1.1选题的目的及意义

随着现代文明的不断发展, 工业水平的不断提高, 人们物质生活的逐渐丰富, 我国船舶汽车行业迅猛发展, 人们对石油燃料的需求也逐年上升, 我国原油的进口需求多, 原油的对外依赖程度也达也达到一半, 并且逐年呈上升状态, 给我国目前的资源状态起到了一个预警作用。因为世界资源的逐步衰竭, 石油的价格也在不断飙升。并且随着汽车的大规模使用，尾气排放也问题越发严重，环境收到了很大程度的污染。采用传统燃料作为发动机能源提供对环境污染严重，严重制约了社会的发展和进步。如何提高发动机效率、节能减排已经越来越受到世界各国的重视，相继颁布了排放法规。所以，发动机性能也在不断升级，实现效率高、经济性好、环境污染小成为所关注的重点。油耗和排放法规的不断加严，使得如何实现以上目标被提上日程。传统燃料对环境污染大、价格也越发昂贵。所以，近年来，发动机替代燃料成为研究的主要方向。

替代燃料的使用，可以使能源短缺问题得到很大的改善。并且现今市面上的柴油（汽油）发动机尾气中的主要成分为NOx、CO、CO2、SOx以及其余的杂质气体。有效地控制这类气体的排放，便能减小对环境的污染。采用一些替代燃料可以从源头减少这些气体的排放。本着这样的目的，在现今，主要的替代燃料为气体燃料以及含氧燃料和生物柴油^[1][2][3]。其中，气体燃料主要为天然气和氢气；含氧燃料主要是醇类。

由于生物柴油生产复杂、造价高，目前只能当作补充燃料，无法大规模的普及。

氢气作为十分清洁的燃料，燃烧速度快、产物对环境无污染，但是工业制氢还是使用煤、石油、天然气等碳氢化合物制氢，从源头来看，并没有达到预期目标。

天然气具有经济性好、清洁环保、安全性高等优点，目前已经广泛用于汽车上作为替代燃料，一定程度的缓解了能源短缺问题。

醇类主要是甲醇和乙醇。乙醇作为一种清洁代用燃料，在替代能源，减少环境污染，促进相关农业的发展方面具有重要作用。生产原料多样，有可持续性，减少了对化石燃料的以来；作为液体燃料，运输、使用方便。同时作为含氧燃料，理论上可以降低发动机颗粒物和部分有害气体的排放，发展前景十分可观^[4]。

甲醇具有汽车燃料要求的特点，能量密度高，运输性好，易流动和良好的非污染性能。由于甲醇是小分子的含氧燃料，在发动机中燃烧时，燃烧速度快，自身含氧助燃，燃烧充分，既能提高热效率，又可实现机内净化和降低排放，目前甲醇作为燃料与柴油掺烧技术已经十分成熟^[5]。

甲醇作为替代燃料主要以两种方式：一是直接燃烧或掺烧。二是重整后燃烧。研究较多的是甲醇等醇类与汽油或柴油进行掺混燃烧，有研究表明汽油掺混甲醇有利于热效率的提高, 且掺混比例越高, 热效率越高, 这是因为甲醇分子变更系数大且缩短了燃烧持续期。掺混甲醇同时可以大幅降低CO的排放量, 但NOx排放稍有增加。并且在稀薄燃烧条件下，甲醇汽油可明显提高发动机的有效热效率。但是甲醇汽油的使用，也存在一些问题，影响润滑油的润滑效果，导致发动机的寿命下降；并且甲醇汽油会排放醛酮等有毒物质，危害人体健康。

采用甲醇重整气作为燃料时，关键设备是重整器，需要对发动机有较大的改动。在使用不同的重整技术和方法情况下，重整时产生的工艺过程和化学反应是不相同的。目前甲醇重整方法主要有蒸汽重整法、局部氧化重整法和废气重整法^[6]。