CN102337163A - 一种乙炔甲醇加成替代汽油的新型燃料 - Google Patents

Abstract

乙炔加成甲醇一种替代汽油的新型燃料。乙炔是易燃易爆气体，火焰温度3150℃，热值12800千卡/m³。易溶于丙酮、甲醇液体内，用少量的丙酮作为调节助燃剂，用甲醇作为乙炔的储混载体，构成一种新型燃料。甲醇的化学组成单一，辛烷值高，甲醇分子中含有50％的氧，37.5％的碳，12.5的氢，是富氧燃料，与乙炔加成，加大了H.C的比例成分，提高了燃烧热值，在一般低温下，易于启动燃烧，燃烧速度快，汽化潜力大，稀燃能力强，抗爆性能好，形不成气阻，燃烧充分，所排放的有害气体少。乙炔甲醇生产原料丰富，生产工艺不复杂，生产成本低，是汽油的1/3-1/2，在汽油发电机上易于使用，不需有任何的改动，燃料内又加成进缓蚀防锈剂，储、运、配制、使用都比汽油安全，是真正实现煤变油，替代汽油的一种新型燃料。

Description

一种乙炔甲醇加成替代汽油的新型燃料

技术领域：

本发明属煤炭化工煤变油技术，特别涉及一种新加成方法。

技术背景：

我国是一个富煤贫气少油的国家，据国家1998年统计资料表明，国内的煤炭保有储量为10070.7亿吨，可开采量为7650亿吨，按当前的销售量我开采能力每年25亿吨，可开采200-300年。石油保储量940亿吨，可开采储量为52.6亿吨，石油可开采期为30多年。天然气储量为40亿立方米，可开采量为2亿立方米。在世界已探明的储量中，中国的石油占2.7％，天然气占0.9％，而煤炭占15％左右。煤炭资源是我国的主要化石能源，如此，形成了我国特有的以煤炭为主的能源消费结构。

我国的煤炭消费占到总能量消费的60-70％的绝对地位。据报道，2010年中国能源消费中，煤炭、石油、天然气、水电、核电将分别占到62.6％、29.6％、2.6％、0.8％，可见我国煤炭为主的能源消费结构在近中期不会改变。

交通运输是社会经济发展的大动脉，目前，内燃发动机所使用的燃料，如汽油，柴油，煤油，都是石油产品，随着石油资源的日益减少，石油产品价格上升，高举不下，运输业的不稳定逐年增加，社会经济的不安全性也在逐日显现。为此全世界都在寻找内燃发动机的新燃料，以解决过分依赖石油的状况。另一方面，石油产品排放的尾气给大气环境造成严重的污染，严重威胁人类的生存发展。而且我国是石油进口大国，更迫切需要开发新燃料，在煤、石头领域寻找新工艺，新办法。

发明内容：

乙炔，俗称风煤、电石气，是炔烃化合物，不饱和烃，常温常压下无色易然气体，气体相对密度0.91(空气＝1)，液体相对密度0.681(-82℃)，熔点-81.8℃，-83.6℃时升华，闪点-17.78℃，燃点335℃，临界温度35.2℃，临界压力6.45MPa，与空气形成爆炸混合物，爆炸极限为2.55％-80％，与氧气形成混合爆炸物，爆炸极限2.3％-94.5％，遇明火或高热会引起燃烧或爆炸，易溶于水、醇、苯、酮，在0.1MPa的压力下，1单位体积的水可溶解1单位体积的乙炔，1单位体积的丙酮能溶解25个单位体积的乙炔，随着压力的增加，如在0.5MPa压力下，1单位体积的丙酮能溶解125个单位体积的乙炔，乙炔瓶就是盛装溶解于丙酮的乙炔压力容器。

乙炔的化学性质活泼，可进行加成，加氢、氯化、水合、氧化及聚合等反应，分子式CH≡HC，化学式C₂H₂，结构式是H.C≡C.H，结构简式HC≡CH，空间结构乙炔分子里的两个碳原子和两个氢原子处在同一条直线上，键角180度，电子式

分子量26.04，气体比重0.91(Kg/m³)，火焰温度3150℃，热值12800(千卡/m³)，在空气中的燃烧2100℃左右，在氧气中的燃烧速度7.5，可达3600℃的高温。

生产乙炔的原料成本低，材料广，工艺简单，乙炔质量的62％的石灰石，38％的焦炭或无烟煤相混合，在电炉中经2000-2300℃冶炼成电石再用5-20倍的水溶解制成乙炔。

甲醇：

甲醇的物理性质，是最简单的饱和脂肪酸，分子式CH₃OH，相对分子质量32.04，甲醇分子中的碳原子和氧原子的成键轨道为四面体结构的SP³杂化轨道，相互重叠结合成C--O键，而O--H键是氧原子的一个SP³杂化轨道和氢原子的IS轨道互重叠，氧原子的两对未共用电子对分别占据其它两个SP³杂化轨道。

甲醇属强极性有机化合物，具有很强的溶解能力，能与多种有机溶液互溶，并形成共沸混物，甲醇对气体的溶解能力很强，甲醇对一氧化碳气体的强吸附为甲醇和一氧化碳的反应体系提供了有利因素。甲醇属剧毒化合物，对眼睛皮肤有刺激作用，操作中要加以防范。它化学反应活泼，可进行氧化，酯化，羰基化，胺化，脱水等反应。物理化学特性，相对密度0.7913，熔点-97.5℃，沸点64.6℃，闪点16℃(闭杯)，折射率1.3286，临界温度240℃，临界压力7.85MPa蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限6.0％-36.5％。

元素重量组成O占50％，C占37.5％，H占12.5％。汽化潜热1167(KJ/Kg)(是汽油293的3-4倍)。燃烧热19930(KJ/Kg)(汽油43030)，是汽油的1/2。蒸汽压(38℃)239(mmHg)(汽油362-775)。蒸汽密度1.4(Iatm..10℃)/(g/L)(汽油2-5)。自然温度500℃，(汽油456℃)。辛烷值112-92(汽油70-90)。理论混合进气温122.4℃(汽油21.6℃)。燃烧热值2650(KJ/Kg)(汽油2780)。理论空燃比6.5(Kg/Kg)(汽油14.8)。层流燃烧密度52(m/s)(汽油38)。

甲醇的化学组成单一，辛烷值高，从理论上说，可以提高汽油机的压缩比，甲醇分子中含有50％的氧，使得甲醇的燃料热值降低，但同时也使甲醇完全燃烧时所需的空气量减少，甲醇和空气的理论混合气的热值与汽油相当，因此减少了尾气的排放量，热量损失也相应的减少，从而可提高发动机的总热效果。甲醇的潜热比汽油大2-4倍，虽然可以降低进气温度，提高充气效率，但给冷启动带来了困难，引起汽化器结冰，燃料消耗增加等问题。甲醇的饱和蒸汽和沸点都较低，在高温环境下易造成整个燃料的挥发性强烈增强，蒸汽压严重升高，发动机系统易产生气阻，使发动机工作不正常或停止工作。甲醇蒸汽压低于汽油，所以高浓度甲醇的毒性机率低于汽油。甲醇的燃烧热值仅是汽油的一半，要达到汽油燃烧的热效率，甲醇燃料的储存和运输量用量是汽油的两倍才行。甲醇燃料热值低，冷启动困难，会导致未完全燃烧的甲醛、甲酸、甲酯等碳氢化合物的排放。

甲醇是优良的极性有机溶剂，对橡胶、塑料具有熔胀作用，影响材料的使用性能，如会使机械油泵的隔膜油布膨胀而造成气密环不好，引起油路故障或漏油。甲醇极性强，电导率高，加剧了不同金属之间的电化学腐蚀。

甲醇气化潜热大，低温蒸汽压低，发动机在环境温度较低的情况下，燃料的蒸发量难以达到可燃的低限，不能启动，另外较大的汽化潜热，使燃料进气管的温度下降，燃料蒸发量小，致使燃料雾化不良，使燃烧器在各缸的分布不均匀，形不成完全燃烧，导致效率下降。

根据以上甲醇的理化特性，如果与汽油掺合的混合燃料。

1.相混量，当甲醇含量小于15％时，甲醇能在汽油中很好的溶解，基本不存在相分离问题。当甲醇含量大于85％时，相当于汽油溶解于甲醇中也不存在分离问题。当甲醇含量在15％-85％之间时，易产生相分离。上层为富烃层，下层为富醇层，由于甲醇分子中含有一个羟基，是极性化合物，能和水以任意比例互溶。特别是有微量水分存在下，这种分层更为容易，就必须掺入高碳醇助溶剂，如异丁醇、丁醇、异丙醇来促进互溶性，提高抗水性能。助溶剂价格比较贵，增大了混合燃料的成本。

2.中浓度或高浓度甲醇汽油混合燃料必须对发动机进行改装，增加发动机压缩比，对配气机构和油道做相应的调整和改造，扩大化油器孔，增大喉管流速，改善混合气的雾化质量，必须增加进油管的预热装置，对油化、汽缸盖和排气阀都得进行改装，有得采用甲醇、汽油双燃料系统，将甲醇和汽油分别送到化油器中进行混合，如此使得发动机结构更加复杂，增加了操作驾驶难度。

3.甲醇汽油混合燃料，汽油比例大，失去了油料的根本转变意义，甲醇占的比例大，根本的还是解决不了燃烧热值低，蒸汽压低，蒸发热量小的问题。致使高浓度甲醇燃料进入市场化步履艰难，迟迟来晚。

生产甲醇的原料来路广，资源丰富，主要是以煤、天然气、煤层气、焦炉气等，特别是利用高硫劣质煤和焦炉气生产甲醇，既可提高资源综合利用，又可减少环境污染，补充和替代部分石油燃料，是缓解我国石油能源紧张局势。

采用低压法，水煤浆为原料的汽化炉已运行多年，各种低能耗的天然气蒸馏技术已掌握，多种脱灰脱硫技术都很成熟，年产10-30万吨甲醇装置国内完全可设计装配。用煤生产甲醇每吨成本仅1100-1200元。用天然气生产甲醇每吨1300-1400元。焦炉气生产甲醇每吨1060-1100元。国际进口价每吨1500元-1600元，国内甲醇生产是供大于求，积压严重。

根据资料查明，合成甲醇的原料是CO₂，甲醇中碳原子来源于CO₂，氧原子可以来源于CO₂，也可以来源于H₂O，而氢原子则来源于合成气中的H₂，CO是通过水汽逆变转化为CO₂，进行甲醇合成的只要有CO，CO₂就可以合成反应生产甲醇。

本发明燃料所采用的技术方案：

1.乙炔与甲醇互溶性好，0.1MPa的压力将乙炔掺加到甲醇液体里，方法简单，易于相溶，不受任何温度、水分助溶剂等条件的影响，能快速溶解，稳定溶合，不会发生分层，稳定储存，使用安全。

2.因为乙炔和甲醇都是极强的烃类有机化合物。化学性质活泼，易于加成反应，乙炔甲醇分子中的碳原子、氢原子、氧原子，能相互重叠结合，相互吸附性能，温和密切，反应积极，热力平衡，渗透均匀。另加一些搅动，更能快速相溶结合。

3.乙炔与甲醇的有机加成结合，加强了碳原子和氢原子的成分比，成为含C、含H的强极性分子，从而从根本上提高了燃料的燃烧热值，提高了蒸汽压的发热量比值，碳氢化合形成的共沸点升高。汽化潜热大，提高发动机容积利用率，增大功率降低压缩过程耗能，降低热量损失，提高了热机效率。所以在实验中和使用过程中表现的易于起动，在行程中爆发力充足，有后劲，燃烧充分，使燃气在各缸的分布均匀，燃烧效率高于汽油。

4.乙炔、甲醇都是比较纯的化合物，不含硫、磷及其它复杂有机化合物，燃烧充分，尾气排放用洁白的卫生纸试验，无黑烟，排出的污染物极少。

5.在新型燃料中加成了磺酸盐，试图防止腐蚀和防锈，这个效果还待留有一定的时间来进行观察和验证。

6.从理论上讲，新型燃料要比汽油挥发性小，毒性小，安全性比汽油好。从物理化学特性可见，甲醇的蒸汽压比汽油低，同样条件下，汽油的蒸汽量是甲醇的2-4倍，甲醇蒸汽的密度较低，只略大于空气的密度。美国能源部1991年曾指出，甲醇对人体健康的总的危害要比汽油好。但是从新加成的燃料有待进一步的化验和实验验证。

本发明所采用的具体实施方法：

1.将甲醇装在封闭罐或桶内，罐体可大可小，根据生产能力而设计，按比例先将丙酮加入甲醇液体内后，启动罐体转动。

2.待丙酮与甲醇两液体混合均匀后，停止罐体转动，从加气口加入乙炔气体，启动罐体转动。

3.待乙炔气体全部均匀溶入液体后，最后加入磺酸盐，转动罐体，让磺酸盐全部溶解，分布均匀，为成品油，装入储存库备用。

4.也可小规模生产，将甲醇装进一个带盖的塑料桶，装进丙酮后用手工摇动桶体，再将乙炔气体从乙炔瓶用气管输进甲醇液体内，盖紧盖，摇动桶体，气体混均匀后，再加入磺酸盐，继续摇动桶体，均匀后成为成品油。

5.在操作过程中要穿戴好防护衣罩，因为甲醇有毒性，刺激眼睛、皮肤，造成伤害，手不能直接触摸液体。要远离火源，在通风透气的环境下生产，发生火灾可用水、沙、土就地就近取材扑灭。

Claims (4)

1.一种由乙炔为主宰，甲醇为载体的加成汽油机新型燃料油，来替代汽油，实现煤变油。

2.根据权利1所述，乙炔与甲醇加成的过程中，首先甲醇与丙酮加成反应，丙酮作为乙炔与丙酮加成的调节稳定剂，丙酮的掺入量为0.5％-1％，然后与乙炔加成。

3.根据权利2所述，最后加入石油磺酸盐，掺入量为0.05％-0.1％，起分散、防腐抗生锈作用。

4.根据权利要求3所述，所加成的新型汽油机燃料可独立在汽油机上使用，也可与汽油任意混配使用，所掺混比例可以根据实地实际资源成本和自然环境而选择。