CN101955814B

CN101955814B - 二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法

Info

Publication number: CN101955814B
Application number: CN 201010285617
Authority: CN
Inventors: 王铁; 曹杰; 朱建军
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2030-09-14
Also published as: CN101955814A

Abstract

一种压燃式发动机混合燃料及其制备方法是将柴油和甲醇置入容器内，再将二甲醚注入容器内，保持容器内的压力为0.3～0.6MPa，然后将容器倒置两到四次，制得二甲醚甲醇柴油混合燃料。本发明解决了甲醇柴油互溶困难、添加剂成分复杂昂贵的问题，经发动机台架试验，运行稳定，效果良好。

Description

二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种发动机混合燃料及其制备方法，具体的讲，是一种用于压燃式发动机的二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法。

背景技术

柴油作为一种传统的石油基能源有着广泛的应用，但随着石油资源的短缺，柴油代用燃料的研究和开发成为关注的焦点。甲醇可以从煤炭、煤层气、焦炉气中制取，来源广泛，甲醇良好的理化特性使其可作为燃料使用，而且甲醇是一种含氧燃料，燃烧充分。因此，人们一直在研究和开发甲醇柴油混合燃料，混合燃料在压燃式发动机上也进行了大量的研究。但是，甲醇与柴油几乎不可互溶，这个难题在很大程度上限制了甲醇柴油的进一步研究与推广。

现有甲醇柴油混合燃料，为了解决甲醇柴油的互溶问题，使甲醇和柴油形成性能稳定、均匀透明的混合燃料，需要加入助溶剂、助燃剂、十六烷值改进剂等数种甚至十几种成分复杂、价格昂贵的添加剂。如公开号为CN101376848A专利中甲醇柴油的添加剂种类有8种；公开号为CN101381632A专利中，所加的添加剂种类达15种，其中几种添加剂价格昂贵，比如四氢呋喃每吨的价格高达2万多元，异辛醇每吨价格高达1.7万元到2万元。其中有的添加剂的来源有限，不适应大规模产业化的需求。一些甲醇柴油不仅需要加入较多的添加剂，而且还要借助机械搅拌方可互溶，比如公开号为CN101671582A专利中，不仅加入了7～8种添加剂，还需要加以1个小时的机械搅拌才可以得到均匀透明的混合物；公开号为CN101368115A专利中，加入了8种添加剂，在制备过程中还需要加以1～6个小时剧烈了机械搅拌。不仅如此，甲醇柴油混合燃料稳定性差，现有的甲醇柴油，在放置3～6月左右会出现浑浊、分层的现象，发生变质。有的甲醇柴油对环境变化较为敏感，比如当环境温度出现变化时，立即变得浑浊。另外，部分添加剂又造成新的尾气排放污染。

综上所述，现有甲醇柴油添加剂成分复杂、成本过高、稳定性差，不适合实施推广应用。

二甲醚具有十六烷值高、自燃性好、沸点低、含氧高等特点，能够实现发动机高效、超低排放、柔和及无烟燃烧，是公认的清洁燃料。二甲醚还具有良好的水溶性、油溶性，可作为很好的溶剂。二甲醚和甲醇都可从煤炭、煤层气、焦炉气中制取，来源广泛，二者可以大规模联产，技术十分成熟，具有十分明显的价格优势。

重柴油是天然石油、人造石油等通过分馏或裂化提取制得，其特点是密度大，粘度、残炭值和凝点较高，十六烷值较低，应用范围窄，在车用发动机上使用时容易产生大量的碳烟排放。本发明结合重柴油和二甲醚的理化特性，将二者混合使用，取长补短，一方面扩大了重柴油的应用范围，另一方面解决二甲醚粘度低的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是现有甲醇柴油互溶困难、添加剂成分复杂、添加比例大、成本昂贵和稳定性差的问题，其目的是提供一种简单易溶、成本低廉、性能稳定的二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明二甲醚甲醇柴油混合燃料的技术方案包括柴油、甲醇和二甲醚三种燃料，其燃料的组成及其含量按质量百分比如下：

柴油60％～70％；甲醇1％～12％；二甲醚18％～39％；或是：

柴油50％～59％；甲醇1％～14％；二甲醚27％～49％；或是：

柴油40％～49％；甲醇1％～17％；二甲醚34％～59％；或是：

柴油30％～39％；甲醇1％～20％；二甲醚41％～69％；

本发明的一种二甲醚甲醇柴油混合燃料的技术方案，其燃料的组成及其含量还可以按质量百分比选为：

柴油70％；甲醇6％；二甲醚24％；或是：

柴油60％；甲醇7％；二甲醚33％；或是：

柴油50％；甲醇9％；二甲醚41％；或是：

柴油40％；甲醇10％；二甲醚50％；或是：

柴油30％；甲醇11％；二甲醚59％。

本发明的一种二甲醚甲醇柴油混合燃料的技术方案，其燃料的组成及其含量还可以进一步按质量百分比选为：

柴油65％；甲醇6％；二甲醚29％；或是：

柴油55％；甲醇7％；二甲醚38％；或是：

柴油45％；甲醇8％；二甲醚47％；或是：

柴油35％；甲醇10％；二甲醚55％；

本发明一种用于上述二甲醚甲醇柴油混合燃料的制备方法，其方法如上述二甲醚甲醇柴油混合燃料的组成及其含量按质量百分比，将柴油和甲醇置入容器内，通过加压设备使二甲醚储存罐内压力为0.8～1MPa，分别打开燃料罐和二甲醚储存罐的阀门，利用压力差，将液态的二甲醚注入燃料罐，保持容器内压力为0.3～0.6MPa，后将容器上下来回倒置2～4次，其内部液态燃料即可混合均匀，三种燃料立即互溶，即制得本发明所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料。

本发明一种二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法，所具有的优点与积极效果在于：

甲醇柴油几乎不可互溶，需借助助溶剂和机械式搅拌方可互溶。利用二甲醚对甲醇柴油良好的助溶作用，代替了成分复杂、大量的、价格昂贵的添加剂。二甲醚本身是一种性能优良的清洁燃料，加入甲醇柴油中，不仅代替了大量的添加剂，而且改善了混合燃料整体的燃烧与排放性能。

甲醇柴油添加剂成分复杂、种类多，添加剂中一些组成成分价格昂贵，每吨在2万元以上，使得甲醇柴油的成本很高。二甲醚与甲醇都可从煤炭、煤层气、焦炉气中制取，来源广泛，现有的二甲醚市场价格为每吨3000～3500元。二甲醚与甲醇可实现大规模联产，技术简单成熟，价格优势十分明显。在实际生产中，二甲醚是由甲醇脱水制得的，生产高纯度的二甲醚需要精细化工制取，成本较高。本发明的混合燃料，正好允许二甲醚中含有一定量的甲醇，对生产的精细化程度要求降低，生产成本还可以进一步降低。

甲醇柴油混合燃料十六烷值低，现有甲醇柴油需要加入十六烷值改进剂来提高混合燃料的十六烷值。二甲醚十六烷值高，可替代添加剂中的十六烷值改进剂，改善了甲醇柴油混合燃料的十六烷值。

二甲醚与甲醇的粘度低，容易导致供油系统精密偶件的磨损。本发明提供的混合燃料由于有30％～70％的柴油或重柴油，保证了混合燃料在发动机上应用时具有良好的润滑性能，不易导致供油系统偶件的磨损。

该混合燃料经过30小时的发动机台架试验，发动机噪音与燃用柴油相当，长时间运行平稳，排放良好。在进行多次互溶性实验及发动机台架实验的基础上，最终确定了混合燃料制备的技术方案，从而解决了甲醇柴油混合燃料互溶困难、添加剂成分复杂、成本高昂的问题。

附图说明

图1是本发明实施例1在压燃式发动机上进行台架试验时，外特性工况下，在发动机旁同一点测得的发动机噪音对比图；

图2是本发明实施例2在压燃式发动机转速为2200r/min时，发动机排气中的碳烟随负荷的变化图；

图3是本发明实施例2在压燃式发动机转速为2200r/min时，发动机排气中的NOx随负荷的变化图。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法的具体实施方式。

实施例1

本实施例的混合燃料是由二甲醚、甲醇与柴油组成，按照质量百分比为：柴油70％、甲醇12％、二甲醚18％。本实施例的混合燃料具体制备方法是：在环境温度为34℃时，首先将35kg柴油置入特制的燃料罐，然后将纯度为99％的甲醇6kg也置入燃料罐。最后将二甲醚储存罐与燃料罐用高压油管连接，二甲醚储存罐和燃料罐分别装有阀门控制燃料的出入。通过加压设备使二甲醚储存罐内压力为0.8～1MPa，分别打开燃料罐和二甲醚储存罐的阀门，利用压力差，将液态的二甲醚9kg注入燃料罐，关闭燃料罐阀门。由于二甲醚在该温度下具有一定的饱和蒸汽压，此时燃料罐内压力为0.55MPa。将燃料罐上下来回倒置2～4次，其内部液态燃料即可混合均匀，三种燃料立即互溶，混合燃料的饱和蒸汽压为0.22MPa，即制得本发明所述一种二甲醚甲醇柴油混合燃料。

使用该混合燃料时，将发动机供油系统的进、回油管与燃料罐的出、进油口连通，将混合燃料从燃料罐的出油口经滤清器、电磁阀输入供油系统的电动增压泵，该增压泵将混合燃料的压力增加到0.5MPa，确保混合燃料为液态并且消除气阻现象发生。增压后的混合燃料进入发动机高压油泵。进入高压油泵后，混合燃料分为两路：一路经过高压油管进入喷嘴，喷入气缸；一路回流，回流的混合燃料和喷嘴回流的混合燃料汇合，经一个单向阀回到混合燃料回流管路到燃料罐。回流管路上装有控制系统压力的溢流阀，降低回流混合燃料温度的冷却器。这样混合燃料处于一个完整的回路。

经本实施例的混合燃料进行发动机台架试验，发动机进行外特性和1600r/min、2200r/min转速下进行负荷特性测试，并利用排放分析仪测量发动机碳烟排放。发动机台架试验结果表明，发动机燃用该混合燃料可平稳运行，排放良好。

实施例2

本实施例中甲醇选取中等比例，混合燃料由二甲醚、甲醇与柴油组成，按照质量百分比为：柴油70％、甲醇6％、二甲醚24％。本实施例的混合燃料制备方法和试验测试与实施例1相同。

实施例3

本实施例中甲醇选取小比例，混合燃料由二甲醚、甲醇与柴油组成，按照质量百分比为：柴油70％、甲醇1％、二甲醚29％。本实施例的混合燃料制备方法和试验测试与实施例1相同。

实施例4

本实施例混合燃料是由二甲醚、甲醇与柴油组成，按照质量百分比为：柴油65％、甲醇选取高比例的12％、二甲醚23％。本实施例的混合燃料制备方法和试验测试与实施例1相同。

实施例5

本实施例混合燃料是由二甲醚、甲醇与柴油组成，按照质量百分比为：柴油65％、甲醇选取中等比例的6％、二甲醚29％。本实施例的混合燃料制备方法和试验测试与实施例1相同。

实施例6

本实施例混合燃料是由二甲醚、甲醇与柴油组成，按照质量百分比为：柴油65％、甲醇选取小比例的1％、二甲醚34％。本实施例的混合燃料制备方法和试验测试与实施例1相同。

以上实施例是示例性的，在上述实施例的基础上，对由二甲醚、甲醇与柴油组成的混合燃料的其它各组成及其含量分别按质量百分比实施如下：

柴油	甲醇	二甲醚
			60％	12％	28％
60％	7％	33％
			60％	1％	39％
55％	14％	31％
			55％	7％	38％
55％	1％	44％
			50％	14％	36％
50％	9％	41％
			50％	1％	49％
45％	17％	38％
			45％	8％	47％
45％	1％	54％
			40％	17％	43％
40％	10％	50％
			40％	1％	59％
35％	20％	45％
			35％	10％	55％
35％	1％	64％
			30％	20％	50％
30％	11％	59％
			30％	1％	69％

上述各种组成及其配比实施混合燃料的制备方法和试验测试与实施例1相同，其优点与积极效果也同时能够得到体现。

Claims

1.一种二甲醚甲醇柴油混合燃料，其燃料的组成及其含量按质量百分比如下：

柴油60％～70％；甲醇1％～12％；二甲醚18％～39％；或是

柴油50％～59％；甲醇1％～14％；二甲醚27％～49％；或是

柴油40％～49％；甲醇1％～17％；二甲醚34％～59％；或是

柴油30％～39％；甲醇1％～20％；二甲醚41％～69％。

2.如权利要求1所述的混合燃料，其燃料的组成及其含量进一步按质量百分比选为：

柴油70％；甲醇6％；二甲醚24％；或是：

柴油60％；甲醇7％；二甲醚33％；或是：

柴油50％；甲醇9％；二甲醚41％；或是：

柴油40％；甲醇10％；二甲醚50％；或是：

柴油30％；甲醇11％；二甲醚59％。

3.如权利要求1所述的混合燃料，其燃料的组成及其含量进一步按质量百分比选为：

柴油65％；甲醇6％；二甲醚29％；或是

柴油55％；甲醇7％；二甲醚38％；或是

柴油45％；甲醇8％；二甲醚47％；或是

柴油35％；甲醇10％；二甲醚55％。

4.如权利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料，其柴油是轻柴油或是重柴油。

5.如权利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料，其甲醇的纯度为98～99。

6.如权利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料，其二甲醚的纯度为95～99。

7.一种用于权利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料的制备方法，其所述方法如权利要求1的组成及其含量按质量百分比，将柴油和甲醇置入容器内，通过加压使二甲醚储罐内的压力为0.8～1MPa，后将液态的二甲醚注入储罐，保持容器内的压力为0.3～0.6MPa，最后将容器倒置2～4次，容器内的液态燃料互溶，即得二甲醚甲醇柴油混合燃料。