CN101717672A

CN101717672A - 车用灵活清洁燃料及其专用裂解反应器

Info

Publication number: CN101717672A
Application number: CN200910260317A
Authority: CN
Inventors: 刘均涛; 周玉祥
Original assignee: BEIJING HANGTAO NEW ENERGY TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: BEIJING HANGTAO NEW ENERGY TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2010-06-02

Abstract

本发明属于车用替代燃料类，涉及一种低碳醇(甲醇或乙醇或两者的混合物)专用变性剂和使用该变性剂调合的低碳醇汽油、低碳醇柴油以及一种低碳醇裂解制富氢或脱水制二甲醚的反应器。所述专用变性剂由下述原料按体积比配制而成：杂醇30％-48.2％、丙二醇单甲醚或乙二醇甲基醚或二者的混合物5％-10％、生物柴油15％-25％、吡啶2.5％-5％、C160H9％-18％、蓖麻油12％-20％、缓蚀剂0.02％。所述低碳醇汽油由下述原料按体积比调配而成：低碳醇30％-94.6％，专用变性剂2.5％-5％，清净剂0.2％-0.4％，汽油0-67.3％。所述低碳醇柴油由下述原料按体积比调配而成：低碳醇30％-90％，专用变性剂3％-5％，清净助燃剂(含十六烷值增标剂)2.8％-5％，柴油0-64.2％。低碳醇中的甲醇可随车热裂解制富氢(CO+2H₂)，也可随车催化裂解制富氢，催化脱水制二甲醚。低碳醇中的乙醇(水含量最高可达35％)也可随车制富氢。该富氢燃料经进气管导入燃烧室，既缩短了点火延迟期，提高了热效率，又减少了排气污染，为油气混合动力即双模汽车开创了一条新途径。

Description

车用灵活清洁燃料及其专用裂解反应器

技术领域

本发明属于车用替代燃料类，涉及一种添加了专用变性剂的低碳醇(甲醇或乙醇或两者的混合物)，可灵活根据汽车不同类型的发动机，分别与汽油或柴油混溶，部分或全部替代汽油或柴油，此外还涉及一种裂解反应器，可以串接到车用发动机的消声器和排气管之间，用以提高上述燃料的热效率，减少排气污染。

背景技术

汽油和柴油是最重要的车用燃料，由于原油的不可再生性和国际原油价格的不断上涨，国内外汽油和柴油价格也步步攀升，寻找替代能源，降低用车成本是业内人士面临的挑战和机遇。

甲醇是理想的车用替代清洁燃料，它的价格低廉，资源丰富。甲醇可用天然气、煤、活植物秸秆等来生产。据调查，大约1.6吨硫含量超标的不适宜燃烧的劣质煤可产1吨甲醇。我国是世界产煤、储煤大国，甲醇是目前可以大规模生产的煤化工产品之一，2008年我国甲醇总产能达2818万吨，共有250多家大型生产企业，产能过剩明显。另外甲醇属含氧燃料，进入发动机燃烧后，尾气排放污染小，是世界公认的清洁燃料。因此，以甲醇作为石油的替代燃料较为现实，并且还能见到较好的经济和社会效益。

我国首个车用燃料甲醇标准已获得国家批准，并于2009年11月1日起实施。此外，甲醇燃料被国家发改委确定为今后20-30年过渡性主要车用替代燃料。

甲醇吸热裂解反应可以生成氢，吸热脱水反应可以生成二甲醚。反应式如下：

甲醇裂解反应：CH₃OH→2H₂+CO

甲醇脱水反应：2CH₃OH→CH₃OCH₃+H₂O

氢燃料是化学燃料中能量最大、火焰传播速度与燃烧速度最大、可燃极限浓度最宽、点火能量最低的燃料，其排放是无毒、无味、无刺激的超低排放。而且还易于与碳氢气体预混合并进一步提高燃料热效率。

同一台内燃机发动机，燃用裂解燃料(CO+2H₂)与燃用纯汽柴油相比，其热效率(同等功率下，热效率近似于节油率)提高约30％。

二甲醚作为内燃机燃料，其十六烷值比柴油高，且远高于甲醇，加上含硫量低，故适于替代柴油用作内燃机清洁燃料。最早由美国阿莫科石油公司等进行汽车走行试验的结果，尾气中的NOx十HC仅为燃用柴油时的1/2，PM则为1/3以下，完全符合美国环保要求，故公认为是替代柴油的清洁燃料。

但是甲醇直接作为车用燃料，有如下缺陷：

1.甲醇的低热值只有汽油的46％，柴油的45％，空燃比只有汽油的2.29％，柴油的2.26％，要达到热平衡与空燃比平衡，均需改动发动机；

2.甲醇的蒸汽压低于汽油，与轻烃混溶后由于共沸作用其蒸汽压又高于汽油，故夏天易气阻。甲醇的蒸发潜热是汽油的3.7倍，理论气化温度为-122℃，喷入缸内的甲醇会造成缸内温度显著降低，甲醇难成蒸气，造成冷启动难，寒冷地区更困难。技术不到位还易造成功率下降、油耗增大，经济效益下降；

3.甲醇粘度远低于柴油，用于柴油机容易造成机件磨损，尤其是精密偶件的磨损更应该被重视；

4.甲醇对铜、铁、铝、铅等金属材料和电子油泵具有化学腐蚀和电化学腐蚀双重腐蚀性；

5.甲醇对输油系统的管路、密封件、加油站设备等非金属材料具有溶胀作用，甚至造成龟裂；

6.甲醇喜水(吸湿)，当水含量≥0.5％时，甲醇和汽柴油直接混溶会分层，在环境温度低于0℃时更易分层。

发明内容

为解决上述普遍存在的技术难题，本发明首先提供了一种专用变性剂，由下述原料按体积比例配制而成：

①杂醇30％-48.2％

②丙二醇单甲醚或乙二醇甲基醚或二者的混合物5％-10％

③生物柴油15％-25％

④吡啶2.5％-5％

⑤C₁₆OH 9％-18％

⑥蓖麻油(工业级)12％-20％

⑦缓蚀剂0.02％

低碳醇(甲醇或乙醇或两者的混合物)添加这种专用变性剂后，在与汽油或柴油混溶后的相溶性、吸水性、水含量≥0.2％和低温分层及甲醇对金属材料的抗蚀性，对非金属材料的抗溶胀性和对汽车零部件的抗磨性、对金属材料的润滑性等方面都有了明显的改进。低碳醇经该变性剂变性后，再加入少量的其他添加剂，还可以直接替代汽油或柴油。

上述专用变性剂的配制方法是：将各原料按比例注入剪切机，均匀混合即成。

其次，本发明还提供了一种含有上述专用变性剂的灵活比例低碳醇汽油，由下述原料按体积比调配而成：低碳醇30％-94.6％，专用变性剂2.5％-5％，清净剂0.2％-0.4％，汽油0-67.3％。

上述灵活比例低碳醇汽油的配制方法是：将各原料按比例注入剪切机，均匀混合即成。

此外，本发明还提供了一种含有上述专用变性剂的低碳醇柴油，由下述原料按体积比调配而成：低碳醇30％-90％，专用变性剂3％-5％，清净助燃剂(含十六烷值增标剂)2.8％-5％，柴油0-64.2％。

上述低碳醇汽油和低碳醇柴油的特点是：

1.不需改变发动机结构，可直接替代相应标号的国标汽油或柴油；

2.即使含水量达5％，在零下25℃也不会分层；

3.原料丰富，成本低廉；

4.低碳醇汽油可以任意比例与普通国标汽油混溶，可以混合使用，也可单独使用；

5.低碳醇柴油可以任意比例与普通国标柴油混溶，可以混合使用，也可单独使用；

6.环保效果好，尾气排放，如一氧化碳、碳氢化合物，比使用普通汽油下降50％(最高达90％)，NO_X和PM排放比普通柴油下降明显，非常规排放如甲醛和甲酸等与纯汽油或柴油相当，或稍低于纯汽油或柴油；

7.截止到2008年底，我国原油进口已超过警戒线，本产品以煤制甲醇为主，可以减少原油进口，为国家节约外汇，同时产品比市场柴油成本低，可减少消费者支出，便于推广。

最后，本发明还提供了一种低碳醇裂解制富氢反应器，可以串接在发动机的消声器与排气管之间，利用发动机的排气余热，在有催化剂或无催化剂条件下，使甲醇随车裂解制富氢(CO+2H₂)，脱水制二甲醚，还可以使乙醇中含有的水部分催化裂解为氢和氧，然后将富氢或二甲醚引入燃烧室燃烧。实现了一个燃油系统，一种燃料甲醇。完成了装在油箱里的是甲醇，燃烧在气缸里(或在气缸里燃烧)的是氢气或二甲醚，从而解决了富氢燃料和二甲醚在常温常压下可以储存，运输和气体燃料不可能被输送到气缸内燃烧的问，题。上述车用灵活清洁燃料混合富氢能够大幅提高热效率，同时能够进一步减少尾气中的污染物排放。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明特征及其他相关特征作进一步详细说明，以便同行业技术人员的理解。

实施例1，专用变性剂的配制：

将下述原料按体积比：杂醇40％、丙二醇单甲醚或乙二醇甲基醚或二者的混合物5％、生物柴油20％、吡啶3.98％、C₁₆OH 13％、蓖麻油18％、缓蚀剂0.02％注入剪切机，均匀混合即成。

实施例2，M100甲醇汽油的配制：

将专用变性剂、清净剂和车用燃料甲醇按体积比5∶0.4∶94.6注入剪切机，均匀混合即成。

实施例3，M30甲醇汽油的配制：

将专用变性剂、清净剂、汽油和车用燃料甲醇按体积比2.5∶0.2∶67.3∶30注入剪切机，均匀混合即成。

实施例4，M100甲醇柴油的配制：

将专用变性剂、清净助燃剂(含十六烷值增标剂)和车用燃料甲醇按体积比5∶5∶90注入剪切机，均匀混合即成。

实施例5，M30甲醇柴油的配制：

将专用变性剂、清净助燃剂(含十六烷值增标剂)和车用燃料甲醇按体积比3∶2.8∶64.2∶30注入剪切机，均匀混合即成。

实施例6，低碳醇裂解制富氢反应器

将低碳醇裂解制富氢反应器(可以有催化剂，也可以没有催化剂)接在发动机的消声器与排气管之间，利用发动机的排气余热，在有催化剂或无催化剂条件下，使低碳醇随车裂解制富氢(CO+2H₂)，脱水制二甲醚，还可以使乙醇中含有的水部分催化裂解为氢和氧，然后将富氢和二甲醚引入燃烧室燃烧，既缩短了点火延迟期，提高了热效率，又减少了排气污染，为油气混合动力即双模汽车开创了一条新途径。

Claims

1.一种低碳醇专用变性剂，其特征在于，由下述原料按体积比调配而成：杂醇30％-48.2％、丙二醇单甲醚或乙二醇甲基醚或二者的混合物5％-10％、生物柴油15％-25％、吡啶2.5％-5％、C₁₆OH 9％-18％、蓖麻油12％-20％，缓蚀剂0.02％。

2.一种根据权利要求1所述的变性剂调配的灵活比例低碳醇(甲醇或乙醇或两者的混合物)汽油，由下述原料按体积比调配而成：低碳醇30％-94.6％，专用变性剂2.5％-5％，清净剂0.2％-0.4％，汽油0-67.3％。

3.一种根据权利要求1所述的变性剂调配的灵活比例低碳醇(甲醇或乙醇或两者的混合物)柴油，由下述原料按体积比调配而成：低碳醇30％-90％，专用变性剂3％-5％，清净助燃剂(含十六烷值增标剂)2.8％-5％，柴油0-64.2％。

4.一种低碳醇热裂解制富氢(C0+2H₂)反应器，其特征在于，低碳醇中的甲醇可随车热裂解制富氢(CO+2H₂)，也可随车催化裂解制富氢，催化脱水制二甲醚。低碳醇中的乙醇(水含量最高可达35％)也可随车制富氢。该富氢燃料经进气管导入燃烧室，既缩短了点火延迟期，提高了热效率，又减少了排气污染。