CN101538492A - 新能源车用醇醚柴油 - 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柴油包括按重量百分比计为45％～85％的柴油组分、15％～55％的醇类组分和以醇醚类为主的其他化学原料；所述醇类组分为变性燃料醇类或工业醇类；所述以醇醚类为下述成分中至少五种：噻吩：0％～2％、十七烷：0％～2％、1，3－环戊二烯：0％～2％、十八醇：0％～2％、丙三醇：0％～1％、1－乙氧基－2－丙醇：0％～1％、2－乙基－2－(甲基)－1，3－丙二醇：0％～2％、葑酮：0％～2％、1，2－环氧丁烷：0％～1％、十四酸异丙脂：0％～2％、3－甲基－1－戊炔－3－醇：0％～1％、癸二酸二辛脂：0％～1％、硝基乙烷：0％～2％、四亚乙基五胺：0％～2％。

Description

新能源车用醇醚柴油

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200710070596.2的中国专利公开了车用环保、低排放、煤基醇醚柴油及其制备方法。先将重量百分比为10％-18％的煤基甲醇输入合成管道，再将重量百分比为3％-14％综合乳化添加剂、重量百分比为5％-10％助剂油同时输入合成管道，再经过静态混合器、磁场共振导入装置合成改性5-20分钟后，加入重量百分比为50％-85％的柴油，同时输入合成管道，再经过混合剪切器、磁场共振导入装置混合15-30分钟。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、节能、环保、清洁并且不需要改变现有柴油发动机，综合性能较高的新能源车用醇醚柴油。

本发明是这样实现的：一种新能源车用醇醚柴油，其特征在于：包括按重量百分比计为45％～85％的柴油组分、15％～55％的醇类组分和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为总量占所述新能源车用醇醚柴油的重量百分比为2％～9.5％的下述成分中至少五种，每种占所述新能源车用醇醚柴油的重量百分比为：

噻吩：0％～2％                           十七烷：0％～2％

1，3-环戊二烯：0％～2％                  十八醇：0％～2％

丙三醇：0％～1％                         1-乙氧基-2-丙醇：0％～1％

2-乙基-2-(甲基)-1，3-丙二醇：0％～2％    葑酮：0％～2％

1，2-环氧丁烷：0％～1％                  十四酸异丙脂：0％～2％

3-甲基-1-戊炔-3-醇：0％～1％             癸二酸二辛脂：0％～1％

硝基乙烷：0％～2％                       四亚乙基五胺：0％～2％。

所述醇类组分为变性燃料醇类或工业甲醇。

醇醚柴油发明标准中要考虑很多指标，有些指标是与石油柴油共有的，包括密度、运动粘度、闪点、硫含量、10％蒸余物残碳、十六烷值、灰分、水含量、机械杂质、铜片腐蚀、燃料安定性、低温性等；另外，还有一些额外的指标包括馏程、燃烧热值、润滑性、不皂化物含量等，是可以选择的。

本发明新能源车用醇醚柴油中的主要溶剂选择醇醚类，是因为其闪点、沸点、密度、粘度、表面张力和挥发性有着接近传统柴油的特性，而且醇醚类添加剂能使醇醚柴油的十六烷值与传统柴油相当，含氧量比传统柴油多，说明醇醚类与传统柴油组分混合作为代用燃料是理想的选择。

新能源车用醇醚柴油一般由醇醚类组分和柴油组分复合配制而成，醇醚类成分组成的不同，决定了醇醚柴油性能的优劣，因此，醇醚类成分的组成是醇醚柴油的核心技术。

本发明新能源车用醇醚柴油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柴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，基本可以解决以下传统含醇柴油的技术难题：

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

2、能量问题，由于醇类的热值低，只有柴油的30％，一般醇类在传统柴油发动机上使用会使动力下降，15％以上混合醇类柴油需要改变原先发动机的零部件和调节空气燃料比例；

3、冷启动问题，含醇柴油在冬季寒冷气候下难以气化，发动机难以顺利启动。

4、传统含醇类柴油的油耗问题，及夏季高温季节的气阻等问题。

本发明新能源车用醇醚柴油解决上述问题的原理在于：

1、是含氧燃料，在燃烧过程中有自供氧效应。这就使柴油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。

2、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。

3、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。

4、着火燃烧浓度界限比传统柴油的相应范围宽得多，所以比传统柴油更容易稀燃。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。

5、含碳量远小于传统柴油的含碳量，后者的含碳量高，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。醇醚柴油燃烧后，燃烧完善度提高，从而也就提高了热效率和经济性。

6、是含氧燃料，理论混合气热值和柴油相应值差不多。这就是说，只要在柴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柴油机的最大功率。醇醚类恰恰含碳量少于烃油，碳氢质量比只有烃油的50％～60％。醇醚类的十六烷值远高于传统柴油，而使爆震极限功率向高功率一方推移，增强发动机热效率。

7、采用最佳点火提前角和最佳喷油提前角，在柴油机使用醇醚柴油后，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柴油时的相应值要小。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。在柴油机中一样使用，醇醚柴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。

8、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，柴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二个原则：

溶剂在醇醚类和柴油中的溶解性都应较好；

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柴油的良好的溶解。同时，溶剂的温度越高，醇醚类与柴油的互溶性越好。水分也极易引起体系分层，在储存和使用含醇柴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，一方面可使用高碳醇等溶剂；另一方面对所生产的醇醚柴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。

9、基本解决了对发动机材料的腐蚀性

所有柴油对压燃式发动机燃料系统的金属均具有一定的腐蚀性。

A、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，含醇柴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。

B、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，由于目前柴油机的压缩比控制在14至22之间，本发明“醇醚柴油”中的醇醚类的含量超过50％，可以说醇醚柴油的燃烧是比较完全的。

C、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，不会造成醇醚柴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。

D、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，聚醇橡胶、丙烯酸酯橡胶、氟硅橡胶和氯丁橡胶对醇醚柴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，使醇醚柴油和橡胶之间的溶解参数之间拉大，可以减少醇醚柴油对橡胶的溶胀。

E、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。

10、低温启动性差，高温时易发生气阻

A、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。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。因此使用醇醚柴油的发动机与使用传统柴油的发动机在冷起动时的状态相同。

B、另一方面，本发明“新能源车用醇醚柴油”本身的馏程适中，不容易与柴油中的烃类形成低沸点的共沸物，在夏季气温较高时，醇醚柴油在汽车发动机内部会较少形成气相，不易发生气阻现象。

a、一方面要控制醇醚柴油的十六烷值的指标数值；

b、另一方面，通过优化和选择醇醚柴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。

11、改善了醇醚柴油的润滑性、冷凝点、表面张力、提高十六烷值，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柴油燃烧时产生的粘性物质以及积碳，尤其是积碳的清除，这样可以保证燃烧的正常进行。

12、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，在醇醚柴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。这些水在柴油的诱导期，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。

13、降低雾滴的表面张力。醇醚柴油雾化过程中，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。

在醇醚柴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。

1、闪点：指标等同于柴油的70℃，

2、水分：含水量低，游离水会导致醇醚柴油氧化并与游离脂肪酸生成酸性水溶液，水本身对金属就有腐蚀。

3、机械杂质：成品中机械杂质很少，对发动机零部件的磨损以及运转是否正常的影响也很小。本发明醇醚柴油中总杂质含量不超过24mg/kg。

4、运动粘度：运动粘度表示醇醚柴油在重力作用下流动时内摩擦力的量度佳。

5、硫酸盐灰分：在醇醚柴油中灰分含量小于0.02％，不会导致喷射器、燃油泵、活塞和活塞环磨损以及发动机沉积。可溶性金属皂含量极少不会导致滤网堵塞和发动机沉积。

6、硫：醇醚柴油标准硫含量小于0.05％优于普通柴油，能减少发动机磨损和沉积以及尾气污染物的排放都有很大影响；

7、铜片腐蚀：能达到柴油的国家标准。

8、十六烷值：本发明优点就是十六烷值较高，十六烷值不低于47；。

9、氧化安定性：氧化安定性也是醇醚柴油质量的一个重要指标，本发明醇醚柴油优

良的氧化安定性使醇醚柴油在使用中不易生成老化产物和不溶性聚合物胶质和油泥、；

10、低温流动性：醇醚柴油在低温条件下的流动性能优于传统柴油。

11、残炭：本发明残炭值小，在柴油发动机气缸内不易生成积炭；

12、酸值：醇醚柴油中酸值较低，能降低燃料油系统的沉积并减少腐蚀的可能性，同时还会使喷油泵柱塞副的磨损降低，喷油器头部和燃烧室积炭减少，从而使喷雾优化以及柴油机功率不变；

13、磷含量：本发明较低的磷含量能够保护排放控制系统的催化转换器不受损害；

14、金属含量：本发明较低的残留金属含量不会使发动机沉积和磨损，醇醚柴油能使车辆排烟增减少，易启动。

本发明具有以下有益效果：

1、配方中醇醚组分所占的比例较高，能降低柴油的消耗量，最多能节约传统柴油50％甚至以上。

2、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。

3、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，本项发明的生产方法简便，适合汽车压燃式发动机使用；

4、可与各标号的传统车用柴油任意混合、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。

5、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；

6、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柴油基本持平。

7、抗暴性能好，十六烷值与传统柴油相当；增加了发动机的压缩比，从而提高了热效率和动力性。

8、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℃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。

9、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。

10、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。

11、空气允许浓度、引火温度和自燃温度都与传统柴油相当，在火灾可能性等安全方面等同于柴油。

12、实际胶质要比传统柴油低20％-65％。

13、能较彻底清除汽缸内部的积炭，增强点火能力。

14、本产品可以长期存放不分层，保质期能够达到8个月以上。

15、能清除进气门和排气门的炭颗粒，增加了密封度。

16、能增大活塞顶部的压力，消除积炭，变相的增加了汽缸的容积。

17、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1：

成分按重量百分比计为：

柴油：85％

醇类：工业甲醇：13％

以醇醚类为主的其他化学原料：

1，2-环氧丁烷(1，2-EPOXYBUTANE)：0.1％

3-甲基-1-戊炔-3-醇(3-MEYHYL-1-PENTYN-3-OL)：0.1％

十八醇(OCTADECANOL)：0.2％

十七烷(HEPTADECANE)：0.8％

2-乙基-2-(羟甲基)-1，3-丙二醇

(2-ETHYL-2-(HYDROXYMETHY)1，3-PROPANEDIOL：0.8％。

实施例2：

成分按重量百分比计为：

柴油：70％

醇类：工业甲醇：26％

以醇醚类为主的其他化学原料：

十四酸异丙脂(ISOPROPYL MYRISTATE)：1.5％

1，3-环戊二烯(1，3-CYCLOPENTADIENE)：1.5％

硝基乙烷(NITROETHANE)：0.6％

葑酮(D-FENCHONE)：0.2％

癸二酸二辛脂(DIOCTYL SEBACATE)：0.2％。

实施例3：

柴油：60％

醇类：工业甲醇：35％

以醇醚类为主的其他化学原料：

四亚乙基五胺(TETRAETHYLENEPENTAMINE)：2.1％

噻吩(THIOPHENE)：2.1％

1，2-环氧丁烷(1，2-EPOXYBUTANE)：0.3％

癸二酸二辛脂(DIOCTYL SEBACATE)：0.3％

丙三醇(GLYCERINE)：0.2％。

实施例4：

成分按重量百分比计为：

柴油：50％

醇类：工业甲醇：44％

以醇醚类为主的其他化学原料：

十四酸异丙脂(ISOPROPYL MYRISTATE)：2.5％

十七烷(HEPTADECANE)：2.5％

癸二酸二辛脂(DIOCTYL SEBACATE)：0.6％

丙三醇(GLYCERINE)：0.2％

葑酮(D-FENCHONE)：0.2％。

本发明中实施例的质量指标参见下表1

表1

表2为本发明质量指标和柴油国家标准对比表。

表2

由表2可见，对比国家标准后得出本发明中的技术指标均能优于国家标准。

Claims (2)

1、一种新能源车用醇醚柴油，其特征在于：包括按重量百分比计为45％～85％的柴油组分、15％～55％的醇类组分和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为总量占所述新能源车用醇醚柴油的重量百分比为2％～9.5％的下述成分中至少五种，每种占所述新能源车用醇醚柴油的重量百分比为：

噻吩：0％～2％                            十七烷：0％～2％

1，3-环戊二烯：0％～2％                   十八醇：0％～2％

丙三醇：0％～1％                          1-乙氧基-2-丙醇：0％～1％

2-乙基-2-(甲基)-1，3-丙二醇：0％～2％     葑酮：0％～2％

1，2-环氧丁烷：0％～1％                   十四酸异丙脂：0％～2％

3-甲基-1-戊炔-3-醇：0％～1％              癸二酸二辛脂：0％～1％

硝基乙烷：0％～2％                        四亚乙基五胺：0％～2％。

2、如权利要求1所述的新能源车用醇醚柴油，其特征在于：所述醇类组分为工业甲醇。