CN101918518A

CN101918518A - 环境友好的汽油、甲醇和生物乙醇的三元运输弹性燃料

Info

Publication number: CN101918518A
Application number: CN2008801235967A
Authority: CN
Inventors: 乔治·A·奥拉; G·K·苏里亚·普拉卡什
Original assignee: University of Southern California USC
Current assignee: University of Southern California USC
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2010-12-15
Also published as: JP2011509326A; EP2231834A1; KR20100100940A; CA2711234A1; AU2008347306B2; AU2008347306A1; US20090172997A1; WO2009088861A1

Abstract

一种有效率和经济的三元弹性燃料混合物，所述弹性燃料混合物包含至少10％的汽油、至少10％的生物乙醇和至少45％的甲醇，并且汽油、生物乙醇和甲醇的量合计为100％，其中所述弹性燃料混合物具有至少90的辛烷值并且在其中存在高达10％的水的情况下保持均匀。优选的弹性燃料混合物包含10-15至30％的汽油、50至75-80％的甲醇和10至25％的生物乙醇，并且具有90至98的辛烷值。此外，制备这些弹性燃料混合物的方法和用于制备汽油和生物乙醇的弹性燃料混合物的方法的改进在于，加入甲醇，所述甲醇的量足以使所述混合物能够在高达10％的水的存在下保持均匀，从而允许将所述混合物以与常规汽油燃料相同的方式处理、运输、分配和使用。

Description

环境友好的汽油、甲醇和生物乙醇的三元运输弹性燃料

背景

用于更清洁和更有效率的燃烧的石油基汽油通常需要高辛烷的烷基化物或含氧化合物(oxygenate)以及其它辛烷值提高添加剂。但是，这些添加剂中有许多，如四乙基铅和其它有机金属添加剂逐渐被淘汰，原因在于它们被公认的环境和健康危害。一些石油化学品基含氧化合物如MTBE，即甲基叔丁基醚也是如此。汽油和任何烃燃料通过其燃烧将其碳内含物转变为二氧化碳(公认的主要温室气体，其促进了人为的全球变暖)。因此，对使用生物燃料，主要是生物乙醇的兴趣日益增加。

因为碳基运输燃料的使用是人为的全球变暖的主要来源之一，因此生物燃料，特别是生物乙醇的使用正获得相当多的应用，因为任何植物生命或农作物是再循环二氧化碳的天然途径。通过将不同的植物生命和农作物(玉米、甘蔗等)发酵所产生的生物乙醇通过经由光合成(利用水和太阳能)再循环大气二氧化碳而获得其碳内含物，因此是可再生的碳燃料。但是，生物乙醇的产生本身需要相当多的能量(将含氮肥料、灌溉、作业不同的机械(拖拉机、卡车等)用于农作物、各种植物、甚至纤维素物质等的发酵植物的能量需求)。此外，乙醇仅仅在其干燥时才能与汽油混溶，从而阻止其通过管道运输，甚至阻止具有汽油的高级共混物等的货车运输。因此，必需干燥(脱水)乙醇使其没有任何水并且相应地对其进行处理。生物发酵工艺还进一步产生大量的二氧化碳。

汽油和甲醇(如M20和M85)以及汽油和乙醇(如E85)的二元运输燃料混合物的使用是熟知的，并且不时地在不同的地点(美国、加利福尼亚、巴西)使用。在巴西(圣保罗地区)，在80年代晚期和90年代早期还使用了称为MEG的三元燃料混合物(33％CH₃OH、60％乙醇和7％汽油)。MEG是为了克服巴西当时的乙醇的临时短缺而引进的并且用于提供可用的醇燃料。

目前，作为降低对衰竭的油藏的依赖性和来自仍然拥有许多石油资源的国家的石油的重要性的一种手段，生物乙醇基二元汽油弹性燃料(flex-fuel)如E85和E20(分别含有85或20％乙醇)正在吸引许多当前的兴趣。在美国，生物乙醇主要由玉米制得，而在巴西和其它热带地区，甘蔗是来源。在具有汽油的二元燃料混合物中使用的生物乙醇必须是干燥的(无水的)以避免相分离。这不仅需要涉及其它的脱水步骤的更昂贵生产(蒸馏仅仅提供96％乙醇、4％水的共沸混合物)，而且对运输造成了相当大的困难(使管路输送和其它一般的成批运输不便)。甚至在精炼厂中与汽油预先混合也是不可行的。因此，需要更有效率和经济的改进，现在，通过本发明提供了这些改进。

美国专利申请2006/0235091公开了利用甲醇作为从产生有用的新燃料和材料的工业或天然来源化学再循环二氧化碳，同时减少人为的大气过量二氧化碳，因此缓解全球变暖的途径。该申请教导了甲醇本身可以用作燃料，或者与汽油组合用作燃料。二氧化碳的化学再循环的其它优点在于它使用不适宜的二氧化碳，否则，这些二氧化碳将被排放到大气中，从而促进全球变暖。

发明概述

本发明公开了一种有效率和经济的方法，该方法用于克服以前生物乙醇所遭遇的难题并且在具有汽油的弹性燃料混合物中使用适宜的化合物甲醇。该混合物包含至少10％的汽油、至少10％的生物乙醇和至少的45％甲醇，并且汽油、生物乙醇和甲醇的量合计为100％。该弹性燃料混合物具有至少90的辛烷值并且在其中存在高达10％的水的情况下保持均匀。

在该弹性燃料混合物中，汽油和生物乙醇各自以低于混合物的33％的量存在，而甲醇以混合物的至少50％的量存在。优选地，甲醇以低于混合物的75％的量存在。更优选地，该弹性燃料混合物包含10-15至30％的汽油、50至75-80％的甲醇和10至25％的生物乙醇，并且具有90至98的辛烷值。

本发明还涉及一种通过以下方式制备这些弹性燃料混合物的方法：将所述汽油、生物乙醇和甲醇以所述的量并且在足以形成均匀混合物的混合条件下混合在一起。混合可以通过以下方式进行：首先将汽油与甲醇混合以形成二元混合物，随后加入生物乙醇；或者首先将甲醇与生物乙醇混合以形成二元混合物，随后加入汽油。有利地，将生物乙醇与汽油和甲醇混合，而不必首先被处理以除去缔合的水，或者不必使其是无水的。此外，甲醇可以由工厂产生的二氧化碳制备以避免将二氧化碳排放到大气中，或者由从大气中移除的二氧化碳制备以降低二氧化碳对全球变暖的贡献。

本发明还涉及一种储存、处理、运输或分配含生物乙醇的燃料的方法，所述方法使用现有的基本设施，而无需使得和保持所述燃料无水，所述方法包括：使用至少10％的汽油、至少10％的生物乙醇和至少45％的甲醇配制所述燃料，并且汽油、生物乙醇和甲醇的量合计为100％，其中所述弹性燃料混合物具有至少90的辛烷值并且在其中存在高达10％的水的情况下保持均匀。

本发明的另一个实施方案涉及用于制备汽油和生物乙醇的弹性燃料混合物的方法的改进，其中该改进包括：加入甲醇，所述甲醇的量足以使所述混合物能够在高达10％的水的存在下保持均匀，从而允许将所述混合物以与常规汽油燃料相同的方式处理、运输、分配和使用，而不必首先处理生物乙醇以移除缔合的水，或者不必使其是无水的。这种方法的优选的弹性燃料混合物是在本文中公开的那些。

优选实施方案详述

在本文中，术语″生物乙醇″用来表示通过将各种植物生命、农作物或其它纤维素物质或天然产物发酵而产生的乙醇，并且是可再生和环境友好的资源。

本发明公开了一种可行的和更有效率的新方法，该方法在不进行昂贵和费用大的脱水或任何特殊处理以避免在作为弹性燃料运输分配或使用中的水分的情况下，使用含有高达10％的水的生物乙醇。其基于制备并且使用在指定的范围内不发生相分离的三元汽油-甲醇-生物乙醇燃料混合物。典型的汽油-甲醇二元燃料混合物含有至多85％的甲醇。当生物乙醇以25％以下的量加入时，这种二元弹性燃料完全可与生物乙醇混溶。与汽油-甲醇混合，生物乙醇无需是干燥的，并且可以含有高达10％的水(水分)，从而使其对于在没有任何特殊处理或设施的情况下储存、运输和使用是实用的。

公开的三元运输燃料混合物容易使用通过任何已知的方法产生的甲醇得到，该方法包括如在美国专利申请2006/0235091中公开的工业废气或天然来源的二氧化碳的化学氢化再循环。该混合物具有以下能力：通过经由生物(即，光合成和随后的发酵)方法以及二氧化碳的还原化学再循环来再循环二氧化碳而制备，允许碳燃料混合物以环境友好的方式使用，同时还缓解全球变暖。

所需的生物乙醇可以由任何适合的农作物(甘蔗、玉米等)、由纤维素物质和其它天然产物制备。它们的降解/发酵生成生物乙醇。二氧化碳向植物生命的天然光合成再循环与二氧化碳至甲醇的化学再循环一起使得所公开的汽油-甲醇-生物乙醇三元弹性燃料混合物基本上是碳中性的。

其它优点是所公开的三元燃料混合物的更清洁的燃烧性能和高辛烷值。甲醇具有～100的辛烷值并且生物乙醇的辛烷值为105。因此，在90至98之间的辛烷值可以通过配制本发明的弹性燃料混合物的优选量的三种组分而得到。这些混合物的高辛烷值和它们的有利的燃烧性能归因于含氧化合物(即，醇)的有利效果，该含氧化合物被混合物包含并且可以由技术人员根据需要通过包含于混合物中的醇的量的明智选择而选择。最佳量可以通过从本文中公开的优选量开始由混合物的常规测试来确定。

本发明的新的三元弹性燃料可以在没有任何排除水分或水冷凝的特殊预防措施的情况下运输、预先混合、储存和使用。这些性能使得三元燃料混合物非常实用和经济。它消除了目前在二元汽油-乙醇混合物中遇到的生物乙醇的利用的显著缺点。它允许通过用于汽油的现有的基本设施在用于储存、运输和分配运输燃料的一般条件下实际利用三元弹性燃料。同时，三元燃料混合物提供高辛烷值、良好的点燃和燃烧性能以及在没有相分离的完全混溶性的优点。所公开的经济、方便和非常有效率的三元燃料混合物可以在其它制备、运输和分配设施的成本最低的情况下容易地被引进和利用，并且在内燃机(ICE)交通工具的极其有限的较小变化的情况下可以适应。因此，本发明的弹性燃料混合物可以以与常规汽油燃料相同的方式被处理、运输、分配和使用。

在本申请中描述和要求保护的三元弹性燃料混合物便利地通过以下方法制备：首先将甲醇与汽油在指定的比例范围内混合，然后混合适量的生物乙醇，而不进行共沸混合物的任何脱水，例如，通过任何发酵产生的生物乙醇的蒸馏得到的96％乙醇-4％水。备选地，可以将甲醇和生物乙醇预先混合，从而加入汽油。无需在用于排除水分以避免水冷凝的特殊条件下储存、运输、分配和使用在根据权利要求的范围组成内指定的三元汽油-甲醇-生物乙醇混合物。弹性燃料混合物不发生相分离，并且它在ICE交通工具中以上述有利的性能有效率地燃烧。

Claims

1.一种有效率和环境友好的三元运输弹性燃料混合物，所述弹性燃料混合物包含至少10％的汽油、至少10％的生物乙醇和至少45％的甲醇，并且汽油、生物乙醇和甲醇的量合计为100％，其中所述弹性燃料混合物具有至少90的辛烷值并且在其中存在高达10％的水的情况下保持均匀。

2.权利要求1所述的弹性燃料混合物，其中所述汽油以低于所述混合物的33％的量存在，而所述甲醇以所述混合物的至少50％的量存在。

3.权利要求1所述的弹性燃料混合物，其中所述生物乙醇以低于所述混合物的33％的量存在，而所述甲醇以所述混合物的至少50％的量存在。

4.权利要求1所述的弹性燃料混合物，其中所述甲醇以低于所述混合物的75％的量存在。

5.权利要求1所述的弹性燃料混合物，所述弹性燃料混合物包含10至30％的汽油、50至80％的甲醇和10至25％的生物乙醇，并且具有90至98的辛烷值。

6.权利要求1所述的弹性燃料混合物，所述弹性燃料混合物包含15至30％的汽油、50至75％的甲醇和10至25％的生物乙醇，并且具有90至98的辛烷值。

7.一种制备权利要求1所述的弹性燃料混合物的方法，所述方法包括：将所述汽油、生物乙醇和甲醇以所述的量并且在足以形成均匀混合物的混合条件下混合在一起。

8.权利要求7所述的方法，其中所述混合通过以下方式进行：首先将所述汽油与所述甲醇混合以形成二元混合物，随后加入所述生物乙醇。

9.权利要求7所述的方法，其中所述混合通过以下方式进行：首先将所述甲醇与所述生物乙醇混合以形成二元混合物，随后加入所述汽油。

10.权利要求7所述的方法，其中所述甲醇由工厂产生的二氧化碳制备以避免将二氧化碳排放到大气中，在大气中二氧化碳会进一步促进全球变暖。

11.权利要求7所述的方法，其中所述甲醇由从大气中移除的二氧化碳制备以降低二氧化碳对全球变暖的贡献。

12.一种储存、处理、运输或分配含生物乙醇的燃料的方法，所述方法使用现有的基本设施，而无需使得和保持所述燃料无水，所述方法包括：使用至少10％的汽油、至少10％的生物乙醇和至少45％的甲醇配制所述燃料，并且汽油、生物乙醇和甲醇的量合计为100％，其中所述弹性燃料混合物具有至少90的辛烷值并且在其中存在高达10％的水的情况下保持均匀。

13.一种用于制备汽油和生物乙醇的弹性燃料混合物的方法，其中改进包括：加入甲醇，所述甲醇的量足以使所述混合物能够在高达10％的水的存在下保持均匀，从而允许将所述混合物以与常规汽油燃料相同的方式处理、运输、分配和使用，而不必首先处理所述生物乙醇以移除缔合的水，或者不必使其是无水的。

14.权利要求13所述的方法，其中所述弹性燃料混合物包含至少10％的汽油、至少10％的生物乙醇和至少45％的甲醇，并且汽油、生物乙醇和甲醇的量合计为100％。

15.权利要求13所述的方法，其中所述弹性燃料混合物具有至少90的辛烷值。

16.权利要求13所述的方法，其中所述汽油以低于所述混合物的33％的量存在，而所述甲醇以所述混合物的至少50％的量存在。

17.权利要求13所述的方法，其中所述生物乙醇以低于所述混合物的33％的量存在，而所述甲醇以所述混合物的至少50％的量存在。

18.权利要求13所述的方法，其中所述甲醇以低于所述混合物的75％的量存在。

19.权利要求13所述的方法，其中所述弹性燃料混合物包含10至30％的汽油、50至80％的甲醇和10至25％的生物乙醇，并且具有90至98的辛烷值。

20.权利要求13所述的方法，其中所述弹性燃料混合物包含15至30％的汽油、50至75％的甲醇和10至25％的生物乙醇，并且具有90至98的辛烷值。