CN102453554A - 一种能够防止相分离的甲醇燃料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及内燃机专用燃料，具体的说是一种能够防止相分离的甲醇燃料。能够防止相分离的甲醇燃料按体积百分比计为45-55%的甲醇、25-35%的石脑油、20-40%的芳烃和0.001-13%的相分离防止剂。本发明甲醇燃料可以作为替代汽油的内燃机专用燃料，无须改造原先的发动机就可以直接使用，与汽油相比能够显著减少大气污染的同时作为燃料的动力性能也比汽油相同或更高，所以可称作有经济性的替代燃料。

Description

一种能够防止相分离的甲醇燃料
技术领域
本发明涉及内燃机专用燃料，具体的说是一种能够防止相分离的甲醇燃料。
背景技术
随着全世界石油枯竭及环境污染问题越来越严重，世界处于对缺乏能源现象的敏感状态。
为了克服石油枯竭及环境污染问题，关注着再生能源和利用生物技术的替代燃料事业，并开发出太阳能、地热、风力、潮力等能源，但实际的效果仍然无法达到投资所满意的效果。
最近随着国际趋势开发出了许多利用酒精的替代燃料技术。含有酒精的燃料能够减少碳化氢和氮氧化物的研究结果显示出酒精燃料是环保性原料源。（Johnson R.T., Stoffer J.O., Soc, Automot.Eng.(Spec.Pubi)1983, S,P 542,91-104）
作为酒精燃料最早使用的甲醇是用工业方法从天然气、煤炭、木材中制造出的甲醇，这种甲醇的辛烷值为101.5左右并在燃烧中不产生烟子、不含有硫磺成分、显著降低氮氧化合物（NOx）及硫的氧化物（SOx）。但是，只单纯地把甲醇使用于汽油引擎时会发生，由于发热量比汽油少而相对消耗的燃料量过多、腐蚀引擎部件的可能性，所以现实上难以单独适用于汽油引擎。
特别是对于汽车领域，虽然在南美国家使用甲醇的燃料，但需要另外开发汽车引擎和另外的充填燃料设施，所以现实生活中的这种社会费用只能成为经济负担。
并且，使用85%-100%甲醇时的动力只能达到相同体积汽油发热量的一半左右，所以行驶相同距离时将需要2倍的燃料油。
    根据这些先行研究的结果可以想到，甲醇与传统汽油燃料混合使用的方法，实际上以中国及东南亚为中心，正在使用着10-15%甲醇与85-90%汽油混合的燃料作为汽车等运输领域的内燃机专用燃料。工业用甲醇本身具有毒性，所以使用时有害于人体，所以许多国家虽然认可甲醇燃料的环境方面的优秀性而限制使用。因此，美国、欧洲及日本用乙醇替代甲醇与传统的汽油进行混合后用作替代燃料。
    乙醇（Ethanol）除了从石油化学工业所生产以外，还可以从植物等生物中提取，作为燃料的性能类似于甲醇，具有毒性少、使用简便的优点。
现在，美国和巴西的一部分汽车正在使用90%左右的汽油和10%左右乙醇加以混合的称作Gasohol的燃料。特别是，Gasohol中混合的乙醇使用了非石油化学工业制造而植物中提取的所谓生物乙醇，所以作为环保燃料受到欢迎。
但是，从植物中提取的乙醇导致了全世界谷物价格上升的原因，所以生产成本比甲醇高而只能增加能源价格的结构负担。
甲醇和汽油主要成分的疏水性碳氢化合物加以混合，作为燃料使用时，最大的问题是出现相分离现象。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够防止相分离的甲醇燃料。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种能够防止相分离的甲醇燃料：能够防止相分离的甲醇燃料按体积百分比计为30-55%的甲醇、25-35%的石脑油、20-40%的芳烃和0.001-13%的相分离防止剂。
所述芳烃为甲苯或二甲苯。所述相分离防止剂为丁基溶纤剂(Butyl cellosolve)、乙基溶纤剂(Ethyl Cellosolve)、松香酸(Rosin Acid)、异丙醇(iso-propanol)或异丁醇(iso butanol)。所述相分离防止剂为按重量体积比为0.1-9%体积的丁基溶纤剂(Butyl cellosolve)、0.1-11%体积的乙基溶纤剂(Ethyl Cellosolve)、0.001-6%体积的松香酸(Rosin Acid)、0.1-13%体积的异丙醇(iso-propanol)或0.1-12%体积的异丁醇(iso butanol)。所述甲醇燃料还可添加甲醇燃料总体积5-10%的戊烷。
本发明所具有的优点：
   1.本发明甲醇燃料与传统的汽油相比，能够显著减少二氧化碳、氮氧化合物及硫的氧化物等有害物质。
   2.本发明甲醇燃料中添加防腐蚀剂即可有效的解决腐蚀汽油引擎的问题；另外添加的相分离防止剂是为了提高亲水性成分和疏水性碳化氢化合物的互溶性，防止长期保管燃料油时产生相分离现象。
3.本发明甲醇燃料添加剂中的异丙醇（iso-propanol），其使用目的是调整燃料的上部燃点，降低亲水性甲醇与疏水性芳香族化合物的界面张力而起到提高互溶性的作用，其成分的含量可以使用整个组成物的0.1-13%体积范围；另外使用戊烷pentane（C5H12）可改善在低温难以启动的缺点。
4.本发明甲醇燃料中添加的芳香族碳氢化合物甲苯（toluene）能够起到增加爆发力，提高行驶性的作用。二甲苯（xylene）能够提高加速性，甲苯或二甲苯各自的含量以整个组成物作为标准的20-40%体积为好。
5.本发明甲醇燃料可以作为替代汽油的内燃机专用燃料，无须改造发动机可以直接使用。与汽油相比能够显著减少大气污染的同时作为燃料的动力性能也比汽油相同或更高，所以可称作有经济性的替代燃料。
具体实施方式
    下面通过本发明的具体实施例子进一步说明本发明。但是，本发明的权利范围并不局限于这些实施例子。
本发明原料中另一个酒精成分的异丙醇（iso-propanol）的使用目的是调整燃料的上部燃点，使用戊烷pentane（C5H12）是为了改善使用甲醇为主的燃料时在低温难以启动的缺点而在整体体积的5-10%范围内使用时能够确保低温启动性，使用量过少时无法达到上述效果而大量使用时将提高成本，所以各自在5-10%的范围内使用为好。
    芳香族碳氢化合物甲苯（toluene）能够起到增加爆发力而提高行驶性的作用，而二甲苯（xylene）能够提高加速性，甲苯或二甲苯的含量以整个组成物作为标准的20-40%体积为好。
    芳香族碳氢物质的各个含量不足20%体积时难以期待所希望的爆发力、超过40%体积时将使用过多的芳香族碳氢化合物而增加产生碳的氧化物。
    包含于本发明的酒精系列燃料组成物中的核心成分之一的分离层防止剂的使用目的是为了提高亲水性酒精成分和疏水性碳化氢化合物的可溶混性，一般而言不包含分离层防止剂的酒精系列燃料油虽然在短时间内不产生分离层或沉淀现象而使用方面不存在大问题，但长期保管燃料油时将产生分离层及沉淀现象而无法使用于传统汽油引擎。
    分离层防止剂中选择使用丁基溶纤剂、乙基溶纤剂或松香酸衍生物之一以上成分时将起到更加优秀的分离层防止剂的作用并有助于延长引擎的使用寿命。
    异丙醇（iso-propanol）能够减少本发明之主要原料的亲水性甲醇与疏水性芳香族化合物的界面张力而起到组成物之间达到更好物理混合性的作用，其成分的含量可以使用整个组成物的0.1-13%体积范围。
    异丁醇虽然在防止分离层方面与异丙醇相比虽然差一些而能够改善乙醇缺点的低温启动性和减少酒精类燃料缺点的过多燃料消耗量，所以作为具有提高燃料比及显著减少排放有害气体效果的成分，在0.1-12%体积范围内使用时将有助于内燃机专用燃料。
    本发明的碳氢溶剂作为混合物将根据后者的分类方法分类为Paraffin系列碳化氢、Cyclopaffin系列碳化氢、Aromatic系列碳化氢。
    但是，本发明将提供碳化氢溶剂以带有4-15个碳氢的石蜡系列碳氢作为主要成分并混合少量环烷碳氢等作为特征的内燃机专用燃料组成物。
    通常添加到汽油或柴油等的防止氧化剂、清净剂、燃烧促进剂及流动性提高剂等添加剂可以添加使用于本发明的甲醇燃料。
实施例1   
甲醇燃料按体积百分比计为50%的甲醇（甲醇浓度是99.9%的精甲醇）、30%的石脑油(Naphtha)、10%异丙醇、10%二甲苯组成。
石脑油(Naphtha)：一般含烷烃55.4%、单环烷烃30.3%、双环烷烃2.4%、烷基苯11.7%、苯0.1%、茚满和萘满0.1%。平均分子量为114，密度为0.76g/cm3，爆炸极限1.2%-6.0%。本实施例所采用石脑油购置于大庆石化公司。
另外由于采用甲醇与传统的汽油燃料相比能够显著减少碳的氧化物、氮氧化合物及硫的氧化物的产生，所以使用甲醇时能够减少燃烧时所产生的有害排放气体并获得较高的辛烷值和压缩比。
    由于所使用甲醇是从天然气和煤炭中提取而含有一定量的水分，所以事实上存在潜在的腐蚀汽油引擎的问题。
    虽然提高纯度时能够减少水分而能够最大限度地减少不完全燃烧和腐蚀引擎的问题，而使用高纯度的甲醇将增加提炼工序和需要优秀的提炼技术。从而提高了生产成本而添加量方面受到限制而降低了燃料的性能。
    因此，本发明甲醇燃料在使用时可根据需要追加使用现阶段常用的添加到液状燃料油中的防止腐蚀剂，这些防止腐蚀剂不管胺系列化合物、酰胺或酯衍生物等已知的防止腐蚀剂也无妨。
实施例2
甲醇燃料按体积百分比计为50%的甲醇、33%的石脑油(Naphtha)、4%丁基溶纤剂（Butyl cellosolve）（锦州石化）、13%二甲苯组成。
实施例3
甲醇燃料按体积百分比计为53%的甲醇、32%的石脑油(Naphtha)、6%松香酸(Rosin Acid) 化合物、9%甲苯组成。
实施例4
甲醇燃料按体积百分比计为52%的甲醇、31%的石脑油(Naphtha)、9%异丁醇、3%甲苯和5%二甲苯组成。
实施例5
甲醇燃料按体积百分比计为52%的甲醇、31%的石脑油(Naphtha)、9%异丁醇、8%二甲苯组成，同时加入甲醇燃料体积5%的戊烷(Pentane)，进而提高低温启动的容易性。
实施例6
甲醇燃料按体积百分比计为45%的甲醇、35%的石脑油(Naphtha)、20%二甲苯组成，同时加入甲醇燃料体积1%的戊烷(Pentane)，进而提高低温启动的容易性。
实施例7
甲醇燃料按体积百分比计为55%的甲醇、25%的石脑油(Naphtha)、10%体积的丁基溶纤剂(Butyl cellosolve)、10%二甲苯组成。
实施例8
甲醇燃料按体积百分比计为34%的甲醇、25%的石脑油(Naphtha)、1%体积的异丁醇、40%二甲苯组成。
实施例9
甲醇燃料按体积百分比计为50%的甲醇、14.5%的石脑油(Naphtha)、0.5%体积的乙基溶纤剂(Butyl cellosolve)、35%甲苯组成。
实施例10
甲醇燃料按体积百分比计为40%的甲醇、22.99%的石脑油(Naphtha)、0.001%体积的乙基溶纤剂(Butyl cellosolve)、38%甲苯组成。
 另外本发明甲醇燃料可以用作汽油的替代燃料同时也可以作为汽油的添加剂。用作添加剂时与传统汽油相比在燃比及动力性能、排气、噪音等方面显示出反而比使用传统汽油相比更优秀的效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
测试例：
    上述实施例中所的甲醇燃料的性状及成分分析委托中国石化化工抚顺石油化工研究院进行试验的结果如表1。
    从表1中可以了解到在铜板腐蚀性和氧化稳定度方面也显示出与传统汽油燃料标准同等以上的值而满足了汽油的质量标准。
表1是2009年11月委托中国石化抚顺石油化工研究院的甲醇燃料与汽油的质量标准比较表。
Figure 400219DEST_PATH_IMAGE001
Figure 279838DEST_PATH_IMAGE002
将本发明的内燃机专用甲醇燃料用欧洲式评价方法（ECE15+EUDC）进行了评价。
    比较的目标燃料使用了辛烷价#93的无铅汽油、车辆使用现代EF-SONATA2008式车辆测量法GB1835.2-2001(汽车排放气体测量法)、GB/T12543-90（汽车动力性能测量法）、GB1495-2002（汽车噪音测量法）进行了评价、分析。
    即，把燃料注入到车辆并行驶200km之后，在空转中测量1次排放气体、测量1次燃料经济性、测量1次动力性能、测量1次空转时的噪音。同时测定所采用的车辆规格参见表2、所采用的测量仪器参见表3。
Figure 164617DEST_PATH_IMAGE003
Figure 431651DEST_PATH_IMAGE004
实验按照GB1835.2-2001(汽车排气测量法)测量排气。测试时采用EF SONATA轿车从表4中结果可知与使用#93汽油时相比，使用使用本发明实施例5-7时具有减少最多36%HC、最多减少30%CO、减少67%NOx的效果，燃比最多增加12.8%。
[表5] EF SONATA轿车的动力性能测试结果（单位：秒）
实验方法：按照GB/T12543-90（汽车动力性能测量法）进行了检查。
Figure 692868DEST_PATH_IMAGE005
    从上述[表5]可以了解到行驶200km以后把齿轮换成4挡和5挡进行加速时所需要的时间与一般#93汽油相比，实施例7的加速力最快。
[表6]测量 EF SONATA轿车的噪音
实验方法：按照GB1495-2002（汽车噪音测量法）在行驶状态下把齿轮挡放在2挡、3挡的情况下通过各自测量4次左右噪音数值（Decibel）的方法标记最大值并计算了平均值。
Figure 424063DEST_PATH_IMAGE006
从上述的测量噪音结果中可以了解到测量整个#93汽油和实施例1-3的结果与使用#93相比在性能方面没有太大的差别。 

Claims (4)

1.一种能够防止相分离的甲醇燃料，其特征在于：能够防止相分离的甲醇燃料按体积百分比计为30-55%的甲醇、25-35%的石脑油、20-40%的芳烃和0.001-13%的相分离防止剂。
2.按权利要求1所述的能够防止相分离的甲醇燃料，其特征在于：所述芳烃为甲苯或二甲苯。
3.按权利要求1所述的能够防止相分离的甲醇燃料，其特征在于：所述相分离防止剂为丁基溶纤剂(Butyl cellosolve)、乙基溶纤剂(Ethyl Cellosolve)、松香酸(Rosin Acid)、异丙醇(iso-propanol)或异丁醇(iso butanol)。
4.按权利要求1或3所述能够防止相分离的甲醇燃料，其特征在于：所述相分离防止剂为按重量体积比为0.1-9%体积的丁基溶纤剂(Butyl cellosolve)、0.1-11%体积的乙基溶纤剂(Ethyl Cellosolve)、0.001-6%体积的松香酸(Rosin Acid)、0.1-13%体积的异丙醇(iso-propanol)或0.1-12%体积的异丁醇(iso butanol)
5.按权利要求1所述能够防止相分离的甲醇燃料，其特征在于：所述甲醇燃料还可添加甲醇燃料总体积5-10%的戊烷。
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