CN102363733B

CN102363733B - 高清洁纳米醚基燃气及其制备方法

Info

Publication number: CN102363733B
Application number: CN 201110210676
Authority: CN
Inventors: 杨明; 石瑞章; 王国良; 刘鸿逵
Original assignee: HEBI BAOFA ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEBI BAOFA ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: CN102363733A

Abstract

本发明涉及一种新型高清洁纳米醚基燃气及其制备方法。本发明高清洁纳米醚基燃气包含质量百分数分别为55-84％的二甲醚、15-45％的甲醇、0.1-0.8％的纳米稀土添加剂、0.05-0.2％的环戊二烯基金属化合物、0.01-0.1％的富勒烯类材料；本发明纳米醚基燃气的制备方法将纳米稀土、环戊二烯基金属化合物、富勒烯类材料分别配置成溶液后和二甲醚、甲醇压入到0.5-0.8MPa压力容器内，自然融合即成。本发明新型高清洁纳米醚基燃气具有热值高，热效率高，成本低，洁净无污染的特点。

Description

高清洁纳米醚基燃气及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种燃料气体，特别是涉及一种新型高清洁纳米醚基燃气及其制备方法。

背景技术

传统醇醚作一种燃料，既洁净高效又经济安全，已经得到社会公众的认可和赞誉，但要作为可以完全替代石油液化气的一种工业燃气和民用燃气，必须解决两个课题：一是甲醇的气化，常温常压下二甲醚是一种气体，甲醇却是液体，如何将两者的混合物变成气体(态)；二是如何提高其热值及其利用率，因为甲醇或二甲醚的理论热值较石油液化气都低，用于工业上还有待于提高完善，使之可以完全替代石油液化气，然而现有技术中无法解决这两个问题。

对于提高燃气的热值，现有技术出现了一些燃气增效剂，如公开号为CN101643678A公开日为2010.2.10的专利申请公开了一种燃气增效剂，含有正丙醇、己烷、环己烷、美孚、煤油、颜料，该增效剂和丙烷混合可代替乙炔气体，能到达较高的温度，适用于焊接领域。公开号为CN1594511A公开日为2005.3.16的专利申请公开了一种具有环保节能工业燃气增效剂，含有二异丙醚10-30份，二茂铁1-5份，二环二烯烃1-7份，使燃油燃烧时具有热值高、环保无黑烟的特点。公开号为CN101457167，公开日为2009.06.17的专利申请，公开了一种燃气增效剂，含有松节油20-30份，丙酮20-30份，乙酸丁酯15-18份，二茂铁1-3份，吐温-80 8-10份，二乙二醇8-12份，正丁醇10-15份，该工业燃气具有很好的燃烧性、安全性、环保性和很高的燃烧火焰温度，与乙炔气相比较，其不容易发生爆炸，适用于切割或焊接领域，不适用于做锅炉燃气或民用燃料气领域。

目前二甲醚的应用范围主要是在民用领域，涉及面广但深度不够，国家也出台了“城镇燃气用二甲醚”“车用燃料二甲醚”等标准，其他如工业燃气用于工业窑炉、蒸汽锅炉、金属切割等尚无标准。醇醚燃料(气)的推广应用是一个系统工程，标准体系建设也是一个系统工程，根据我国“缺油少气富煤”的资源特征，大力发展高清洁纳米醚基燃气替代石油液化气，为大势所趋，醇醚燃料(气)的发展前景十分广阔。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种热值高，热效率高，成本低，洁净无污染的新型高清洁醚基燃气。

本发明一种新型高清洁纳米醚基燃气，包含质量份数分别为55-84％的二甲醚、15-45％的甲醇、0.1-0.8％的纳米稀土添加剂、0.05-0.2％的环戊二烯基金属化合物、0.01-0.1％的富勒烯类材料。

本发明是一种新型高清洁纳米醚基燃气，其中优选所述纳米稀土添加剂是由纳米稀土元素镝、镥、铒、镨、钕、钇、铈、镧的化合物或盐按质量比为(3-7)∶(4-8)∶(7-9)∶(5-9)∶(3-7)∶(13-26)∶(13-26)∶(13-26)的比例混合后制得。

本发明是一种新型高清洁纳米醚基燃气，其中优选所述稀土元素的化合物是指稀土元素的氧化物、氯化物或氟化物，稀土元素盐是指稀土元素的硝酸盐、磷酸盐或碳酸盐。

本发明是一种新型高清洁纳米醚基燃气，其中优选所述环戊二烯基金属化合物为环戊二烯基铁或环戊二烯基钴。

本发明是一种新型高清洁纳米醚基燃气，其中所述富勒烯类材料为纳米级富勒烯类材料，是一类全部由碳原子组成的球状分子的碳元素簇的物质。

本发明是一种新型高清洁纳米醚基燃气，其中优选所述二甲醚的纯度≥99％，所述甲醇的纯度≥98％。

本发明制备上述纳米醚基燃气的方法，包括以下步骤：

(1)将纳米稀土添加剂加入到异辛烷或低碳醇中，配制成质量百分比浓度为2～20％的溶液；

(2)将纳米级环戊二烯基金属化合物加入到甲醇或乙醚中，配制成质量百分比浓度为5～35％的溶液；

(3)将纳米级富勒烯类材料加入到环己烷中，配制成质量百分比浓度为0.2～10％的溶液；

(4)将上述(1)、(2)、(3)得到的溶液、甲醇和二甲醚依次压入到压力容器内，自然融合即成，其中所述压力容器的压力为0.5-0.8MPa。

本发明制备纳米醚基燃气的方法，其中优选所述步骤(1)得到的溶液质量百分比浓度为10％、所述步骤(2)得到的溶液质量百分比浓度为15％、所述步骤(3)得到的溶液质量百分比浓度为7％。

本发明制备纳米醚基燃气的方法，其中，在压力容器中的燃气为液态，燃气中的成分按质量份数为55-84％的二甲醚、15-45％的甲醇、0.1-0.8％的纳米稀土添加剂、0.05-0.2％的环戊二烯基金属化合物和0.01-0.1％的富勒烯类材料。

本发明制备纳米醚基燃气的方法，其中所述步骤(1)中的低碳醇为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇或异丙醇。

本发明新型纳米醚基燃气及其制备方法，将纳米稀土添加剂溶液、环戊二烯基金属化合物溶液、富勒烯类材料溶液添加到甲醇、二甲醚中，在压力容器中自然融合，使用时减压即得本发明所述的醚基燃气，大大提高了燃气燃烧的热值和热效率，并且本发明燃气由于成分较石油液化气成分单一，不含硫元素，因此燃烧还具有清洁无污染的特点。

具体实施方式

以下结合实施例和试验数据，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

本发明的新型高清洁纳米醚基燃气，包含质量份数分别为55-84％的二甲醚、15-45％的甲醇、0.1-0.8％的纳米稀土添加剂溶液、0.05-0.2％的环戊二烯基金属化合物溶液、0.01-0.1％的富勒烯类材料溶液(总的质量份数为100％)。

其中纳米稀土添加剂是指由纳米稀土元素镝、镥、铒、镨、钕、钇、铈、镧等的化合物或盐，化合物可以是氧化物、氯化物或氟化物，所述盐可以是硝酸盐、磷酸盐或碳酸盐。纳米稀土添加剂可以是单一的纳米稀土元素的化合物或盐，也可以是两种以上化合物或盐的混合物，还可以是两种以上纳米稀土元素的化合物和盐的混合物，优选由纳米稀土元素镝、镥、铒、镨、钕、钇、铈、镧的化合物或盐按质量比为(3-7)∶(4-8)∶(7-9)∶(5-9)∶(3-7)∶(13-26)∶(13-26)∶(13-26)的比例混合后得到的。上述化合物或盐市场有售。

其中所述环戊二烯基金属化合物优选纳米级环戊二烯基铁或纳米级环戊二烯基钴，市场有售。

其中所述富勒烯类材料为纳米级富勒烯类材料，是一类全部由碳原子组成的球状分子的碳元素簇的物质，如C₂₄、C₃₆、C₆₀、C₇₀、C₈₀、C₈₄、C₁₂₀、C₁₈₀……C₅₄₀等，它们可以与多种金属或化合物形成包合物，本发明所用的富勒烯类材料可以是上述物质中的一种或几种的混合物。该富勒烯类材料市场有售。

其中所述二甲醚和甲醇作为基础燃料，纯度越高越好，其中优选二甲醚的纯度≥99％，甲醇的纯度≥98％。

本发明制备上述纳米醚基燃气的方法，包括以下步骤：

其中所述步骤(1)中的低碳醇为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇或异丙醇。

其中优选所述步骤(1)得到的溶液质量百分比浓度的优选浓度为10％、所述步骤(2)得到的溶液质量百分比浓度的优选浓度为15％、所述步骤(3)得到的溶液质量百分比浓度的优选浓度为7％。

本发明制备得到的燃料置于压力容器中，呈液态，当使用时，降压释放呈气体即可。燃气中的成分按质量份数为55-84％的二甲醚、15-45％的甲醇、0.1-0.8％的纳米稀土添加剂、0.05-0.2％的环戊二烯基金属化合物和0.01-0.1％的富勒烯类材料。

实施例：

(1)将纳米碳酸镝、纳米硝酸镥、纳米氯化铒、纳米氧化镨、纳米磷酸钕、纳米氟化钇、纳米氧化铈、纳米碳酸镧，按质量比为3∶5∶8∶8∶6∶15∶15∶18的比例混合后加入到乙醇中，配制成质量百分比浓度为10％的溶液；

(2)将纳米级环戊二烯基铁加入到甲醇中，配制成质量百分比浓度为15％的溶液；

(3)将纳米级富勒烯类材料C₆₀加入到环己烷中，配制成质量百分比浓度为7％的溶液；

(4)将上述(1)得到的溶液78g、(2)步骤得到溶液10g、(3)步骤得到溶液10g、纯度为99.9％的甲醇200g、纯度为99.9％的二甲醚790g依次压入到压力为0.8MPa的压力容器内，自然融合即成，得到的燃气为液态，其中纳米稀土添加剂的质量分数约是0.72％，纳米级环戊二烯基铁的质量分数约0.14％，纳米级富勒烯类材料C₆₀的质量分数约0.064％，二甲醚的含量约72.6％，甲醇含量约19.2％，其余为乙醇和其它杂质。

试验例1：本发明纳米醚基燃气用于工业窑炉与石油液化气的对比实验

实验条件：同一企业同一座内腔容积为4立方的瓷器梭子窑，烧制相同数量、种类的瓷坯，相同的操作人员，同样的烧制工艺流程。

实验结果：

(1)采用优质的石油液化气作燃料烧制1窑实验产品，用时22小时，消耗石油液化气300公斤；采用较差的石油液化气需378公斤，窑温均约1300℃。

(2)采用本发明醚基燃气，烧制1窑实验产品，用时20小时30分钟，本新型高清洁纳米醚基燃气消耗量290公斤，窑温达到1300～1350℃。

结论：

使用本发明纳米醚基燃气比石油液化气，热效率提高15-25％，燃气成本降低约30％。

试验例2：本发明新型高清洁纳米醚基燃气用于蒸汽锅炉与石油液化气的对比实验

实验条件：同一台2吨蒸汽锅炉，同一水位，加热到118℃，产蒸汽表压为4.5kg/cm²，同一司炉工。

实验结果：

(1)使用石油液化气将一台2吨蒸汽锅炉最高限水位的温软水(30℃)加热到温控显示118℃，产蒸汽表压为4.5kg/cm²，用时38分钟，消耗石油液化气42.6公斤。

(2)使用本发明纳米醚基燃气将同一台2吨蒸汽锅炉最高限水位的温软水(30℃)加热到温控显示118℃，产蒸汽表压为4.5kg/cm²，用时32分钟，消耗本新型高清洁纳米醚基燃气约40公斤。

结论：

使用本新型高清洁纳米醚基燃气比石油液化气，热值利用率提高10-20％，节约燃气成本20％以上。

试验例3：本发明纳米醚基燃气用于金属切割与石油液化气的对比实验

实验条件：长6400毫米、宽1500毫米、厚18毫米的钢板。同一气焊工。

实验结果：用石油液化气横向切割成六块大小相同的钢板每块长1500毫米，宽1000毫米，割缝总长7500毫米，耗石油液化气1.5公斤；用本新型高清洁纳米醚基燃气切割同一规格型号的钢板，横向切割成同样大小的六块钢板，每块长1500毫米、宽1000毫米，割缝总长为7500毫米，耗气1.2公斤。

结论：

使用本发明纳米醚基燃气比石油液化气，热值利用率提高20％，燃气费用降低约30％。

纳米微粒由于其表面积大，表面能高，表面含有许多官能团，具有很强的化学活性，能促进燃烧。本发明使用纳米稀土添加剂，促燃效果十分显著，热效率也大大提高。

富勒烯类材料，由于分子结构奇特，形似洋葱状，球笼内可容纳多种纳米稀土金属元素或化合物形成包合物，这种包合物有许多断裂键，这些键也会与甲醇分子的极性键相连接，将甲醇分子整个悬挂于二甲醚气氛之中，所以特定的定量的纳米稀土化合物作为包合物，一定量的甲醇就将会更容易变成气态，与二甲醚分子一起生成混合态的气相，这种协同效应，大大加速了醇醚混合物的气化进程。由于富勒烯类纳米微粒包容量更大，能形成的包合物更多，也使得纳米稀土化合物促燃性能得以充分的发挥。

本发明新型高清洁纳米醚基燃气还添加有环戊二烯基金属化合物，该化合物的结构是一个夹心化合物，气相的分子结构为覆盖型，也很容易形成包合物，起到助燃的效果。

因此本发明的新型高清洁纳米醚基燃气具有热值高，热效率高，成本低，洁净无污染的特点。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的专利保护范围内。

Claims

1.一种高清洁纳米醚基燃气，其特征在于：包含质量分数分别为55-84%的二甲醚、15-45%的甲醇、0.1-0.8%的纳米稀土添加剂、0.05-0.2%的环戊二烯基金属化合物、0.01-0.1%的富勒烯类材料，各组分含量之和等于100%；

所述纳米稀土添加剂是由纳米稀土元素镝、镥、铒、镨、钕、钇、铈、镧的化合物按质量比为（3-7）：（4-8）：（7-9）：（5-9）：（3-7）：（13-26）：（13-26）：（13-26）的比例混合后制得；

所述环戊二烯基金属化合物为环戊二烯基铁或环戊二烯基钴；

所述富勒烯类材料为纳米级富勒烯类材料，是一类全部由碳原子组成的球状分子的碳元素簇的物质。

2.根据权利要求1所述的纳米醚基燃气，其特征在于：所述稀土元素的化合物是指稀土元素的氧化物、氯化物或氟化物，稀土元素盐是指稀土元素的硝酸盐、磷酸盐或碳酸盐。

3.根据权利要求1所述的纳米醚基燃气，其特征在于：所述二甲醚的纯度≥99%，所述甲醇的纯度≥98%。

4.一种制备权利要求1-3任一项所述的纳米醚基燃气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将纳米稀土添加剂加入到异辛烷或低碳醇中，配制成质量百分比浓度为2～20%的溶液；

（2）将纳米级环戊二烯基金属化合物加入到甲醇或乙醚中，配制成质量百分比浓度为5～35%的溶液；

（3）将纳米级富勒烯类材料加入到环己烷中，配制成质量百分比浓度为0.2～10%的溶液；

（4）将上述（1）、（2）、（3）得到的溶液、甲醇和二甲醚依次压入到压力容器内，自然融合即成，其中所述压力容器的压力为0.5-0.8MPa。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）得到的溶液质量百分比浓度的浓度为10%、所述步骤（2）得到的溶液质量百分比浓度的浓度为15%、所述步骤（3）得到的溶液质量百分比浓度的浓度为7%。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：在压力容器中的燃气为液态，燃气中的成分按质量分数为55-84%的二甲醚、15-45%的甲醇、0.1-0.8%的纳米稀土添加剂、0.05-0.2%的环戊二烯基金属化合物和0.01-0.1%的富勒烯类材料，各组分含量之和等于100%。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤（1）中的低碳醇为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇或异丙醇。