醇基燃料发明专利说明书_醇基燃料生产工艺流程

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说明书

一种醇基（车用）燃料及其制作方法

技术领域

本发明是涉及醇基（车用）燃料的工艺，属于车用替代燃料的生产方法。

背景技术

随着社会经济的持续发展，石油产品消耗的不断增加，自然资源逐渐枯竭与匮乏，再由于我国经济的高速发展，社会及私家车辆的大量增加，汽车尾气的大量排放已危及人民健康和生命安全，在人类面临能源短缺与环境危机的关键时刻，寻找洁净替代能源已成为世界科技界研究攻关的重点课题。

能源危机以来，世界各国都在寻求替代石油的新能源。美国能源研究与发展署研究认为，甲醇是最有希望的内燃机替代燃料。甲醇辛烷值112，相当于112号汽油，分子量32，含氧量50%，沸点64.51℃，闪点11℃，自燃点460℃，汽化潜热1100MJ/kg，热值19.6ML/kg，空燃比6.45，空燃混合气热值比汽油稍低，因此在使用时不需要再掺加三羟基甲基戊基锰、四乙基铅、甲基叔丁基醚等燃烧后对环境污染大的化合物。

其毒性与汽油一样，均属中等毒性，国内外已有大量科学结论证实，汽油和醇对生态的影响，用百分比衡量，汽油为100，乙醇为50，甲醇为30，甲醇的致毒性低于石油燃料，在地上和水中比汽、柴油易分散，降解速度与汽柴油比差几个数量级，甲醇燃料排放没有致癌变的苯，污染排放物优于汽油。具有原料易购，成本低廉，便于放大生产的特点。

二甲醚是一种无色、无味、无毒的有机化合物，分子量46，含氧量35，空燃比为9，沸点-25℃，熔点-185.5℃，闪点-41.4℃，自燃点350℃，空燃混合气热值比柴油高，十六烷值为60，尾气排放中一氧化碳、氢碳化合物比汽油分别低55%和86%，是具有超洁净燃烧，高洁净排放的环境友好型燃料，是被国际公认的“超洁净替代能源”。

目前市场上有M5、M15、M30、M45、M60、M85、M100等型号的甲醇汽油。但作为内燃机的替代能源，都存在下述技术性问题：

1． 分层问题，也就是中大比例甲醇与汽油的混溶性； 2． 低温启动问题； 3． 高温气阻问题； 4． 热值低的问题； 5． 汽车零部件腐蚀性问题； 6． 溶胀性问题；

以原料丰富、生产工艺技术成熟的甲醇及其衍生物为主，通过特殊的化学改性和油品综合性能的多元混配以及其它措施，使得在中大比例使用甲醇的情况下，不改变现有汽车发动机，仍然发挥甲醇辛烷值、含氧多、燃烧安全、环保效果好的优点，同时克服其热值低以及其它一些缺点，为在原有汽车上方便地大规模使用以甲醇为主的醇类及其衍生物醚类，替代车用石油成品油。不论单烧或掺烧，均具有燃烧效率高、污染排放低、有效清除积碳等优点，因此其应用前景十分广阔。

本项目解决了醇类、轻烃类的复合以及抗水互溶清净稳定的技术难 题。为此，我们在基本理论和反应机理应用方面提出了有机溶液的相平衡、汽液平衡理论用以指导复合改性剂、新型微乳清净稳定剂的研发。

四、发明内容

本发明公开了一种高清洁醇基（车用）燃料及其生产方法，所述的高清洁醇基（车用）燃料由下述配方按重量百分比组成：甲醇15～80%、二甲醚5～40%、叔丁醇0.1～0.5%、十二醇0.2～1.0%、乙醚0.8～1.2%、辛基酚聚氧乙烯醚0.1～0.5%、高级脂肪酸0.3～1.0%、六次甲基四胺0.1～0.5‰、高纯水3%～10%。该产品无论在单烧或与其它车用燃料掺烧，都能使燃料的性能保持稳定，且达到抗震性能好、动力性强、燃烧充分、易启动、不气阻、不分层、耗油量低、清洁环保等特点，解决了点燃式发动机在多元燃料使用上的通用性。

本发明充分考虑到甲醇汽油在实际使用中存在的以下问题（分层问题、低温启动难、气阻、低热值、腐蚀性与溶胀性等问题），在以甲醇与二甲醚为主要原料的前提下，结合微乳与增溶理论，达到体系的稳定性。

Ａ、抗水互溶合成理论的创新

本发明最显著的创新点就在于应用增溶理论，降低界面张力、稳定乳化液体系，以高纯水作为辛烷值的改进剂与助燃清净剂，创造性实现以水代油，节约能源之目的。

增溶技术是通过表面活性剂（Surfasant）和等链长的极性有机物，也称为助表面活性剂（Cosurfasant）。提高体系中表面活性剂浓度，以达到临界胶束浓度cmc，使被增溶物从不溶解状态变成能进入胶束中，化学势下降、自由能降低，使水、油、表面活性剂按适当比例混和，自发形成各向同性、透明、热力学稳定的分散体系，形成的醇基燃料清澈透明、均一稳定，彻底克服了甲醇汽油分层的缺点，储存稳定性好，放置时间长达6个月以上不分层。

技术成果的先进性总结：

1、解决了甲醇与汽油混溶，助溶剂成本过高，经济性差的缺点，创造性实现醇基（车用）燃料成本仅为乙醇汽油、汽油、甲醇汽油的30～50%。

2、解决了中醇（M15～30）汽油，替代比仅为1.6～1.65的技术难题，创造性实现了30%醇基（车用）燃料与汽油、20%醇基（车用）燃料与乙醇汽油混合掺烧，动力明显提高，油耗降低10～30%，替代比提高到0.7～0.9的良好效果。

3、解决了高醇（M70～85）汽油替代比仅为1.7～1.8，必须使用专用发动机，不能与汽油混合使用的技术问题，实现了醇基燃料可与汽油混合掺烧，甚至单独使用。

4、醇基（车用）燃料可以加水作为辛烷值的改进剂与助燃清净剂，并实际应用于汽车路况试验，最大添加量超过14%，创造性实现以水代油，节约能源之目的。

5、醇基（车用）燃料的苯含量仅为我国汽油标准的二百五十分之一，欧IV标准的百分之一，铅含量为欧IV标准的三分之一，我国标准的五分之一，硫含量低于欧III标准三分之一，实际胶质仅为欧IV标准的五分之一，诱导期则优于欧IV标准的四倍以上，蒸气压与欧美标准接近，优于我国标准，辛烷值大于100，无芳烃、无稀烃、无甲基叔丁基醇，真正实现了世界汽油向高辛烷值、高氧含量、低蒸气压，低苯、低硫、低芳烃方向发展的目标，创造了一个高效、节能，环保型车用清洁替代能源。

6、醇基（车用）燃料的先进性在于环保洁净性，实现生产过程中的低能源消耗，无“三废”排放与节能减排，用奇瑞汽车测试时常规排放接近于0，处于淘汰报废的松花江化油器汽车，未经检修，综合排放指数减少近70%，燃烧残留减少50%以上，数次检测值甚至为0。

7、与国外同类技术相比较，醇基（车用）燃料的高辛烷值、高氧含量、低蒸气压、低苯、低硫、低铁、低锰、低残留、无芳烃、无甲基叔丁基醚、馏程短、诱导期长等主要技术指标，明显优于欧III、欧IV汽油标准，储存稳定性优于汽油，对金属的腐蚀性小于汽油，同比条件下，节油率在10%以上。

为了提高醇基燃料的燃烧性能，控制有害尾气的排放量，我们还选定增燃剂、助燃剂、助溶剂、防腐蚀剂、清解分散剂的燃油节油清净剂作为醇基（车用）燃料添加剂，增加了醇基燃料的稳定性，降低了生产成本，提高了醇基燃料的综合性能，控制了有毒、有害尾气的排放。实现动力性提高10～30%、节约油耗10～30%、清除发动机积碳80～100%、降低尾气排放50～80%等效果。

B、大比例甲醇组分中气阻问题的创新

① 在混合溶剂中溶入少量不挥发性溶质，若混合溶剂中难挥发 组分挥发度增加或易挥发组分挥发度减少，必引起溶液沸点升高或蒸气压降低。

② 在恒沸混合物中溶入少量不挥发溶质，无论挥发度如何变化，必引起溶液沸点升高或蒸气压降低。

上述结论反映了不挥发溶质对混合溶剂沸点及蒸气压影响的普遍性 规律。加入少量难挥发溶质，就使60%的馏程温度提高2～4℃，70%的馏程温度提高18～36℃。从而使馏程分布更趋合理，发动机运转更平稳。同时又使系统的饱和蒸汽压下降2Kpa，达到国III饱和蒸汽压的标准。

C、复合改性剂中其它各重要组分作用的创新 ①．过氧化抗爆剂

在燃烧进入速燃期以前与汽油中的不饱和烃进行反应，生成环氧化物，使整个燃烧过程中生成的过氧化物浓度减少，避免多火焰中心生成，使向未燃区传播活性燃烧核心的作用减弱。②．抗氧防胶剂

燃料油中烯烃、双烯烃在光、温度、空气中氧化的作用下，会生成胶状物质沉淀，胶质本身也具有氧化催化作用，会加速燃料氧化。抗氧防胶剂分子与传播链反应的游离基反应将其钝化，从而使氧化链反应停止，抗氧剂在抑制油品氧化反应的同时被逐步消耗掉。③．金属钝化剂

燃料油输送过程中接触多种金属，如Cu、Fe、Pb等，它们会加快燃料的氧化速度，使燃料油中烯烃氧化、聚合最后生成胶质。金属钝化剂与金属离子形成螯合物，使金属处于没有促进氧化作用的钝化状态，生成的螯合物溶于油中，并且在很宽的温度范围内是安定的。金属钝化剂与抗氧防胶剂联合作用，效果更佳。D、车辆试验

醇基燃料与汽油、乙醇汽油掺配试验，达到可以任意比例的互溶掺烧，经奔驰、宝马、丰田、奥迪、三菱、雪佛来、雪铁龙、别克、捷达、标志、富康、桑塔钠、红旗、本田、奇瑞等数十种汽车进行长达半年，数万公里的道路运行，状况良好。与汽油30～40%、掺烧可明显提高动力，降低油耗10～30%。E、研制试验结论

1、本项目研究的醇基燃料突出的特点是：

（1）辛烷值高：醇基燃料辛烷值比同牌号国标无铅汽油辛烷值高3—5个单位，适用于高压缩比发动机，增加动力性。（2）动力性强：醇基燃料在配制过程中，复配多种添加剂增加了醇基燃料的均匀性和燃烧稳定性，可使发动机动力性增强。

（3）能耗低：醇基燃料由于辛烷值高，并在配制中加入提高热值组分，对车辆适应性调整（化油器汽车减少进气，调整点火提前角），能耗与汽油相当，与汽油30%，乙醇汽油20%混溶掺烧，能耗降低10%—30%，替代比提高到0.7—0.9。

（4）高清净性：醇基燃料为高含氧燃料，由于燃烧完全，可使汽车污染排放物CO、CO2+HC降低50%～80%，致癌物苯排放系数几乎为0。同时可有效清除车辆供油、燃烧系统积碳，延长发动机的使用寿命。

（5）通用性好：醇基燃料在不改变发动机结构及参数情况下，可直接使用。

（6）保质期长：醇基燃料诱导期是欧IV和国标汽油的四倍以上。可长期稳定保存，能够使储存、运输、销售和使用环节所需时间延长。

（7）醇基燃料生产工艺采用封闭式管道调合，低能源消耗，无三废排放，避免了生产过程中对环境的污染。

五、具体实施方案

本发明是通过改性剂的复配、反应与特殊加工手段体现工艺的新颖性和先进性。主要技术创新点有以下三个方面：

(1)复合改性剂配制时，采用高频电磁震荡处理，通过变频脉动内旋冲击波束，能量被复合改性剂中某些特定载体组分基团充分吸收从而改善了体系的化学特性。

(2)静态调合器的作用：静态调合器是一种本身没有运动部件的混合设备，它是靠设备内部特殊结构的组合单元，通过二甲醚气体自身的压力促使流体在设备内部产生“切割”、“剪切”、“旋转”等作用，从而达到互不相溶流体的良好混合。它具有以下几个特点： ①分散效率高，分散程度可达微米级。

②调合速度快，物料在调合器中停留时间接近塞式的排料效果。③物料在调合器内的压力降低、体积小、能耗小、管道化。④工作中无死角，无残留，无噪音。它是各种油品自动调合、性能优越的新型高效混合设备。

制得高活性复合添加剂之后，再将该复合改性剂与甲醇、烃类物质，按不同配方进行调和反应，形成综合性能优异的高清洁醇醚汽油。按比例，添加含有增燃、助燃、防腐、清净分散作用的燃油节油清净剂，经充分搅拌得醚基汽油，外观晶莹剔透，清净如水。制备方法：

在常温常压下，先将甲醇加入到反应釜中，然后将甲醇改性剂（其中包括助溶剂、助燃剂、清净分散剂、防腐抑制剂、抗氧剂等）按比例依次加入其中，最后灌入二甲醚气体，利用二甲醚自身的压力在静态调合器中通过气液转换与甲醇及其改性剂充分搅拌混匀，即得到外观晶莹剔透、清净如水的醚基（车用）燃料。工艺流程简介

醇醚清洁燃料的生产工艺相对较为简便，具体工艺过程如下：

① 投料：打开反应釜阀门，然后再打开反应釜与调合罐之间对应的连接阀门，最后打开调合罐阀门并开机，将物料（甲醇、高纯水、各组分添加剂等）按比例通过调合罐后投入反应釜中，投料结束后，关闭调合罐及相应管道阀门。

② 循环：打开压力罐的阀门，按设定号的流量将二甲醚通过管道输送到 反应釜中进行物料的混合反应循环。

③ 静置：循环结束后，将物料转入成品罐中静置24小时。

④ 检验：生产结束时，质检员立即对成品进行检验，静置24小时后再次对成品进行抽检，检验合格后方可销售。