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| 內容簡介： |
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本书是“煤炭清洁转化技术丛书”的分册之一，全面呈现了煤基合成含氧燃料的制备和应用。全书在概述煤基替代燃料的现状与发展趋势基础上，分析了合成含氧燃料对煤基合成气的组分要求，介绍了合成气和甲醇两种主要平台原料的工业化生产路线及工艺，重点论述了醇类燃料、醚类燃料和酯类燃料的合成原理、催化剂制备、生产工艺和工业化应用，并结合传统化石燃料的性质对比，对煤基含氧燃料的机动车应用的技术特性进行了深入分析，探讨了煤基含氧燃料技术和产业的发展方向和趋势。本书可供从事煤化工研究、替代能源研发的科研人员，以及关注替代能源特别是替代燃料发展的科研人员和管理者阅读参考，也可作为高校相关专业本科生、研究生以及教师的教学参考书。
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| 目錄：
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1概述001
1.1含氧燃料002
1.1.1醇类燃料002
1.1.2醚类燃料005
1.1.3酯类燃料008
1.2机动车发展趋势009
1.2.1机动车类型009
1.2.2机动车燃料发展趋势015
1.3煤基替代燃料的发展018
1.3.1中国化石能源现状018
1.3.2煤炭消费的环境问题019
1.3.3煤基合成替代燃料020
1.4煤基含氧燃料发展趋势023
1.4.1醇类燃料023
1.4.2醚类燃料026
1.4.3酯类燃料028
参考文献030
2煤基含氧燃料的合成原料31
2.1合成气原料031
2.1.1煤基含氧燃料对合成气组成的要求031
2.1.2煤基合成气制备035
2.2甲醇原料044
2.2.1煤制甲醇045
2.2.2天然气制甲醇047
2.2.3生物质制甲醇050
2.2.4二氧化碳制甲醇054
参考文献058
3醇类含氧燃料60
3.1甲醇060
3.1.1合成化学反应060
3.1.2催化剂061
3.1.3催化机理066
3.1.4合成工艺069
3.1.5工业化发展趋势075
3.2乙醇076
3.2.1合成气直接制乙醇077
3.2.2甲醇羰基化加氢制乙醇082
3.2.3二甲醚间接制乙醇090
3.2.4草酸酯加氢制乙醇095
3.2.5合成气发酵法制乙醇098
3.3低碳醇102
3.3.1化学反应103
3.3.2催化剂103
3.3.3工艺条件106
3.3.4催化机理107
3.3.5合成工艺111
3.3.6工业化发展趋势116
参考文献116
4醚类含氧燃料123
4.1二甲醚123
4.1.1甲醇脱水制二甲醚123
4.1.2合成气一步制二甲醚131
4.1.3工业化发展趋势140
4.2聚甲氧基二甲醚141
4.2.1甲醇提供封端甲基合成DMMn142
4.2.2甲缩醛提供封端甲基合成DMMn150
4.2.3二甲醚提供封端甲基合成DMMn154
4.2.4工业化发展趋势156
4.3甲基叔丁基醚159
4.3.1异丁烯和甲醇醚化制MTBE161
4.3.2工业化发展趋势172
参考文献174
5酯类含氧燃料179
5.1碳酸二甲酯179
5.1.1甲醇液相氧化羰基化合成DMC179
5.1.2甲醇气相氧化羰基化合成DMC185
5.1.3亚硝酸甲酯羰基化合成DMC191
5.1.4酯交换合成DMC196
5.1.5尿素甲醇直接合成DMC200
5.1.6尿素甲醇两步合成DMC204
5.1.7甲醇和CO2直接合成DMC206
5.1.8工业化发展趋势212
5.2脂肪酸甲酯214
5.2.1原料215
5.2.2催化剂216
5.2.3催化机理218
5.2.4生产工艺219
5.2.5工业化发展趋势226
参考文献231
6煤基含氧燃料的燃料性质238
6.1基础物理性质238
6.2溶解性240
6.2.1液体燃料的互溶问题240
6.2.2含氧燃料的溶解性241
6.3腐蚀性能244
6.3.1有机酸的腐蚀244
6.3.2水分的腐蚀245
6.4燃烧相关性质245
6.4.1燃烧热值245
6.4.2燃烧需氧量246
6.4.3辛烷值247
6.4.4十六烷值248
6.4.5闪点248
6.5含氧燃料在内燃机中的燃烧化学基础249
6.5.1甲醇燃料的燃烧反应特性249
6.5.2乙醇燃料的燃烧反应特性253
6.5.3二甲醚燃料的燃烧反应特性255
6.5.4二甲氧基甲烷燃料的燃烧反应特性256
6.5.5酯类燃料的燃烧反应特性257
6.6含氧燃料对内燃机排放的化学影响258
6.6.1对碳烟排放的影响258
6.6.2对氮氧化物排放的影响259
6.7生物毒性259
6.7.1醇类燃料的毒性259
6.7.2醚类燃料的毒性261
6.7.3酯类燃料的毒性262
6.8储存运输危险性262
6.8.1醇类燃料的储运危险性263
6.8.2醚类燃料的储运危险性265
6.8.3酯类燃料的储运危险性266
6.9环境影响267
6.9.1醇类燃料对环境的影响267
6.9.2醚类燃料对环境的影响273
6.9.3酯类燃料对环境的影响274
参考文献275
7煤基含氧燃料车用性能评价与应用推广277
7.1发动机台架试验277
7.1.1试验系统及测试标准277
7.1.2煤基含氧燃料燃烧性能279
7.1.3发动机排放性能试验286
7.2汽车性能试验291
7.2.1汽车性能试验程序和方法291
7.2.2煤基含氧燃料汽车性能试验分析293
7.3规模应用与推广298
7.3.1甲醇299
7.3.2乙醇300
7.3.3低碳醇302
7.3.4二甲醚302
7.3.5甲基叔丁基醚302
7.3.6碳酸二甲酯303
7.3.7脂肪酸甲酯303
7.4非机动车领域燃料应用304
7.4.1甲醇燃料电池304
7.4.2甲醇燃灶燃炉306
7.4.3二甲醚液化气309
7.4.4船用燃料应用311
7.4.5发电燃料应用312
7.5含氧燃料应用前景展望312
7.5.1车用燃料标准312
7.5.2非车用燃料标准316
7.5.3政策引导317
参考文献319
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| 內容試閱：
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燃料能源在工农业生产、交通运输以及人民生活方面起着重要的不可或缺的作用，特别是车用汽柴油燃料，随着我国交通运输业的飞速发展，需求不断增加。目前，我国车用运输燃料的生产主要依赖于石油路线，而石油对外依存度超过70%，已经威胁到我国的能源安全。同时，由石油制备的传统燃料的广泛使用也造成了严重的空气污染和碳排放，在日益严格的环保要求下传统燃料使用面临的压力越来越大。因而，寻找清洁替代燃料，对于降低石油对外依存度和减少机动车尾气污染有重要意义。
含氧燃料作为一种重要的清洁替代燃料，因本身含有氧而能使燃料燃烧更加充分，排放性能优越。我国化石能源的赋存形式以煤炭为主，以相对丰富的煤资源，发展煤制含氧燃料及应用技术，能够有效缓解我国燃料短缺，提高空气质量，也能促进煤资源的高效清洁转化。另外，这些含氧燃料也可以绿氢和可再生生物质为原料，以绿电为动力进行合成，成为“碳达峰、碳中和”驱动的下一代新技术。
近年来，在政策推动及产学研共同努力下，煤制含氧燃料的制备和应用技术取得重要进展。目前研究的可应用的煤基含氧燃料主要有：①醇类含氧燃料，主要是甲醇、乙醇和低碳醇；②醚类含氧燃料，主要是二甲醚、聚甲氧基二甲醚和甲基叔丁基醚；③酯类含氧燃料，主要是碳酸二甲酯和脂肪酸甲酯等。
醇类含氧燃料作为重要的煤基含氧燃料，辛烷值高，可以替代汽油使用，也可以和汽油混合使用，是点燃式内燃机的替代燃料。近年来，随着相应工业化生产技术的成熟，醇类燃料发展迅速，为其推广应用奠定了坚实的基础。煤经合成气制甲醇已经实现超大规模化生产，甲醇燃料技术的应用推广也非常成熟，已出台的相关政策和技术标准大力支持甲醇汽车和甲醇燃料推向汽车市场和燃料市场，逐步形成了自主可控的整车制造和燃料供给体系。乙醇燃料在汽油机上的应用技术也已相当成熟，特别是低比例乙醇汽油，不用对发动机进行大的改动即可使用，我国已从2017年开始全面推进乙醇汽油的应用。近年来不消耗粮食的大规模煤制乙醇技术取得了显著进步，生产规模和生产成本比生物乙醇具有明显的优势，为燃料乙醇产业的进一步发展带来了新的原料来源。低碳醇也是一类重要的醇燃料，主要来源于煤经合成气的制备路线，近年来也引起人们高度关注。
醚类燃料也是一类重要的煤基含氧燃料，在汽油车和柴油车燃料领域的应用取得了重要进展。二甲醚(DME)和聚甲氧基二甲醚(DMMn)十六烷值较高，可替代柴油使用，也可与柴油混合使用，对减少NOx和碳烟排放具有重要作用。而辛烷值较高的甲基叔丁基醚(MTBE)和汽油性质相似，被广泛应用于汽油添加剂，用来提高汽油的辛烷值和氧化稳定性。甲醇脱水可以大规模工业生产DME，DME目前主要应用于民用燃料领域，由于缺乏民用技术安全标准，应用市场受限。DMMn作为一种新型的绿色含氧柴油调和组分，应用前景值得期待，但其生产工艺复杂，成本较高，实际生产和应用进展缓慢。MTBE仍然是汽油添加剂的主要成分，约占总消费量的90%～95%，近年来随着乙醇汽油的推广及烷基化油、重整汽油等高辛烷值汽油组分的迅速发展，一定程度上降低了其作为汽油调和组分的需求，鉴于其生物毒性和对环境污染的影响，消费将会逐步减少。
酯类燃料以脂肪酸甲酯和碳酸二甲酯(DMC)为代表。DMC具有较高的辛烷值，也能改善汽油和柴油的燃烧性能，减少NOx和碳烟排放，作为汽油和燃油添加剂具有显著效果。近年来，国家有关油品添加剂的技术与标准部门做了大量工作，完成了DMC用作汽柴油添加剂的技术问题研究与标准的制定，部分DMC生产企业也进行了添加燃烧实践。随着DMC制备成本的不断降低，DMC作为汽柴油添加剂将会大规模推广应用。脂肪酸甲酯，即生物柴油，主要以生物油脂和甲醇为原料生产，是化石柴油燃料优良的替代品。随着生物柴油制备技术的提升和生物质低碳燃料相关政策和措施的实施，未来生物柴油的应用具有广阔前景。
本书紧密结合煤基合成含氧燃料的制备和应用，系统归纳和总结了合成煤基含氧燃料的基本原理和应用技术，特别是催化剂制备、生产工艺和工业化应用技术，并结合与传统化石燃料的性质对比，对煤基含氧燃料的机动车应用的技术特性进行了深入分析，探讨了煤基含氧燃料技术和产业的发展方向和趋势。全书共分为7章，第1章结合机动车及燃料发展趋势，简要介绍了煤基替代燃料的现状与发展趋势，特别概括论述了煤基含氧燃料的发展现状与方向。第2章介绍了煤基含氧燃料的合成原料，简要概括了合成气和甲醇两种主要平台原料的工业化生产路线及工艺。第3～5章分别论述了醇类含氧燃料、醚类含氧燃料和酯类含氧燃料的合成原理、催化技术、生产工艺和工业化最新进展。第6～7章分别系统论述了煤基含氧燃料的燃料性质、车用性能评价与应用推广。
本书由太原理工大学李忠教授课题组人员编撰完成，其中李忠教授负责整体内容的设计、编排和统稿修改，付廷俊教授负责第1～5章部分内容撰写和初稿汇总修改，郑华艳副教授负责3.1 甲醇和4.1二甲醚两部分内容初稿，孟凡会副教授负责3.3低碳醇部分内容初稿，李聪明教授负责4.3甲基叔丁基醚部分内容初稿，张国强博士负责5.1碳酸二甲酯部分内容初稿，杨甜甜博士负责第6章部分内容初稿，石晋宏博士负责第7章内容初稿，王铁教授负责第6～7章部分内容的编排和审查。此外参加编写工作的还有课题组部分博士生和硕士生。他们的辛勤工作使本书得以早日成文并付印，在此表示衷心感谢！
本书的出版发行得到了化学工业出版社领导和责任编辑的大力支持，在此表示衷心感谢！
本书在编写过程中，力求全面准确地体现煤基含氧燃料的现状和发展趋势，虽然作者编写目标明确、要求严格，也逐字逐句斟酌修改，但鉴于能力和水平限制，再加上内容涉及范围广、资料众多、观点不一，难免在内容选定、信息采集、论述深度以及写作等方面存在一些不足。因此，恳请读者和同行不吝指正，以便进一步修改和完善。
李忠 付廷俊
2025年8月
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