BR112013013034B1

BR112013013034B1 - Composição de combustível de motor a diesel substituta, processo para dar partida a um motor de ignição por compressão e sistema de geração de energia

Info

Publication number: BR112013013034B1
Application number: BR112013013034-2A
Authority: BR
Inventors: Greg Morris; Michael John Brear; Ronald Andrew Slocombe
Original assignee: Gane Energy & Resources Pty Ltd
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2011-11-25
Publication date: 2019-06-18
Also published as: CN105838455A; CN103403130A; JP6952750B2; ZA201505377B; SI3299442T1; SI2643438T1; HRP20210974T1; DK2643438T3; AU2011334613A1; SG10201500369PA; IL226593A; HUE037313T2; CN103415599B; MX352640B; US20130318946A1; CY1119424T1; HRP20180461T1; EP2643437A4; PL3299442T3; US20130333653A1

Abstract

composição de combustível de motor a diesel substituta, processo para dar partida a um motor de ignição por compressão e sistema de geração de energia a presente invenção refere-se à composição de combustível de motor a diesel compreendendo metanol a um nível de pelo menos 20% em peso do combustível; água a um nível pelo menos 20% em peso do combustível; uma razão de água para metanol de entre 20:80 a 80:20; uma quantidade total de água e metanol de pelo menos 60% em peso da composição de combustível, e um ou mais aditivos, em uma quantidade total de pelo menos 0,1% em peso do combustível, em que o nível de cloreto de sódio, se presente como um aditivo, é entre 0 a 0,5% em peso do combustível, e o nível de aromatizante, se presente como um aditivo, é entre 0 a 1,5% da composição, é fornecida. também fornecido é um processo para dar partida a um motor de ignição por compressão usando um combustível compreendendo metanol e água, incluindo pré-aquecimento do ar de admissão, e sistemas associados e usos da composição de combustível.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para COMPOSIÇÃO DE COMBUSTÍVEL DE MOTOR A DIESEL SUBSTITUTA, PROCESSO PARA DAR PARTIDA A UM MOTOR DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO E SISTEMA DE GERAÇÃO DE ENERGIA.

[001] A presente invenção refere-se a uma nova composição de combustível e processo para dar partida a um tipo de ignição por compressão de motor de combustão interna.

[002] O presente pedido de patente reivindica prioridade dos pedidos de patente australianos AU2010905226 e AU2010905225. Este pedido de patente está também relacionado a um pedido de patente internacional intitulado “Combustível e processo para dar partida a um motor de ignição por compressão” depositado pelo mesmo Requerente neste dia com uma reivindicação de prioridade comum. O relatório descritivo do pedido de patente internacional relacionado é aqui incorporado por referência.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [003] A busca por alternativas de combustível para combustíveis fósseis convencionais é dirigida primariamente pela necessidade por um combustível de emissões ‘limpas’ acopladas com baixos custos de produção e ampla disponibilidade. Muita atenção é prestada ao impacto ambiental das emissões de combustível. Pesquisa para combustíveis alternativos focaliza em combustíveis que reduzirão a quantidade de substância particulada e óxidos produzidos pela combustão de combustível como também combustíveis que reduzirão as emissões de combustível não combustado e de CO2 e outros produtos de combustão. [004] O empenho por composições de combustível ambientalmente amigáveis para aplicações de transporte focalizou em etanol. Bio-materiais tais como substância vegetal orgânica podem ser convertidos em etanol, e o etanol produzido por tais processos foi usado

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2/106 como uma substituição parcial de combustíveis para motores de ignição a faísca. Embora isto reduza a confiança sobre os recursos não renováveis para combustíveis, os resultados ambientais que surgem do uso destes combustíveis em motores não foram substancialmente melhorados em um sentido geral, com combustão mais limpa sendo compensada pelo uso contínuo de tais combustíveis em motores de ignição a faísca de eficiência mais baixa, e impacto ambiental negativo associado com o uso de energia, terra cultivável, fertilizantes e água de irrigação para criar combustível.

[005] Outras alternativas de combustível para substituição completa ou parcial dos combustíveis tradicionais não se tornaram extensamente usadas.

[006] Uma desvantagem principal com a substituição completa dos combustíveis tradicionais, e em particular combustíveis para motores de ignição por compressão (combustíveis de diesel), com um combustível de substituição renovável, refere-se aos problemas percebidos associados com o baixo índice de cetano de tais combustíveis. Tais combustíveis apresentam problemas para alcançar ignição da maneira requerida para operação eficiente do motor.

[007] Os requerentes presentes também reconheceram que em algumas localizações ou ambientes remotos, água é um recurso escasso, e em tais localizações pode haver uma demanda por geração de potência (tal como através de geração de eletricidade de motor a diesel) acoplada com captura de subproduto de água para reuso na comunidade local. Além disso, mover energia em massa por meio de oleoduto líquido é uma técnica de duração longa e de custo efetivo para mover quantidades grandes de energia em distâncias longas com impacto visual mínimo, comparado às linhas de transmissão suspensas. [008] Os requerentes presentes também reconheceram uma necessidade em algumas localizações para o calor gerado em tais

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3/106 processos industriais serem capturados e reusados na comunidade local. Em algumas circunstâncias, esta necessidade está acoplada à necessidade por captura de água para reuso, referido acima.

[009] Em resumo, há uma necessidade contínua por combustíveis alternativos para uso em motores de combustão interna. Combustíveis que podem reduzir emissões são de interesse, particularmente onde o perfil de emissões melhorado for obtido sem um impacto adverso principal na eficiência do combustível e/ou desempenho do motor. Há também uma necessidade por métodos de dar partida a motores de ignição por compressão que permitam tais motores serem funcionados em substituição de combustível diesel não contendo tradicionalmente componentes acreditados ser adequados para o uso em tais aplicações. Adicionalmente, há uma necessidade por combustíveis de motor a diesel e métodos de operação de motor que sejam adequados para usar em localizações remotas, ou em ambientes ambientalmente sensíveis (tais como em ambientes marinhos de latitude alta particularmente em áreas portuárias em termos de emissões) ou outras áreas tais como áreas interiores remotas secas, porém frias que podem fazer uso máximo de todos os subprodutos da operação do motor, incluindo, por exemplo, os subprodutos de calor e água. Estes objetivos são preferivelmente tratados com a menor penalidade possível para a eficiência do combustível e o desempenho do motor.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0010] De acordo com a presente invenção, é fornecida uma composição de combustível de motor a diesel compreendendo:

- metanol a um nível de pelo menos 20% em peso do combustível;

- água a um nível pelo menos 20% em peso do combustível;

- uma razão de água para metanol de entre 20:80 a 80:20;

- uma quantidade total de água e metanol de pelo menos

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60% em peso da composição de combustível, e

- um ou mais aditivos, em uma quantidade total de pelo menos 0,1% em peso do combustível, em que o nível de cloreto de sódio, se presente como um aditivo, é entre 0 a 0,5% em peso do combustível, e o nível de aromatizante, se presente como um aditivo, é entre 0 a 1,5% da composição.

[0011 ] De acordo com a presente invenção, é também fornecido um processo para dar partida a um motor de ignição por compressão usando um combustível compreendendo metanol e água, incluindo: [0012] pré-aquecer uma corrente de ar de admissão, introduzindo o ar pré-aquecido em uma câmara de combustão do motor e comprimir o ar pré-aquecido; e [0013] introduzir o combustível na câmara de combustão e inflamar a mistura de combustível/ar para acionar o motor.

[0014] A invenção pode resultar em simplificação e um custo inferior de fabricação de combustível e impacto ambiental reduzido mediante eliminação da necessidade por produção de componentes de pureza alta e componentes de subproduto, por aceitação de uma mistura de tais componentes em um combustível de acordo com os métodos descritos aqui. Custo e benefício ambiental podem também surgir do uso de combustível em climas frios, uma vez que o ponto de congelamento do combustível pode facilmente satisfazer qualquer ambiente de temperatura baixa provável de ser encontrado.

[0015] O escapamento resultante da combustão do combustível pode conter impurezas baixas, tornando-o ideal para processamento subsequente. Como um exemplo, o CO2 pode ser convertido de volta para metanol para reduzir diretamente o gás de estufa CO2 ou CO2 de pureza alta pode ser usado para crescimento orgânico tal como algas para usos finais múltiplos incluindo fabricação de metanol, utilizando fontes de energia que podem incluir fontes renováveis, incluindo solar.

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5/106 [0016] De acordo com uma modalidade, o aditivo compreende éter, a um nível de até 20% em peso do combustível. O éter pode ser éter de dimetila.

[0017] Em algumas modalidades, a água gerada durante a combustão do combustível pode ser recuperada, que é uma vantagem principal para áreas remotas onde água é escassa. Em outras circunstâncias, o calor gerado na operação do motor a diesel pode ser utilizado para requerimentos de aquecimento da área local. Algumas modalidades como descritas abaixo consequentemente fornecem sistemas para a geração de potência através da operação de um motor a diesel que utiliza a água e/ou o calor produzidos do motor de um modo adequado.

[0018] De acordo com a presente invenção, ainda é fornecido um sistema de geração de potência compreendendo:

[0019] dar partida a um motor de ignição por compressão usando um combustível de metanol-água para gerar potência;

[0020] pré-aquecer uma corrente de ar de admissão do motor de ignição por compressão, e/ou fumigar a corrente de ar de admissão com um intensificador de ignição;

[0021] tratar o gás de escapamento do motor para recuperar o calor de escapamento e/ou a água do motor, e redirecionar o calor e/ou água para outro uso.

[0022] Em algumas modalidades o calor e/ou a água podem ser reciclados de volta para motor para reuso. Alternativa ou adicionalmente, o calor e/ou a água podem ser redirecionados localmente para uso em outro lugar. Em um exemplo, o calor pode ser fornecido através de um duto de água quente a uma comunidade perto para fornecer à comunidade energia na forma de calor, por exemplo, para aquecer propriedades domésticas ou comerciais. O motor neste exemplo poderia ser usado para gerar eletricidade para a comunidade,

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6/106 o que pode ser especialmente benéfico às comunidades remotas. [0023] Em outras modalidades, o sistema pode ser adaptado para dar partida a veículos, incluindo veículos de trilho e marinhos. Nestas aplicações, o escapamento é tratado para remover particulados, e recuperar calor e água para reuso no motor e para outro uso como requerido no veículo de trilho e marinho.

[0024] De acordo com a presente invenção, é ainda adicionalmente fornecido um método de transportar uma composição de précombustível de duas partes compreendendo metanol e éter, incluindo transportar o pré-combustível de uma primeira localização para uma segunda localização remota da primeira localização, e separar o éter do metanol para render uma primeira parte de combustível compreendendo metanol, e uma segunda parte de combustível compreendendo éter.

[0025] De acordo com a presente invenção, é ainda adicionalmente fornecida uma composição de pré-combustível compreendendo metanol e até 10% em peso de um éter.

[0026] De acordo com a presente invenção, é ainda adicionalmente fornecido o uso da composição de combustível de diesel descrita acima no processo ou sistema de geração de potência descrito acima. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0027] As modalidades da presente invenção serão agora descritas por via de exemplo com referência aos desenhos em anexo, em que: [0028] Figura 1 é um fluxograma que ilustra um processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[0029] Figura 2 é um gráfico da% em peso de éter de dimetila (DME), como intensificador de ignição, a ser fumigado em um motor (comparado ao peso do combustível), representado em gráfico versus a alteração de temperatura da mistura de combustível/fumigante/ar

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7/106 comprimido, para três composições de combustível (100% metanol, 70% metanol: 30% água e 40% metanol: 60% água). O diagrama referese a um método que pode ser utilizado em defesa das técnicas de intensificação de ignição descritas abaixo;

[0030] Figura 3A é um fluxograma que ilustra um processo para dar partida a um motor de ignição por compressão e para tratar o escapamento do motor, com o calor residual usado como uma fonte de aquecimento separada através de um duto de água quente;

[0031] Figura 3B é um fluxograma similar à Figura 3A, mas excluindo a etapa de fumigar o ar de admissão de motor;

[0032] Figura 4A é uma vista mais detalhada no fluxograma das Figuras 3A e 3B do tratamento de escapamento;

[0033] Figura 4B é uma vista similar à Figura 4A, mas sem um condensador de permuta de ar de escapamento final;

[0034] Figura 5A é um fluxograma que ilustra um processo para dar partida a um motor de ignição por compressão para acionar um veículo de trilho e tratar o escapamento do motor;

[0035] Figura 5B é um fluxograma similar à Figura 5A, mas excluindo a etapa de fumigar o ar de admissão de motor;

[0036] Figura 6A é um fluxograma que ilustra um processo para dar partida a um motor de ignição por compressão para acionar um veículo marinho e tratar o escapamento do motor;

[0037] Figura 6B é um fluxograma similar à Figura 6A, mas excluindo a etapa de fumigar o ar de admissão de motor;

[0038] Figura 7 é um gráfico que ilustra a Eficiência Térmica do Freio de um motor de ignição por compressão com fumigação de DME usando combustíveis contendo quantidades variadas de água e quantidades de metanol, DME e DEE na fase líquida;

[0039] Figura 8 é um gráfico que ilustra a Eficiência Térmica do Freio de um motor de ignição por compressão usando combustíveis

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8/106 contendo quantidades variadas de éter como intensificador de ignição, e utilizando DME como fumigante;

[0040] Figura 9 é um gráfico que ilustra a saída de escapamento de NO de um motor de ignição por compressão usando combustíveis contendo quantidades variadas de água e utilizando DME como fumigante;

[0041] Figura 10 é um diagrama esquemático do processo e instrumentação da facilidade de testagem utilizada em obter os resultados do Exemplo 1;

[0042] Figura 11 é um gráfico que ilustra a redução na saída de escapamento de NO de um motor de ignição por compressão aumentando a quantidade de água no combustível de metanol-água. DESCRIÇÃO DETALHADA [0043] O combustível e processo descritos aqui são adequados para dar partida a motores de ignição por compressão (CI). Em particular o combustível e o processo são muito adequados, mas não limitados, para motores de CI que operam em velocidades baixas tais como 1000 rpm ou menos. A velocidade do motor pode ser até mesmo 800 rpm ou menos, por exemplo 500 rpm ou menos. A velocidade do motor pode ser até mesmo 300 rpm ou menos, por exemplo 150 rpm ou menos.

[0044] O combustível é, portanto, adequado para motores dieseis maiores tais como aqueles operando em navios e trens, e em plantas geradoras de potência elétrica. As velocidades mais lentas nos motores de CI maiores permitem tempo suficiente para combustão da composição de combustível selecionada a ser completada e para uma porcentagem suficientemente alta do combustível a ser vaporizado para alcançar operação eficiente.

[0045] Porém, entende-se que o combustível e processo descritos aqui poderiam operar com motores de CI menores operando em

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9/106 velocidades mais altas. De fato, o trabalho de teste preliminar foi conduzido em um motor de CI pequeno operando a 2000 rpm e 1000 rpm, demonstrando que o combustível é também capaz de dar partida a tais motores de velocidade mais alta. Em algumas circunstâncias, ajustes podem ajudar no uso do combustível e processo em motores de CI menores (rpm mais alto), e alguns destes são elaborados abaixo. COMPOSIÇÃO DE COMBUSTÍVEL [0046] A composição de combustível para o processo compreende metanol e água. O combustível é um combustível de motor de ignição por compressão que é um combustível de motor a diesel.

[0047] Até agora, metanol não encontrou aplicação comercial em motores de ignição por compressão. As desvantagens com o uso de metanol como um combustível de motor, puro ou misturado, são evidenciadas por seu baixo índice de cetano que é na faixa de 3 a 5. Este índice de cetano baixo torna o metanol difícil de queimar-se em um motor de CI. Misturar água com metanol ainda reduz o índice de cetano do combustível tornando a combustão do combustível de mistura de metanol/água até mesmo mais difícil, e desse modo teria sido considerado contraintuitivo combinar água com metanol para uso em motores de CI. O efeito da água seguindo injeção de combustível é um de esfriar à medida que a água aquece e evapora, diminuindo ainda o cetano efetivo.

[0048] Porém, foi descoberto que uma combinação de combustível de metanol-água pode ser usada em um motor de ignição por compressão de uma maneira eficiente e com emissões de escapamento mais limpas, contanto que a corrente de ar de admissão introduzida na câmara de combustão do motor esteja suficientemente pré-aquecida. Outros fatores elaborados abaixo também contribuem para maximizar a operação efetiva de um motor de CI com este combustível. Como uma medida secundária, a corrente de ar de admissão pode ser

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10/106 adicionalmente fumigada com um fumigante compreendendo um intensificador de ignição.

[0049] O combustível pode ser um combustível homogêneo, ou um combustível monofásico. O combustível não é tipicamente um combustível de emulsão compreendendo fases orgânicas e aquosas separadas emulsificadas junto. O combustível pode ser, portanto, livre de emulsificante. A acomodação de componentes aditivos no combustível é ajudada pelas propriedades de solvência duais de metanol e água que permitirão a dissolução de uma faixa mais ampla de materiais ao longo das várias razões de água:metanol que podem ser utilizadas.

[0050] Surpreendentemente, foi descoberto que uma composição de combustível nova particular com base em metanol e um nível de água relativamente alto pode ser usado como o combustível para motores de ignição por compressão. O combustível pode ser referido como um combustível de diesel. Embora algumas composições de combustível com base em metanol e água tenham sido previamente descritas, os combustíveis deste tipo contendo níveis de água altos não foram mostrados ser capazes de operar um motor de ignição por compressão. Especificamente, combustíveis de metanol com um componente de água foram apenas descritos para o uso como um combustível de aquecimento ou de cocção onde o combustível é queimado para gerar calor. Os princípios que se aplicam a combustíveis de motor a diesel são muito diferentes, uma vez que o combustível tem que inflamar sob compressão no motor de ignição por compressão. Muito pouco, se houver, pode ser juntado de referências quanto ao uso de metanol e outros componentes em combustíveis de cozimento/aquecimento. Porém, as técnicas descritas aqui permitem os combustíveis novos descritos aqui operar um motor de ignição por compressão.

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11/106 [0051] Uma composição de combustível de diesel nova compreende:

- metanol a um nível de pelo menos 20% em peso do combustível;

- água a um nível pelo menos 20% em peso do combustível;

- uma razão de água para metanol de entre 20:80 a 80:20;

- uma quantidade total de água e metanol de pelo menos 60% em peso da composição de combustível, tal como pelo menos 70%, pelo menos 80% ou pelo menos 85% em peso da composição de combustível, e

- um ou mais aditivos, em uma quantidade total de pelo menos 0,1% em peso do combustível, em que o nível de cloreto de sódio, se presente como um aditivo, é entre 0 a 0,1% em peso do combustível, e o nível de aromatizante, se presente como um aditivo, é entre 0 a 1,5% da composição.

[0052] De acordo com uma modalidade, o aditivo compreende éter, a um nível de até 20% em peso do combustível. O éter pode ser éter de dimetila ou éter dietílico.

[0053] O nível de água pode ser acima de 20% em peso da composição de combustível em algumas modalidades. O nível de água mínimo de algumas modalidades é descrito abaixo. Por exemplo, o nível de água mínimo pode ser maior que 25%, maior que 30%, maior que 35%, maior que 40%, maior que 45%, maior que 50%, maior que 55%, maior que 60%, maior que 65% ou até maior que 70% em peso do combustível.

[0054] Tais composições de combustível de diesel de metanol-água de conteúdo alto de água não foram até agora estabelecidas ser capazes de operar um motor de ignição por compressão. Porém, estas composições de combustível de metanol-água de conteúdo alto de água descritas aqui podem operar um motor de ignição por compressão,

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12/106 particularmente quando o motor for operado de acordo com o processo descrito aqui. Isto pode envolver pré-aquecimento da entrada ar, ou fumigação do ar de admissão com um fumigante.

[0055] Todas as quantidades referidas neste documento são por referência a peso, a menos que do contrário especificado. Onde uma quantidade de porcentagem de um componente na composição de combustível principal for descrita, esta é uma referência à porcentagem daquele componente em peso da composição de combustível. Quando um fumigante for usado, este não é considerado como parte da própria composição de combustível, assim a composição de combustível neste contexto é lida como excluindo o fumigante.

[0056] Embora esta composição de combustível de diesel nova específica forme um aspecto da presente invenção, e possa ser usada na operação do processo da presente invenção, combustíveis de metanol-água contendo níveis de água mais baixos podem também ser usados no processo. No seguinte, as características dos combustíveis de metanol-água mais gerais são descritas. Observa-se que as características destes combustíveis podem estar presentes nos combustíveis de diesel novos reivindicados neste relatório descritivo.

[0057] Em geral, a quantidade relativa de água para metanol na composição de combustível pode ser na faixa de 0,2:99,8 a 80:20 em peso. De acordo com algumas modalidades, o nível de água mínimo (com relação a metanol) é 1:99, tal como uma razão mínima de 2:98, 3:97, 5:95, 7:93, 10:90, 15:95, 19:81; 21:79. O limite superior de água (com relação a metanol) na composição de acordo com algumas modalidades é 80:20, tal como 75:25, 70:30, 60:40, 50:50 ou 40:60. Pode ser considerado que a quantidade relativa de água na composição fique na faixa de nível de “água de baixo para médio”, ou uma faixa de nível de “água de médio para alto”. A faixa de nível de “água de baixo para médio” abrange a faixa de quaisquer dos níveis mínimos indicados

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13/106 acima para um máximo de 18:82, 20:80, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50 ou 60:40. A faixa de nível de “água de médio para alto” abrange a faixa de 20:80, 21:79, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50, 56:44 ou 60:40 para um máximo de um dos limites superiores indicados acima. Uma faixa de nível de água de baixo/médio é 2:98 a 50:50, e uma faixa de nível de água médio/alto típica é de 50:50 a 80:20. Uma faixa de nível de água baixo típica é de 5:95 a 35:65. Uma faixa de água de nível médio típica é 35:65 a 55:45. Uma faixa de nível de água alto típica é 55:45 a 80:20. O combustível de diesel de conteúdo de água alto novo da presente invenção pode conter as quantidades relativas de água e metanol acima, contanto que o combustível contenha as características do combustível previamente descritas (tais como o conteúdo de água mínimo de 20%).

[0058] Considerado em termos da porcentagem de água na composição inteira (principal) de combustível em peso, a quantidade relativa de água na composição de combustível principal pode ser um mínimo de pelo menos 0,2%, pelo menos 0,1%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 6%, pelo menos 7%, pelo menos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10%, pelo menos 11%, pelo menos 12%, pelo menos 13%, pelo menos 14%, pelo menos 15%, pelo menos 16%, pelo menos 17%, pelo menos 18%, ou pelo menos 19%, pelo menos 20%, pelo menos 22% em peso, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65% ou pelo menos 70% de água em peso da composição de combustível. Como o peso de água na composição de combustível principal aumenta é cada vez mais surpreendente que a fumigação do ar de admissão com um fumigante supera a penalidade de água no combustível em termos de combustão, com operação suave em termos de COV de IMEP e produzindo potência útil. A quantidade

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14/106 máxima de água na composição de combustível pode ser 68%, 60%, 55%, 50%, 40%, 35%, 32%, 30%, 25%, 23%, 20%, 15% ou 10% em peso. Qualquer um dos níveis mínimos pode ser combinado com um nível máximo sem limitação, salvo o requerimento que o nível mínimo fique abaixo do nível de água máximo.

[0059] Com base nos resultados de teste relatados nos Exemplos, para uma eficiência térmica de freio desejável (BTE), a quantidade de água na composição de combustível em algumas modalidades é entre 0,2% e 32% em peso. A zona ótima para um pico em Eficiência Térmica do Freio para um combustível de metanol-água de motor de ignição por compressão é entre 12% e 23% de água na composição de combustível principal, em peso. A faixa pode ser incrementalmente estreitada da mais vasta à mais estreita destes duas faixas. Em algumas modalidades, este é combinado com uma quantidade de intensificador de ignição na composição de combustível que não é mais que 15% em peso da composição de combustível principal. Detalhes de intensificadores de ignição estão expostos abaixo.

[0060] Com base em outros resultados de teste relatados nos Exemplos, para uma redução máxima em emissões de NOx, a quantidade de água na composição de combustível em algumas modalidades é entre 22% e 68% em peso. A zona ótima para uma redução máxima em emissões de NOx é entre 30% e 60% de água em peso da composição de combustível principal. A faixa pode ser incrementalmente estreitada da mais vasta à mais estreita destas duas faixas. Uma vez que NO é o componente principal de emissão de NOx, referência pode ser feita à emissão de NO como sendo a maior proporção, ou indicativa, da extensão geral de emissões de NOx.

[0061] Em algumas modalidades, para um equilíbrio desejável das propriedades de combustível e emissões, a composição de combustível compreende entre 5% e 40% de água em peso da composição de

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15/106 combustível principal, tal como entre 5% e 25% de água, entre 5% e 22% de água. Estes níveis são com base na combinação dos resultados de teste relatados nos Exemplos.

[0062] Em combustíveis gerais para o uso no processo descrito aqui, a quantidade de metanol na composição de combustível total é preferivelmente pelo menos 20% em peso da composição de combustível. De acordo com algumas modalidades (tal como a modalidade nova da composição de combustível de diesel de metanolágua de conteúdo de água alto), a quantidade de metanol na composição de combustível é pelo menos 30%, pelo menos 40%, pelo menos 50%, pelo menos 60% ou pelo menos 70% da composição de combustível. Em combustíveis gerais para o uso no processo descrito aqui, a quantidade de água na composição de combustível total pode ser pelo menos 0,2%, pelo menos 0,1%, pelo menos 1%, pelo menos 2%, pelo menos 3%, pelo menos 4%, pelo menos 5%, pelo menos 6%, pelo menos 7%, pelo menos 8%, pelo menos 9%, pelo menos 10%, pelo menos 11%, pelo menos 12%, pelo menos 13%, pelo menos 14%, pelo menos 15%, pelo menos 16%, pelo menos 17%, pelo menos 18%, pelo menos 19%, pelo menos 20%, pelo menos 25%, pelo menos 30%, pelo menos 35%, pelo menos 40%, pelo menos 45%, pelo menos 50%, pelo menos 55%, pelo menos 60%, pelo menos 65% e pelo menos 70%. Para a composição de combustível de diesel de metanol-água de conteúdo de água alto da modalidade nova, o nível de água é pelo menos 20% em peso da composição de combustível. Ignição de tal combustível a níveis de água superiores pode ser alcançada através de temperatura aumentada do ar entrando no motor. Intensificação adicional das propriedades de ignição pode ser obtida mediante o uso de um fumigante que pode inflamar à frente da injeção de combustível, assim criando condições favoráveis de temperatura mais alta após o combustível ser injetado, para ignição acontecer. Como o peso de água

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16/106 na composição de combustível aumenta é cada vez mais surpreendente que as técnicas de intensificação de ignição esboçadas acima superaram a penalidade de água no combustível.

[0063] A quantidade combinada de metanol e água na composição de combustível total pode ser pelo menos 75%, tal como pelo menos 80%, pelo menos 85%, ou pelo menos 90% em peso da composição de combustível. A composição de combustível pode compreender um ou mais aditivos, em uma quantidade combinada de até 25%, ou até 20% ou até 15% ou até 10% em peso da composição de combustível. Em algumas modalidades, o nível de aditivos total ou combinado não é mais que 5% da composição de combustível. Em algumas modalidades, tal como a nova composição de combustível de diesel de conteúdo de água alto, o aditivo constitui pelo menos 0,1% em peso do combustível. Na nova composição de combustível de diesel de conteúdo de água alto, se o cloreto de sódio estiver presente, o nível deste aditivo está presente a um nível de não mais que 0,1% em peso do combustível, e se um aromatizante estiver presente, o nível de aromatizante não é mais que 1,5% da composição.

[0064] O metanol para o uso na produção da composição de combustível pode vir de qualquer fonte. Como um exemplo, o metanol pode ser um metanol fabricado ou residual, ou um metanol grosso ou semirrefinado, ou um metanol não refinado. O metanol grosso ou residual ou semirrefinado pode tipicamente conter principalmente metanol, com o equilíbrio sendo água e quantidades de alcoóis superiores, aldeídos, cetonas ou outras moléculas de hidrogênio e oxigênio do carbono que surgem durante o curso normal da fabricação de metanol. Metanol residual pode ou não ser adequado dependendo dos graus e tipos de contaminação. As referências nas seções acima para razões de metanol e água, ou quantidades de metanol na composição de combustível em peso, referem-se à quantidade de

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17/106 metanol em si na fonte de metanol. Desse modo, onde a fonte de metanol for um metanol bruto contendo 90% de metanol e outros componentes, e a quantidade deste metanol bruto na composição de combustível for 50%, então considera-se que a quantidade atual de metanol é 45% de metanol. O componente de água na fonte de metanol é levado em conta ao determinar a quantidade de água na composição de combustível, e as outras impurezas são tratadas como aditivos ao avaliar as quantidades relativas dos componentes nos produtos, a menos que do contrário especificado. Os alcoóis superiores, aldeídos e cetonas que podem estar presentes no metanol bruto podem funcionar como aditivos solúveis de extensor de combustível.

[0065] De acordo com algumas modalidades, o combustível compreende um metanol bruto. O termo “metanol bruto” abrange fontes de metanol de pureza baixa, tais como fontes de metanol contendo metanol, água e pode ser até 35% de impurezas de não água. O conteúdo de metanol do metanol bruto pode ser 95% ou menos. O metanol bruto pode ser usado diretamente no combustível sem refinamento adicional. Impurezas de não água típicas incluem alcoóis superiores, aldeídos, cetonas. O termo “metanol bruto” inclui metanol residual, metanol grosso e metanol semirrefinado. É uma vantagem particular desta modalidade que o metanol bruto contendo impurezas em níveis superiores pode ser usado diretamente no combustível para um motor de CI sem refinamento caro. Neste caso, os níveis de aditivos (isto é, impurezas de metanol bruto e outros aditivos de composição de combustível excluindo água) podem ser até 60% da composição de combustível (incluindo impurezas no metanol bruto). Para composições de combustível usando um metanol de pureza alta (tal como 98% p. ou% mais alta de metanol puro) como a fonte, o nível de aditivo total pode ser mais baixo, tal como não mais que 25%, não mais que 20%, não mais que 15% ou não mais que 10%.

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18/106 [0066] Qualquer água de uma qualidade adequada pode ser usada como a fonte de água para a produção da composição de combustível. A fonte de água pode ser água incluída como parte de metanol grosso não destilado, ou água reciclada, ou uma água bruta ou contaminada (por exemplo, água do mar contendo sais) purificada por osmose reversa, purificada por substâncias ativadas tais como carbono ativado, ou outro tratamento químico, deionização, destilação ou técnicas evaporativas. A água pode vir de uma combinação destas fontes. Como um exemplo, a fonte de água pode ser água recuperada do escapamento rico em água do motor de ignição de combustão. Esta água pode ser recuperada por meio dos cambiadores de calor e câmaras de pulverização ou outras operações similares. Esta técnica de recuperação e reuso permite limpeza das emissões de escapamento. A água neste caso é reciclada de volta para o motor com ou sem qualquer combustível não combustado capturado. Hidrocarbonetos ou particulados ou outros produtos de combustão são retornados ao motor e reciclados para extinção por meio de etapas de combustão em laço, ou tratados por meios conhecidos de purificação. A água pode em algumas modalidades ser água salgada, tal como água do mar que foi purificada para remover o sal. Esta modalidade é adequada para aplicações marinhas, tais como em motores de CI marinhos, ou para a operação de motores de CI em localizações de ilhas remotas.

[0067] A qualidade da água causará impacto à corrosão através da cadeia de provisão até o ponto de injeção no motor e características de deposição do motor, e tratamento adequado de combustível com aditivos anticorrosão ou outros métodos pode ser requerido nestas circunstâncias.

[0068] A quantidade de aditivos incluída no combustível pode levar em conta quaisquer efeitos de diluição a jusante causados pela adição de água (por exemplo) ao combustível.

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19/106 [0069] Aditivos que podem estar presente na composição de combustível podem ser selecionados de uma ou mais das categorias seguintes, mas não exclusivamente assim:

[0070] 1. Aditivos melhoradores de ignição. Estes podem ser também referidos como intensificadores de ignição. Um melhorador de ignição é um componente que promove o princípio de combustão. Moléculas deste tipo são inerentemente instáveis, e esta instabilidade leva a reação de “auto-começo” que leva à combustão dos outros componentes de combustível (por exemplo, metanol). O melhorador de ignição pode ser selecionado de materiais conhecidos na técnica para ter propriedades de intensificação de ignição, tais como, éteres (incluindo C1-C6 éteres tais como éter de dimetila), nitrato de alquila, peróxidos de alquila, hidrocarbonetos voláteis, hidrocarbonetos oxigenados, e misturas dos mesmos.

[0071] Além dos intensificadores de ignição típicos, partículas de carboidrato finamente dispersas presentes na zona de combustão seguindo a evaporação dos componentes de combustível líquido antes da ignição podem ou não ter um papel como iniciadores de combustão, porém tais espécies podem contribuir para combustão mais completa e rápida da mistura de ar/combustível total.

[0072] Embora os melhoradores de ignição adicionais possam ser incorporados no combustível, as técnicas descritas aqui facilitam a ignição ao longo da faixa operacional do motor sem tais adições. Desse modo, de acordo com algumas modalidades, o combustível é livre de aditivos melhoradores de ignição. Em outras modalidades, o combustível é livre de DME (embora possa conter outros melhoradores de ignição). No caso de éter de dimetila como um melhorador de ignição, de acordo com algumas modalidades, menos que 20%, menos que 15%, menos que 10%, menos que 5%, menos que 3%, menos que 1%, ou nenhum éter de dimetila está presente na composição de

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20/106 combustível. Em algumas modalidades, a quantidade de éter (de qualquer tipo, tal como éter de dimetila ou dietílico) na composição de combustível principal é menos que 20%, menos que 15%, menos que 10%, menos que 5%.

[0073] Em algumas modalidades, pelo menos 80% do intensificador de ignição presente na composição de combustível são fornecidos por um ou no máximo dois produtos químicos específicos, exemplos sendo éter de dimetila e éter dietílico. Em uma modalidade, um intensificador de ignição de uma identidade química simples está presente na composição de combustível principal. Em uma modalidade, pelo menos 80% do intensificador de ignição na composição de combustível são constituídos por um intensificador de ignição de uma identidade química simples. Em cada caso, o intensificador de ignição simples que constitui o intensificador de ignição, ou >80% de componente de intensificador de ignição podem ser éter de dimetila. Em outras modalidades, o intensificador de ignição compreende uma mistura de três ou mais intensificadores de ignição.

[0074] A quantidade de intensificador de ignição na composição de combustível, em algumas modalidades, não é mais que 20%, tal como não mais que 10% ou não mais que 5% da composição de combustível. [0075] 2. Extensor de Combustível. Um extensor de combustível é um material que fornece energia de calor para acionar o motor. Materiais usados como extensores de combustível podem ter este propósito como o propósito principal para sua inclusão na composição de combustível, ou um material aditivo pode fornecer esta função e outra função.

[0076] Exemplos de tais extensores de combustível são:

a) Carboidratos. Carboidratos incluem açúcares e amido. O carboidrato pode ser incluído para propósitos de extensor de combustível, embora possa também funcionar como um melhorador de ignição, e/ou um melhorador de combustão. O carboidrato é

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21/106 preferivelmente água/metanol solúvel, com níveis de água mais altos que acomodam maior dissolução do açúcar no combustível. Uma composição de combustível enriquecida de água (monofásica) permite a dissolução do carboidrato, tal como açúcar, porém como o solvente líquido (água/metanol) na composição de combustível evapora no motor, o soluto de carboidrato pode formar partículas suspensas microfinas de área de superfície alta de composição de LEL baixo (limite explosivo mais baixo) que irá se decompor/reagir sob as condições do motor, melhorando a capacidade de ignição da mistura de combustível. Para alcançar a melhoria na combustibilidade da mistura, uma quantidade de pelo menos 1%, preferivelmente pelo menos 1,5% e mais preferivelmente pelo menos 5% deste aditivo de carboidrato é preferida. Um nível superior de não mais que 20% da composição de combustível é preferido.

b) Aditivos de extensor de Combustível Solúveis. Aditivos de extensor de combustível são materiais combustíveis. Estes aditivos podem ser adicionados como componentes separados ou podem ser parte de um metanol não destilado usado para produzir a composição de combustível. Tais aditivos incluem C2-C8 alcoóis, éteres, cetonas, aldeídos, ésteres de ácido graxo e misturas dos mesmos. Ésteres de ácido graxo tais como ésteres de metila de ácido graxo podem ter uma origem de biocombustível. Estes podem ser originados através de quaisquer fontes ou processos de biocombustível. Processos típicos para sua produção envolvem transesterificação de óleos derivados de planta, tais como óleo de dutola, palma ou soja, entre outros.

[0077] Pode haver oportunidade para economicamente aumentar o nível de extensor de combustível na própria composição de combustível para mercados particulares onde tal aditivo pode ser produzido ou crescido e consumido localmente, reduzindo a necessidade por importação de combustível de base e/ou aditivos. Sob tais condições

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22/106 uma quantidade, ou taxa de tratamento, de até 30%, ou até 40%, ou até 50% da composição de combustível é preferida, entretanto concentrações de até 60% de aditivos totais incluindo tais aditivos de extensor de combustível podem ser considerados particularmente onde a fonte de metanol for metanol bruto.

[0078] 3. Intensificadores de combustão. Estes podem ser também referidos como melhoradores de combustão. Um exemplo de um intensificador de combustão é um composto de amônio nitrado, por exemplo, nitrato de amônio. A 200°C, o nitrato de a mônio quebra-se em óxido nitroso de acordo com a reação seguinte:

NH4NO3=N2O+2H2O [0079] O óxido nitroso formado reage com o combustível na presença de água de um modo similar ao oxigênio, por exemplo, CH3OH+H2O=3H2+CO2

H2+N2O = H2O + N2

CH3OH+3N2O=3N2+CO2+2H2O [0080] Outros compostos de amônio nitrado que podem ser usados incluem nitrato de etilamônio e nitrato de trietilamônio como exemplos, entretanto estes nitratos podem também ser considerados como intensificadores de ignição (cetano) ao invés de intensificadores de combustão como sua função principal no combustível é intensificação de ignição.

[0081] Outros melhoradores de combustão podem incluir espécies metálicas ou iônicas, o último formando mediante dissociação sob ambientes de pré ou pós-combustão.

[0082] 4. Óleo absorvedor de oxigênio. O óleo absorvedor de oxigênio é preferivelmente um que seja solúvel em misturas de água/metanol. Óleos absorvedores de oxigênio têm ponto de autoignição baixo e também têm a habilidade de absorver oxigênio diretamente antes da combustão, em quantidades de, por exemplo, 30%

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23/106 em peso do óleo. Esta condensação rápida de oxigênio de uma fase gasosa quente na fase de óleo/sólido após evaporação da água circunvizinha aquecerá a partícula de óleo causando ignição mais rapidamente do metanol circunvizinho evaporado e superaquecido. Um óleo adequado idealmente para este papel é óleo de linhaça, em uma concentração de cerca de 1-5% na mistura de combustível. Se este aditivo for utilizado na composição de combustível, a mistura de combustível deveria ser armazenada sob uma manta de gás inerte para minimizar a decomposição do óleo através de oxigênio. Óleo de linhaça é um óleo contendo ácido graxo. Outros óleos contendo ácido graxo podem ser usados no lugar ou além do óleo de linhaça. Óleos preferidos são aqueles que dissolvem-se na fase de metanol ou são miscíveis em metanol, para produzir uma composição homogênea, monofásica. Porém, em algumas modalidades, os óleos não são miscíveis em água/metanol podem ser usados, particularmente se um aditivo de emulsificação estiver também presente na composição de combustível. [0083] 5. Aditivos de lubricidade. Exemplos de aditivos de lubricidade incluem derivados de dietanolamina, fluorotensoativos, e ésteres de ácido graxo, tais como biocombustíveis que são até certo ponto solúvel em misturas de água/metanol cuja composição de combustível é com base.

[0084] 6. Aditivos de coloração de produto. Aditivos de coloração ajudam a garantir que a composição de combustível não possa ser confundida com uma bebida líquida tal como água. Quaisquer corantes solúveis em água podem ser usados, tais como um corante amarelo, vermelho, azul ou uma combinação destes corantes. Os corantes podem ser um padrão aceito pela indústria de corantes líquidos.

[0085] 7. Aditivos de cor de fogo. Exemplos não limitativos incluem carbonatos ou acetatos de sódio, lítio, cálcio ou estrôncio. Os aditivos de cor de fogo podem ser selecionados para alcançar a cor do produto

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24/106 preferida e estabilidade no pH do produto final. Considerações de deposição de motor, se houver, podem ser levadas em conta selecionando o aditivo a ser usado.

[0086] 8. Aditivos anticorrosão. Exemplos não limitativos de aditivos anticorrosão incluem aminas e derivados de amônio.

[0087] 9. Biocidas. Embora possa ser adicionado biocidas, estes não são em geral requeridos porque o conteúdo de álcool alto (metanol) no combustível impede o crescimento biológico ou contaminação biológica. Desse modo, de acordo com algumas modalidades, o combustível é livre de biocida.

[0088] 10. Depressivo do ponto de congelamento. Embora depressivos do ponto de congelamento possam ser incorporados no combustível, o metanol (e aditivos opcionais tais como açúcar, adicionados para outros propósitos) deprime o ponto de congelamento da água. Desse modo, de acordo com algumas modalidades, o combustível é livre de um depressivo de ponto de congelamento dedicado adicional.

[0089] 11. Redutor de depósitos. Exemplos não limitativos incluem polioléter e trietanolamina.

[0090] 12. Desnaturante, se preciso for.

[0091] 13. Agente controlador de pH. Um agente que eleva ou diminui o pH para um pH adequado pode ser usado que seja compatível com o combustível.

[0092] Os aditivos, e particularmente aqueles identificados sob itens 1 e 2 acima ou podem ser acrescentados ao combustível como produto comercializado por indústria padrão (isto é, em uma forma refinada) ou como solução aquosa semiprocessada (isto é, em uma forma não refinada, forma semirrefinada, ou uma forma bruta). A última opção reduz potencialmente o custo do aditivo. Uma condição do uso de tais fontes aditivas brutas é que as impurezas nas formas brutas de tais

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25/106 aditivos, tais como solução de açúcar bruta, ou xarope de açúcar, como um exemplo, não afetam adversamente os injetores de combustível ou desempenho do motor.

[0093] De acordo com algumas modalidades, o combustível compreende pelo menos um aditivo. De acordo com algumas modalidades, o combustível compreende pelo menos dois aditivos diferentes.

[0094] O combustível de algumas modalidades pode compreender de 20% a 80% de água, e não mais de 20% éter de dimetila, em peso da composição de combustível. O conteúdo de éter de dimetila de algumas modalidades pode ser 15% ou menos, 10% ou menos, ou 5% ou menos.

[0095] Éteres são observados acima como sendo exemplos de melhoradores de ignição e aditivos de extensor de combustível solúveis. Independente da função intencionada, em algumas modalidades, o éter pode estar presente em total a um nível de menos que 20%, menos que 15%, menos que 10%, menos que 5%, menos que 3%, ou menos que 1% da composição de combustível. A quantidade pode ser maior que 0,2%, 0,1%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 12%. Os limites inferiores e superiores podem ser combinados sem limitação, contanto que o limite inferior fique abaixo do limite superior selecionado. [0096] A composição de combustível compreende um éter em uma quantidade de entre 0,2% e 10% em algumas modalidades, em peso da composição de combustível principal. O éter é preferivelmente um éter simples ou uma combinação de dois éteres.

[0097] Através da utilização de um éter ou como um melhorador de ignição e/ou extensor de combustível solúvel, em um combustível baseado em metanol, um processo completo para a produção, transporte e utilização de uma composição de combustível foi desenvolvido. O combustível baseado em metanol pode ser um

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26/106 combustível livre de água ou um combustível de metanol-água nesta circunstância. Isto é descrito em mais detalhe abaixo.

[0098] Os aditivos no combustível de algumas modalidades podem compreender:

- um aditivo de coloração de produto em até 1% em peso, e

- um aditivo de cor de fogo, em até 1% em peso do combustível.

DETALHE DA OPERAÇÃO DO MOTOR PARA MODALIDADES DE PRÉ-AQUECIMENTO DO AR DE ADMISSÃO [0099] Figura 1 ilustra um fluxograma que esboça o processo de usar um combustível 11 de mistura de metanol/água em um motor de CI 10. O processo inclui pré-aquecer uma corrente de ar de admissão 12 e depois introduzir o ar pré-aquecido na câmara de combustão do motor 10 antes de introduzir o combustível 11 na câmara de combustão e inflamar a mistura de combustível/ar pré-aquecido através de ignição por compressão para acionar o motor.

[00100] O ar de admissão 12, que pode ser pré-aquecido por uma variedade de técnicas, é injetado na câmara de combustão antes ou durante o estágio inicial do curso de compressão do motor para comprimir o ar antes do combustível ser injetado na câmara de combustão. Compressão do ar eleva a temperatura na câmara de combustão para fornecer condições de ignição favoráveis para o combustível quando for pulverizado na câmara durante o último estágio por compressão.

[00101] Pré-aquecer o ar de admissão 12 fornece uma base de temperatura mais alta ao começo do curso de compressão, resultando na temperatura no ponto de injeção de combustível sendo mais alta que se o ar não fosse pré-aquecido e, portanto, mais combustível. O nível de pré-aquecimento requerido depende da temperatura requerida na câmara de combustão no ponto de injeção de combustível que é

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27/106 requerido para inflamar uma mistura de combustível de água/metanol. Isso, por sua vez, depende das proporções relativas de água para metanol no combustível.

[00102] Exemplos de níveis de temperaturas de ar pré-aquecido são mostrados nos Exemplos que seguem, mas em geral foi observado que para combustíveis com um nível de água baixo a médio, temperaturas de ar de admissão pré-aquecido adequadas são pelo menos 50°C, ou pelo menos 100°C, tais como cerca de 100°C-150°C, p or exemplo cerca de 130°C. Para combustíveis com um nível de água de médio a alto, as temperaturas de pré-aquecimento são na faixa de pelo menos cerca de 150°C, tal como 150°C-300°C ou mais altas.

[00103] Pré-aquecimento do ar de admissão compensa a característica ruim do cetano do combustível de metanol/água, particularmente aqueles tendo um nível de água médio a alto. Préaquecimento pode ser alcançado através de vários meios.

[00104] Na modalidade mostrada pela Figura 1, o ar de admissão 12 é pré-aquecido capturando o material de escapamento quente 22, que compreende gases combustados e combustíveis não queimados e outros particulados, e passando o material de escapamento através de um cambiador de calor 20 que aquece uma corrente de ar 15 que entra no cambiador de calor e esfria o material de escapamento 22. Uma ventoinha em linha com o ar de admissão 12 poderia ser fornecida para otimizar o perfil de pressão de ar de admissão através do ciclo do motor. [00105] Técnicas para pré-aquecimento incluem qualquer um ou uma combinação dos métodos de aquecimento seguintes:

1. Pré-aquecedor de calor residual - para o uso de um cambiador de calor como debatido acima em relação à modalidade da Figura 1,

2. Admissão de ar fumigante - fumigando o fluxo de admissão de ar com um intensificador de ignição para encorajar o

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28/106 aumento de temperatura na câmara de combustão - descrito em mais detalhe abaixo.

3. Supercarregador/ventilador - ou outros meios de compressão de ar acionados pelo motor para forçar indução de ar de admissão na câmara de combustão, e aquecendo o ar de admissão por meio de aumento na pressão de ar.

4. Turbocarregador - ou outro mecanismo de compressão de ar acionado por escapamento do motor ou outro calor residual para forçar indução de ar de admissão na câmara de combustão, e aquecendo o ar de admissão por meio de aumento na pressão de ar.

5. Aquecimento direto - usando métodos diretos para aquecer o ar, tais como eletricamente aquecer por meio de elementos ou combustão de combustível para gerar o aumento de temperatura requerido. Tais métodos podem ser úteis durante a partida e as cargas baixas do motor.

6. Velas (ou bolbos quentes) - direcionando o calor para os cilindros do motor, esta categoria incluindo aquecedores externos em linha com o ar de admissão para diretamente aquecer o ar de admissão. [00106] Calor residual passando do escapamento do motor através de um cambiador de calor (opção 1 acima, sem uma ventoinha) resultará em uma potência mais baixa produzida do motor devido a um fluxo de massa inferior de ar (comparado às opções 3 a 4, onde o fluxo de massa de ar não é reduzido). Porém esta perda de potência máxima pode ser compensada em parte por uma eficiência mais alta na combustão nas condições mais quentes ao ponto de injeção de combustível e um requerimento inferior de ar de excesso comparado aos combustíveis de diesel com base em petróleo. Uma ventoinha de pressão de compensação acionada pelo escapamento, ou do contrário, pode compensar o fluxo de massa reduzido de ar sob condições de temperatura de ar aumentada.

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29/106 [00107] Alternativamente, um turbocarregador ou supercarregador poderiam ser usados sozinhos ou em combinação com um cambiador de calor de escapamento do motor para derivar uma eficiência de combustão alta como também mais potência.

[00108] Em outra modalidade, aquecimento do combustível de acordo com as técnicas conhecidas pode ajudar o processo de ignição. [00109] A opção de pré-aquecimento em combinação com um meio para combustível de água de médio a alto/metanol baixo altera o ciclo do motor de ser um ciclo de volume “constante” durante a ignição e fase de combustão e expansão inicial, para direcionalmente mais de uma expansão de temperatura constante (onde o calor do metanol está na água de evaporação de parte significativa) em um prazo mais adequado para maximizar o desempenho do motor.

[00110] O processo ilustrado na Figura 1 inclui um tratamento de escapamento e componente de reciclagem para colher e integrar o material de escapamento de volta no combustível. Em particular, o tratamento inclui a recuperação e integração da água, combustíveis não queimados, hidrocarbonetos, dióxido de carbono e outras quantidades pequenas de emissões.

[00111] Em combustíveis que têm um nível de água médio a alto, mas não excluindo níveis de água mais baixos, o escapamento rico em água pode ser uma fonte de água de combustível e os níveis pequenos de poluentes do escapamento podem ser capturados e retornados ao motor. Recuperação da água do material de escapamento envolve esfriar e condensar o material de escapamento e coletar a água condensada.

[00112] Figura 1 mostra que após o material de escapamento 22 ser esfriado através de permuta de calor com o ar de admissão 12 no cambiador de calor 20, o escapamento esfriado é depois passado por um condensador 25 através do qual a água pode ser colhida e retornada

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30/106 como combustível reciclado 32 para o motor 10.

[00113] Um segundo cambiador de calor 34 na fase final do processo de tratamento ajuda a condensação e adicionalmente inclui um arranjo de câmaras de pulverização usando água que pode ter sido purificada e pode conter aditivos para capturar e purificar qualquer metanol não queimado ou outros hidrocarbonetos no combustível, fuligem e outros particulados. Estes particulados são retornados ao motor para eliminação por meio de um processo de ‘reciclagem para extinção' com combustível reciclado 32, enquanto o escapamento limpo purificado 33 pode ser liberado na atmosfera contendo quase nenhum poluente. A água usada na câmara de pulverização pode ser de uma faixa de fontes alternativas, e pode ser purificada ou deionizada. A água pode conter aditivos opcionais. Os aditivos opcionais deveriam ser consistentes com o processo de combustão.

[00114] O cambiador de calor 354 pode ser um cambiador de calor de água/água salgada como mostrado na Figura 1 que captura a água salgada através de uma entrada 36 e expele a água salgada através de uma saída 37. Um tal cambiador de calor é adequado para o uso no tratamento de escapamento, por exemplo, em navios onde a disponibilidade de água salgada no mar é abundante e facilmente obtenível.

[00115] Etapas de tratamento de escapamento adicionais utilizando condensado ou outros meios podem ser também tomadas para reduzir os poluentes visados para níveis baixos no gás de escapamento para a atmosfera. Em outra modalidade, os componentes tais como qualquer combustível não queimado podem ser adsorvidos sobre uma superfície ativa e depois dessorvidos usando técnicas padrões, e incluídos como combustível ou componente fumigante para ainda reduzir a poluição. Alternativamente, um catalisador pode ser empregado para cataliticamente reagir qualquer espécie oxidável tal como combustíveis

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31/106 não queimados, aumentando a temperatura de escapamento e fornecendo uma fonte adicional de calor que pode ser utilizada.

[00116] Adicionalmente, se motores múltiplos estiverem operando, por exemplo, para produzir eletricidade, o gás de escapamento agregado pode ser tratado como um fluxo simples a ser treatado/condensado com o combustível de reciclo do escapamento sendo direcionado para um ou mais de tais motores.

[00117] Uma purga (38) pode ser requerida no caso de recirculação de água de volta ao motor, para assegurar que quaisquer espécies persistentes que possam estar presentes não se acumulem. Nesse evento, a água removida pode ser feita através de condensação adicional do escapamento se disponível, ou se não disponível através de água de reposição (39) de qualidade adequada. É intencionado que mediante a seleção dos fluxos de alimentação e aditivos apropriados, a purga pode ser quase eliminada, porém os sólidos podem também entrar no sistema, por exemplo, através de pó no ar que pode requerer purgação de vez em quando.

[00118] Uma vantagem de usar um combustível com um nível de água médio a alto é que o escapamento resultante não contém quase nenhuma impureza, que é ideal para o processo de pós-combustão. As impurezas que estão presentes no material de escapamento podem ser tratadas e recicladas para extinção.

[00119] Por exemplo, dióxido de carbono como um produto de escapamento da combustão de um combustível de água/metanol é absorvido na água reciclada durante as fases de condensação e purificação. Alternativamente, o dióxido de carbono no material de escapamento pode ser reciclado para o ar de admissão do motor desse modo otimizando o nível de oxigênio que entra no motor, e gerando um dióxido de carbono puro e escapamento de vapor de água. O dióxido de carbono gerado desta maneira é ideal para outro processamento, por

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32/106 exemplo, por conversão em metanol e reciclagem para o combustível. [00120] O gás de escapamento final 33 do tratamento e processo de reciclagem que é esvaziado na atmosfera contém quase nenhuma emissão de combustível, hidrocarboneto, particulado, óxidos de enxofre e óxidos de nitrogênio.

[00121] Quaisquer emissões de óxidos de nitrogênio ou de óxidos de enxofre formados na fase de combustão e/ou na absorção de dióxido de carbono na água, podem resultar em desequilíbrios de pH da água que retorna para a mistura com o combustível. Para impedir formação de tais componentes, um tratamento químico pode ser acrescentado ao combustível para neutralizar quaisquer desequilíbrios ou os remover. DETALHES DA OPERAÇÃO DO MOTOR PARA MODALIDADES DE FUMIGAÇÃO [00122] Em algumas modalidades descritas aqui, a fumigação do ar de admissão com um fumigante compreendendo um intensificador de ignição é utilizada. Em algumas modalidades, isto é acoplado com o préaquecimento do ar de admissão, e em outras modalidades, isto é executado sem pré-aquecimento do ar de admissão.

[00123] A opção de fumigar o ar de admissão com um fumigante compreendendo um intensificador de ignição pode ser usada de acordo com algumas modalidades como uma técnica adicional de pré-aquecer o ar do motor. Fumigação encoraja um aumento adicional na temperatura do ar sendo comprimido na câmara de combustão tornando-o ainda mais combustível no ponto de injeção de combustível devido à pré-combustão do material fumigante, e a presença de espécies de desarranjo que auxiliam o princípio de combustão do metanol.

[00124] Fumigação permite a pré-combustão ocorrer na câmara de combustão do motor antes da injeção do combustível. Este processo de ignição de duas etapas, ou operação de ‘inflamar’, conta com o curso

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33/106 de compressão do pistão do motor para elevar a temperatura do ar fumigado para o ponto de ignição. Por sua vez, isso intensifica as condições de ignição na câmara de combustão para fornecer um ambiente suficientemente quente para o combustível de metanol e água, quando injetado à extremidade do curso de compressão, para sofrer ignição acelerada sob condições de temperatura aumentadas, vaporizando rapidamente o metanol e evaporando a água no combustível e produzindo a eficiência de corrente térmica alta.

[00125] A contribuição da temperatura por fumigante para a operação de motor estável em níveis de água baixos é 50 a 100°C. No ponto de injeção de combustível para combustíveis de nível de água baixo esta contribuição resulta em uma temperatura da câmara de combustão comparável à temperatura em motores de ignição de combustão conhecidos. Como os níveis de água aumentam no combustível, a quantidade de fumigante pode ser ajustada para compensar o efeito de refrigeração da água. As eficiências térmicas resultantes são comparáveis àquelas dos combustíveis de diesel, com resultados da eficiência líquida sendo dependentes de vários fatores tais como o tamanho do motor e sua configuração.

[00126] Combustão eficiente e completa do combustível de metanol e água desta maneira minimiza os hidrocarbonetos e particulados não queimados ou modificados nas emissões de escapamento resultando em emissões “mais limpas”. Isto é particularmente evidente em motores de CI maiores com velocidades mais lentas onde a eficiência do processo de combustão é maximizada porque tempo suficiente é permitido para o começo e a conclusão das duas etapas em uma operação inflamada.

[00127] O termo “fumigação” em relação ao ar de admissão referese à introdução de um material ou mistura, neste caso um fumigante compreendendo um intensificador de ignição, na corrente de ar de

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34/106 admissão para formar um vapor ou gás através do qual o intensificador de ignição é bem distribuídos. Em algumas modalidades, o material é introduzido em uma quantidade pequena, em geral pulverizando uma pulverização fina do material na corrente de ar de admissão ou injetado como um gás.

[00128] A operação inflamada tem o efeito de pré-aquecer o ar de admissão durante o curso de compressão.

[00129] A natureza de uma mistura de água-metanol é que calor menos sensível é gerado nos produtos de reação após a combustão, o calor sendo requerido para evaporar a água presente. Isto significa que comparado a um motor a diesel operando em combustíveis de hidrocarboneto condições mais severas do motor podem ser acomodadas no ponto de injeção enquanto mantendo dentro das limitações de projeto do motor. Estas condições mais severas surgem através da combustão de fumigante ou temperatura do ar aumentada (aquecendo diretamente o ar) e/ou pressão e temperatura aumentadas mediante o uso de configurações de motor modificadas, tais como turbocarregamento ou supercarregamento.

[00130] A quantidade de intensificador(es) de ignição pode ser controlada com relação à mistura de metanol para água contida no combustível para produzir condições dentro da câmara de combustão onde a ignição do combustível é alcançada de uma maneira oportuna, e assim libera a melhor eficiência possível de corrente térmica do motor. Onde a razão de intensificador de ignição para mistura de combustível não for controlada, a combustão poderia iniciar-se significativamente antes de TDC, tal como 25-30°antes de TDC, e como tal o uso de um intensificador de ignição poderia ter um efeito neutro e poderia ter uma contribuição mínima, ou nenhuma, para a eficiência térmica do motor.

[00131] Em uma operação preferida do motor, a regulação da ignição da mistura de fumigante/ar é tardar a combustão deste combustível o

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35/106 máximo possível (para evitar trabalhar desnecessariamente contra o pistão de potência do motor) e estar consistente com combustão boa do combustível após injeção. Isto significa que o fumigante, que pode ser referido como um combustível secundário, deveria inflamar-se antes de a injeção de combustível começar, mas não tanto antes que a energia contida no fumigante faça uma contribuição mínima, ou nenhuma, para a eficiência térmica do motor.

[00132] Ignição do combustível pode ser controlada por um controle de ignição para ficar tão próximo quanto possível à regulação ideal usando um ou uma combinação dos controles de ignição seguintes:

a) Controle de temperatura do ar de admissão do motor:

a. Controlar a temperatura de saída de um pré-aquecedor de ar utilizando calor de:

i. Um dispositivo de aquecimento elétrico, útil para partida e aquecimento do motor.

ii. Um aquecedor utilizando combustível que pode ser o combustível do motor ou qualquer combustível adequado para tal propósito.

iii. Utilizar calor residual do escapamento para diretamente aquecer o ar de admissão para o motor por meio de permuta de calor.

iv. Utilizar qualquer outra fonte de calor adequada para o propósito.

b. Utilizar energia de escapamento do motor para dar partida a um turbocarregador que pode não ter um interrefrigerador que reduziria temperatura do ar de admissão do motor.

c. Aquecer o ar com um supercarregador para aumentar a temperatura e a pressão

b) Utilizar um fumigante para criar uma combustão “inflamada” de duas etapas do combustível.

1. Controlar a quantidade de fumigante introduzida no

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36/106 admissão de ar com relação ao combustível;

2. Controlar as porcentagens de intensificador de ignição para outros componentes no fumigante (reconhecendo que água e outros componentes tais como metanol podem também estar presentes);

3. Controlar 1 e 2 acima, dependendo do motor operando em cargas altas (50% a 100%) ou cargas baixas (abaixo de 50%) ao longo da faixa operacional em rpm do motor.

[00133] Embora as quantidades relativas do fumigante para o combustível principal introduzido no motor (ou através do admissão de ar, ou na câmara de combustão, respectivamente), variarão, dependendo das condições de operação do motor que se aplicam, é em geral desejado que a quantidade de intensificador de ignição no fumigante durante a operação de estado estacionário em carga média ou alta seja uma porcentagem relativamente baixa em peso da composição de combustível principal. Para um fumigante que compreende 100% de intensificador de ignição (tal como DME), as quantidades relativas de fumigante para combustível principal em peso é desejavelmente até 20% em peso, até 18%, até 15%, até 13%, até 10%, até 8%, até 7%, até 6%, até 5%. O nível de fumigante é preferivelmente pelo menos 0,2%, pelo menos 0,1%, pelo menos 1% ou pelo menos 2% em peso da composição de combustível principal. Estes números são com base em peso, assumindo que o fumigante compreende 100% de intensificador de ignição, e pode ser ajustado proporcionalmente a um conteúdo de intensificador de ignição reduzido no fumigante em peso. Este pode ser medido em referência à quantidade introduzida no motor em gramas por segundo, ou qualquer outra medida correspondente adequada para o tamanho do motor. Um limite superior de por volta de 10% ou menos (tal como 8% ou 7%) é adicionalmente vantajoso, como uma composição de pré-combustível

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37/106 contendo até a quantidade requerida de éter como intensificador de ignição (tal como 10%, 8% ou 7% intensificador de ignição, respectivamente) pode ser liberada para a localização do motor de ignição por compressão, e o intensificador de ignição vaporizado e recuperado em uma quantidade que corresponde às necessidades do motor operando com fumigação no mesmo nível alvo. Em outras modalidades, pode haver complemento do nível de fumigante para um nível mais alto na localização do motor (por exemplo, através do complemento de armazenamento separado do intensificador de ignição, tal como éter).

[00134] Em relação ao parágrafo 2 acima, a% alvo dos componentes de não água diferentes do intensificador de ignição no fluxo de fumigante/ar total pode não ser mais que 40%, tal como entre 5-40% ou 10-40%, ou 20-40% ou 30-40% com o equilíbrio sendo intensificador de ignição, por exemplo, DME (que tem um cetano de 55-57). Ajustes podem ser feitos nestas porcentagens com base no número de cetano dos outros intensificadores de ignição e configuração específica do motor. Todas as porcentagens são em peso. Água pode estar presente em qualquer quantidade consistente com a operação suave do motor, tal água pode surgir do fumigante por exemplo se feito cataliticamente do combustível, ou como parte do fluxo de entrada de ar ambiente para o motor.

[00135] Um reator catalítico pode ser fornecido no processo para dar partida ao motor de CI em que a desidratação catalítica do metanol (tirado de uma porção desviada do combustível) para DME é realizada. O DME produzido é usado como um intensificador de ignição no fumigante por fumigar o ar de admissão. Outras modalidades descritas aqui utilizam outras técnicas para gerar o éter de dimetila, quando usado como o intensificador de ignição do fumigante. Em algumas tais modalidades, o DME pode ser gerado na localização de geração de

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38/106 metanol, e liberado como uma parte de uma composição de précombustível no local do motor.

[00136] Algum ajuste para o combustível e processo descritos acima pode ser requerido para otimizar a operação e a eficiência nos motores de CI menores que operam em velocidades de motor mais altas, por exemplo a 1000 a 3000 rpm, e acima. Além de pré-aquecer o fluxo de admissão de ar usando qualquer uma ou mais das técnicas descritas acima, os aspectos operacionais seguintes podem ser usados separadamente ou em combinação para motores operando em velocidades mais altas:

• fumigar o admissão de ar com um fumigante compreendendo um intensificador de ignição.

• aquecer a câmara de combustão usando, por exemplo, velas.

• pré-aquecer o admissão de combustível.

• adicionar aditivos ao combustível e/ou fumigante que melhorem a ignição e combustão dos combustíveis. Alguns destes aditivos são debatidos acima.

• selecionar o nível de água apropriado na composição de combustível como debatido acima, tal como uma faixa de nível de água baixa a média.

• selecionar o nível de água no fumigante para um nível adequado consistente com a configuração do motor.

[00137] Estas opções podem ser adicionalmente utilizadas se desejado ao operar um motor de CI maior em velocidades de motor mais baixas, tais como 1000 rpm ou menos.

FUMIGANTE [00138] O fumigante para o uso nas modalidades que contam com fumigação compreende um intensificador de ignição. O fumigante pode ainda compreender outros componentes, tais como um ou mais de

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39/106 metanol, água e quaisquer dos aditivos esboçados acima no contexto do combustível. Para a descrição seguinte do uso de fumigante, o combustível previamente descrito pode ser referido como “combustível principal” para o motor de ignição por compressão, e o fumigante pode ser referido como “combustível secundário”.

[00139] Um intensificador de ignição é um material que intensifica a ignição de um material combustível. Um dos desafios para o uso de metanol como o componente de combustível central na composição de combustível principal para um motor de ignição por compressão é o fato que metanol não acende tão facilmente quanto os outros combustíveis. Um intensificador de ignição é um material que tem propriedades de ignição boas e pode ser usado para criar ignição, seguindo que o metanol na composição de combustível principal (e outros materiais combustíveis) irá combustar. As características de ignição de um componente de combustível potencial são descritas pelo número de cetano (ou alternativamente índice de cetano) daquele componente. O número de cetano é uma medida de um atraso de ignição dos materiais, sendo o período de tempo entre o começo da injeção e começo da combustão, isto é, ignição, do combustível. Intensificadores de ignição adequados podem ter um cetano de acima de 40 (tal como DME tendo um cetano de 55-57). O(s) número(s) de cetano do(s) intensificador(es) de ignição presente(s) no fumigante deveria(m) ser levado(s) em conta ao determinar as quantidades relativas de intensificadores de ignição para outros componentes no fumigante, e também a quantidade de fumigante comparada à composição de combustível principal, carga e velocidade do motor. O cetano geral do fumigante será com base em uma combinação da contribuição proporcional, e a propriedade de cetano de cada componente, a relação não sendo necessariamente linear.

[00140] Alguns exemplos não limitativos de intensificadores de

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40/106 ignição que podem ser incluídos no fumigante incluem:

- éteres, tais como a alquila inferior (sendo os C1-C6 éteres), notavelmente éter de dimetila e éter dietílico,

- nitrato de alquila,

- peróxidos de alquila, [00141] e misturas dos mesmos.

[00142] Éter de dimetila é um intensificador de ignição característico de ignição alta preferido adequado para o uso no fumigante. Éter dietílico é outro exemplo de um intensificador de ignição adequado.

[00143] Metanol no combustível principal pode ser cataliticamente convertido em éter de dimetila. O éter de dimetila pode ser, portanto, cataliticamente gerado de um fluxo da composição de combustível principal que é depois fumigada separadamente no motor para a composição de combustível principal (com o ar de admissão). Na alternativa, uma composição de fumigante compreendendo éter de dimetila pode ser fornecida pelo fornecedor de combustível ao dono do motor como uma composição de fumigante já feita. Em outra modalidade, uma composição de pré-combustível compreendendo metanol e até 15% em peso de um intensificador de ignição de éter (tal como éter de dimetila) pode ser produzida em uma localização e transportada (por exemplo, através de um oleoduto) para outra localização para o uso no abastecimento de um motor de ignição por compressão. Em algumas modalidades, a composição de précombustível pode ainda compreender água. Ao término do oleoduto, parte ou todo o componente de intensificador de ignição de éter no précombustível pode ser separado dos outros componentes da composição de pré-combustível (notavelmente o metanol, mas também outros componentes tendo um ponto de ebulição mais alto que o éter). O componente de éter separado pode ser depois fumigado no motor de ignição por compressão como um fumigante, separadamente para a

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41/106 parte restante da composição de pré-combustível, que é usada como a composição de combustível principal ou direto (se contiver um pouco de água), ou com ajuste adicional na composição (por exemplo, ajustar o conteúdo de água) antes do uso. A quantidade de intensificador de ignição de éter no pré-combustível pode ser até 10% em peso, ou até 9% em peso. O limite superior dependerá da escolha do éter e das condições de temperatura. Mais detalhes estão expostos na seção abaixo detalhando sistemas de geração de potência de motor de CI.

[00144] O intensificador de ignição, tal como éter de dimetila, compreende um mínimo de 5% do fumigante ou um mínimo de 10% do fumigante adequadamente, tal como um mínimo 15%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 82%, 84%, 86%, 88% ou 90% do fumigante. Há em geral uma preferência para o conteúdo de intensificador de ignição do fumigante estar na extremidade superior da faixa, assim em algumas modalidades o conteúdo de intensificador de ignição é acima de 70% ou mais. O intensificador de ignição pode compreender até 100% do fumigante, por exemplo, no caso de introduzir um componente de armazenamento puro ou de origem do intensificador de ignição separado recuperado de uma composição de pré-combustível. Quando convertido do combustível principal através de reação catalítica do combustível principal (que compreende componentes além do metanol, do qual o DME é formado) ou se o componente característico de ignição alta impuro for produzido ou tirado do armazenamento, o limite superior para tal componente será reduzido consequentemente.

[00145] As quantidades relativas de cada componente no fumigante podem ser mantidas constantes, ou podem ser variadas no período de tempo de operação do motor. Fatores que causam impacto nas quantidades relativas dos componentes no fumigante incluem velocidade do motor (rpm), nível e variabilidade de carga, configuração

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42/106 do motor, e as propriedades específicas dos componentes individuais do fumigante. Em outras modalidades, a composição de fumigante pode ser mantida relativamente constante, e do contrário a quantidade relativa de fumigante (gramas por segundo fumigado no motor) comparada à composição de combustível principal injetada no motor (gramas por segundo) é ajustada durante os estágios diferentes de operação do motor.

[00146] Quando for desejado operar o motor de CI com composições de fumigante diferentes para condições de operação de motor diferentes (velocidade, carga, configuração), a composição de fumigante pode ser variada para adaptar por controle de computador da composição de fumigante, ou por qualquer outra forma de controle. Os ajustes podem ser ajustes móveis com base em um algoritmo que calcula a composição de fumigante desejada para corresponder às condições de operação de motor prevalecentes, ou podem ser ajustes em etapas. Por exemplo, um fumigante de índice de cetano geral mais alto (tal como 100% de DME) poderia ser fumigado no motor a uma% em peso alta com respeito ao combustível para operação em algumas condições, e depois o fumigante poderia ser trocado por uma segunda composição contendo uma% mais baixa de DME e alguns componentes de índice de cetano mais baixos. Em outra modalidade, a composição pode ser estável e a razão de ar/fumigante variada.

[00147] A % alvo dos componentes de não água diferentes do intensificador de ignição ou intensificadores e água no fumigante não é adequadamente mais que 40%, tal como entre 5-40% ou 10-40% ou 2040% ou 30-40%. Ajustes podem ser feitos nestas porcentagens com base no número de cetano de outros intensificadores de ignição e componentes de combustível, e configuração específica do motor.

[00148] Adicionalmente em algumas modalidades, água pode estar presente no fumigante como produto de uma reação de conversão (por

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43/106 exemplo, metanol para DME) ou como um transporte de uma água contendo alimentação do reator, ou adicionada como um fluxo separado ou em combinação com um aditivo.

[00149] Exemplos de componentes que podem estar presentes no fumigante além do intensificador de ignição incluem metanol, água, os aditivos esboçados acima (no contexto da composição de combustível), e os gases de alduto (tipicamente aldutos de cadeia reta, incluindo aldutos inferiores tais como os C1-C6 aldutos, notavelmente metano, etano, propano ou butano, e aldutos de cadeia mais longa (C6 e acima). [00150] Em algumas modalidades, o fumigante compreende pelo menos 60% de um componente simples, um exemplo sendo éter de dimetila. A quantidade do componente principal simples do fumigante pode ser acima de 62%, 65%, 68%, 70%, 72%, 75%, 78% ou 80%.

[00151] O fumigante, ou combustível secundário, pode ser obtido diretamente do armazenamento, ou pode ser fornecido como um fumigante ao motor em uma forma pura após processar o combustível principal (entretanto conversão catalítica de metanol para DME, seguida por purificação para render um fumigante consistindo em DME). Alternativamente, o fumigante pode compreender um intensificador de ignição e outros componentes (isto é, o fumigante não está em forma pura) após processar o combustível principal ou do armazenamento. Neste caso, as impurezas adicionais são compatíveis com o resultado desejado da fumigação, isto é, o fumigante pode também incluir água e metanol, ou pode conter outros materiais (tais como C1-C8 alcoóis) que sejam compatíveis com a aplicação.

[00152] A composição de combustível principal e o fumigante podem ser fornecidos como um combustível de duas partes, ou podem ser liberados como um “kit” de duas partes de combustível. Neste contexto, o fumigante pode ser descrito como um “componente de combustível secundário” do combustível de duas partes, e desse modo a descrição

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44/106 do fumigante acima também se aplica ao segundo componente de combustível. A composição de combustível principal e o componente de combustível secundário podem ser bombeados para tanques de armazenamento separados associados com o motor de ignição por compressão.

[00153] Desse modo, com um combustível de duas partes para o uso na operação de um motor de ignição por compressão, a composição de combustível compreende:

- uma composição de combustível principal compreendendo metanol e água e

- um componente de combustível secundário compreendendo um intensificador de ignição.

[00154] O combustível principal neste contexto pode ser o novo combustível de diesel de metanol-água de conteúdo de água alto, ou diferente.

[00155] No uso deste combustível de duas partes, o combustível principal é introduzido na câmara de combustão do motor de ignição por compressão, e o combustível secundário é fumigado no admissão de ar do motor de ignição por compressão.

[00156] Um método para abastecer combustível em um motor de ignição por compressão compreende:

- fornecer uma composição de combustível principal compreendendo metanol e água a um primeiro tanque que está em conexão de fluido para uma câmara de combustão do motor de ignição por compressão, e

- fornecer um componente de combustível secundário compreendendo um intensificador de ignição a um segundo tanque que está em conexão de fluido a um admissão de ar do motor de ignição por compressão.

[00157] Como descrito acima, o combustível secundário pode ser

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45/106 completa ou parcialmente preparado in situ através de conversão catalítica de uma porção do combustível principal no intensificador de ignição. Este é particularmente adaptado a situações onde o éter de dimetila é o intensificador de ignição.

[00158] Em uma modalidade, é fornecido o uso de um combustível de duas partes na operação de um motor de ignição de combustão, em que o combustível de duas partes compreende:

- uma composição de combustível principal compreendendo metanol e água, e

[00159] A presente invenção ainda fornece uma composição de précombustível compreendendo metanol e até 10% em peso de um éter. O éter pode ser éter de dimetila. Como observado acima, o componente de éter pode ser separado do restante da composição de précombustível para o uso como o componente de combustível secundário, e o equilíbrio da composição de pré-combustível pode ser usado como a composição de combustível principal. Este equilíbrio pode ser usado direto como a composição de combustível principal inteira, ou a composição pode ser ajustada para render a composição de combustível principal. Nesta modalidade, portanto, o pré-combustível poderia não conter água, e água pode ser adicionada para gerar a composição de combustível principal após a remoção do éter. Em algumas modalidades, água pode não ser requerida para o uso na composição de combustível principal, quando o combustível for usado em um dos sistemas de geração de potência descritos mais abaixo.

[00160] A presente invenção também fornece um método de transportar uma composição de combustível de duas partes compreendendo metanol na primeira parte, e um éter na segunda parte, de uma localização para outra localização, que compreende transportar

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46/106 uma composição de pré-combustível compreendendo metanol e éter de uma localização para uma segunda localização, e separar o éter do metanol para render uma primeira parte de combustível compreendendo metanol, e uma segunda parte de combustível compreendendo éter. O transporte pode ser por via de tubulação através de um oleoduto. A primeira localização pode ser uma localização da planta de produção de metanol, e a outra localização (a segunda localização) é uma localização remota da primeira localização. A localização remota será tipicamente pelo menos 1 quilômetro distante, e talvez muitos quilômetros distante. A localização remota pode ser a localização de um motor de ignição por compressão para geração de eletricidade, ou um porto de embarcação, ou um desvio de trem ou qualquer outra localização adequada onde o combustível de duas partes for requerido.

SISTEMAS DE GERAÇÃO DE POTÊNCIA DE MOTOR DE CI [00161] Usando os combustíveis de mistura de metanol/água descritos aqui e os sistemas relacionados (também referidos como processos) para dar partida a um motor de ignição por compressão, os sistemas de geração de potência e as estruturas podem ser desenvolvidos para eficientemente gerar potência em níveis de emissão reduzidos, e que podem também tratar o escapamento do motor para capturar e depois reusar ou redirecionar o calor e a água dos gases de escapamento. O reuso, ou reciclagem, do calor e água promove eficiências aumentadas do sistema e produtos residuais e emissões gerais reduzidos. A redireção do calor e água pode encontrar uso em uma faixa de aplicações não relacionadas que envolvem localidades/regiões de aquecimento e refrigeração e a regeneração de água para o uso por comunidades ou como parte de outros sistemas. [00162] Figuras 3A a 6B ilustram exemplos de sistemas de geração de potência que incorporam os processos e combustíveis descritos aqui

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47/106 para dar partida a um motor de ignição por compressão. É entendido que o combustível representado nestes processos é um combustível com base em metanol que pode conter várias quantidades de água, e pode conter água na quantidade de 0% a 80%.

[00163] Figuras 3A e 3B mostram um processo para produzir e fornecer um combustível de metanol a um motor de IC 111 (também referido como um motor a diesel) para produzir potência de saída, mas para também incluir um tratamento de escapamento do motor que reduz as emissões, que aproveita o escapamento do motor para reciclar a água e que também incorpora um duto de Água Quente (HWL) 113a, 113b (vide Figuras 4A e 4B) para fornecer calor a uma comunidade local. Potência de saída produzida pelo motor pode também ser usada para servir a localidade na qual a planta geradora de potência fica localizada, e por exemplo, pode ser usada para gerar eletricidade para uma comunidade. Figuras 3A e 3B se diferem em que a Figura 3A mostra o processo utilizando fumigação de ar no motor, enquanto o processo mostrado na Figura 3B omite a etapa de fumigar o ar de admissão.

[00164] Figuras 3A e 3B ilustram uma planta de fabricação de combustível 101 e a provisão remota daquele combustível através de uma rede elétrica 103. A planta de fabricação de combustível pode ser uma planta de fabricação de metanol convencional usando eletricidade gerada de vapor produzido das caldeiras convencionais em planta de carvão remota grande 102. Uma tal planta produz um perfil de emissões incineradas de carvão. Alternativamente, a planta de geração de eletricidade 102 poderia incorporar um motor de combustão usando um combustível de metanol como descrito aqui para gerar a eletricidade requerida para produzir o combustível de metanol. Isto proporcionaria uma alternativa mais limpa com emissões mais baixas que aquelas produzidas por uma planta de carvão.

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48/106 [00165] Combustível com base em metanol é fabricado na planta 101 e pode conter em grande parte metanol, uma mistura de metanol-água ou uma mistura de metanol-éter ou uma mistura de metanol-água-éter. Em uma modalidade, o combustível compreende uma mistura de Metanol e DME de “Combustível Integral” em uma mistura de 90-99,5% de metanol e DME como um líquido não fervente em pressão atmosférica que pode ser usada diretamente com o motor 111. O DME é fornecido em uma quantidade estável adequada para transmissão como um líquido na mistura de metanol e DME, e para evitar transição do éter na fase gasosa. A quantidade dependerá da pressão e temperatura nas quais o combustível é transmitido nos oleodutos 103, mas em geral serão menos que 10% da quantidade de combustível total, e na faixa de 7%-8%.

[00166] Alternativamente, combustível tendo uma proporção de DME mais alta sob condições pressurizadas pode ser fornecido. Em outra alternativo, um combustível contendo um conteúdo de metanol alto aproximando a 100% de metanol (por exemplo, tipo químico) poderia ser transmitido para conversão da parte subsequente para DME próximo do centro de demanda (a saber a planta de geração de potência). Esta forma de composição de pré-combustível compreendendo uma % alta de metanol pode conter um componente de água ao redor de 0,2% ou mais. Em uma outra alternativa, o combustível ou pré-combustível transmitido nos oleodutos pode ser um combustível de metanol-água. A água no combustível de metanol-água pode estar associada com o metanol, tal como em metanol bruto, ou pode ser de origem de um excesso de água na área de fabricação que pode ser usada de maneira eficaz no custo para este propósito. Alguma adição de aditivo de lubricidade e melhorador de corrosão pode ser incluída no combustível transmitido dependendo dos materiais de construção na rede de transmissão e para intensificar a operação do

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49/106 motor/processo.

[00167] T ransmissão de quantidades grandes de energia em líquidos inflamáveis em distâncias longas nos oleodutos em redes regionais é tecnologia estabelecida. Tal infraestrutura como oleodutos 103 pode ser também usada para liberar o combustível de metanol de forma segura para localizações distantes e com eficácia no custo.

[00168] Após ser transmitido através dos oleodutos 103, o combustível chega em uma planta geradora de potência incluindo o motor de ignição por compressão 111, um estágio de préprocessamento 104 e tratamento de exaustão 113, 115, 116 118. O combustível pode ser usado no motor 111 imediatamente como se encontra, ou pré-tratamento opcional do combustível pode ser realizado para assegurar operação segura e confiável através da faixa operacional da planta. Armazenamento de um combustível de partida e paralisação pode também ser contemplado por razoes de integridade do sistema, por exemplo, um componente de éter poderia ser armazenado.

[00169] No estágio de pré-processamento 104, o combustível pode ser dividido vaporizando bruscamente em duas fases ricas, uma rica em metanol 107 e uma parte rica em éter 105, tal como DME. DME é particularmente adequado para este processo de vaporização brusca devido a seu baixo ponto de ebulição. Calor residual de nível baixo do escapamento do motor de um fluxo de água quente tendo uma temperatura de 50°C-60°C pode ser usado para vapori zar bruscamente separando o DME de ponto de ebulição baixo do metanol. Em algumas modalidades, a fase rica em metanol pode incluir quantidades de DME baixas, com a maioria do DME sendo vaporizado. Em outras modalidades, uma proporção alta de DME pode ser retida na fase líquida com apenas DME suficiente para assegurar combustão boa e completa sendo vaporizado e utilizado como fumigante 105. Por

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50/106 exemplo, se o combustível da planta de fabricação incluir 7% de DME, 5% destes podem ser retidos na fase líquida com 2% sendo usado como fumigante 105 para acrescentar ao ar de combustão aquecido 110 entrando no motor 111.

[00170] Pré-processamento pode incluir uma opção de conversão para suplementar a provisão de DME ou outro fumigante. Alternativamente, a quantidade requerida de agente de melhora de ignição, tal como DME, pode ser obtida do armazenamento. Outros tais agentes são também possíveis tais como DEE e outros melhoradores de ignição descritos aqui.

[00171] O estágio de pré-processamento pode também incluir parte de processamento do combustível transmitido para não só separar DME a ser usado como um fumigante, mas também produzir DME em excesso para o uso como ingrediente de combustível líquido para outros processos. Por exemplo, DME em excesso poderia beneficiar uma comunidade próxima fornecendo calor de excesso à HWL. Alternativa ou adicionalmente, o DME poderia ser integrado com os processos da planta geradora. Combustível de metanol, quer antes ou após processamento, pode também ser removido do sistema gerador de potência e usado para fabricação química local.

[00172] Transmissão à planta geradora de metanol bruto é também possível, poupando custos de capex e opex em uma planta de fabricação a montante. Uma tal alimentação de combustível para a planta geradora de potência adequar-se-ia com a opção acima de vaporizar parte do metanol bruto para a produção de DME, com o combustível restante sendo direcionado para o motor. Em termos de energia e capex, esta opção substituiria uma unidade de destilação na planta de fabricação 101 com a maioria do produto sendo destilada e indo “no topo” por uma unidade muito menor na planta geradora de potência com uma quantidade relativamente baixa que vai “no topo”.

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Esta opção também tornará o DME local disponível próximo dos centros de demanda, e a saber próximo da planta geradora de potência. [00173] O pré-tratamento de combustível no estágio de préprocessamento 104 pode também aquecer o combustível de metanol 107 antes da entrada no motor usando água quente, derivado da tubulação de retorno do descontaminante de venturi 115. Água que sai do estágio de pré-processamento 104 sai como água de qualidade de irrigação 106, a água de qualidade de irrigação refrigerada 106 pode misturar-se com o condensado do condensador 116, e se necessário um refrigerador poderia ser usado para assegurar a temperatura aceitável do efluente.

[00174] No exemplo mostrado para geração de potência com um HWL, o motor a diesel seria usado para gerar potência de 1 MW e acima. Isto não exclui potência abaixo de 1 MW que poderia servir os usuários menores e poderia ter um resultado baixo de NOX, SOX e particulado. Um motor a diesel é particularmente adaptado para postar tratamento de combustão porque fornece a força motriz de pressão de ar necessária para mover o escapamento através de equipamento de limpeza e permuta de calor a apenas um custo pequeno na eficiência de motor.

[00175] A natureza de algumas das misturas de combustível descritas aqui significa que pistões de diâmetro grandes são preferidos a pistões menores devido aos benefícios térmicos inerentes ao tamanho do motor que é aumentado. Pistões maiores também reduzem o risco de impacto de combustível injetado nas paredes do pistão, assegurando que o combustível queime corretamente e não interfira com o filme de lubrificante.

[00176] Embora os experimentos mencionados mais abaixo demonstrem combustível testado em um motor operando acima de 1000 rpm, como previamente sugerido o combustível pode ser de forma bem

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52/106 sucedida usado em motores de velocidade mais lenta, normalmente apenas operando abaixo de 100 rpm até 1000 rpm, que é a faixa normalmente descrita como sendo a faixa de velocidade baixa a média. Esta faixa de velocidade permite mais tempo para os melhoradores de ignição voláteis entrar no espaço de vapor como vapor e começar suas reações químicas com o ar comprimido quente durante o curso de compressão. Esta permissão de tempo maior durante a fase de combustão permitirá combustão mais completa do combustível e reduzirá o nível de combustível não queimado e outros componentes no escapamento do motor. A permissão de tempo maior também permitirá mais tempo para completamente combustar o combustível no cilindro através do contato das moléculas de água e de oxigênio, permitindo usar lambda inferior e assim fazendo aumentando a concentração de água no escapamento do motor.

[00177] Potência é gerada no motor 111 por uma mistura de metanol 107 e água 108 entrando no motor 111 junto com ar 100 que pode ser pré-aquecido e no exemplo mostrado nas Figuras 3A e 3B é préaquecido por gases de escapamento do motor através de um condensador 116. Uma temperatura pré-aquecida adequada poderia ser entre 40°C e 50°C. Água no combustível pode ser de origem de um armazenamento de água ou de água reciclada do gás de escapamento através do condensador 116 (explicado em mais detalhe abaixo).

[00178] Tratamento do gás de escapamento inclui passar o escapamento do motor através de um conversor catalítico 112 usando catalisadores que visam compostos de CO2 e oxigenados. Isto causará aquecimento marginal do gás de escapamento onde aquele calor pode estar disponível para a HWL, ou para outros processos descritos mais abaixo em relação às Figuras 5A, 5B, 6A e 6B. O conversor catalítico 112 também reduz qualquer combustível ou produtos de combustão para um nível apropriado. Um carbono ativado por estágio final ou

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53/106 similar pode ser opcionalmente empregado para limpeza. Adicionalmente, o combustível de metanol descrito aqui queima limpo com baixa fuligem, o que melhora o desempenho do catalisador.

[00179] O HWL carrega calor para um destino baseado em local tal como uma comunidade residencial através de um duto de água bombeada. Figuras 4A e 4B ilustram a tubulação de provisão da HWL 113a e tubulação de retorno 113b no cambiador de calor da HWL 113. Aproveitamento do subproduto de calor do processo de geração de potência pode ser usado para fornecer aquecimento de baixo custo para cômodos residenciais e comerciais. A água bombeada através da HWL é aquecida através de um cambiador de calor da HWL 113 a jusante do conversor catalítico 112. O cambiador de calor 113 é uma unidade padrão operando em temperatura no retorno da HWL de 40°C com uma temperatura de despacho de projeto de 80°C para a HWL. A temperatura de retorno da HWL relativamente refrigerada e o projeto de cambiador eficiente em termos da área de superfície requerida assegurará refrigeração suficiente do escapamento.

[00180] Aditivos de tratamento de escapamento são adicionados ao injetor cáustico 114 que injeta quaisquer produtos químicos cáusticos e outros agentes neutralizantes de ácido adequados no gás de escapamento para um resultado desejado. Por exemplo, para eliminar os compostos acídicos do escapamento final, uma dose baixa de um líquido básico (por exemplo, 50% de refrigerante cáustico e água) será injetada no fluxo de escapamento, usado para anular os ácidos de traço e controlar o pH da água de irrigação que flui da planta. pH final será controlado em um nível que melhor satisfaça as condições locais.

[00181] Um descontaminante de venturi 115, ou outro dispositivo de mistura adequado, é ilustrado a jusante do cambiador de HWL 113. Esta unidade tem várias funções, a primeira sendo misturar intimamente os gases de escapamento com um fluxo de água circulante, o efeito do

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54/106 fluxo de água sendo para esfriar o escapamento de 85-90°C do cambiador de HWL para cerca de 55-60°C do descontam inante de venturi. Tal esfriamento criará água condensada do gás de escapamento e coletará particulados que podem ser tratados usando métodos conhecidos, ou por fim formará parte da água de irrigação final que deixa a planta para retorno para o chão. O escapamento desacidificado e limpo deixando o descontaminante 115 produz um escapamento de pureza mais alta fora do condensador final.

[00182] A água é bombeada entre o descontaminante de venturi 115 e um cambiador de calor de ventoinha de aleta 100. O cambiador de calor de ventoinha de aleta, ou outro equipamento adequado, é outra troca de gás/líquido que tira o calor do gás de escapamento através do descontaminante de venturi e expeli esse calor ao ar que é dirigido para fluir através do cambiador de calor 100 por uma ou mais ventoinhas. Uma vantagem de rejeição de calor desta maneira é que o calor é rejeitado em temperatura baixa, e portanto, não tem um impacto grande na eficiência geral do processo.

[00183] Alternativa para expelir o calor na atmosfera, ar aquecido do escapamento de ventoinha de aleta pode ser usado diretamente no motor como o ar aquecido de combustão 110 em cujo caso alguma pressão pode ser aplicada da ventoinha para compensar o efeito de aquecimento no fluxo de massa de ar. Outra alternativa para expelir calor na atmosfera é dissipar o calor através de uma lagoa de refrigeração ou outro sistema de água capaz de dissipar uma quantidade grande de calor em um modo responsável e ambientalmente aceitável.

[00184] Figura 4A ilustra um cambiador de gás de escapamento/ar de combustão grande final, a saber condensador 116 que recupera água em sistemas de recuperação de água alta. Em sistemas onde a recuperação de água alta não é necessária, condensador 116 não é

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55/106 incluído. A Figura 4B ilustra um sistema de recuperação de água médio similar àquele da Figura 4A mas com a omissão do condensador 116. [00185] O condensador final (opcional) 116 esfria o escapamento do descontaminante de venturi 115 de aproximadamente 50-60°C para dentro de cerca de 5-20°C da temperatura ambiente. Diminuindo a temperatura para esta quantidade a água produzida recuperada da planta é aumentada significativamente. Além de produzir água para irrigação, ou reuso fora da planta de geração de potência, o condensado do condensador 116 pode ser opcionalmente útil dentro do processo de geração de potência.

[00186] O condensado pode ser injetado com o combustível préprocessado para reduzir a formação de NOX e problemas de acidez associados no equipamento a jusante, tal como no cambiador de HWL. O condensado pode também formar uma fonte de água a ser usada na mistura de combustão de combustível particular como uma alternativa ou além da água armazenada. Além disso, a água de tipo mais alta do condensador pode ser ainda tratada em água potável, ou pode ser acrescentada à água de qualidade de irrigação produzida pelo descontaminante de venturi e para recircular entre o descontaminante de venturi 115 e o cambiador de calor de ventoinha de aleta 100.

[00187] O calor de refrigerar o escapamento não é perdido, mas pode ser trocado com o ar de admissão no motor 111. Aparte do benefício que reciclar calor e água residuais faz o combustível requerido e as emissões produzidas no processo, a recuperação de água e calor tende também a estabilizar a operação do motor. O ar de admissão mais frio para o motor permite recuperar mais calor.

[00188] Figura 3B difere da Figura 3A em que ilustra o processo para produzir e fornecer um combustível de metanol ao motor 111 sem fumigar o ar de admissão com um melhorador de ignição.

[00189] Combustível de metanol da planta de fabricação 101 é

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56/106 transportado através da infraestrutura de oleoduto 103 para o uso direto com o motor 111, onde o ar de admissão 110 é pré-aquecido. Este fluxo de metanol pode conter níveis de água baixos, tais como pelo menos 0,2% de água. Pré-processamento para bruscamente separar um éter do combustível transportado não é requerido assim como o fumigante não é requerido. Porem, pré-processamento ainda pode ocorrer para preparar o combustível para combustão e/ou separar os éteres para o uso separado fora da planta de geração de potência. É também entendido que em relação à Figura 3A, a etapa de pré-aquecer o ar de admissão com calor de escapamento não é essencial e poderia ser omitida. Porém, é útil fazer uso do calor de escapamento e reciclar as partículas de escapamento para melhorar a eficiência do motor e reduzir as emissões.

[00190] Alternativamente, água poderia ser usada do descontaminante de venturi para a ventoinha de aleta em princípio para o propósito de aquecer o ar de admissão.

[00191] No processo ilustrado na Figura 3B, o ar de admissão pode ser pré-aquecido através de vários meios incluindo usar o calor transferido do gás de escapamento, por exemplo através do condensador 116 ou do calor tirado mais cedo do escapamento no processo de pós-combustão tal como no estágio de conversão catalítica. Alternativamente, o ar de admissão é pré-aquecido usando outras técnicas descritas aqui incluindo aquecimento direto com os elementos de aquecimento elétrico, velas, e aquecimento indireto tal como por via de supercarregadores ou turbocarregadores.

[00192] Figuras 5A e 5B ilustram como o conceito da geração de potência usando a tecnologia e combustível descritos aqui pode ser aplicado para dar partida a um veículo de trilho. Os números de referência nas Figuras 5A e 5B correspondem aos mesmos números e itens usados em relação às Figuras 3A e 3B. Qualquer pré

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57/106 processamento 104 do combustível e o uso do combustível através do motor 111 são os mesmos. O ar de escapamento é esfriado após sair do conversor catalítico 112 através de um primeiro cambiador de calor

120 que usa o ar ambiente para esfriar o ar de escapamento e de combustão de calor 110.

[00193] O tratamento do escapamento em um veículo de trilho difere daquele do processo de HWL na separação da água de outro material de escapamento. O gás de escapamento que sai do conversor catalítico é passado através de um ciclo de absorção de água de Alumina ativada

121 e um ciclo de evolução de água de Alumina ativada 122 para produzir escapamento quente e seco limpo na atmosfera com a recaptura de água de gás de escapamento através de um condensador de água 123. A água recapturada pode ser fornecida de volta para o estágio de pré-processo ou usada para uso não potável do veículo de trilho. O escapamento seco mais fresco que sai dos ciclos de alumina ativados pode ser usado através de um segundo cambiador de calor 124 para fornecer aquecimento ou refrigeração no veículo de trilho.

[00194] A fabricação de combustível na planta de metanol 101 levaria, em uma modalidade, a potencialmente dois componentes sendo armazenados no veículo de trilho: (1) uma mistura de água-metanol projetada para fornecer o resultado de NOX/desempenho correto, e (2) um componente de fumigante em armazenamento pressurizado separado. Penalidades do peso de trilho não são grandes comparados às penalidades do peso de embarque.

[00195] Figura 5B, similar às Figuras 3B, ilustra o processo de geração de potência de veículo de trilho sem o uso de fumigante, e contando apenas com pré-aquecimento. Os mesmos comentários no mérito do processo de HWL sem fumigante se aplicam ao processo descrito em relação à Figura 5B.

[00196] Figuras 6A e 6B ilustram o conceito do processo de geração

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58/106 de potência usado para propósitos marinhos, e por exemplo, em um navio. Similar ao exemplo do processo de geração de potência de HWL, uma planta de fabricação de metanol de tamanho para um navio pode ser fornecida no navio para fornecer combustível com base em metanol para um ou mais motores 111 que dão potência ao navio. Similar aos exemplos acima, a Figura 6A ilustra um processo usando intensificador de ignição de fumigante no ar de admissão enquanto a Figura 6B ilustra o processo sem fumigante. O processo do contrário poderia incluir nenhum pré-aquecimento ou pré-aquecimento do ar de admissão.

[00197] Um primeiro cambiador de calor 120 no veículo marinho esfria o ar de escapamento usando ar ambiente mais fresco. Uma porção daquele ar de escapamento pode ser recirculada de volta para tornar-se ar de combustão aquecido 110. O ar de escapamento esfriado restante é depois passado para um desalinhador 125 e outro equipamento de permuta de calor para maximizar a recuperação do calor de escapamento para as necessidades do veículo tais como aquecimento do tanque e do veículo. O desalinhador faz uso de água do mar facilmente disponível para veículos marinhos.

[00198] A vantagem geral associada com os processos e combustíveis descritos aqui quando usados nas aplicações descritas acima é que permite a liberação simultânea de vários benefícios a comunidades e regiões restringidos em energia e recursos. Vantagens específicas incluem:

• Desenvolvimento de recursos remotos que podem do contrário permanecer pouco desenvolvidos devido à inadequação (por exemplo enxofre alto).

• Fornecer opções ininterruptas para coprocessamento de biomassa eficiente para reduzir CO2.

• Couso mais prematuro da biomassa estenderia a vida dos recursos existentes.

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59/106 • A integração de outro meio renovável é também uma possibilidade, tal como vento e sol.

• Fornecer eletricidade aos centros de demanda em uma base de calor e potência combinados (CHP) ou calor de refrigeração e potência combinados (CCHP).

• Eliminar virtualmente todo poluente de não CO2 que surgem do estágio de produção de energia elétrica.

• Capturar hidrogênio dos recursos à extensão máxima possível e converter estes recursos para água para uso pelos centros de demanda (1 parte de hidrogênio converte sob reação com oxigênio para 9 partes de água em peso). Sob tais arranjos, um recurso de combustível fóssil pode também ser considerado em parte como um recurso de água com efeito potencial de “transporte livre”, como o mecanismo de liberação de combustível em todo caso absorverá seus próprios custos de distribuição. Esta água será tratada com alumina ativada ou outro material de adsorção adequado ou tecnologia para remover penetrações (breakthroughs) que passam pelo conversor catalítico que trata o escapamento do motor quente.

• Fornecer calor residual às comunidades locais por um duto de água quente (HWL) esfriando o escapamento e trocando esta fonte principal de energia de calor com centros de demanda locais por calor, para propósitos de aquecimento ou de refrigeração. O escapamento limpo utilizando a tecnologia descrita aqui permite proximidade de geração de potência para comercializar, uma característica não normalmente disponível para geração de potência à carvão em particular.

• Eficientemente recuperar água e calor. Outras abordagens de transferência de calor podem ser usadas, com recuperação aumentada entretanto a custo mais alto, e o ar de combustão pode também opcionalmente ser aquecido, por exemplo, pela água circulante

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60/106 antes do refrigerador de ventoinha de aleta (no exemplo das Figuras 3A e 3B).

• Recuperação alta de água pode ser obtida, por volta de 0,7 a 1 tonelada de água de irrigação por tonelada de metanol consumido, ou mais alto se justificável por razões econômica e de engenharia.

• Fornecer água de irrigação de pH neutro para uso direto por comunidades locais.

• Fornecer um escapamento lavado com água que neutraliza os ácidos e remove os particulados até níveis baixos. Outros poluentes tais como SOX e hidrocarbonetos no escapamento também serão baixos.

[00199] A tecnologia descrita aqui com produção de água, integração de calor de HWL e resultados de emissões virá a um custo em termos de eficiência do motor, porém este aspecto em muitos casos é esperado ser compensado pelos benefícios da cadeia de provisão e pelos benefícios mencionados acima.

EXEMPLOS

EXEMPLO 1: PROGRAMA EXPERIMENTAL PARA INVESTIGAR COMPOSIÇÕES DE COMBUSTÍVEL DE METANOL-ÁGUA PARA MOTORES DE IGNIÇÃO POR COMPRESSÃO

1.1 SUMÁRIO [00200] Este relatório resume os resultados obtidos durante um programa experimental empreendido pela Universidade de Melbourne sobre desempenho e emissões fora do motor de diferentes combustíveis com base em metanol em um motor de ignição por compressão.

[00201] Os combustíveis testados eram misturas de metanol, água, éter de dimetila (DME) e éter dietílico (DEE). Como não é metanol normalmente um combustível de ignição por compressão, dois sistemas de promotor de ignição foram usados. O primeiro consistiu em um pré

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61/106 aquecedor de ar de admissão. Aquecendo o ar de admissão do motor para até 150 graus C (um limite de segurança imposto), temperaturas mais altas são alcançadas próximo da extremidade do curso de compressão em cujo ponto a carga de combustível principal é injetada. Em alguns casos, estas temperaturas eram altas o bastante de modo que a ignição por compressão do combustível injetado ocorreu.

[00202] O segundo sistema para promover ignição envolveu a injeção contínua (isto é, fumigação) de éter de dimetila gasoso (DME) na porta de entrada do motor. Porque DME tem uma temperatura relativamente baixa de ignição e um número de cetano alto, o DME autoinflama como a mistura de ar/fumigante é comprimida durante o curso de compressão, desse modo liberando energia térmica que, por sua vez, pode inflamar a carga de combustível principal.

[00203] Os testes foram conduzidos em um motor a diesel de cilindro simples, modificado de 1D81 Hatz montado em uma facilidade de dinamômetro de motorização/absorção construído internamente. Em seu estado inalterado, este motor naturalmente aspirado produz até 10kW de potência de eixo de um cilindro simples de cerca de 670cc de volume. É muito provável que o desempenho absoluto de todos os combustíveis testados será melhor em motores maiores, como é comumente conhecido na comunidade de motor que a eficiência de motor de pico aumenta com o tamanho do motor devido às leis físicas fundamentais.

[00204] Como tal, considera-se que o desempenho do motor para os combustíveis de não diesel no programa de teste atual deveria ser visto com relação ao resultado abastecido com diesel neste mesmo motor. Especificamente, se desempenho comparável ou melhor for alcançado com um combustível alternativo dado com relação ao diesel neste motor, é provável que este desempenho relativo possa também ser alcançado em um motor maior. Claro que, maximizando o desempenho

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62/106 absoluto de um combustível dado em um motor dado requer mais otimização, e que deveria melhorar o desempenho do motor.

[00205] As observações gerais deste programa experimental são como segue.

1. Testes de motor fumigado [00206] Estes resultados mostram que nas condições operacionais mais eficientes, o motor fumigado produziu eficiência comparável, emissões de NO mais baixas e emissões de particulados muito mais baixas que o motor a diesel.

2. Testes de ar de admissão aquecido [00207] Estes resultados mostram que emissões de NO fora do motor são comparáveis ao motor a diesel. À medida que o motor fumigado funciona, emissões de particulados muito mais baixas que o motor a diesel foram observadas novamente. Mais trabalho é requerido para melhorar a eficiência do motor neste modo de operação.

1.2 Métodos Experimentais [00208] Os testes foram conduzidos em um motor a diesel modificado de 1D81 Hatz, montado em uma facilidade de dinamômetro de motorização/absorção construído interno. Figura 10 expõe um Processo e Diagrama de Instrumentação para a facilidade. As especificações inalteradas do motor são detalhadas na Tabela 1 abaixo. Estas especificações não foram alteradas durante a testagem do motor. [00209] As modificações feitas ao motor consistiram nas seguintes.

• Substituição do injetor de combustível mecânico e bomba de combustível com um sistema de injeção solenoidalmente acionado e sistema de bomba de combustível e de injeção separado.

[00210] Um injetor de diesel de trilho comum eletronicamente comandado foi usado para abastecer o sistema. Este injetor (Bosch, modelo 0 445 110 054-RE) liberou uma taxa de fluxo de volume significativamente mais alta que o injetor no motor inalterado, de modo

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63/106 que os combustíveis contendo conteúdo de água mais alto na Tabela 2 poderiam ser liberados ainda alcançando a mesma razão de ar/combustível que os combustíveis de diesel e metanol puros.

[00211] Este injetor é enorme para este motor, e assim deveria resultar até mesmo em uma redução significativa no desempenho do motor ao operar no mesmo combustível de diesel que o motor inalterado. Como resultado, a referência apropriada para testar os combustíveis alternativos listados na Tabela 2 é o mesmo sistema modificado operando em diesel, os resultados deste estão listados nas Tabelas 3, 4 e 5. É antecipado que outra testagem, especificamente de combustíveis com o conteúdo de água mais baixo, permitirá o uso de um injetor menor e desse modo melhorias significativas no desempenho do motor.

[00212] Como a Figura 10 mostra, os combustíveis foram misturados em um vaso de armazenamento pressurizado de modo que o DME não fez transição na fase gasosa antes da injeção no motor. Este vaso sempre esteve entre 0,50 a 1 MPa (5 e 10 bars) durante o teste. O combustível líquido deixando este vaso foi depois pressurizado por um Haskel, bomba de acionamento de ar, até 80 MPa (800 bars) antes de ser injetado no motor. Um acumulador de pressão alta foi usado para assegurar que a pressão da tubulação de combustível permanecesse constante durante os testes.

[00213] A taxa de fluxo do combustível foi medida suspendendo o vaso de armazenamento pressurizado em uma célula de carga, e medindo a taxa de alteração da massa do vaso durante cada teste.

• Extensão da tubulação de entrada.

[00214] Isto foi feito para conectar o pré-aquecedor de ar de admissão e a entrada de fumigação de DME. Ambos os sistemas foram usados como promotores de ignição da carga de combustível principal.

• Extensão da tubulação de escapamento para conectar

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64/106 todos os sistemas de análise de emissão.

• Um transdutor de pressão piezelétrica de Kistler.

[00215] Instalado no cabeçote do cilindro do motor para registrar a pressão dentro do cilindro.

• Uso do óleo Shell Helix Racing 10W60 para todos os testes. [00216] Este é um óleo sintético.

[00217] As emissões de escapamento foram analisadas usando vários sistemas independentes.

• Um medidor de substância particulada MAHA.

[00218] Este dispositivo dá uma medida gravimétrica da substância particulada no escapamento do motor.

• Um sensor Bosch UEGO.

[00219] Este é um dispositivo de produção que mede a razão de arcombustível. Embora tenha sido desenvolvido para combustíveis de hidrocarboneto, comparação com a razão de ar-combustível medida do banco de emissões de ADS9000 demonstrou que ele funcionou bem para todos os combustíveis testados diferentes daqueles com mais que 50% de conteúdo de água (Figura 4).

• Um banco de emissões de ADS9000.

[00220] Este dispositivo mediu as emissões de NO fora do motor. Antes da amostragem, a amostra de escapamento é passada pelas tubulações não aquecidas e uma captura de água, e desse modo o conteúdo de água dos gases amostrados deveria ser perto das condições saturadas a ambientes. O ADS9000 foi calibrado antes e durante o programa do teste usando gases de calibração para todas as quantidades medidas e um divisor de gás.

• Um analisador de emissões de FTIR de Gasmet.

[00221] Este dispositivo foi calibrado usando gases de calibração apropriados e zerados com nitrogênio de pureza alta de acordo com a instrução do fornecedor.

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65/106 [00222] Cada combustível foi testado na velocidade de estado estacionário de 2000 rpm e um valor lambda de 2 (isto é, 100% de ar em excesso). O motor inalterado operou a um lambda de cerca de 1,5. A operação mais fraca foi escolhida uma vez que os primeiros testes em lambda 1,5 com metanol puro resultou em gripagem do motor devido a uma injeção superavançada em uma circunstância. Nenhuma gripagem do motor foi sofrida em lambda 2.

[00223] O procedimento geral do motor em teste foi como segue.

1. Operações de entrada aquecida.

[00224] O ar de admissão foi aumentado primeiro para 150 graus C. [00225] A duração de injeção foi ajustada pelo valor lambda de 2, e o começo da injeção ajustado para topo-morto-centro.

[00226] O controlador do aquecedor depois reduziu a temperatura de entrada enquanto o motor operava, até que o torque positivo do motor não fosse mais sustentado. O controlador de entrada do aquecedor depois ajusta a temperatura de entrada enormemente mais alta que quando a operação cessou.

[00227] O começo de injeção foi depois avançado com o controlador de dinamômetro mantendo a velocidade do motor constante, até que o torque do motor alcançasse o assim-chamado ‘torque de freio máximo (MBT)'. MBT é a condição operacional mais eficiente em uma velocidade de motor constante e razão de ar/combustível.

[00228] A regulação de injeção resultante (começo e duração) e outras quantidades medidas foram registradas nesta condição operacional.

2. Operações de entrada fumigada.

[00229] O motor foi estabelecido em uma condição de operação suave com uma taxa de fluxo de DME alta.

[00230] A duração da injeção de combustível principal foi ajustada pelo valor lambda de 2 e o começo da regulação de injeção foi ajustado

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66/106 em topo-morto-centro.

[00231] A taxa de fluxo de DME foi depois reduzida ao mesmo tempo aumentando a taxa de fluxo de combustível principal para manter o lambda constante, até que o torque de freio alcançasse um máximo.

[00232] A regulação do começo-de-injeção foi depois avançada até que a regulação de MBT fosse alcançada, ainda continuando ajustando a taxa de fluxo de combustível principal para manter o lambda, se preciso for.

[00233] A regulação de injeção resultante (começo e duração) e outras quantidades medidas foram registradas nesta condição operacional.

3. Operação do motor a diesel.

[00234] A regulação do começo-de-injeção foi avançada para MBT ao mesmo tempo mantendo o lambda em 2 por meio da duração da injeção.

[00235] As especificações dos combustíveis foram como segue.

• Metanol, 99,8%+ pureza, • Água deionizada, 99,8%+ pureza, • Éter de dimetila (DME), 98%+ pureza • Éter dietílico (DEE), 98%+ pureza

1.3 RESULTADOS [00236] Os resultados do trabalho de teste são apresentados nas tabelas abaixo.

Dados técnicos	Unidades	1D81
Número de Cilindros		1
Calibre x curso	[mm]	100 x 85
Deslocamento	[L]	0,667
Velocidade média do pistão a 300 rpm	[m/s]	8,5
Razão de compressão		20,5

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Tabela 1: Especificações inalteradas do motor

Com Fumigação		Com Aquecedor
Composição de combustível principal (% em volume)		Composição de combustível principal (% em volume)
MeOH	Água	DME	DEE	MeOH	Água	DME	DEE
100	0	0	0	100	0	0	0
95	5	0	0	85	15	0	0
90	10	0	0	77,5	22,5	0	0
70	30	0	0	70	30	0	0
50	50	0	0	50	50	0	0
35	65	0	0	35	65	0	0
95	0	5	0	95	0	5	0
90	5	5	0	80	15	5	0
85	10	5	0	72,5	22,5	5	0
65	30	5	0	65	30	5	0
45	50	5	0	45	50	5	0
30	65	5	0	30	65	5	0
90	0	10	0	90	0	10	0
85	5	10	0	75	15	10	0
80	10	10	0	67,5	22,5	10	0
60	30	10	0	60	30	10	0
40	50	10	0	40	50	10	0
25	65	10	0	25	65	10	0
80	0	20	0	80	0	20	0
75	5	20	0	65	15	20	0
70	10	20	0	57,5	22,5	20	0
50	30	20	0	50	30	20	0
30	50	20	0	30	50	20	0
15	65	20	0	15	65	20	0
90	0	0	10	90	0	0	10
85	5	0	10	75	15	0	10
80	10	0	10	67,5	22,5	0	10
60	30	0	10	60	30	0	10
40	50	0	10	40	50	0	10
25	65	0	10	25	65	0	10

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Tabela 2: Esquema dos combustíveis testados (aqueles em negrito não produziram trabalho líquido até mesmo com ar de admissão a 150 graus C)

Dies el

Dados de Desempenho

LHV

Tint.

Text.

Tempo de Injeção

Duração de Inj.

Lambd a

Veloci dade

Torq ue

Potê ncia

Corren te de ar

Combu stível Princip al

Fum de DME

BTE

(MJ/kg)

°C

DBTDC

CAD

-

rpm

Nm

kW

g/s

%

43

22,4

401

4

10

2,13

1975

22,1

4,6

13,1

0,46

0

23,0%

Tabela 3: Dados de Desempenho do Diesel

Emissões de Maha e ADS 9000 (calculadas líquidas)
Particulado	NO	NO	Lambda
mg/m^A3	PPm	g/kWh	-
140	440	4,9	1,9

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Tabela 4: Dados de Emissões de Diesel ADS9000

Com Fumigação		Dados de Desempenho
Composição de combustível principal (% em volume)		LHV		Tint.	Text.	Tempo de Inj.	Duração de Inj.	Lambda	Velocid ade	Torque	Potênci a	Corrent e de ar	Combustí vel Principal	DME	BTE
MeOH	Água	DME	DEE		MJ/kg		°C	°C	CAD BTDC	CAD	UEGO	rpm	Nm	kW	g/s	g/s	g/s	%
100	0	0	0		20,0		27	339	6	16	2,1	1977	18,4	3,8	12,8	0,69	0,168	20,3%
95	5	0	0		18,8		26	318	6	18	2,1	1981	18,8	3,9	12,9	0,74	0,168	20,9%
90	10	0	0		17,5		27	327	6	19	2,1	1985	17,9	3,7	12,9	0,75	0,168	20,7%
70	30	0	0		13,0		26	301	6	22	2,1	1984	16,4	3,4	12,9	0,89	0,210	19,3%
50	50	0	0		8,8		25	241	10	26	2,2	1984	12,5	2,6	12,9	1,01	0,252	16,0%
35	65	0	0		6,0		25	191	28	34	2,1	1982	10,0	2,1	12,9	1,32	0,280	12,9%
95	0	5	0		20,4		27	367	8	21	2,1	1981	20,1	4,3	12,9	0,77	0,168	20,7%
90	5	5	0		19,1		27	349	12	21	2,1	1984	20,9	4,3	12,9	0,80	0,168	21,5%
85	10	5	0		17,9		26	337	12	22	2,1	1980	20,0	4,1	12,9	0,80	0,168	21,7%
65	30	5	0		13,3		24	296	16	28	2,1	1977	18,7	3,9	12,8	1,03	0,182	20,3%
45	50	5	0		9,1		24	251	20	33	2,1	1979	14,8	3,1	12,8	1,20	0,238	17,2%
30	65	5	0		6,2		24	194	30	34	2,0	1980	10,4	2,2	12,8	1,32	0,252	13,9%
90	0	10	0		20,8		24	354	10	21	2,0	1979	21,7	4,5	12,8	0,80	0,168	20,9%
85	5	10	0		19,5		24	352	12	23	2,0	1977	22,1	4,6	12,8	0,85	0,168	21,4%
80	10	10	0		18,2		23	335	16	21	2,0	1977	21,7	4,5	12,8	0,83	0,168	22,3%
60	30	10	0		13,6		24	294	18	25	2,0	1979	18,6	3,9	12,8	0,98	0,182	20,8%
40	50	10	0		9,4		24	258	20	30	2,0	1983	15,6	3,2	12,9	1,18	0,238	18,0%
25	65	10	0		6,4		24	180	30	32	2,3	1976	8,3	1,7	12,8	1,19	0,266	11,2%
80	0	20	0		21,6		24	353	10	19	2,0	1980	22,0	4,6	12,8	0,72	0,210	21,1%
75	5	20	0		20,2		26	352	10	19	2,1	1981	21,1	4,4	12,9	0,69	0,210	21,8%
70	10	20	0		19,0		24	327	10	18	2,1	1977	19,6	4,1	12,8	0,73	0,210	20,3%
50	30	20	0		14,2		23	300	16	23	2,1	1976	17,4	3,6	12,8	0,86	0,238	18,9%
30	50	20	0		9,9		23	271	18	30	2,0	1978	15,0	3,1	12,8	1,09	0,266	16,8%
15	65	20	0		6,9		22	204	30	46	2,2	1978	10,7	2,2	12,8	1,27	0,308	12,6%

69/106

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 78/158

Com Fumigação		Dados de Desempenho
Composição de combustível principal (% em volume)		LHV		Tint.	Text.	Tempo de Inj.	Duração de Inj.	Lambda	Velocid ade	Torque	Potênci a	Corrent e de ar	Combustí vel Principal	DME	BTE
MeOH	Água	DME	DEE		MJ/kg		°C	°C	CAD BTDC	CAD	UEGO	rpm	Nm	kW	g/s	g/s	g/s	%
90	0	0	10		21,3		33	377	6	16	2,1	1987	19,2	4,0	12,9	0,69	0,168	20,4%
85	5	0	10		20,1		32	381	6	20	2,0	1986	19,5	4,1	12,9	0,74	0,168	20,6%
80	10	0	10		18,8		31	344	10	20	2,1	1987	19,1	4,0	12,9	0,77	0,168	20,6%
60	30	0	10		14,1		30	313	12	24	2,1	1987	17,9	3,7	12,9	0,93	0,182	20,2%
40	50	0	10		9,9		30	279	16	32	1,9	1985	16,6	3,4	12,9	1,34	0,224	17,4%
25	65	0	10		7,0		30	210	30	38	2,1	1989	11,3	2,4	12,91	1,34	0,266	13,8%

70/106

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Tabela 5: Dados de desempenho com fumigação de DME

Com Aquecedor		Dados de Desempenho
Composição de combustível principal (% em volume)		LHV		Tint.	Text.	Tempo de Inj.	Duração de Inj.	Lambda	Velocidad e	Torque	Potênci a	Corrente de ar	Combustível Principal	DME	BTE
MeOH	Água	DME	DEE		MJ/kg		°C	°C	CAD BTDC	CAD	UEGO	rpm	Nm	kW	g/s	g/s	g/s	%
100	0	0	0		20,0		100,0	377	10	16	2,01	1988	12,2	2,5	10,4	0,73	0	17,5
85	15	0	0		16,4		107,5	334	14	18	2,08	1992	10,6	2,2	10,3	0,79	0	17,2
77,5	22,5	0	0		14,6		126,1	307	16	19	2,10	1991	7,4	1,5	9,8	0,84	0	12,5
95	0	5	0		20,4		106,8	357	10	14	2,10	1987	10,6	2,2	10,3	0,61	0	17,7
80	15	5	0		16,7		108,3	348	12	18	2,04	1983	10,6	2,2	10,2	0,74	0	17,7
72,5	22,5	5	0		15,0		120,1	339	16	20	1,94	1981	9,5	2,0	9,9	0,83	0	15,8
90	0	10	0		20,8		114,0	381	10	17	1,99	1988	11,1	2,3	10,1	0,65	0	17,2
75	15	10	0		17,0		113,6	333	12	17	2,13	1987	10,1	2,1	10,1	0,72	0	17,1
67,5	22,5	10	0		15,28		105,9	347	14	20	2,03	1989	11,2	2,3	10,3	0,86	0	17,8
80	0	20	0		21,6		113,4	378	10	15	2,10	1989	10,6	2,2	10,1	0,60	0	17,1
65	15	20	0		17,7		106,5	337	14	18	2,11	1990	10,7	2,2	10,3	0,71	0	17,7
57,5	22,5	20	0		15,9		117,8	336	16	20	2,05	1991	9,5	2,0	10,0	0,78	0	16,0
90	0	0	10		21,3		100,7	365	10	16	2,04	1984	12,0	2,5	10,4	0,67	0	17,5
75	15	0	10		17,6		111,9	327	12	17	2,15	1990	9,9	2,1	10,1	0,72	0	16,3
67,5	22,5	0	10		15,9		124,6	320	14	18	2,03	1988	8,4	1,8	9,8	0,76	0	14,6

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Tabela 6: Dados de desempenho com ar de admissão aquecido

	Com Fumigação		Emissões de Maha e ADS 9000 (calculadas úmidas)
Composição de combustível principal (% em volume)		Particulado	NO	NO	Lambda
MeOH	água	DME	DEE		mg/m^A3	ppm	g/kWh	-
100	0	0	0		1	106	1,5	2,0
95	5	0	0		1	89	1,2	2,0
90	10	0	0		1	37	0,1	2,0
70	30	0	0		1	12	0,2	2,1
50	50	0	0		1	11	0,2	2,2
35	65	0	0		1	18	0,1	2,2
95	0	5	0		1	57	0,7	1,9
90	5	5	0		1	14	11,7	1,9
85	10	5	0		1	83	1,1	2,0
65	30	5	0		1	19	0,3	2,0
45	50	5	0		1	19	0,4	2,1
30	65	5	0		1	21	0,6	2,3
90	0	10	0		1	99	1,2	1,9
85	5	10	0		1	97	1,1	1,9
80	10	10	0		1	192	2,3	1,9
60	30	10	0		1	17	0,2	2,0
40	50	10	0		1	12	0,2	2,1
25	65	10	0		1	28	0,9	2,4
80	0	20	0		1	111	1,3	1,9
75	5	20	0		1	153	1,8	1,9
70	10	20	0		1	88	1,1	2,0
50	30	20	0		1	54	0,8	2,0
30	50	20	0		1	9	0,2	2,0
15	65	20	0		1	15	0,4	2,2
90	0	0	10		1	92	1,2	1,9
85	5	0	10		1	72	0,9	1,9
80	10	0	10		1	65	0,9	1,9
60	30	0	10		1	21	0,3	2,0
40	50	0	10		1	15	0,2	2,0
25	65	0	10		1	20	0,1	2,2

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 81/158

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Tabela 7: Emissões de MAHA e ADS 9000 (calculadas úmidas) com fumigação de DME

Com Aquecedor		Emissões de Maha e ADS 9000 (calculadas úmidas)
Composição de combustível principal (% em volume)		Particulado	NO	NO	Lambda
MeOH	água	DME	DEE		mg/m^A3	PPm	g/kWh	-
100	0	0	0		1	355	5,93	2,0
85	15	0	0		1	158	3,02	2,0
77,5	22,5	0	0		1	85	2,27	2,1
95	0	5	0		1	356	6,65	2,1
80	15	5	0		1	146	2,79	2,0
72,5	22,5	5	0		1	100	2,09	2,0
90	0	10	0		1	371	6,55	2,0
75	15	10	0		1	136	2,67	2,1
67,5	22,5	10	0		1	106	1,94	2,1
80	0	20	0		1	358	6,54	2,1
65	15	20	0		1	249	4,68	2,0
57,5	22,5	20	0		1	139	2,90	2,0
90	0	0	10		1	290	4,89	2,0
75	15	0	10		1	187	3,73	2,1
67,5	22,5	0	10		1	139	3,20	2,1

Tabela 8: Emissões MAHA e ADS 9000 (calculadas úmidas) com ar de admissão aquecido

Com Fumigação		Análise da Combustão
Composição de combustível principal (% em volume)		IMEP	PMEP	PP	LPP	PPRR	LPPRR	CoV
MeOH	Água	DME	DEE		kPa	kPa	kPa	DATDC	kPa/g	CA	%
100	0	0	0		717,5	-28,0	8466,5	6,5	357,4	-12,4	2,33%
95	5	0	0		723,3	-28,6	9195,1	5,3	390,1	-2,2	3,93%
90	10	0	0		701,9	-27,9	8277,2	5,9	355,4	-12,5	2,39%
70	30	0	0		666,2	-27,2	8194,6	6,4	388,3	-12,9	4,10%
50	50	0	0		577,2	-27,1	9624,9	3,3	490,6	-14,3	3,82%
35	65	0	0		535,3	-25,5	10573,9	2,9	430,2	-6,0	3,67%
95	0	5	0		776,4	-29,3	8457,0	5,7	319,4	-11,5	3,75%
90	5	5	0		773,3	-29,0	9387,6	5,1	465,8	-0,8	4,16%

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 82/158

74/106

Com Fumigação		Análise da Combustão
Composição de combustível principal (% em volume)		IMEP	PMEP	PP	LPP	PPRR	LPPRR	CoV
MeOH	Água	DME	DEE		kPa	kPa	kPa	DATDC	kPa/g	CA	%
85	10	5	0		756,3	-28,5	9340,8	4,9	431,3	-1,1	4,66%
65	30	5	0		740,4	-28,9	9931,3	4,2	483,6	-1,4	3,46%
45	50	5	0		670,0	-27,7	9767,1	4,8	395,5	-12,9	4,29%
30	65	5	0		570,1	-26,9	10951,5	2,5	466,6	-4,5	4,37%
90	0	10	0		775,3	-29,4	9003,2	5,5	344,9	-9,3	3,94%
85	5	10	0		771,7	-29,0	9320,6	4,9	405,6	-1,7	3,47%
80	10	10	0		781,8	-28,5	10387,8	4,0	548,1	-5,3	4,24%
60	30	10	0		708,4	-25,1	10361,1	3,3	580,2	-4,0	3,73%
40	50	10	0		656,1	-25,2	10675,0	2,5	502,5	-4,5	2,41%
25	65	10	0		583,6	-26,8	10161,1	4,1	373,3	-11,5	2,92%
80	0	20	0		796,8	-29,3	9159,7	5,4	352,4	-10,3	2,93%
75	5	20	0		802,3	-29,9	9286,8	5,4	366,5	-12,5	3,09%
70	10	20	0		755,6	-27,9	9425,7	5,2	394,6	-13,1	4,05%
50	30	20	0		*
30	50	20	0		*
15	65	20	0		_*
90	0	0	10		738,6	-30,2	7752,5	5,7	345,2	-13,0	4,62%
85	5	0	10		747,2	-29,9	8036,1	5,6	334,5	-12,9	3,67%
80	10	0	10		738,3	-28,5	8916,7	5,4	344,0	-9,3	3,24%
60	30	0	10		708,2	-28,3	9197,5	4,7	365,3	-8,1	3,90%
40	50	0	10		664,7	-26,6	9777,8	3,7	417,9	-14,2	3,90%
25	65	0	10		572,4	-24,5	10794,8	2,9	468,6	-3,8	4,35%

*Estas entradas estavam indisponíveis devido à falha do transdutor de pressão durante o teste.

Tabela 9: Dados de análise da combustão com fumigação de DME

Com Aquecedor		Análise da Combustão
Composição de combustível principal (% em volume)		IMEP	PMEP	PP	LPP	PPRR	LPPRR	CoV
MeOH	Água	DME	DEE		kPa	kPa	kPa	DATDC	kPa/g	CA	%
100	0	0	0		523,4	-21,5	7614,1	5,9	373,2	-0,4	4,72%
85	15	0	0		517,1	-21,3	7900,8	5,7	481,3	0,1	4,42%
77,5	22,5	0	0		431,0	-17,0	7420,6	5,6	390,8	0,0	4,11%
95	0	5	0		531,3	-20,4	7402,2	6,4	370,7	0,9	4,36%

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 83/158

75/106

Com Aquecedor		Análise da Combustão
Composição de combustível principal (% em volume)		IMEP	PMEP	PP	LPP	PPRR	LPPRR	CoV
MeOH	Água	DME	DEE		kPa	kPa	kPa	DATDC	kPa/g	CA	%
80	15	5	0		556,3	-21,7	7440,1	5,8	382,4	1,6	5,22%
72,5	22,5	5	0		505,6	-19,8	7963,9	4,9	524,1	-1,1	3,90%
90	0	10	0		528,6	-20,3	7391,3	6,0	381,6	1,7	5,22%
75	15	10	0		505,3	-20,3	7408,9	5,7	399,9	0,9	4,20%
67,5	22,5	10	0		486,5	-19,4	7595,2	5,6	440,6	0,1	4,64%
80	0	20	0		535,7	-19,9	7089,4	5,9	328,3	-0,8	4,08%
65	15	20	0		554,7	-20,2	7807,8	5,8	466,6	-0,3	4,17%
57,5	22,5	20	0		489,6	-18,8	7861,2	4,7	509,5	-1,4	4,54%
90	0	0	10		557,2	-21,6	7493,1	6,5	384,3	1,6	3,75%
75	15	0	10		511,9	-20,9	7585,1	6,6	406,1	2,8	4,66%
67,5	22,5	0	10		478,7	-20,3	7636,8	5,2	464,9	-0,9	3,50%

Tabela 10: Dados de análise da combustão com ar de admissão aquecido

1.5 Outro trabalho de teste [00237] Outro trabalho de teste foi conduzido para explorar combinações de combustível e fumigante adicional, e os resultados daqueles testes estão resumidos nas Tabelas 11 e 12 abaixo. De nota é o seguinte:

• No geral, as eficiências do motor a 1000rpm são inferiores que para os mesmos combustíveis, ou similares, em velocidades de motor mais altas. Isto baseia-se no fato que o motor de Hatz inalterado teve uma eficiência de pico a cerca de 2000 rpm, e seria esperado. Quando usado em motores maiores projetados para eficiência de pico a uma rpm mais baixa, as eficiências usando os combustíveis seriam melhoradas.

• Emissões de NO usando o dispositivo de ADS9000 não são apresentadas devido à falha deste sensor durante este programa de teste.

• O injetor de combustível falhou durante o número de teste 25. Os dados registrados para este teste ainda pareciam ser razoáveis,

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 84/158

76/106 visto que a falha foi tarde no teste, e assim é incluído neste Adendo. De nota é o desempenho comparativo das operações 25 e 27, que têm composição de combustível principal bem parecida, diferente dos aditivos.

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 85/158

Fumigado
Operação N°	Principal% em Volume	Aditivos em Peso		Composição de combustível principal com aditivos (% em massa)
	MeOH	EthOH	Água	DME	DEE	Formal.	Aspro.	Outro	MeOH	EthOH	Água	DME	DEE	Formal.	Aspro.	Outro
22	70	0	30	0	0	0	0	0	64,9	0,0	35,1	0	0	0	0	0
23	70	0	30	0	0	0	0	0	64,9	0,0	35,1	0	0	0	0	0
24	70	0	30	0	0	0	0	0	64,9	0,0	35,1	0	0	0	0	0
25	-	-	-	0	0	0	2,5	0,4	93,2	0,0	3,9	0	0	0	2,5	0,4
27	-	-	-	0	0	2	0	0,4	93,7	0,0	3,9	0	0	2	0	0,4
28	-	-	-	0	0	0	0	0,4	79,7	0,0	19,9	0	0	0	0	0,4
29	-	-	-	0	0	0	0	0	40	0,0	60,0	0	0	0	0	0,0
30	-	-	-	0	0	0	0	0	93	0,0	7,0	0	0	0	0	0,0

4rep	70	0	30	0	0	0	0	0	64,9	0,0	35,1	0	0	0	0	0

90L/ZZ

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 86/158

Tabela 11: Dados de desempenho com fumigação de DME

	Dados de desempenho
Operação N°	Tint.	Text.	Tempo de Injeção	Lambda	Velocid ade	Torqu e	Potência	Corrente de ar	Combustível Principal	DME	BTE
	graus C	graus C	CAD BTDC	UEGO	rpm	Nm	kW	g/s	g/s	g/s	%
22	39	209	0	2,1	1000	9,1	1,0	6,3	0,41	0,047	14,4%
23	56	214	0	2,0	998	8,3	0,9	5,9	0,41	0,039	13,4
24	81	216	0	2,1	999	4,8	0,1	5,5	0,38	0,032	8,6
25	32	228	0	2,0	992	12,1	1,3	6,4	0,31	0,05	17,5%
27	26	233	0	2,1	994	12,3	1,3	6,5	0,32	0,043	17,6%
28	26	220	0	2,1	993	10,8	1,1	6,5	0,34	0,056	16,0%
29	26	193	0	2,1	990	7,0	0,7	6,5	0,12	0,102	10,2%
30	78	339	0	2,1	1978	11,1	2,3	11,0	0,67	0,106	14,7%

24rep	83	224	0	2,0	995	5,9	0,6	5,5	0,39	0,031	10,4%

78/106

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 87/158

79/106

Tabela 11 (cont.): Dados de desempenho com fumigação de DME

	Emissões de Maha e ADS 9000 (calculadas úmidas)
Operação	Particulado	NO	NO	Lambda
N°	mg/m^A3	PPm	g/kWh	-
22	1	-	-	2,1
23	1	-	-	2,2
24	1	-	-	2,1
25	1	-	-	1,9
27	1	-	-	2,1
28	1	-	-	2,1
29	1	-	-	2,1
30	1,2	-	-	2,1

24rep	1	-	-	2,0

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 88/158

Tabela 11 (cont.): Dados de desempenho com fumigação de DME

Com Aquecedor
Opearção	Principal% em Volume	Aditivos em Peso		Composição de combustível principal com aditivos (% em massa)
N°	MeOH	EthOH	água	DME	DEE	Formal.	Aspro.	Outro	MeOH	EthOH	água	DME	DEE	Formal.	Aspro.	Outro
3	70	0	30	5	0	0	0	0	61,7	0,0	33,3	5	0	0	0	0
6	70	0	30	0	8	0	0	0	59,7	0,0	32,3	0	8	0	0	0
7	70	0	30	0	20	0	0	0	51,9	0,0	28,1	0	20	0	0	0
8	70	0	30	20	0	0	0	0	51,9	0,0	28,1	20	0	0	0	0
11	70	0	30	0	0	4	0	0	62,3	0,0	33,7	0	0	4	0	0
18	70	0	30	0	0	1	0	0	64,3	0,0	34,7	0	0	1	0	0
21	20	50	30	5	0	0	0	0	17,5	44,3	33,2	5	0	0	0	0

80/106

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 89/158

Tabela 12: Dados de desempenho com ar de admissão aquecido

	Dados de desempenho
Operação N°	Tint.	Text.	Tempo de Injeção	Lambda	Velocidade	Torque	Potência	Corrente de ar	Combustível Principal	DME	BTE
	graus C	graus C	CAD BTDC	UEGO	rpm	Nm	kW	g/s	g/s	g/s	%
3	141,1	229,2	0	2,06	995	3,4	0,4	4,7	0,41	-	6,5%
6	154,7	229	0	2,08	993	2,0	0,2	4,6	0,33	-	4,2%
7	155,4	237	0	2,09	991	2,3	0,2	4,5	0,29	-	4,7%
8	149,6	244	0	2,02	996	3,2	0,3	4,6	0,32	-	6,3%
11	não queimou
18	não queimou
21	150,8	246	0	2,03	994	3,2	0,3	4,6	0,28	-	7,0%

81/106

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 90/158

82/106

Tabela 12 (cont.): Dados de desempenho com ar de admissão aquecido

	Emissões de Maha e ADS 9000 (calculadas úmidas)
Operação	Particulado	NO	NO	Lambda
N°	mg/m^A3	ppm	g/kWh	-
3	1	-	-	2,0
6	1	-	-	2,2
7	1	-	-	2,2
8	1	-	-	2,1
11	-	-	-	-
18	-	-	-	-
21	1	-	-	2,1

Tabela 12 (cont.): Dados de desempenho com ar de admissão aquecido

1.5 Tabelas de comparação entre% em volume e% em massa nas composições de combustível [00238] As tabelas nos resultados do teste esboçados em 1.1 a 1.4 acima são com base em quantidades relativas dos componentes na composição de combustível principal medidas por volume. As tabelas seguintes 13 e 14 permitem uma conversão a ser feita entre% volume e peso para as composições de combustível.

Com Fumigação
Composição de combustível principal (% em volume)		Composição de combustível principal (% em massa)
MeOH	água	DME	DEE	MeOH	água	DME	DEE
100	0	0	0	100,0	0,0	0,0	0,0
95	5	0	0	93,8	6,2	0,0	0,0
90	10	0	0	87,7	12,3	0,0	0,0
70	30	0	0	64,9	35,1	0,0	0,0
50	50	0	0	44,2	55,8	0,0	0,0
35	65	0	0	29,9	70,1	0,0	0,0
95	0	5	0	95,8	0,0	4,2	0,0
90	5	5	0	89,5	6,3	4,2	0,0

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 91/158

83/106

Com Fumigação
Composição de combustível principal (% em volume)		Composição de combustível principal (% em massa)
MeOH	água	DME	DEE	MeOH	água	DME	DEE
85	10	5	0	83,4	12,4	4,1	0,0
65	30	5	0	60,7	35,4	3,9	0,0
45	50	5	0	40,0	56,2	3,8	0,0
30	65	5	0	25,8	70,6	3,6	0,0
90	0	10	0	91,4	0,0	8,6	0,0
85	5	10	0	85,2	6,3	8,5	0,0
80	10	10	0	79,1	12,5	8,3	0,0
60	30	10	0	56,4	35,7	7,9	0,0
40	50	10	0	35,8	56,6	7,6	0,0
25	65	10	0	21,6	71,1	7,3	0,0
80	0	20	0	82,6	0,0	17,4	0,0
75	5	20	0	76,4	6,4	17,2	0,0
70	10	20	0	70,3	12,7	16,9	0,0
50	30	20	0	47,7	36,2	16,1	0,0
30	50	20	0	27,3	57,4	15,3	0,0
15	65	20	0	13,2	72,1	14,8	0,0
90	0	0	10	90,9	0,0	0,0	9,1
85	5	0	10	84,7	6,3	0,0	9,0
80	10	0	10	78,7	12,4	0,0	8,9
60	30	0	10	56,1	35,5	0,0	8,4
40	50	0	10	35,6	56,3	0,0	8,0
25	65	0	10	21,5	70,7	0,0	7,8

Tabela 13: Tabe as de comparação entre% em volume e% em massa - Fumigação

Com Aquecedor
Composição de combustível principal (% em volume)		Composição de combustível principal (% em massa)
MeOH	água	DME	DEE	MeOH	água	DME	DEE
100	0	0	0	100,0	0,0	0,0	0,0
85	15	0	0	81,8	18,2	0,0	0,0
77,5	22,5	0	0	73,2	26,8	0,0	0,0
95	0	5	0	95,7	0,0	4,3	0,0

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 92/158

84/106

Com Aquecedor
Composição de combustível principal (% em volume)		Composição de combustível principal (% em massa)
MeOH	água	DME	DEE	MeOH	água	DME	DEE
80	15	5	0	77,6	18,3	4,1	0,0
72,5	22,5	5	0	69,0	27,0	4,0	0,0
90	0	10	0	91,4	0,0	8,6	0,0
75	15	10	0	73,3	18,5	8,2	0,0
67,5	22,5	10	0	64,7	27,2	8,1	0,0
80	0	20	0	82,6	0,0	17,4	0,0
65	15	20	0	64,5	18,8	16,8	0,0
57,5	22,5	20	0	55,9	27,6	16,4	0,0
90	0	0	10	90,9	0,0	0,0	9,1
75	15	0	10	72,9	18,4	0,0	8,8
67,5	22,5	0	10	64,3	27,1	0,0	8,6

Tabela 14: Tabelas de comparação entre% em volume e% em massa - Pré-Aquecimento do Ar de admissão

1.6 Observações sobre os resultados do teste relatados nas seções 1.1 a 1.5 [00239] Água e Éter mais fumigante de DME:

[00240] O trabalho relatado acima demonstra que a água tem algumas propriedades fundamentais que as torna uma adição útil para um combustível de metanol:

[00241] 1. Se injetada com o combustível de metanol, até certo ponto, não diminui a eficiência, mas do contrário aumenta a um ponto ótimo, e depois diminui à medida que a proporção de água continua subindo. Postulou-se pelos requerentes que o aumento na eficiência pode ser devido a uma combinação de fatores tais como os fatores seguintes:

a. as propriedades espectrais da água tais como emissividade e coeficiente de absorção são superiores com relação ao metanol do outro lado da banda de aquecimento (por exemplo, IR infravermelho) que ajuda na absorção de calor radiante nas gotículas

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 93/158

85/106 de combustível misturado e água enquanto o metanol evapora-se da gotícula a uma taxa acelerada, uma vez que o metanol compartilharia esta taxa mais alta de absorção de calor e vaporiza-se primeiro.

[00242] A emissividade da água é relatado na literatura ser entre 0,9 e 1,0 isto é, quase um corpo negro para a radiação infravermelha, enquanto o metanol é menos que a metade daquele valor próximo de 0,4.

b. A condutividade térmica da água é maior que metanol

c. O difusividade térmica da água é maior que metanol.

d. Pontos b. e c. acima levariam a maior transferência de calor dentro de uma gotícula com água presente, novamente acelerando a conversão de metanol de fase líquida para gás à medida que a concentração de metanol diminui como o encolhimento das gotículas:

	Difusividade térmica mm²/s	Condutividade térmica W/Km
100% metanol	0,103	0,199
75% metanol	0,102	0,250
50% metanol	0,106	0,340
25% metanol	0,118	0,470
100% água	0,149	0,605

[00243] Tirado de Thermochimica Acta 492 (2009) págs. 95-100 [00244] 2. O trabalho relatado acima fornece evidência da viabilidade de um combustível de água-metanol mediante a demonstração de sua operação suave ao operar até mesmo em níveis de água altos com uma quantidade adequada de ajuda de ignição em termos de fumigante. Dos dados apresentados na Figura 7, que são derivados do trabalho relatado acima, é mostrado que há um pico de eficiência térmica à ruptura alcançada quando o conteúdo de água for na faixa de cerca de 12% a 23% em peso da composição de combustível principal. A zona de BTE melhorado é para conteúdos de água entre 2% e 32%, com um ótimo sendo alcançado na região de perto de 16-18% com fumigante de DME. Isto foi um resultado surpreendente. Foi inesperado que injetando tais

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86/106 níveis altos de água na câmara de combustão permitiria um motor de ignição por compressão operar com operação aceitável em termos de COV de IMEP. (coeficiente de variação da pressão efetiva média indicada).

[00245] Dos dados experimentais relatados acima, um desempenho de BTE de classificação inferior na maioria dos casos foi metanol não diluído, com desempenho bom obtido pelas misturas que incluíram DME na faixa de peso de 4-9%.

[00246] Como o conteúdo de água foi além de cerca de 30% em peso em combustíveis que continham as quantidades de DME previamente mencionadas, a eficiência caiu de volta para os níveis que eram consistentes com os combustíveis sendo combustados sem água presente.

[00247] Notou-se que os combustíveis de cerca de 70% de água combustaram no motor, embora pela metade a eficiência devido em parte ao conteúdo de água de escapamento mais alto.

[00248] Figura 8 fornece uma representação gráfica do conteúdo de éter do combustível principal, em% em peso, e o BTE consequente do combustível. A chave (}) é usada para marcar os pontos relativos ao uso de dietiléter como o componente de éter na composição de combustível, enquanto que o éter usado nos outros pontos representados no gráfico era éter de dimetila. Figura 8 indica uma elevação em BTE de pouco 1,5% mediante a introdução de 4% de DME na fase líquida em aproximadamente 16% de conteúdo de água, comparado ao caso de metanol não diluído. Em geral, os resultados fornecidos através do uso de uma quantidade de éter dentro da caixa mostrada por uma linha pontilhada fornecem vantagens sobre a composição de combustível principal. Aumentando o conteúdo de éter acima do nível de 10% (isto é, fora da caixa à direita da figura) agrega custo adicional sem uma melhoria do processo correspondente ou vantagem.

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87/106 [00249] Em baixos níveis de água, os benefícios de 16% de DME comparados a 4% foram pequenos, e 4% de DME ultrapassaram 16% de DME em conteúdos de água mais altos que cerca de 6%.

[00250] Aproximadamente 8% de DME em peso tiveram BTE ligeiramente mais alto que 4% de DME ao longo da faixa de conteúdo de água, a diferença variando cerca de 0,3% até um máximo de cerca de 36% de água em combustível.

[00251] Éter de dietila (DEE, pontos entre chaves) em combustível mostrou um BTE mais fraco nas faixas de água mais baixas onde o desempenho foi similar ao metanol puro, porém quando o conteúdo de água no combustível subia acima de cerca de 25% de DEE a cerca de 8% melhorou seu desempenho para equiparar ao de DME.

[00252] Em termos de Eficiência Térmica do Freio DEE poderia não ser selecionado à frente de DME em um combustível de metanol-água a menos que outras razões tais como volatilidade ou pressão de vapor prevalecessem.

[00253] Efeito da água e fumigante em NO:

[00254] Em um ambiente fumigado onde um refrigerante tal como água é aplicado, não pôde ser prognosticado que uma redução de NO seria alcançada e a extensão de redução de NOA não pôde ser prognosticada. O trabalho de teste mostra que a redução de NO foi bastante dramática à medida que os níveis de água aumentaram, mostrando uma cuba de 0,2 grama/kw-h a 36% em peso de água, como mostrado na Figura 9.

[00255] Figura 10 fornece outra ilustração do efeito que o aumento do conteúdo de água tem usando NOX no escapamento. As linhas de DME de 4% e 8% mostraram a melhor resposta até mesmo para a formação de NOX em temperaturas de ar de admissão altas. A mesma tendência pode ser vista no caso de fumigação, caso de diminuir NOX à medida que os níveis de água aumenta 16,5% de DME e 8,8% de

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DEE mostraram níveis superiores de NO comparados aos baixos casos de DME. Todas as operações aquecidas sem água produziram NO mais alto que o combustível de diesel sem pré-aquecimento.

[00256] Dos dados e Figuras acima em anexo é evidente que uma zona operacional de mérito envolve o uso de uma composição de combustível principal compreendendo metanol e 20-22% em peso água e 4-6% p. de DME na composição de combustível principal, com fumigação. Este combustível alcançaria eficiência boa e NO baixo. A zona de operação de combustível desejável pode ser ainda se expandida com operação aceitável do motor de CI, como descrito em detalhes em outras seções deste pedido de patente.

[00257] Combustível de diesel no mesmo motor em contraste alcançou 4,9 gramas/kw-h em lambda 2 e 2000 rpm (o lambda e a velocidade de todos os testes de fumigação nestes gráficos) [00258] Fumigante:

[00259] O uso de um fumigante (ou fumigação) não foi previamente considerado com composições de combustível complexas, particularmente com composições de combustível compreendendo água e metanol, e opcionalmente com outros aditivos tais como DME. Certamente não houve nenhum relatório de aceitação comercial de tais técnicas. Isso pode ser devido ao fato que poderia ter sido considerado que um tal combustível fosse improvável de funcionar bem, dado o baixo valor de aquecimento do metanol que é ainda prejudicado misturandoo com um diluente de calor latente alto tal como água. O uso de um combustível contendo um componente de água grande é também contraintuitivo uma vez que a água é normalmente usada para apagar fogo ao invés de ajudar a queimar.

[00260] Para investigar este espaço, um motor de cilindro simples com capacidade similar de um cilindro de um motor de 8 V de 5 litros foi usado, com injetores maiores instalados para superar o valor de

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89/106 aquecimento baixo por litro de alguns dos combustíveis a serem testados.

[00261] Estes injetores maiores tiveram o efeito de reduzir a eficiência do motor, porém como uma comparação entre os combustíveis, as condições invertidas fornecidas se aplicaram, a validez das comparações foram reconhecidas pelos profissionais de teste de motor.

[00262] Injetores enormes foram requeridos nas condições operacionais específicas do teste, e o motor foi operado a rpm alto devido ao tamanho de motor pequeno, mas mais trabalho permitiria modificação destes fatores, isto com uma redução consequente na quantidade relativa de fumigante (intensificador de ignição) injetado no ar de admissão do motor. O trabalho experimental realizado para suportar esta aplicação foi realizado a 2000 rpm e 1000 rpm, o último sendo a velocidade operável mais baixa do motor de Hatz usado para o programa.

EXEMPLO 2: COMBUSTÍVEL DE 70% DE METANOL:30% DE ÁGUA COM MÉTODO DE AQUECIMENTO DO AR DE ADMISSÃO E OPERAÇÃO DE FUMIGANTE [00263] Um combustível contendo 70% metanol e 30% de água é introduzido no motor de ignição de combustão esquematicamente representado na Figura 1.

[00264] Durante estágios diferentes da operação do motor (partida, estado estacionário em carga baixa, estado estacionário a 50%-100% de carga completa, ocioso, e assim sucessivamente), o motor pode ser operado em modos diferentes, e em combinações de modos.

[00265] Durante a operação a 0-50% de carga do motor, o ar de admissão é pré-aquecido para entre 150-200°C sem fu migante presente. A perda do fluxo de ar para o motor em temperatura elevada é compensada pelo motor que está em carga baixa.

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90/106 [00266] No caso de 50% para operação de carga completa, o préaquecimento do nível de ar de admissão pode ser reduzido, e além disso um fumigante compreendendo 95% de DME, 3% de metanol e 2% de água pode ser usado.

[00267] Fumigante é injetado no ar de admissão, em uma quantidade de 5% p. do admissão de combustível total. Este nível de fumigação pode ser diminuído quando a carga completa é aproximada.

[00268] Na partida, o ar de admissão pode ser pré-aquecido, e além disso uma % em peso maior de fumigante com respeito ao combustível principal é fumigada na entrada de ar. Um fumigante adequado para este estágio de operação é 20%-50% de um fumigante compreendendo 100% de DME.

[00269] Em estado inativo após o motor ser funcionado, a fumigação pode ser descontinuada.

[00270] O pré-aquecimento da entrada ar, com ajuda periódica de fumigação (sujeito ao rpm do motor e carga), permite a operação do motor superar a presença de água no nível de 30% na composição de combustível principal.

EXEMPLO 3: COMBUSTÍVEL DE 95% DE METANOL:5% DE ÁGUA, COM AQUECIMENTO E NENHUMA FUMIGAÇÃO [00271] Exemplo 2 é repetido mas com uma composição de combustível de 95% de metanol a 5% de água. Ar de admissão é préaquecido para entre 150°C e 200°C. Um tal arranjo p odem incluir um turbocarregador e cambiador de calor de escapamento / ar de admissão.

EXEMPLO 4: 26% DE METANOL: 74% DE ÁGUA COM

AQUECIMENTO E FUMIGAÇÃO [00272] Exemplo 3 é repetido mas com uma composição de combustível de 26% metanol, 74% de água. Esta composição de combustível pode ser adequada para o uso em aplicações marinhas

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91/106 para operar motores de CI de navio. Neste caso, a água do mar pode ser usada como o coletor de calor se preciso para obter o nível requerido de condensação do gás de escapamento. Para assegurar segurança em espaços fechados por meio da presença de uma fase de vapor não inflamável sob derramamento, o nível de água na composição de combustível é cerca de 74% em uma situação marinha, (ou mais), com 26% (ou menos) do combustível sendo metanol. Este conteúdo de água alto evita o risco de ignição que causa faíscas no espaço do motor.

[00273] O combustível é o Exemplo pode ser bombeado para dentro do tanque de armazenamento de combustível principal em uma composição pronta para o uso (isto é, com 74% de água na composição de metanol). Alternativamente, uma pré-mistura tendo um nível de água inferior (comparado à composição de uso do motor) pode ser bombeada para dentro do tanque de armazenamento, e o nível de água aumentado mediante diluição de água da pré-mistura final entre o armazenamento e carregamento para o motor. A fonte de água pode ser qualquer fonte de água, e pode ser, por exemplo, água reciclada, ou água dessalinizada. Esta opção tem vantagens com respeito ao peso da composição de combustível continuado no vaso.

[00274] A ignição deste combustível requer métodos de aquecimento como descritos acima. Vapor ou pulverização de DME fumigada na entrada de ar fornece meios suficientes para inflamar o combustível.

[00275] A quantidade de água no gás de escapamento pode ser calculada para ser entre cerca de 30-50%. Isto é com base na água original no combustível e água que vem de combustão do metanol, e DME, como também água no ar de admissão. Este resultado surpreendentemente alto surge do conteúdo de hidrogênio alto do metanol (contendo mais hidrogênio em uma base de volume que o hidrogênio líquido criogênico), combinado com o conteúdo alto de água no combustível, vapor de água na entrada de ar e produtos de

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92/106 combustão de água dos combustíveis (metanol e DME).

[00276] Com esta reação de combustão haverá um excesso de água gerado e a oportunidade existe para capturar uma porção desta para reciclo e mistura com um combustível de pré-mistura de conteúdo mais baixo de água armazenado no tanque de armazenamento. Em algumas modalidades, é vantajoso reduzir os custos de logística da cadeia de provisão associados com a presença de água no combustível transportando um combustível de base de conteúdo de metanol mais alto, e satisfazendo a qualidade alvo do motor em níveis de água superiores pela captura de água do escapamento do motor.

[00277] Uma permuta de calor e arranjo de câmara de pulverização usando água pura com aditivos opcionais para remoção das espécies selecionadas na fase final pode ser configurada para assegurar que poluição de não CO2 da combustão do metanol seja baixa. Além disso, uma limpeza final do gás de escapamento pode ser obtida pela adsorção, por exemplo, de metanol não queimado sobre as superfícies ativadas, para dessorção posterior e reciclagem para o motor dentro do processo usando técnicas conhecidas, ou para incorporar como parte do fumigante ou combustível principal.

[00278] Em termos de SOX, o gás de escapamento neste caso pode ter a análise seguinte:

SOX < 0,1 ppm.

[00279] Em geral, as emissões de outros poluentes tais como particulados de NOX serão muito inferiores comparadas a combustíveis de diesel com base em óleo.

[00280] Quaisquer quantidades pequenas de NOX e SOX formados na fase de combustão, e a absorção de CO2 na fase de água, podem resultar em acidificação fraca da água retornando para a mistura com o combustível. A mistura de água de retorno pode precisar de tratamento químico ou ajuste mecânico para compensar esta acidificação fraca.

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93/106 [00281] O gás de escapamento resultante de tal limpeza melhorou as emissões comparadas ao combustível de diesel em termos de combustível, hidrocarboneto, particulado, emissões de NOX e SOX, que é ambientalmente vantajoso.

[00282] Recuperação de CO2 [00283] O escapamento resultante do combustível de água alta não contém quase nenhuma impureza, tornando-o ideal para processamento subsequente. Em particular, o CO2 é convertido de volta para metanol para reduzir diretamente o gás de estufa CO2 ou CO2 de pureza alta pode ser usado para crescimento orgânico tal como algas para usos de finais múltiplos incluindo fabricação de metanol, utilizando fontes de energia que podem incluir fontes renováveis, tais como solar, e assim sucessivamente.

[00284] Separação ou purificação do nível de oxigênio no ar, nitrogênio pode ser reduzido ou eliminado do motor com a redução ou eliminação resultante do potencial de NOX da oxidação de nitrogênio. Reciclagem do CO2 de escapamento para o admissão de O2 no motor depois permitirá otimização do nível de oxigênio que entra no motor e a geração de um escapamento de vapor de água de CO2 grandemente puro. Este CO2 enriquecido é ideal para outro processamento com metanol ou as aplicações supracitadas se desejado.

EXEMPLO 5: COMBUSTÍVEL DE 90% DE METANOL:5% DE ÁGUA:15% DE DME, COM AQUECIMENTO E NENHUMA FUMIGAÇÃO [00285] Exemplo 2 é repetido, mas com DME acrescentado à composição de combustível de metanol-água de combustível principal. Ar de admissão é pré-aquecido para entre 50°C e 150 °C. Um tal arranjo pode incluir um turbocarregador e cambiador de calor de escapamento / ar de admissão. O grau de pré-aquecimento requerido pode ser baixo ou nulo na faixa de carga mais alta, com pré-aquecimento modesto

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94/106 requerido em carga inferior e velocidade de motor inferior.

EXEMPLO 6: COMPOSIÇÕES DE COMBUSTÍVEL PARA O USO COM OS MÉTODOS DE AQUECIMENTO, COM FUMIGANTES OPCIONAIS [00286] Na tabela a seguir, exemplos das composições de combustível de metanol/água são esboçados para a operação de motores de ignição de combustão com pré-aquecimento do ar de admissão. Estes composições de combustível de metanol/água podem ser operadas com pré-aquecimento de ar de admissão a um nível de pelo menos 50°C ou pelo menos 100°C ou pelo menos 1 50°C ou pelo menos 200°C ou pelo menos 250°C ou pelo menos 300°C ou mais alto (dependendo das condições prevalecentes). As composições de combustível podem adicionalmente (ou alternativamente ao préaquecimento de ar de admissão) ser usadas em combinação com um fumigante, e exemplos de fumigantes adequados para os combustíveis são apresentados na segunda parte da tabela. O combustível principal de cada linha numerada pode ser pareado com um fumigante adequado na mesma linha numerada, embora pares entre combustíveis e fumigantes vizinhos sejam possíveis. Com relação à identidade dos extensores de combustível, lubrificantes, melhoradores de ignição e outros aditivos, estes são selecionados dos exemplos fornecidos na descrição detalhada acima. A% de quantidade referida na tabela para estes aditivos refere-se à quantidade de um aditivo simples daquela descrição, ou o total dos aditivos daquela descrição quando uma combinação de mais que um tal aditivo daquela classe for usada. Exemplos específicos utilizam éster de açúcar ou de ácido graxo como extensor de combustível, éster de ácido graxo ou derivado de etanolamina como aditivo de lubricidade, éter como intensificador de ignição, e aditivos de cor do produto e cor da chama como o aditivo adicional.

[00287] Vários fumigantes são indicados nas tabelas, alguns

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95/106 diminuem em suas propriedades de ignição que aqueles classificados como componentes de ignição superiores. Os componentes listados não são exaustivos, outros componentes adequados listados em outro lugar neste documento e conhecidos àqueles versados na técnica podem ser também usados.

Base de Combustível Integral (% p.)	Classe de aditivos 1	Classe de Aditivos 2	Classe de Aditivos 3	Classe de Aditivos 4
Extensores de Combustível	Lubrificantes	Melhoradores de Ignição	Outro
	Água%	Metanol %	Aditivos %
COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
1.	0,2	91,15	8,65	0,15	1,5	5	2
2.	0,2	89,65	10,15	0,15	3	5	2
3.	0,2	87,65	12,15	0,15	5	5	2
4.	0,2	91,15	8,65	0,15	1,5	5	2
5.	0,2	89,65	10,15	0,15	3	5	2
6.	0,2	81,65	18,15	0,15	5	10	3
7.	0,2	85,15	14,65	0,15	1,5	10	3
8.	0,2	83,65	16,15	0,15	3	10	3
9.	0,2	81,65	18,15	0,15	5	10	3
10.	0,2	85,15	14,65	0,15	1,5	10	3
11.	1	82,85	16,15	0,15	3	10	3
12.	1	94,35	4,65	1,15	1,5	0	2
13.	1	90,85	8,15	2,15	3	0	3
14.	1	88,85	10,15	3,15	5	0	2
15.	1	90,35	8,65	4,15	1,5	0	3
16.	1	88,85	10,15	5,15	3	0	2
17.	1	79,85	19,15	6,15	5	5	3
18.	1	83,35	15,65	7,15	1,5	5	2
19.	1	79,85	19,15	8,15	3	5	3
20.	1	75,85	23,15	9,15	5	5	4
21.	5	73,35	21,65	10,15	1,5	5	5
22.	5	90,35	4,65	1,15	1,5	0	2
23.	5	87,85	7,15	2,15	3	0	2
24.	5	84,85	10,15	3,15	5	0	2
25.	5	82,35	12,65	4,15	1,5	5	2
26.	5	79,85	15,15	5,15	3	5	2

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Base de Combustível Integral (% p.)	Classe de aditivos 1	Classe de Aditivos 2	Classe de Aditivos 3	Classe de Aditivos 4
Extensores de Combustível	Lubrificantes	Melhoradores de Ignição	Outro
	Água%	Metanol %	Aditivos %
COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
27.	5	70,85	24,15	6,15	5	10	3
28.	5	73,35	21,65	7,15	1,5	10	3
29.	5	65,85	29,15	8,15	3	15	3
30.	5	62,85	32,15	9,15	5	15	3
31.	10	55,35	34,65	10,15	1,5	20	3
32.	10	82,85	7,15	1,15	3	0	3
33.	10	84,35	5,65	2,15	1,5	0	2
34.	10	80,85	9,15	3,15	3	0	3
35.	10	73,85	16,15	4,15	5	5	2
36.	10	75,35	14,65	5,15	1,5	5	3
37.	10	68,85	21,15	6,15	3	10	2
38.	10	64,85	25,15	7,15	5	10	3
39.	10	63,35	26,65	8,15	1,5	15	2
40.	10	59,85	30,15	9,15	3	15	3
41.	15	45,85	39,15	10,15	5	20	4
42.	15	77,35	7,65	1,15	1,5	0	5
43.	15	79,35	5,65	2,15	1,5	0	2
44.	15	76,85	8,15	3,15	3	0	2
45.	15	68,85	16,15	4,15	5	5	2
46.	15	71,35	13,65	5,15	1,5	5	2
47.	15	63,85	21,15	6,15	3	10	2
48.	15	59,85	25,15	7,15	5	10	3
49.	15	57,35	27,65	8,15	1,5	15	3
50.	15	54,85	30,15	9,15	3	15	3
51.	20	41,85	38,15	10,15	5	20	3
52.	20	74,35	5,65	1,15	1,5	0	3
53.	20	71,85	8,15	2,15	3	0	3
54.	20	73,35	6,65	3,15	1,5	0	2
55.	20	64,85	15,15	4,15	3	5	3
56.	20	62,85	17,15	5,15	5	5	2
57.	20	59,35	20,65	6,15	1,5	10	3
58.	20	57,85	22,15	7,15	3	10	2
59.	20	48,85	31,15	8,15	5	15	3

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 105/158

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Base de Combustível Integral (% p.)	Classe de aditivos 1	Classe de Aditivos 2	Classe de Aditivos 3	Classe de Aditivos 4
Extensores de Combustível	Lubrificantes	Melhoradores de Ignição	Outro
	Água%	Metanol %	Aditivos %
COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
60.	20	52,35	27,65	9,15	1,5	15	2
61.	25	38,85	36,15	10,15	3	20	3
62.	25	64,85	10,15	1,15	5	0	4
63.	25	66,35	8,65	2,15	1,5	0	5
64.	25	68,35	6,65	3,15	1,5	0	2
65.	25	60,85	14,15	4,15	3	5	2
66.	25	57,85	17,15	5,15	5	5	2
67.	25	55,35	19,65	6,15	1,5	10	2
68.	25	52,85	22,15	7,15	3	10	2
69.	25	43,85	31,15	8,15	5	15	3
70.	25	46,35	28,65	9,15	1,5	15	3
71.	30	33,85	36,15	10,15	3	20	3
72.	30	60,85	9,15	1,15	5	0	3
73.	30	63,35	6,65	2,15	1,5	0	3
74.	30	60,85	9,15	3,15	3	0	3
75.	30	57,35	12,65	4,15	1,5	5	2
76.	30	53,85	16,15	5,15	3	5	3
77.	30	46,85	23,15	6,15	5	10	2
78.	30	48,35	21,65	7,15	1,5	10	3
79.	30	41,85	28,15	8,15	3	15	2
80.	30	37,85	32,15	9,15	5	15	3
81.	40	26,35	33,65	10,15	1,5	20	2
82.	40	38,85	21,15	5,15	3	10	3
83.	40	29,85	30,15	6,15	5	15	4
84.	40	26,35	33,65	7,15	1,5	20	5
85.	50	27,85	22,15	5,15	5	10	2
86.	50	24,35	25,65	6,15	1,5	15	3
87.	50	17,85	32,15	7,15	3	20	2
88.	60	16,85	23,15	5,15	5	10	3
89.	60	18,35	21,65	6,15	1,5	10	4
90.	60	17,85	22,15	7,15	5	5	5
91.	10	55,35	34,65	10,15	1,5	20	3
92.	10	82,85	7,15	1,15	3	0	3

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 106/158

98/106

Base de Combustível Integral (% p.)	Classe de aditivos 1	Classe de Aditivos 2	Classe de Aditivos 3	Classe de Aditivos 4
Extensores de Combustível	Lubrificantes	Melhoradores de Ignição	Outro
	Água%	Metanol %	Aditivos %
COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
93.	10	84,35	5,65	2,15	1,5	0	2
94.	10	80,85	9,15	3,15	3	0	3
95.	10	73,85	16,15	4,15	5	5	2
96.	10	75,35	14,65	5,15	1,5	5	3
97.	10	68,85	21,15	6,15	3	10	2
98.	10	64,85	25,15	7,15	5	10	3
99.	10	63,35	26,65	8,15	1,5	15	2
100.	10	59,85	30,15	9,15	3	15	3
101.	15	45,85	39,15	10,15	5	20	4
102.	15	77,35	7,65	1,15	1,5	0	5
103.	15	79,35	5,65	2,15	1,5	0	2
104.	15	76,85	8,15	3,15	3	0	2
105.	15	68,85	16,15	4,15	5	5	2
106.	15	71,35	13,65	5,15	1,5	5	2
107.	15	63,85	21,15	6,15	3	10	2
108.	15	59,85	25,15	7,15	5	10	3
109.	15	57,35	27,65	8,15	1,5	15	3
110.	15	54,85	30,15	9,15	3	15	3
111.	20	41,85	38,15	10,15	5	20	3
112.	20	74,35	5,65	1,15	1,5	0	3
113.	20	71,85	8,15	2,15	3	0	3
114.	20	73,35	6,65	3,15	1,5	0	2
115.	20	64,85	15,15	4,15	3	5	3
116.	20	62,85	17,15	5,15	5	5	2
117.	20	59,35	20,65	6,15	1,5	10	3
118.	20	57,85	22,15	7,15	3	10	2
119.	20	48,85	31,15	8,15	5	15	3
120.	20	52,35	27,65	9,15	1,5	15	2
121.	25	38,85	36,15	10,15	3	20	3
122.	25	64,85	10,15	1,15	5	0	4
123.	25	66,35	8,65	2,15	1,5	0	5
124.	25	68,35	6,65	3,15	1,5	0	2
125.	25	60,85	14,15	4,15	3	5	2

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 107/158

99/106

Base de Combustível Integral (% p.)	Classe de aditivos 1	Classe de Aditivos 2	Classe de Aditivos 3	Classe de Aditivos 4
Extensores de Combustível	Lubrificantes	Melhoradores de Ignição	Outro
	Água%	Metanol %	Aditivos %
COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
126.	25	57,85	17,15	5,15	5	5	2
127.	25	55,35	19,65	6,15	1,5	10	2
128.	25	52,85	22,15	7,15	3	10	2
129.	25	43,85	31,15	8,15	5	15	3
130.	25	46,35	28,65	9,15	1,5	15	3
131.	30	33,85	36,15	10,15	3	20	3
132.	30	60,85	9,15	1,15	5	0	3
133.	30	63,35	6,65	2,15	1,5	0	3
134.	30	60,85	9,15	3,15	3	0	3
135.	30	57,35	12,65	4,15	1,5	5	2
136.	30	53,85	16,15	5,15	3	5	3
137.	30	46,85	23,15	6,15	5	10	2
138.	30	48,35	21,65	7,15	1,5	10	3
139.	30	41,85	28,15	8,15	3	15	2
140.	30	37,85	32,15	9,15	5	15	3
141.	40	23,85	36,15	10,15	3	20	3
142.	40	50,85	9,15	1,15	5	0	3
143.	40	53,35	6,65	2,15	1,5	0	3
144.	40	50,85	9,15	3,15	3	0	3
145.	40	47,35	12,65	4,15	1,5	5	2
146.	40	43,85	16,15	5,15	3	5	3
147.	40	36,85	23,15	6,15	5	10	2
148.	40	38,35	21,65	7,15	1,5	10	3
149.	40	31,85	28,15	8,15	3	15	2
150.	40	27,85	32,15	9,15	5	15	3
151.	50	13,85	36,15	10,15	3	20	3
152.	50	40,85	9,15	1,15	5	0	3
153.	50	43,35	6,65	2,15	1,5	0	3
154.	50	40,85	9,15	3,15	3	0	3
155.	50	37,35	12,65	4,15	1,5	5	2
156.	50	33,85	16,15	5,15	3	5	3
157.	50	26,85	23,15	6,15	5	10	2
158.	50	28,35	21,65	7,15	1,5	10	3

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 108/158

100/106

Base de Combustível Integral (% p.)	Classe de aditivos 1	Classe de Aditivos 2	Classe de Aditivos 3	Classe de Aditivos 4
Extensores de Combustível	Lubrificantes	Melhoradores de Ignição	Outro
	Água%	Metanol %	Aditivos %
COMBUSTÍVEL PRINCIPAL
159.	50	21,85	28,15	8,15	3	15	2
160.	50	17,85	32,15	9,15	5	15	3
161.	60	15,85	24,15	10,15	3	8	3
162.	60	30,85	9,15	1,15	5	0	3
163.	60	33,35	6,65	2,15	1,5	0	3
164.	60	30,85	9,15	3,15	3	0	3
165.	60	27,35	12,65	4,15	1,5	5	2
166.	60	23,85	16,15	5,15	3	5	3
167.	60	16,85	23,15	6,15	5	10	2
168.	60	18,35	21,65	7,15	1,5	10	3
169.	60	16,85	23,15	8,15	3	10	2
170.	60	17,85	22,15	9,15	5	5	3
171.	70	18	12	1	3	5	3
172.	70	20,85	9,15	1,15	5	0	3
173.	70	23,35	6,65	2,15	1,5	0	3
174.	70	20,85	9,15	3,15	3	0	3
175.	70	18,35	11,65	4,15	1,5	4	2
176.	70	17,85	12,15	5,15	3	5	3
177.	70	18	12	6,15	5	10	2
178.	70	19	11	7,15	1,5	10	3
179.	70	18	12	8,15	3	15	2
180.	70	18	12	1	5	3	3

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 109/158

101/106

		Ignição mais baixa	Ignição mais baixa	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Água	Método de Aquecimento
		Metanol	LPG Butano	DME	DEE	DIPE	Água
	Fumigant e como uma % de Combustí vel Principal	% em Fumiga nte	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e		Comentár io

1.	0	0	0	0	0	0	0	sim
2.	0	0	0	0	0	0	0	sim
3.	0	0	0	0	0	0	0	sim	1)
4.	0	0	0	0	0	0	0	sim
5.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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7.	0	0	0	0	0	0	0	sim
8.	0	0	0	0	0	0	0	sim	2)
9.	0	0	0	0	0	0	0	sim
10.	0	0	0	0	0	0	0	sim
11.	0	0	0	0	0	0	0	sim
12.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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15.	0	0	0	0	0	0	0	sim
16.	0	0	0	0	0	0	0	sim
17.	0	0	0	0	0	0	0	sim
18.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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20.	0	0	0	0	0	0	0	sim
21.	0	0	0	0	0	0	0	sim
22.	0	0	0	0	0	0	0	sim
23.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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25.	0	0	0	0	0	0	0	sim
26.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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28.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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30.	0	0	0	0	0	0	0	sim
31.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 110/158

102/106

		Ignição mais baixa	Ignição mais baixa	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Água	Método de Aquecimento
		Metanol	LPG Butano	DME	DEE	DIPE	Água
	Fumigant e como uma % de Combustí vel Principal	% em Fumiga nte	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e		Comentár io

33.	0	0	0	0	0	0	0	sim
34.	0	0	0	0	0	0	0	sim
35.	0	0	0	0	0	0	0	sim
36.	0	0	0	0	0	0	0	sim
37.	0	0	0	0	0	0	0	sim
38.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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41.	0	0	0	0	0	0	0	sim
42.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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44.	0	0	0	0	0	0	0	sim
45.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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47.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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49.	0	0	0	0	0	0	0	sim
50.	0	0	0	0	0	0	0	sim
51.	0	0	0	0	0	0	0	sim
52.	0	0	0	0	0	0	0	sim
53.	0	0	0	0	0	0	0	sim
54.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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60.	0	0	0	0	0	0	0	sim
61.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 111/158

103/106

		Ignição mais baixa	Ignição mais baixa	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Água	Método de Aquecimento
		Metanol	LPG Butano	DME	DEE	DIPE	Água
	Fumigant e como uma % de Combustí vel Principal	% em Fumiga nte	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e		Comentár io

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66.	0	0	0	0	0	0	0	sim
67.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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70.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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80.	0	0	0	0	0	0	0	sim
81.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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85.	0	0	0	0	0	0	0	sim
86.	0	0	0	0	0	0	0	sim
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90.	0	0	0	0	0	0	0	sim
91.	1	0		100			0	sim
92.	1	4		95			1	sim
93.	1	13		85			2	sim
94.	1	17		80			3	sim
95.	1	21		75			4	sim
96.	1	25		70			5	sim

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 112/158

104/106

		Ignição mais baixa	Ignição mais baixa	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Água	Método de Aquecimento
		Metanol	LPG Butano	DME	DEE	DIPE	Água
	Fumigant e como uma % de Combustí vel Principal	% em Fumiga nte	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e		Comentár io

97.	2	29		65			6	sim
98.	2	33		60			7	sim
99.	1	2			90		8	sim
100.	1	1			90		9	sim
101.	1	0		100			0	sim
102.	1	4		95			1	sim
103.	2	13		85			2	sim
104.	2	17		80			3	sim
105.	2	21		75			4	sim
106.	2	25		70			5	sim
107.	2	29		65			6	sim
108.	2	33		60			7	sim
109.	1	2			90		8	sim
110.	1	1			90		9	sim
111.	2	0		100			0	sim
112.	2	4		95			1	sim
113.	2	13		85			2	sim
114.	2	17				80	3	sim
115.	2	21		75			4	sim
116.	2	25		70			5	sim
117.	3	29		65			6	sim
118.	3	33		60			7	sim
119.	2	2			90		8	sim
120.	2	1			90		9	sim
121.	2	0		100			0	sim
122.	2	4		95			1	sim
123.	2	13		85			2	sim
124.	3	17		80			3	sim
125.	3	21		75			4	sim
126.	3	25		70			5	sim
127.	3	29		65			6	sim
128.	3	33		60			7	sim

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 113/158

105/106

		Ignição mais baixa	Ignição mais baixa	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Água	Método de Aquecimento
		Metanol	LPG Butano	DME	DEE	DIPE	Água
	Fumigant e como uma % de Combustí vel Principal	% em Fumiga nte	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e		Comentár io

129.	2	2			90		8	sim
130.	2	1			90		9	sim
131.	3	0		100			0	sim
132.	3	4		95			1	sim
133.	3	13		85			2	sim
134.	3	17		80			3	sim
135.	4	21		75			4	sim
136.	4	25	20	50			5	sim
137.	4	29		65			6	sim
138.	4	33		60			7	sim
139.	3	2			90		8	sim
140.	3	1			90		9	sim
141.	4	0		100			0	sim
142.	4	4		95			1	sim
143.	4	13		85			2	sim
144.	5	17		80			3	sim
145.	5	21		75			4	sim
146.	5	25		70			5	sim
147.	6	29		65			6	sim
148.	6	33		60			7	sim
149.	4	2			90		8	sim
150.	4	1			90		9	sim
151.	5	0		100			0	sim
152.	5	4		95			1	sim
153.	5	13		85			2	sim
154.	6	17		80			3	sim
155.	6	21		75			4	sim
156.	7	25		70			5	sim
157.	7	29		65			6	sim
158.	8	33		60			7	sim
159.	5	2			90		8	sim
160.	5	1			90		9	sim

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 114/158

106/106

		Ignição mais baixa	Ignição mais baixa	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Ignição mais alta	Água	Método de Aquecimento
		Metanol	LPG Butano	DME	DEE	DIPE	Água
	Fumigant e como uma % de Combustí vel Principal	% em Fumiga nte	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e	% em Fumigant e		Comentár io

161.	6	0		100			0	sim
162.	7	4		95			1	sim
163.	7	13		85			2	sim
164.	8	17		80			3	sim
165.	8	21		75			4	sim
166.	9	25		70			5	sim
167.	10	29		65			6	sim
168.	11	33		60			7	sim
169.	7	2			90		8	sim
170.	7	1			90		9	sim
171.	9	0		100			0	sim
172.	9	4		95			1	sim
173.	11	13		85			2	sim
174.	11	17		80			3	sim
175.	12	21		75			4	sim
176.	13	25		70			5	sim
177.	14	29		65			6	sim
178.	15	33		60			7	sim
179.	10	2			90		8	sim
180.	10	1			90		9	sim

^Δ% em peso; adicional para 100% de combinação de água/metanol em peso de admissão de combustível total

Claims

1. Composição de combustível principal de motor a diesel, caracterizada pelo fato de que compreende metanol e de 3% a 40% em peso de água, e um ou mais aditivos selecionados do grupo que consiste em: melhoradores de ignição, extensores de combustível, intensificadores de combustão, óleo absorvedor de oxigênio, aditivos de lubricidade, aditivos de coloração do produto, corantes de chama, aditivos anticorrosão, biocidas, depressores do ponto de congelamento, redutores de depósito, desnaturantes, agentes de controle de pH, e misturas dos mesmos, em que a composição do combustível compreende não mais que 20% em peso de dimetil éter.

2. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o combustível compreende de 5% a 40% em peso de água.

3. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende metanol, entre 12% e 23% em peso de água, e não mais que 20% em peso de aditivos.

4. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende metanol, entre 20% e 22% em peso de água, e não mais que 20% em peso de aditivos.

5. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende entre 20% e 22% em peso de água, 4-6% em peso de dimetil éter e metanol.

6. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos 20% em peso de metanol.

7. Composição de combustível principal de motor a diesel de

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 116/158

2/5 acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a composição do combustível principal a diesel é uma composição monofásica.

8. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o total de água e metanol é de pelo menos 80% em peso da composição de combustível.

9. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o metanol na composição de combustível diesel é um metanol bruto.

10. Composição de combustível principal de motor a diesel de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que os aditivos compreendem:

- um aditivo de coloração do produto a até 1% em peso, e

- um aditivo de cor de fogo, a até 1% em peso do combustível.

11. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão usando uma composição de combustível principal conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que inclui:

pré-aquecer uma corrente de ar de aporte, introduzir o ar préaquecido em uma câmara de combustão do motor e comprimir o ar préaquecido; e introduzir o combustível na câmara de combustão e inflamar a mistura de combustível/ar para acionar o motor.

12. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui pré-aquecer o ar de aporte a pelo menos a 50°C.

13. Processo para dar partida a um motor de ignição por

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 117/158

3/5 compressão de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui pré-aquecer o ar de aporte a 150^oC-300°C.

14. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo a reivindicação 11, 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que inclui passar o material de escapamento do motor através do trocador de calor para pré-aquecer a corrente de ar de aporte de entrada do motor.

15. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que inclui refrigerar o material de escapamento através do trocador de calor, coletar a água do material de escapamento refrigerado e reciclar pelo menos uma porção de volta para o combustível.

16. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que inclui condensar o material de escapamento, coletar a água do material de escapamento condensado e reciclar pelo menos uma porção de volta para o combustível.

17. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 16, caracterizado pelo fato de que inclui fumigar o ar de aporte com um fumigador contendo um potenciador de ignição.

18. Processo para dar partida a um motor de ignição por compressão de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 17, caracterizado pelo fato de que o combustível possui a composição do combustível do motor a diesel conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.

19. Sistema de geração de energia, caracterizado pelo fato de que compreende:

alimentar um motor de ignição por compressão utilizando uma composição de combustível principal conforme definida em

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 118/158

4/5 qualquer uma das reivindicações 1 a 10 para fornecer energia;

pré-aquecer uma corrente de ar de entrada do motor de ignição por compressão, e/ou fumigar a corrente de ar de entrada com um potenciador de ignição;

tratar o gás de exaustão do motor para recuperar calor de exaustão e/ou água do motor, e redirecionar o calor e/ou água pra uso posterior.

20. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende reciclar o calor de exaustão e/ou retornar a água para o motor.

21. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende trocar o calor do gás de exaustão através de um trocador de calor para água num ciclo de água quente, e transferir calor da água através do ciclo de água quente para o ambiente.

22. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o sistema está adaptado para alimentar um veículo ferroviário, compreendendo tratar gás de exaustão para remover partículas do gás de exaustão e recuperar calor e água para reciclar de volta ao motor e/ou para usar no veículo ferroviário.

23. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o sistema de geração de energia está adaptado para alimentar um veículo marinho, compreendendo tratar gás de exaustão num dessalinizador para recuperar calor e água para reciclar de volta ao motor e/ou redirecionar para uso no veículo marinho.

24. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende misturar gás de exaustão do motor com água em um misturador para arrefecer

Petição 870190008339, de 25/01/2019, pág. 119/158

5/5 o gás de exaustão e recuperar água da condensação do gás de exaustão.

25. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende bombear água do misturador para um trocador de calor gás/líquido para ainda arrefecer a água.

26. Sistema de geração de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 25, caracterizado pelo fato de que o combustível possui a composição do combustível principal do motor a diesel como definido em uma das reivindicações 1 a 10.

27. Sistema de geração de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 26, caracterizado pelo fato de que compreende processar num pré-processador uma composição précombustível compreendendo metanol e éter, e opcionalmente água, em que o pré-processador separa o éter do metanol, e utiliza o éter como potenciador de ignição no fumigamento da corrente de entrada.

28. Sistema de geração de energia de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a composição précombustível compreende 7-10% de éter.

29. Sistema de geração de energia de acordo com qualquer uma das reivindicações 19 a 28, caracterizado pelo fato de que inclui pré-aquecer o ar de aporte a 150^oC-300^oC.