用于检测汽车排放性能，而不是检测燃料排放性能的，因此据此考察燃料的排放性能就存在一些不足。GB 18352.3—2005 规定了试验用基准汽油技术要求，其中对汽油的馏程做了上下限规定，这就在一定程度上限制了汽油的烃类组成，用于准确检测汽油发动机车辆的污染物排放是有益的，但是对汽油芳烃和烯烃的含量只有上限而没有下限要求。 GB 18352.3—2005 要求硫含量为 0.010% ～0.015% ， 而 最新颁布的GB 18352.5—2013要求硫含量不大于 10mg/kg(即不大于 0.001%)。 汽油的芳烃、烯烃含量对污染物特别是 HC 排放有重要影响，硫含量影响三效尾气转换器功效，对所有污染物的排放都有影响，故作为检测发动机的汽油最好对这几项都有上下限的限值。GB 18352.5—2013 没有规定硫含量的下限 ，可能是考虑在硫含量很少的情况下对尾气排放的影响已经很微弱了。

以上两个国标是用于检测汽车发动机的污染物排放是否合格，因此对发动机和车辆没有严格限制。如果要准确检测燃烧甲醇汽油的汽油机的污染物排放，就必须严格规范试验条件，包括：①规范试验方法(包括工况、发动机参数的合理设定)；②规范试验用的发动机及台架类型，以及行车用的车辆型号、工作状态；③规范试验用汽油，对涉及影响污染物排放的参数要有上下限值， 最好使用由单一原油、由规定的炼厂按规定的方法生产的基准汽油；④对试验时的环境条件也要限制，如温度、湿度、风力、风向等；⑤规范各种废气排放检测仪器及检测方法；⑥制定严格的试验操作规程。只有这样才能正确反映汽油掺入甲醇后对汽油机尾气排放的真实影响，准确了解使用甲醇汽油后各类污染物排放的变化。使用不同掺醇比例的甲醇汽油及纯甲醇还应该考虑是否调整发动机的一些参数，以求取得最佳的燃烧效果，而且这些参数一旦确定就不能在试验中随意改动，应当作为试验标准方法固定下来。

4甲醇汽油的毒性分析

甲醇的毒性是影响甲醇汽油广泛推广的一个重要因素。甲醇致人死亡的吞服量为 50～100mL，甲醇还会损伤视神经造成失明，人处在甲醇浓度为5000μL/L 的 环境中 1～2h 就 会死亡 ， 当然这些都属于极端情况。甲醇的毒性危害是指甲醇掺入汽油后或单独作为燃料在其使用过程中有可能引发的人员中毒和环境污染问题。甲醇的毒性相对于汽油到底如何，可以用衡量化学品毒性大小的指标大鼠经口 LD50(半数致死量)来做一横向比较(见表 2)，该数据越小，表明化学品的毒性越大。

由表 2 数据可以看出，甲醇的毒性远高于环烷烃、烷烃，但低于苯、甲苯类芳烃。按照对溶剂的毒性规定，LD50 在 50～500mg/kg 为高毒性溶剂，500~5000mg/kg 为 中等毒性溶剂 ，5000～15000mg/kg 为 微毒性溶剂， 甲醇的毒性接近中等毒性溶剂的标准。

曲青山等对甲醇汽油的毒性进行了较为详细的实验研究，用大、小鼠及家兔做了吸入汽油、甲醇 、甲醇-汽油后半数侧卧浓度(EC50)、睡眠、大鼠脑内5-HT(5- 色 羟胺)等 实验 。 半数侧卧浓度 (EC50)、 睡眠实验表明，汽油中掺入甲醇后与纯汽油相比无增毒作用。 急性甲醇/汽油联合吸入实验结果表明，甲醇、汽油同时吸入或先吸入甲醇 24h 后再吸入汽油，对汽油引起的脑 5-HT 升高无增强作用；相反，吸入甲醇 48h 和 72h 后再吸入汽油，对汽油引起的5-HT 升高还 具有一定的抑制作用 。

美国能源部也对甲醇的毒性与汽油、乙醇做了横向比较，表 3 为几种燃料的相对毒性比较。从表中数据可以看出，甲醇的毒性并不比汽油高。

我国早在“六五”期间就对 M15 甲醇汽油的联合毒性进行了研究。 “七五”期间北京医科大学对甲醇的中毒机理、甲醇急性中毒解药、甲醇对人体健康的影响等课题进行了研究，对接触甲醇燃料的人群(如司机、加油员、实验人员等)的健康进行了连续3 年 的跟踪检查 ， 并与不接触甲醇的人进行对比 ，结论是只要遵守操作规程，没有发现人体健康有异常。美国甲醇研究院对甲醇燃料的毒性和使用安全进行过详细评价，认为甲醇燃料的整体使用安全性高于汽油。我国山西省已经进行了 10 多年的 M15、M85～M100 甲 醇燃料的应用实践 ， 并对相关人员进行了跟踪体检，到目前还未发现一例因甲醇引起的健康异常或职业病。

5认识与讨论

目前社会上对甲醇汽油的看法存在分歧，一些人从我国能源战略方面、环保方面考虑支持使用并大力推广甲醇汽油。持有不同观点的人认为，由于甲醇的毒性及燃烧后产生的甲醛的毒性，加之甲醇作为汽车燃料热值相对汽油较低，对金属有腐蚀性，与汽油存在相溶性问题，对橡胶有溶胀作用等等，不建议大量推广使用甲醇汽油，因此我国甲醇汽油的使用还仅限于少数几个省份。笔者认为，经过多年的研究和技术积累，对甲醇汽油的腐蚀性、相溶性等问题以及甲醇作为汽车燃料在燃烧中出现的各种技术问题已经能够很好地解决，这些不足以影响甲醇汽油的使用。至于甲醇汽油的毒性问题，只要加强管理，制定并严格遵守操作规程，是不会对接触人员造成健康损害的。

虽然污染物排放存在不同的试验结果，但多数研究表明汽车使用甲醇汽油后 CO、HC 的排放是降低的，不过降低的幅度差别较大，有的降低幅度很大，有的几乎看不出来。而 NOx排放各类试验结果就很不一致，有低于汽油的，也有高于汽油的，也有在某一工况下低于汽油而在另一工况下又高于汽油的。至于甲醇汽油的非常规排放，如甲醇、甲醛等的排放，几乎所有的试验结果都表明要高于普通汽油，但高出的幅度差别较大。笔者认为，造成试验结果不一致的原因是试验条件的不一致，如果严格规范试验条件，其结果是不会差很多的。

甲醇汽油，特别是高比例的甲醇汽油，其燃烧性能与普通车用汽油是有差别的，因此做对比试验时要按照各自的最佳燃烧效果进行发动机的参数设置，比较这时的发动机污染物排放(动力、油耗也如此)才有意义。 为保证对甲醇污染物排放测试的准确性，1990 年美国空气污染研究顾问委员会、协调研究委员会 GRC-APRAG 组织 16 家美国最大的与醇燃料有关的公司、研究单位，实施了一项“醇燃料汽车排放的试验计划”。 该 计划采用同一辆由福特汽车公司生产的汽车， 由 16 家单位统一按美国 FTP 试验程序，采用统一的试验方法和设备进行试验，最后将结果集中分析，从而在很大程度上避免了试验结果大的差别。

笔者认为，甲醇含氧，能够改善发动机燃烧室燃烧时的局部缺氧问题，使燃烧更加充分，只要发动机参数设置合理，就能充分体现燃烧甲醇汽油的效果，CO、HC 的排放应该是降低的。 NOx的排放与发动机的工作状态有关，也与发动机工作参数的调整有关，一般只要掌握了甲醇汽油的燃烧规律，通过一些技术参数的调整，NOx的排放即使增高也不会比汽油高很多。甲醇汽油的非常规排放要高于汽油，特别是甲醛排放的大幅度增高使很多人对甲醇汽油的使用心存疑虑。一些试验表明，燃烧甲醇汽油产生的甲醛等非常规排放经三效转换器后已经降得很低了，在大气中的浓度已低于国家规定的标准。但当汽车启动时，三效转换器温度很低的情况下是否也能维持低排放，其污染物排放占汽车整个工作过程中的排放比例有多大，需要认真研究。对使用甲醇汽油车辆的污染物排放问题不能用发动机在某一状态下的污染物排放来衡量，也不能用简单的平均值来衡量，应当检测甲醇汽油车在城市实际交通环境下的污染物排放，并与纯汽油车在相同条件下的污染物排放做对比，这样才有实际意义。

6结语

是否使用甲醇汽油是一项能源战略问题，甲醇汽油对汽车污染物排放的改善应排在第二位。现在我国的能源状况还未达到非使用甲醇汽油不可的地步，所以大范围推广有难度。但原油短缺毕竟是我国的一块短板，利用我国煤炭资源较丰富的特点生产甲醇燃料具有战略意义，一旦原油进口受到威胁，可以立即利用甲醇代替补充。为保证甲醇燃料能在关键时刻作为替代燃料，还必须对甲醇汽油的排放特性和毒性做更深入的研究，而且试验必须规范化，以得出准确可靠的结论供决策者参考。

（来源：能源情报  作者：中国石油化工股份有限公司北京石油分公司  谢聪）