CN101538491A - 新能源车用醇醚汽油 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液体燃料，尤其是烃类及醇醚混合物的液体含碳燃料。一种新能源车用醇醚汽油，包括按重量百分比计为25％～85％的汽油组分和15％－75％的以醇醚类为主的其他化学原料；所述以醇醚类为主的其他化学原料的成分及占所述新能源车用醇醚汽油的重量百分比为：工业甲醇：10％～60％、正己烷：0％～3％、异丙基氯：0％～1％、三氯乙烯：0％～1％、表氯醇：0％～3％、溴乙醇：0％～2％、二异丁醚：0％～2％、乙二醇单丁醚：0％～1％、月桂酸：0％～2％、氯乙酸甲酯：0％～4％、硝酸异丙脂：0％～4％、磷酸三甲酯：0％～3％、硝基甲烷：0％～1％、硝基乙烷：0％～1％、硝基胍：0％～3％、环戊二烯：0％～4％、正丁胺：0％～1％。

Description

新能源车用醇醚汽油

技术领域

本发明涉及一种液体燃料，尤其是烃类及醇醚混合物的液体含氧含碳燃料。

背景技术

作为车用燃料，醇醚燃料在国内外已有30多年的发展历史，其环保性、经济性、可持续发展性已得到了能源、化工和汽车行业的广泛认同。可用资源丰富而闲置少用的高硫煤，依靠传统成熟的化工方法制造醇、醚、氢等性能优良、清洁、而且成本十分低廉的汽车燃料来代替石油。

申请号为200610127695.5的中国专利公开了一种醇醚汽油及其配制方法。该醇醚汽油由甲醇、成品汽油、石脑油、异丁醇、石油苯、石油醚、和添加剂组成，其中添加剂按重量由过氧化锌、碳酸二甲酯、还原黄GCN、2，6-二叔丁基对甲酚和硝酸异辛酯按比例混合而成。

申请号为200710070597.7的中国专利公开了一种车用环保、低排放、煤基醇醚汽油及其制备方法。这种汽油成分为重量百分比为15-50％的煤基甲醇，重量百分比为1.5-10％的乳化剂、1.5-10％的添加改性剂和重量百分比为45-80％的汽油。

上述发明在醇醚类为主的其他化学原料的添加量上不高，还是需要消耗较多的汽油。

发明内容

本发明的目的在于提供一种醇醚组分含量高，碳排放少，不需要改变现有汽车发动机，综合性能较高的新能源车用汽油。

本发明是这样实现的：一种新能源车用醇醚汽油，包括按重量百分比计为25％～85％的汽油组分和15％-75％的以醇醚类为主的其他化学原料；

所述以醇醚类为主的其他化学原料的成分及占所述新能源车用醇醚汽油的重量百分比为：

工业甲醇：10％～60％

正己烷：0％～3％          异丙基氯：0％～1％

三氯乙烯：0％～1％        表氯醇：0％～3％

溴乙醇：0％～2％          二异丁醚：0％～2％

乙二醇单丁醚：0％～1％    月桂酸：0％～2％

氯乙酸甲酯：0％～4％      硝酸异丙脂：0％～4％

磷酸三甲酯：0％～3％      硝基甲烷：0％～1％

硝基乙烷：0％～1％        硝基胍：0％～3％

环戊二烯：0％～4％        正丁胺：0％～1％。

所述汽油组分为90#汽油。

醇醚汽油作为内燃机的代用燃料，应具备以下三个条件：

一理论混合气热值不低于或接近汽油的理论混合气热值；

二必须在发动机运转的一定时间内燃料达到气化或雾化，以便能与空气迅速形成可燃气态混合物，及时参与燃烧；

三必须在一定温度和压力及一定时间内燃烧基本完毕，不可拖时过长，就是在活塞处于上止点附近时放出全部热量。

本发明新能源车用醇醚汽油中的主要溶剂选择醇醚类，是因为其沸点、密度、粘度、表面张力和挥发性有着接近传统汽油的特性，而且醇醚类的辛烷值比传统汽油高，含氧量比传统汽油多，说明醇醚类与传统汽油组分混合作为代用燃料是理想的选择。

醇醚汽油一般由醇醚类组分和汽油组分复合配制而成，醇醚类成分组成的不同，决定了醇醚汽油性能的优劣，因此，醇醚类成分的组成是甲醇汽油的核心技术。

本发明在醇醚类组分的原料选择上主要是由以下几大类的化学工业原料组成，其中包括：烃类溶剂、醇类溶剂、卤代烃类、酚类溶剂、醚和缩醛类溶剂、酮类溶剂、酸和酸酐类溶剂、脂类溶剂、多管能团溶剂等。

本发明新能源车用醇醚汽油所使用的各种石油化工原料和化学工业原料通过优化组合，复合配制，基本可以解决传统含醇汽油世界公认的四项技术难题：

一、材料兼容性问题，一般3％以上混合的含醇汽油会使汽油机系统中的许多非金属件如橡胶等产生溶涨；

二、能量问题，由于甲(乙)醇类的热值低，只有汽油的45％，一般醇类在传统汽油发动机上使用会使动力下降，15％以上混合醇类汽油需要改变原先发动机的零部件和调节空气燃料比例；

三、冷启动问题，含醇汽油在冬季寒冷气候下难以气化，发动机难以顺利启动。

四、传统含醇类汽油的油耗问题，及夏季高温季节的气阻等问题。

本发明新能源车用醇醚汽油解决以上技术问题的原理如下：

一、本发明新能源车用醇醚汽油为含氧燃料，在燃烧过程中有自供氧效应。这就使内燃机中的燃烧较为均匀，使局部富氧和局部缺氧的几率减少，燃烧趋于完善，使CO和HC的生成量减少，排放量降低，从而使燃烧效率和热效率较高，能耗率下降。

二、本发明新能源车用醇醚汽油比烃类的燃烧速度和火焰传播速度快。所以，燃烧的定容性较好，燃烧持续期短，过后燃烧程度小。这就使其放热规律有利于热效率的提高。

三、本发明新能源车用醇醚汽油比烃类的气化热大两倍，甚至更高。它在进入进气管、进气道或者进入气缸后，能吸收沿途管道壁面和燃烧室周围高温零件壁面的热量而使自己蒸发。这就等于利用了部分废热、余热，使自己的能量升高，同时降低了气缸、燃烧室和气缸盖的温度，从而减少了外传热量，提高了热效率。

四、本发明新能源车用醇醚汽油着火燃烧浓度界限比传统汽油的相应范围宽得多，所以比传统汽油更容易稀燃。稀燃是一种节能燃烧和完善燃烧的形式，有利于提高热效率，而且，压缩比愈高，负荷愈大，愈容易稀燃。

五、本发明新能源车用醇醚汽油含碳量远小于传统汽油的含碳量，传统汽油的含碳量高，且燃烧不完全，会以碳粒和CO形式排出发动机外。这既是一种污染，也是一种能量损失。本发明大大减少了碳粒和CO的排出，将它们在燃烧室内充分燃烧后，排出终产物CO₂。清洁醇醚汽油燃烧后，燃烧完善度提高，从而也就提高了热效率和经济性。

六、本发明新能源车用醇醚汽油含氧燃烧，理论混合气热值和汽油相应值接近。这就是说，只要在汽油机中增加一定的醇醚量，原机的功率和扭矩可以达到而爆震和空燃比限制了汽油机的最大功率。醇醚类恰恰含碳量少于烃油，碳氢质量比只有烃油的50％～60％。醇醚类的辛烷值远高于传统汽油，而使爆震极限功率向高功率一方推移，提高汽油发动机的压缩比，增强发动机热效率。

七、采用最佳点火提前角和最佳喷油提前角，在汽油机使用清洁醇醚汽油后，如果相应地提高了压缩比，则其最佳点火提前角比使用传统汽油时的相应值要小。原因之一是提高压缩比后，在压缩过程后期气缸内的压力和温度都比原使用传统汽油时要高；原因之二其火焰传播速度和燃烧速度都加快，所以可以减小点火提前角，改善发动机性能，尤其是在部分负荷或冷态下工作的情况。与柴油机、汽油机一样，清洁醇醚汽油的点火提前角既不能太大也不能太小，存在一个最佳值。这个最佳值一般以能获得最低油耗为准而选取，也就是以获得最高热效率为准而选取。对不同车速来说，点火提前角过大和过小，发动机的油耗率都增加；但是随着车速的增加，即随发动机的转速和负荷的增加，最佳点火提前角也增加。

八、本发明新能源车用醇醚汽油基本解决了互溶性与分层问题。醇醚类物质含羟基，具有较强的极性，可与水无限互溶而较难溶于烃类燃料。通常，醇醚类含量低于15％或高于85％时，汽油可以不借助于助溶剂与其实现互溶，但在很大比例范围内二者不能互溶，必须优化其内部存在的化学工业溶剂的成分。

醇醚类化学工业溶剂的选择需要遵循两个原则：

1、溶剂在醇醚类和汽油中的溶解性都应较好；

2、溶剂分子应同时具有亲油基团和亲水基团。

这样有利于醇醚类和汽油的良好的溶解。同时，溶剂的温度越高，甲醇与汽油的互溶性越好。水分也极易引起体系分层，在储存和使用含醇汽油时会自动从空气中吸收水分，水分含量达到一定程度时便出现油水分层现象。在推广使用时，为解决互溶性问题及分层现象，一方面可使用高级醇等溶剂；另一方面对所生产的清洁醇醚汽油应严格限制其水分含量，并改造现有的储运设施，达到严格防水的目的。

九、基本解决了对发动机材料的腐蚀性。

所有汽油对发动机燃料系统的金属均具有一定的腐蚀性。

一方面，物质具有较高的电导率和含氧量，对金属有着电化学腐蚀能力，研究表明，含醇汽油对许多金属都有腐蚀作用，特别是对铜和铝的腐蚀作用更强。通过加入金属腐蚀抑制剂，使金属腐蚀钝化的办法得到有效控制。

另一方面，物质由于燃烧不完全而产生的酸性物质对金属也具有腐蚀作用，由于目前电喷发动机的空燃比控制在14.7至15.1之间，本发明“清洁醇醚汽油”中的醇醚类的含量超过50％，可以说：清洁醇醚汽油的燃烧是比较完全的。

同时，本发明通过加入酯类等原料来改善物质蒸发潜热大而引起的汽化不良，不会造成清洁醇醚汽油在汽缸内壁生成液膜，不会使燃料油渗入到机油中，冲刷了活塞与汽缸内壁之间的润滑油膜。

物质对燃料系统的橡胶材料也有腐蚀作用，可引起橡胶溶胀，硬化和龟裂。据研究，均聚醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟硅橡胶和氯丁橡胶对醇醚汽油具有较好的适应性，对于一些易发生溶涨的橡胶材料，本发明通过添加抗溶胀的添加剂，一方面在橡胶表面形成保护膜，另一方面，使醇醚汽油和橡胶之间的溶解参数之间拉大，可以减少醇醚汽油对橡胶的溶胀。

此外，塑料部件的腐蚀和破坏也不容忽视。本发明通过添加表面活性剂，在塑料表面形成保护膜，减少这种腐蚀。改善了较强的极性，降低了塑料中的添加剂(如增塑剂、防老剂等)的溶解作用。

十、本发明新能源车用醇醚汽油解决了低温启动性差，高温时易发生气阻。

发动机冷启动时(特别是冬季)转速低，空气流速慢，加上外界气温低，因而燃料蒸发困难。本发明改善了醇醚类的蒸发潜热，蒸发时所吸收的热量适中，使发动机喉管处的温度均匀，进一步改善了进气蒸发条件。虽然醇醚类的饱和蒸汽压比汽油低1/2左右，但本发明可以使车辆在冷启动时有更多的醇醚类能够完全蒸发，促使蒸发形成的可燃混合气的浓度达到着火浓度下限，使混合气能够着火燃烧，发动机容易启动。因此使用清洁醇醚汽油的发动机与使用传统汽油的发动机在冷起动时的状态相同。

另一方面，本发明“清洁醇醚汽油”本身的蒸汽压、沸点、初馏点都适中，不容易与汽油中的轻质烃类形成低沸点的共沸物，在夏季气温较高时，醇醚汽油的饱和蒸汽压也非常适中，所以在汽车发动机内部会较少形成气相，不易发生气阻现象。一方面要控制清洁醇醚汽油的饱和蒸汽压的指标数值；另一方面，通过优化和选择清洁醇醚汽油中化学溶剂的类型，以减少共沸物的产生，控制合理的馏程，可以有效的减少气阻现象的发生。

十一、本发明新能源车用醇醚汽油改善了醇醚汽油的蒸发性、表面张力、提高辛烷值，从而防止爆震、早燃、减少对金属的活性、分解胶质等。最大限度提高燃烧膨胀做功率，同时具有清洁功能，即在燃烧进行的同时，能够清除高比例醇醚汽油燃烧时产生的粘性物质以及积碳，尤其是汽油火花塞上积碳的清除，这样可以保证燃烧的正常进行。

十二、本发明新能源车用醇醚汽油改善热量传递性能。我们知道，热量传递的基本方式有传导、对流和辐射，在清洁醇醚汽油喷出雾化蒸发过程中，改善热传导和对流，因为传导热量是从物体高温部分向低温部分传递。常用的是一些低分子量，高异构化的醇醚类。还有一类对水具有分散作用，把存在于油道与油箱中的积水均匀分散于汽油中。根据加入的分散剂的多少而适量的将水分散，严格控制水的量。这些水在汽油的诱导期，能起很重要的作用。因为在低温下，水的热导率明显较其他物质高，能够使热量尽快地在燃料分子间传递。其他化学工业原料的利用也同样基于改善热传递的考虑。

十三、本发明新能源车用醇醚汽油降低雾滴的表面张力。甲醇汽油雾化过程中，雾滴的直径越小越好，因为喷入油在总重量相同的条件下，总的油滴蒸发面积越大蒸发速度就越快。

在清洁醇醚汽油各组成分中芳烃类化合物的表面张力最大，烷烃类化合物表面张力最小。改善汽油的表面张力，使喷雾中的油滴内芳烃和烷烃的表面张力尽量相同，使其燃烧同步。

本发明具有以下有益效果：

一、本发明新能源车用醇醚汽油配方中醇醚组分所占的比例较高，能降低汽油的消耗量，节约传统汽油50％以上；尾气中排放的CO和碳氢化合物较低，排放的尾气对空气的污染大为减少，对改善城市环境大有好处。

二、本发明新能源车用醇醚汽油无须改动汽车的发动机，及无须改变加油站内部机械上的任何零部件。

三、本发明新能源车用醇醚汽油的生产方法简便，适合汽油内燃机使用；

四、本发明新能源车用醇醚汽油可与各标号的传统车用汽油任意混合、互换使用，使用过程中起动快、动力好、冲劲足、不积碳、不冒烟，车况得到了改善。

五、本发明新能源车用醇醚汽油汽化潜热适中，可提高发动机容积利用率，增大功率，降低压缩过程能耗。

六、本发明新能源车用醇醚汽油火焰燃烧快，温度低，燃烧充分，改进了循环效率，降低热量损失，均匀的油耗使得行驶的里程与传统汽油基本持平。

七、本发明新能源车用醇醚汽油抗暴性能好，辛烷值和抗暴指数(RON+MON)均超过了100；增加了发动机的压缩比，从而提高了热效率和动力性。

八、本发明新能源车用醇醚汽油在任何温下的饱和蒸气压指标优良，达到混合气的可燃极限，使混合燃烧气在各缸的分布均匀，功率上升，实现低温(-15～-20度)下起动；当大气温度较高时，在发动机的燃油系统中不易产生气阻现象。

十、本发明新能源车用醇醚汽油能较好的解决车辆内部塑料、橡胶、金属等零部件腐蚀方面的问题。

十一、本发明新能源车用醇醚汽油可以有效的保护发动机，延长发动机的使用寿命，增加车辆的动力，降低油耗；互溶性能增强，在不分层的情况下全面的快速互溶，并且无须理化时间，可以达到加入后即溶即用。

十二、本发明新能源车用醇醚汽油空气允许浓度、引火温度和自燃温度都比传统汽油高，在火灾可能性等安全方面大大优于汽油。

十三、本发明新能源车用醇醚汽油实际胶质要比传统汽油低20％～5％。能较彻底清除汽缸内部的积炭，增强点火能力。

十四、本发明新能源车用醇醚汽油产品可以长期存放不分层，保质期能够达到8个月以上。

十五、本发明新能源车用醇醚汽油能清除进气门和排气门的炭颗粒，增加了密封度，同时能增大活塞顶部的压力，消除积炭，相对的增加了汽缸的容积。

十六、本发明新能源车用醇醚汽油成品易溶于水，在水或土壤中会很快的稀释，随后便发生生物降解，不会造成环境污染。

具体实施方式

实施例(一)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：85％

醇醚类：工业甲醇：13％、正己烷：0.2％、异丙基氯：0.1％、三氯乙烯：0.1％、表氯醇：0.2％、溴乙醇：0.2％、二异丁醚：0.2％、氯乙酸甲酯：0.2％、硝酸异丙脂：0.2％、磷酸三甲酯：0.2％、硝基甲烷：0.1％、环戊二烯：0.2％、正丁胺：0.1％。

实施例(二)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：70％

醇醚类：工业甲醇：26％、正己烷：0.3％、异丙基氯：0.5％、三氯乙烯：0.1％、表氯醇：0.5％、乙二醇单丁醚：0.2％、月桂酸：0.5％、氯乙酸甲酯：0.9％、硝酸异丙脂：0.5％、硝基乙烷：0.2％、硝基胍：0.3％。

实施例(三)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：60％

醇醚类：工业甲醇：35％、溴乙醇：0.5％、二异丁醚：0.5％、乙二醇单丁醚：0.5％、月桂酸：0.5％、磷酸三甲酯：1％、硝基甲烷：0.1％、硝基乙烷：0.1％、硝基胍：0.7％、环戊二烯：1％、正丁胺：0.1％。

实施例(四)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：55％

醇醚类：工业甲醇：40％、三氯乙烯：0.7％、表氯醇：0.6％、溴乙醇：0.5％、二异丁醚：0.5％、乙二醇单丁醚：0.3％、月桂酸：0.4％、氯乙酸甲酯：0.5％、硝酸异丙脂：0.5％、硝基乙烷：0.5％、硝基胍：0.5％。

实施例(五)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：50％

醇醚类：工业甲醇：44％、正己烷：1％、异丙基氯：0.5％、乙二醇单丁醚：0.5％、月桂酸：1％、氯乙酸甲酯：1％、硝酸异丙脂：0.5％、磷酸三甲酯：0.5％、硝基甲烷：0.2％、环戊二烯：0.6％、正丁胺：0.2％。

实施例(六)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：40％

醇醚类：工业甲醇：52％、溴乙醇：1％、二异丁醚：1％、乙二醇单丁醚：0.5％、月桂酸：0.5％、氯乙酸甲酯：1.5％、硝酸异丙脂：1.5％、磷酸三甲酯：1％、硝基甲烷：0.2％、硝基乙烷：0.2％、硝基胍：0.6％。

实施例(七)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：30％

醇醚类：工业甲醇：60％、正己烷：1％、异丙基氯：0.5％、三氯乙烯：0.5％、表氯醇：1％、溴乙醇：1％、二异丁醚：1％、氯乙酸甲酯：2％、硝酸异丙脂：2％、硝基乙烷：0.5％、正丁胺：0.5％。

实施例(八)

成分按重量百分比计为：

90#汽油：25％

醇醚类：工业甲醇：55％、正己烷：2％、异丙基氯：1％、三氯乙烯：1％、表氯醇：2％、溴乙醇：2％、二异丁醚：2％、乙二醇单丁醚：1％、月桂酸：2％、硝酸异丙脂：3％、磷酸三甲酯：2％、硝基甲烷：1％、正丁胺：1％。

表1为实施例(一)～(八)的各项性能参数。

表1

检测项目/检测结果	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五	实施例六	实施例七	实施例八
										密度(20℃)g/cm3	0.73	0.73	0.74	0.74	0.74	0.75	0.77	0.77
铅含量，mg/l	2.5	2.5	2.4	2.3	2.2	2.1	2.1	2.0	GB/T 8020
										蒸气压，kpa	73.3	73.3	73.1	73	72.5	72	72	71	GB/T 1884，1885
实际胶质，mg/100ml	1	1	1	1	1	0.8	0.7	0.6	GB/T 8020，1885
										苯，％(m/m)	2	2	2	2	2	2	1.8	1.5	GB/T 8017
稀烃，％(V/V)	20	20	20	18	18	16	15	14	GB/T 8019
										芳烃，％(V/V)	20	20	20	20	19	17	14	13	ASIM D 3606
诱导期，min	480	490	490	490	490	490	500	500	GB/T 11132
										硫，％(m/m)	0.025	0.025	0.002	0.015	0.015	0.001	0.0008	0.0007

博士试验	通过	通过	通过	通过	通过	通过	通过	通过	GB/T 8018
										硫醇硫，％(m/m)	0.0003	0.0003	0.0025	0.0002	0.00018	0.00016	0.00015	0.00015	ASTM D 4294
水溶性酸碱	无	无	无	无	无	无	无	无	GB/T 0174
										铜片腐蚀3h50℃	1	1	1	1	1	1	1	1	GB/T 1792
研究法辛烷值(RON)	93	94	95	97	98	100	104	106	GB/T 259

表2为用于和本发明新能源车用醇醚汽油对比的93#汽油国家标准(GB17930-1999)。

表2

根据表1和表2中具体数据的对比可以得出本发明中按以上实施例调配出的新能源车用醇醚汽油的质量指标均优于#93号汽油的国家标准。

Claims (2)

1、一种新能源车用醇醚汽油，其特征在于：包括按重量百分比计为25％～85％的汽油组分和15％-75％的以醇醚类为主的其他化学原料；

所述以醇醚类为主的其他化学原料的成分及占所述新能源车用醇醚汽油的重量百分比为：

工业甲醇：10％～60％

正己烷：0％～3％            异丙基氯：0％～1％

三氯乙烯：0％～1％          表氯醇：0％～3％

溴乙醇：0％～2％            二异丁醚：0％～2％

乙二醇单丁醚：0％～1％      月桂酸：0％～2％

氯乙酸甲酯：0％～4％        硝酸异丙脂：0％～4％

磷酸三甲酯：0％～3％        硝基甲烷：0％～1％

硝基乙烷：0％～1％          硝基胍：0％～3％

环戊二烯：0％～4％          正丁胺：0％～1％。

2、如权利要求1所述的新能源车用醇醚汽油，其特征在于：所述汽油组分为90#汽油。