CN103403130B - 用于为压燃式发动机提供动力的方法和燃料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柴油发动机燃料组合物，其包含：甲醇，水平为该燃料的至少20重量％；水，水平为该燃料的至少20重量％；水与甲醇的比为20∶80至80∶20；水与甲醇的总量为该燃料组合物的至少60重量％，以及一种或更多种添加剂，总量为该燃料的至少0.1重量％，其中氯化钠(如果作为添加剂存在的话)的水平为该燃料的0重量％至0.5重量％，增香剂(如果作为添加剂存在的话)的水平为该组合物的0％至1.5％。还提供一种使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，包括预热吸入的空气，和相关系统以及该燃料组合物的用途。

Description

用于为压燃式发动机提供动力的方法和燃料

本发明涉及用于为压燃式内燃机提供动力的新燃料组合物和方法。

本申请要求澳大利亚专利申请AU2010905226和AU2010905225的优先权。本申请还涉及由相同申请人在该日提交的具有共同优先权要求的发明名称为“Fuel and processfor powering a compression ignition engine”的国际申请。相关国际申请的说明书通过引入并入本文。

背景技术

对常规化石燃料的燃料替代品的追求主要受对“清洁”排放燃料加之低生产成本和广泛可用性的需要驱动。对燃料排放的环境影响给予了大量关注。对替代燃料的研究关注于将减少由燃料燃烧产生的颗粒物质和氧化物的量的燃料以及减少非燃烧燃料和CO₂排放以及其它燃烧产物的燃料。

对用于输送应用的环境友好燃料组合物的推动关注于乙醇。可以将生物材料例如植物有机物转化为乙醇，并且通过该方法产生的乙醇已被用作用于火花点火式发动机的燃料的部分替代物。虽然就燃料而言，其减少了对不可再生资源的依赖，但是在总体意义上，由在发动机中使用这些燃料产生的环境结果并未得到显著改善，其中较为清洁的燃烧被在较低效率的火花点火式发动机中连续使用这样的燃料、和与使用能量、耕地、化肥和灌溉用水产生燃料相关的负面环境影响抵消。

用于完全或部分替代传统燃料的另一些燃料替代品尚未得到广泛应用。

用可再生替代燃料完全替代传统燃料、并且特别是用于压燃式发动机的燃料(柴油燃料)的一个主要缺点涉及已感知的与这些燃料的低十六烷指数相关的问题。这样的燃料提出以发动机高效运转所需的方式实现点火的问题。

本申请人还认识到在一些偏远地区或环境，水是稀缺资源，并且在这样的地区，可能需要发电(例如通过柴油发动机发电)加之捕获水副产物用于在当地社区再利用。另外，与架空输电线路相比，就以最小可见影响将大量能量移动经过长距离而言，通过液体管道移动大量能量是存在已久 且成本效益好的技术。

本申请人还认识到，在一些地区，需要捕获在这样的工业过程中产生的热并在当地社区再利用。在一些示例中，该需要与在上文中提到的对捕获水用于再利用的需要相结合。

简言之，持续需要用于内燃机的替代燃料。令人感兴趣的是可减少排放的燃料，特别是在获得了改善的排放特性而对燃料效率和/或发动机性能没有重大不利影响的情况下。还需要用于为压燃式发动机提供动力使得这样的发动机基于柴油替代燃料运行的方法，该柴油替代燃料包含在传统上并不认为适用于这样的应用的组分。还需要适于在可以最大限度地利用发动机运转的所有副产物(包括例如，热和水副产物)的偏远地区或环境敏感的环境(例如在高纬度海洋环境，在排放方面特别是港区)或其它地区(例如偏远的干冷内陆地区)使用的柴油发动机燃料和发动机运转方法。优选地，这些目的以尽可能少地损失(penalty)燃料效率和发动机性能来实现。

发明概述

根据本发明，提供了一种柴油发动机燃料组合物，其包含：

-甲醇，水平为该燃料的至少20重量％；

-水，水平为该燃料的至少20重量％；

-水与甲醇之比为20∶80至80∶20；

-水和甲醇的总量为该燃料组合物的至少60重量％；

以及

-一种或更多种添加剂，总量为该燃料的至少0.1重量％，其中氯化钠(如果作为添加剂存在的话)的水平为该燃料的0重量％至0.5重量％，增香剂(如果作为添加剂存在的话)的水平为该组合物的0％至1.5％。

根据本发明，还提供了一种使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括：

预热吸入的空气流，将经预热的空气引入发动机的燃烧室中，并压缩经预热的空气；以及

将燃料引入燃烧室中；并点燃燃料/空气混合物从而驱动发动机。

根据本文所述的方法，通过排除对产生高纯度组分和副产物组分的需要、通过接受这样的组分的共混物进入燃料，本发明可导致燃料生产的简化和较低的成本并且减少的环境影响。从在寒冷气候中使用燃料也可产生成本和环境益处，因为燃料的凝固点可以容易地满足可能遇到的任何低温环境。

由燃料燃烧产生的排气可包含低级杂质，使得其对于后续工艺而言是理想的。作为一个实例，利用能源(其可包括可再生能源，包括太阳能)，可以将CO₂转化回甲醇以直接减少温室气体CO₂，或者可以将高纯度CO₂用于有机生长(例如藻类)以用于许多终端用途，包括甲醇生产。

根据一个实施方案，添加剂包括醚，水平为燃料的至多20重量％。该醚可以是二甲醚。

在一些实施方案中，可以回收在燃料燃烧过程中产生的水，这对于水稀缺的偏远地区而言是一个重要优点。在另一些示例中，可以将在柴油发动机运转过程中产生的热用于当地加热需要。因此，如下文所述的一些实施方案提供了动力产生系统，通过柴油发动机的运转其以合适的方式利用发动机的水和/或热输出。

根据本发明，还提供了一种动力产生系统，其包括：

使用甲醇-水燃料产生动力从而为压燃式发动机提供动力；

预热压燃式发动机的吸入的空气流，和/或用点火增强剂熏蒸(fumigating)吸入的空气流；

处理发动机排气以回收从发动机排出的热和/或水，以及

再定向该热和/或水用于进一步应用。

在一些实施方案中，可以将热和/或水再循环回到发动机中用于再利用。可替选地或另外地，可以在当地再定向热和/或水用于其它地方。在一个实例中，可以通过热水环路将热供应至附近的社区以为该社区提供热形式的能量，例如加热住宅或商业建筑。该实例中的发动机可用于为社区发电，对于偏远社区而言其可特别有益。

在另一些实施方案中，系统可适于为运载工具提供动力，所述运载工具包括轨道运载工具和水上运载工具。在这些应用中，处理排气以除去颗粒，并回收热和水以在发动机中再利用以及根据需要在轨道运载工具或水上运载工具上用于其它用途。

根据本发明，还提供了一种输送包含甲醇和醚的两部分预燃料组合物的方法，其包括将预燃料从第一地区输送到远离第一地区的第二地区，并且将醚与甲醇分离以产生包含甲醇的第一燃料部分和包含醚的第二燃料部分。

根据本发明，还提供了一种包含甲醇和至多10重量％的醚的预燃料组合物。

根据本发明，还提供了上述柴油燃料组合物在上述方法或动力产生系统中的用途。

附图简述

现在将通过示例并参照附图对本发明的实施方案进行描述，在附图中：

图1是说明根据本发明的一个实施方案用于为压燃式发电机提供动力的方法的流程图；

图2是针对三种燃料组合物(100％甲醇、70％甲醇∶30％水和40％甲醇∶60％水)，待熏蒸进入发动机的作为点火增强剂的二甲醚(DME)的重量％(与燃料的重量相比)对压缩的燃料/熏蒸剂/空气混合物的温度变化作图的图。该图涉及可用于支持下述点火增强技术的一种方法。

图3A是说明用于为压燃式发动机提供动力和处理发动机排气的方法的流程图，其中通过热水回路将废热用作单独的热源；

图3B是与图3A相类似的流程图，但其不包括熏蒸发动机吸入的空气的步骤。

图4A是图3A和3B的流程图的排气处理的更详细图示。

图4B是与图4A相类似的图示，但其没有最终的排气空气交换冷凝器。

图5A是说明用于为压燃式发动机提供动力以驱动轨道运载工具和处理发动机排气的方法的流程图。

图5B是与图5A相类似的流程图，但其不包括熏蒸发动机吸入的空气的步骤。

图6A是说明用于为压燃式发动机提供动力以驱动海上运载工具和处 理发动机排气的方法的流程图。

图6B是与图6A相类似的流程图，但其不包括熏蒸发动机吸入的空气的步骤。

图7是说明使用液相的包含不同量的水和不同量的甲醇、DME以及DEE的燃料，用DME熏蒸的压燃式发动机的制动热效率的图。

图8是说明使用包含不同量的醚作为点火增强剂的燃料，并利用DME作为熏蒸剂的压燃式发动机的制动热效率的图。

图9是说明使用包含不同量的水的燃料并利用DME作为熏蒸剂的压燃式发动机的NO排气输出的图。

图10是用于获得实施例1的结果的方法和测试设备仪器的示意图。

图11是说明通过增加甲醇-水燃料中水的量来降低压燃式发动机的NO排气输出的图。

详述

本文所述的燃料和方法适于为压燃式(CI)发动机提供动力。特别地，该燃料和方法最适于但不限于以例如1000rpm或更小的低速运转的CI发动机。发动机的转速甚至可以为800rpm或更小，例如500rpm或更小。发动机的转速甚至可以为300rpm或更小，例如150rpm或更小。

因此，该燃料适于较大的柴油发动机，例如在船和火车上以及在发电厂中运转的那些。较大CI发动机的较低转速使得所选燃料组合物有充足的时间燃烧完全并且有充足的时间使充分高的百分比的燃料蒸发从而实现高效运转。

但是，应理解可以使用以较高转速运转的较小CI发动机来操作本文所述的燃料和方法。事实上，对以2000rpm和1000rpm运转的小CI发动机进行了初步测试工作，表明该燃料也能够为这样的较高转速发动机提供动力。在一些示例中，调整可以协助在较小(较高rpm)CI发动机上使用该燃料和方法，并且在下文中对其中的一些进行了详述。

燃料组合物

用于该方法的燃料组合物包含甲醇和水。该燃料是压燃式发动机燃 料，即，柴油发动机燃料。

到目前为止，尚未发现甲醇在压燃式发动机中的商业应用。甲醇的低十六烷指数(其为3至5)突出了使用甲醇作为发动机燃料(纯的或共混的)的缺点。该低十六烷指数使得甲醇难以在CI发动机中点火。将水与甲醇共混进一步降低了燃料的十六烷指数，使得甲醇/水共混物燃料的燃烧甚至更困难，因此，认为将水与甲醇组合用于CI发动机是违反直觉的。燃料注入之后水的作用之一是冷却，因为水加热和蒸发，这进一步减少有效的十六烷。

但是，已发现甲醇-水燃料组合物可以以高效的方式用于压燃式发动机中，并且具有较为清洁的排气排放，前提是引入发动机燃烧室中的吸入的空气流被充分预热。在下文中详述的其它因素也有助于使具有该燃料的CI发动机的有效运转最大化。作为二级措施，另外可以用包含点火增强剂的熏蒸剂熏蒸吸入的空气流。

该燃料可以是均质燃料或单相燃料。该燃料通常不是包含乳化在一起的单独的有机相和水相的乳化燃料。因此，该燃料可不含乳化剂。通过甲醇和水二者的双重溶解特性来协助燃料中添加剂组分的调整，这将使得更广泛范围的材料以可利用的多种水：甲醇比溶解。

出乎意料地，发现可以将基于甲醇和较高水含量水平的特定新燃料组合物用作用于压燃式发动机的燃料。可以将该燃料称为柴油燃料。虽之前已描述了基于甲醇和水的一些燃料组合物，但是该类型的包含高水含量水平的燃料未示出能够使压燃式发动机运转。特别地，仅描述了具有水组分的甲醇燃料用于作为加热或烹饪燃料，其中该燃料燃烧以产热。适用于柴油发动机燃料的原理非常不同，因为该燃料必须在压燃式发动机中的压缩条件下点燃。在烹饪/加热燃料中使用甲醇和其它组分时可以收集到很少(如果有的话)。然而，本文所述的技术使得本文所述的新燃料可以使压燃式发动机运转。

一种新柴油燃料组合物，其包含

-甲醇，水平为燃料的至少20重量％；

-水，水平为燃料的至少20重量％；

-水与甲醇的比为20∶80至80∶20；

-水和甲醇的总量为燃料组合物的至少60重量％，例如燃料组合物的至少70重量％、至少80重量％或至少85重量％，以及

-一种或更多种添加剂，总量为燃料的至少0.1重量％，其中氯化钠的水平(如果作为添加剂存在的话)为燃料的0重量％至0.5重量％，增香剂(如果作为添加剂存在的话)的水平为组合物的0％至1.5％。

根据一个实施方案，添加剂包括醚，水平为燃料的至多20重量％。醚可以是二甲醚或乙醚。

在一些实施方案中，水含量水平可以为燃料组合物的大于20重量％。在下文中描述了一些实施方案的最低水含量水平。例如，最低水含量水平可以为燃料的大于25重量％、大于30重量％、大于35重量％、大于40重量％、大于45重量％、大于50重量％、大于55重量％、大于60重量％、大于65重量％或甚至大于70重量％。

这样的高水含量甲醇-水柴油燃料组合物迄今尚未提供为能够使压燃式发动机运转。但是，本文所述的这些高水含量甲醇-水燃料组合物可以使压燃式发动机运转，特别是当根据本文所述的方法使发动机运转时。其可涉及吸入的空气预热或用熏蒸剂熏蒸吸入的空气。

除非另有说明，否则本文所提及的所有量指重量。在描述主燃料组合物中组分的百分比量时，其指该组分占燃料组合物的重量百分比。当使用熏蒸剂时，不认为其是燃料组合物本身的一部分，因此在上下文中，认为燃料组合物排除熏蒸剂。

该特定新柴油燃料组合物形成本发明的一方面，并且可用于操作本发明的方法，同时包含较低水含量水平的甲醇-水燃料也可用于该方法。在下文中，描述了更一般的甲醇-水燃料的特征。应注意，这些燃料的特征可存在于本申请所要求保护的新柴油燃料中。

一般而言，燃料组合物中水与甲醇的相对量可以为按重量计0.2∶99.8至80∶20。根据一些实施方案，最低水含量水平(相对于甲醇)为1∶99，例如最低比为2∶98、3∶97、5∶95、7∶93、10∶90、15∶95、19∶81、21∶79。根据一些实施方案，组合物中水的上限(相对于甲醇)为80∶20，例如75∶25、70∶30、60∶40、50∶50或40∶60。可认为组合物中水的相对量在“低至中等水含量”水平范围内，或“中等至高水含量”水平范围内。“低至中等水含量”水平范围覆盖从如上所示的任意最低水平至18∶82、20∶80、25∶75、30∶70、40∶60、50∶50或60∶40的最高水平的范围。“中等到高水含量”水平范围覆盖从20∶80、21∶79、25∶75、30∶70、40∶60、50∶50、56∶44或60∶40到如上所示上限之一的最高水平的范围。典型的低/中等水含量水平范围 为2∶98至50∶50，典型的中等/高水含量水平范围为50∶50至80∶20。典型的低水含量水平范围为5∶95至35∶65。典型的中等水含量水平范围为35∶65至55∶45。典型的高水含量水平范围为55∶45至80∶20。本发明的新的较高水含量柴油燃料可包含上述相对量的水和甲醇，前提是该燃料包含之前所述的燃料的特征(例如最低20％的水含量)。

从水在全部(主)燃料组合物中的重量百分比方面考虑，水在主燃料组合物中的相对量可以是最低为按重量计至少0.2％、至少0.5％、至少1％、至少3％、至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、或至少19％、至少20％、至少22％，按重量计为燃料组合物的至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％或至少70％的水。随着主燃料组合物中水的重量的增加，越来越出乎意料地，用熏蒸剂熏蒸吸入的空气克服了在点火方面燃料中水的损失，在IMEP的COV方面平稳运转，并产生净动力输出。水在燃料组合物中的最大量可以为按重量计68％、60％、55％、50％、40％、35％、32％、30％、25％、23％、20％、15％或10％。任意最低水平可以与最高水平组合而不受限制，要求最低水平低于最高水含量水平除外。

基于在实施例中报告的测试结果，就期望的制动热效率(BTE)而言，在一些实施方案中，燃料组合物中水的量为0.2重量％至32重量％。甲醇-水压燃式发动机燃料的制动热效率峰的最佳区为主燃料组合物中12重量％至23重量％的水。可以将该范围增量式地由这两个范围中较宽的范围窄化至较窄的范围。在一些实施方案中，其与燃料组合物中点火增强剂的量(其为主燃料组合物的不大于15重量％)组合。在下文中给出了点火增强剂的细节。

基于在实施例中报告的另一些测试结果，就NOx排放的最大减少而言，在一些实施方案中，燃料组合物中水的量为22重量％至68重量％。就NOx排放的最大减少而言的最佳区为主燃料组合物的30重量％至60重量％的水。可以将该范围增量式地由这两个范围中较宽的范围窄化至较窄的范围。因为NO是主要的NOx排放组分，可参照NO排放作为总NOx排放程度的较大比例或指示。

在一些实施方案中，就期望的燃料特性与排放的平衡而言，燃料组合物包含主燃料组合物的5重量％至40重量％的水，例如5重量％至25重 量％的水、5重量％至22重量％的水。这些水平基于在实施例中报告的测试结果的组合。

对于用于本文所述方法的一般燃料，总燃料组合物中甲醇的量优选为燃料组合物的至少20重量％。根据一些实施方案(例如新的高水含量甲醇-水柴油燃料组合物实施方案)，燃料组合物中甲醇的量为燃料组合物的至少30％、至少40％、至少50％、至少60％或至少70％。对于用于本文所述方法的一般燃料，总燃料组合物中水的量可以为至少0.2％、至少0.5％、至少1％、至少2％、至少3％、至少4％、至少5％、至少6％、至少7％、至少8％、至少9％、至少10％、至少11％、至少12％、至少13％、至少14％、至少15％、至少16％、至少17％、至少18％、至少19％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％和至少70％。对于新的高水含量甲醇-水柴油燃料组合物实施方案，水含量水平为燃料组合物的至少20重量％。可以通过升高进入发动机的空气的的温度来实现这样的燃料在较高水含量水平点燃。可以通过使用可在燃料注入之前点燃的熏蒸剂来获得点火特性的进一步增强，从而产生在燃料注入之后产生有利的较高温度条件，以发生点燃。随着燃料组合物中水的重量增加，越来越出乎意料地，上文中给出的点火增强技术克服了燃料中水的损失。

总燃料组合物中甲醇和水的组合的量可以为燃料组合物的按重量计的至少75％，例如至少80％、至少85％或至少90％。燃料组合物可包含一种或更多种添加剂，组合量为燃料组合物的至多25重量％、或至多20重量％或至多15重量％或至多10重量％。在一些实施方案中，添加剂的总水平和组合的水平为燃料组合物的不大于5％。在一些实施方案中，例如新的高水含量柴油燃料组合物，添加剂构成燃料的至少0.1重量％。在新的高水含量柴油燃料组合物中，如果存在氯化钠，则该添加剂的水平以燃料的不大于0.5重量％的水平存在，并且如果存在增香剂，则增香剂的水平为组合物的不大于1.5％。

用于产生燃料组合物的甲醇可来自任何来源。作为一个实例，甲醇可以是生产的甲醇或废甲醇，或粗制甲醇或半精制甲醇或未精制的甲醇。粗制甲醇或废甲醇或半精制甲醇通常可主要包含甲醇，其余部分为水和相当量的高级醇、醛、酮或在正常的甲醇生产过程中产生的其它碳、氢和氧分子。废甲醇可以合适或者可以不合适，这取决于污染的程度和类型。在上述章节中提及甲醇与水的比或燃料组合物中按重量计的甲醇的量指甲醇 本身在甲醇来源中的量。因此，其中甲醇来源是包含90％甲醇和其它组分的粗甲醇，燃料组合物中粗甲醇的量为50％，则认为甲醇的实际量为45％甲醇。除非另有说明，否则当确定燃料组合物中水的量时，考虑甲醇来源中的水组分，并且当评估产物中组分的相对量时，将其它杂质看作添加剂。可存在于粗甲醇中的高级醇、醛和酮可作为可溶性燃料增量剂添加剂。

根据一些实施方案，燃料包含粗甲醇。术语“粗甲醇”涵盖低纯度甲醇来源，例如包含甲醇、水的甲醇来源，并且可以为至多35％的非水杂质。粗甲醇的甲醇含量可以为95％或更少。粗甲醇可以直接用于燃料中而无需进一步精制。典型的非水杂质包括高级醇、醛、酮。术语“粗甲醇”包括废甲醇、粗制甲醇和半精制甲醇。该实施方案的一个特别的优点是包含较高水平杂质的粗甲醇可直接用于CI发动机的燃料中，而无需昂贵的精制。在这种情况下，添加剂水平(即，除水以外的粗甲醇杂质和另一些燃料组合物添加剂)可以为燃料组合物(包括粗甲醇中的杂质)的至多60％。就使用纯度较高的甲醇(例如纯度为按重量计98％或更高的甲醇)作为来源的燃料组合物而言，总添加剂水平可以较低，例如不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。

可以使用任何合适质量的水作为水的来源用于产生燃料组合物。水的来源可以是包括为未蒸馏粗制甲醇的一部分的水、或循环水、或通过反渗透纯化的、通过活性物质例如活性炭或者其它化学处理、去离子、蒸馏或蒸发技术纯化的粗品水或被污染的水(例如含盐的海水)。水可来自这些来源的组合。作为一个实例，水的来源可以是从燃烧点火发动机的富含水的排气回收的水。该水可通过热交换器和喷雾室或其它类似的操作器来回收。这样的回收和再利用技术使得清洁排气排放。在这种情况下，水被回收回到发动机中而有或没有任何捕获的未燃烧燃料、烃或颗粒物质或其它燃烧产物返回发动机，并且通过回路燃烧步骤回收直至清除，或者通过已知纯化手段进行处理。在一些实施方案中，水可以是盐水，例如海水，已对其进行纯化以从其中除去盐。该实施方案适于水上应用，例如在水上CI发动机中，或者用于偏远岛屿地区的CI发动机的运转。

水的品质将对供应链到上至注入发动机的点产生腐蚀并产生发动机的沉积特征，并且在这些情况下，可能需要使用防腐蚀添加剂或其它方法来对燃料进行合适的处理。

包含在燃料中的添加剂的量可以考虑由将水(例如)添加到燃料中引 起的任何下游稀释作用。

可存在于燃料组合物中的添加剂可选自以下类别中的一种或更多种，但并非只有这些：

1.点火促进剂添加剂。也可将它们称为点火增强剂。点火促进剂是促进燃烧发生的组分。该类型的分子固有地不稳定，并且该不稳定性导致引起另一些燃料组分(例如，甲醇)燃烧的“自启动”反应。点火促进剂可选自在本领域中已知具有点火增强特性的材料，例如醚(包括C1-C6醚，例如二甲醚)、烷基硝基酯、烷基过氧化物、挥发性烃、氧化烃及其混合物。

除典型的点火增强剂以外，在点火之前液体燃料组分蒸发之后，存在于燃烧区中的细分散碳水化合物颗粒可以具有或者可以不具有作为燃烧起始剂的作用，但是，存在这样的物质可有助于总空气/燃料混合物的更完全和快速的燃烧。

虽然可以将其它点火促进剂添加到燃料中，但是本文所述的技术通过发动机运转范围促进点火而无需这样的添加。因此，根据一些实施方案，燃料不含点火促进剂添加剂。在另一些实施方案中，燃料不含DME(但是其可包含其它点火促进剂)。在二甲醚作为点火促进剂的情况下，根据一些实施方案，燃料组合物中存在小于20％、小于15％、小于10％、小于5％、小于3％、小于1％的二甲醚或者不存在二甲醚。在一些实施方案中，主燃料组合物中醚(任意类型的醚，例如二甲醚或乙醚)的量为小于20％、小于15％、小于10％、小于5％。

在一些实施方案中，存在于燃料组合物中的至少80％的点火增强剂是由一种或最多两种特定化学品提供的，实例为二甲醚和乙醚。在一个实施方案中，单一化学特性(identity)的点火增强剂存在于燃料组合物中。在一个实施方案中，燃料组合物中至少80％的点火增强剂是由单一化学特性的点火增强剂构成的。在每种情况下，构成点火增强剂的单一点火增强剂或＞80％的点火增强剂组分可以是二甲醚。在另一些实施方案中，点火增强剂包含三种或更多种点火增强剂的混合物。

在一些实施方案中，燃料组合物中点火增强剂的量为燃料组合物的不大于20％，例如不大于10％或不大于5％。

2.燃料增量剂。燃料增量剂是提供热能以驱动发动机的材料。就其包含在燃料组合物中而言，用作燃料增量剂的材料可将该目的作为主要目 的，或者添加材料可提供该功能和另一功能。

这样的燃料增量剂的实例是：

a)碳水化合物。碳水化合物包括糖和淀粉。可以出于燃料增量剂的目的包括碳水化合物，但其也可用作点火促进剂和/或燃烧促进剂。优选地，碳水化合物为水/甲醇可溶性的，具有较高的水含量水平，在燃料中具有较大的糖溶解度。富集水(单相)燃料组合物使得碳水化合物(例如糖)解离，但是，随着燃料组合物中液体溶剂(水/甲醇)在发动机中蒸发，碳水化合物溶质可形成低LEL(爆炸下限)组合物的微细高表面积悬浮颗粒，其将在发动机条件下分解/反应，提高燃料混合物的可燃性。为了实现混合物的可燃性的提高，优选该碳水化合物添加剂的量为至少1％、优选为至少1.5％并且更优选为至少5％。优选上限水平为燃料组合物的不大于20％。

b)可溶性燃料增量剂添加剂。燃料增量剂添加剂是易燃材料。这些添加剂可以作为单独组分或者可以作为用于产生燃料组合物的未蒸馏甲醇的一部分添加。这样的添加剂包括C2-C8醇、醚、酮、醛、脂肪酸酯及其混合物。脂肪酸酯例如脂肪酸甲酯可具有生物燃料来源。这些可以通过任何生物燃料来源或方法得到。用于其产生的典型方法涉及植物来源的油(例如菜籽油、棕榈油或豆油等)的酯基转移作用。

可能有机会在经济上增加燃料组合物本身中的燃料增量剂水平以用于特定市场，在这样的市场中，可以产生或生长这样的添加剂并且在本地消耗，减少了对基础燃料和/或添加剂进行运输的需要。在这样的条件下，优选燃料组合物的至多30％、或至多40％、或至多50％的量或处理率，但是在甲醇来源为粗甲醇的情况下，可特别地考虑浓度为至多60％的总添加剂，包括这样的燃料增量剂添加剂。

3.燃烧增强剂。也可将其称为燃烧促进剂。燃烧增强剂的一个实例是硝化铵化合物，例如硝酸铵。根据下述反应，在200℃，硝酸铵分解为一氧化二氮：

NH₄NO₃＝N₂O+2H₂O

所形成的一氧化二氮与燃料在水存在下以与氧类似的方式反应，例如

CH₃OH+H₂O＝3H₂+CO₂

H₂+N₂O＝H₂O+N₂

CH₃OH+3N₂O＝3N₂+CO₂+2H₂O。

可以使用的另一些硝化铵化合物包括硝酸乙胺和硝酸三乙胺作为实例，但是也可认为这些硝酸盐是点火增强剂(十六烷)而非燃烧增强剂，因为它们在燃料中的主要功能是点火增强。

另一些燃烧促进剂可包括金属种类或离子种类，后者通过在燃烧前或燃烧后环境下的解离形成。

4.氧吸收油。氧吸收油优选地可溶于水甲醇混合物。氧吸收油具有低自燃点并且还具有在燃烧之前以例如油的30重量％的量直接吸收氧的能力。在周围的水蒸发之后，氧由热气相快速冷凝为油/固体相将更迅速地加热油颗粒引起周围蒸发的和过热化的甲醇点燃。理想地适于该角色的油是亚麻油，在燃料混合物中浓度为约1％至5％。如果在燃料组合物中使用该添加剂，则应该在惰性气体包层下储存燃料混合物以通过氧使油的分解最小化。亚麻油是含脂肪酸的油。可以使用另一些含脂肪酸的油代替亚麻油，或者还可以使用除亚麻油以外的另一些含脂肪酸的油。优选的油是溶于甲醇相或者在甲醇中易混从而产生均质的单相组合物的那些。但是，在一些实施方案中，可以使用并非水/甲醇易混的油，特别是如果燃料组合物中还存在乳化添加剂的话。

5.润滑性添加剂。润滑性添加剂的实例包括二乙醇胺衍生物、含氟表面活性剂和脂肪酸酯，例如在某种程度上溶于水/甲醇混合物的生物燃料，燃料组合物基于所述水/甲醇混合物。

6.产物着色添加剂。着色添加剂协助确保燃料组合物不被误认为液体饮料例如水。可以使用任何水溶性着色剂，例如黄色、红色、蓝色着色剂或这些着色剂的组合。着色剂可以是标准接受的工业液体着色剂。

7.火焰颜色添加剂。非限制性实例包括钠、锂、钙或锶的碳酸盐或醋酸盐。可以选择火焰颜色添加剂以获得优选的产物颜色和终产物pH的稳定性。在选择待使用的添加剂时，可以考虑发动机沉积注意事项(如果有的话)。

8.防腐蚀添加剂。防腐蚀添加剂的非限制性实例包括胺和铵衍生物。

9.杀生物剂。虽然可以添加杀生物剂，但是一般不要求这些，因为该燃料中的高醇(甲醇)含量防止生物生长或生物污染。因此，根据一些实施方案，该燃料不含杀生物剂。

10.降凝剂。虽然可以将降凝剂添加到燃料中，但是甲醇(和出于其 它目的添加的任选的添加剂例如糖)抑制水的凝固点。因此，根据一些实施方案，燃料不含额外的专用降凝剂。

11.沉积物还原剂。非限制性实例包括多元醇醚和三乙醇胺。

12.变性剂，如果需要的话。

13.pH控制剂。可以使用将pH升高或降低至合适的pH的试剂，其可以与燃料相容。

可以将添加剂并且特别是上文中的第1条和第2条中限定的那些添加到燃料中作为标准工业贸易产品(即，以精制形式)或者作为半处理水溶液(即，以非精制形式、半精制形式或粗品形式)。后一选择潜在地降低添加剂的成本。使用这样的粗品添加剂来源的条件是粗品形式的这样的添加剂(作为一个实例，例如粗品糖溶液或糖浆)中的杂质并不会不利地影响燃料注入器或发动机性能。

根据一些实施方案，燃料包含至少一种添加剂。根据一些实施方案，燃料包含至少两种不同的添加剂。

一些实施方案的燃料可包含燃料组合物的20重量％至80重量％的水，和不大于20％的二甲醚。一些实施方案的二甲醚含量可以为15％或更少、10％或更少、或者5％或更少。

在上文中指出醚作为点火促进剂和可溶性燃料增量剂添加剂的实例。在一些实施方案中，不考虑预期功能，醚可以以燃料组合物的总计小于20％、小于15％、小于10％、小于5％、小于3％或小于1％的水平存在。该量可大于0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％。下限和上限可组合而不受限制，前提是下限低于所选上限。

在一些实施方案中，燃料组合物包含主燃料组合物的0.2重量％至10重量％的量的醚。该醚优选为一种醚或者两种醚的组合。

通过在甲醇基燃料中使用醚作为点火促进剂和/或可溶性燃料增量剂，已开发出了用于产生、输送和使用燃料组合物的完整方法。在该示例中，甲醇基燃料可以是不含水的燃料或者甲醇-水燃料。在下文中对其进行了进一步详述。

一些实施方案的燃料中的添加剂可包括：

-燃料的至多1重量％的产物着色添加剂，和

-至多1重量％的火焰颜色添加剂。

就吸入的空气预热实施方案而言的发动机运转细节

图1说明了描绘在CI发动机10中使用燃料11-甲醇/水的混合物的方法的流程图。该方法包括预热吸入的空气流12，然后将经预热的空气引入发动机10的燃烧室中，然后将燃料11引入燃烧室中并通过压燃来点燃燃料/经预热空气的混合物从而驱动发动机。

在发动机压缩冲程的初始阶段之前或过程中将吸入的空气12(可通过多种技术对其进行预热)注入燃烧室中，以在将燃料注入燃烧室中之前压缩空气。空气的压缩使燃烧室中的温度升高从而在压缩的最后阶段将燃料喷入室中时为燃料提供有利的点火条件。

预热吸入的空气12在压缩冲程开始时提供了较高的温度基础，导致燃料注入点的温度高于空气未被预热的情况并且因此更易燃。所需预热水平取决于点燃水/甲醇燃料混合物所需的燃烧室中燃料注入点处所需的温度。这进而取决于燃料中水与甲醇的相对比例。

经预热空气温度的水平的实例示于下述实施例中，但一般地，发现就具有低至中水含量水平的燃料而言，合适的预热吸入的空气温度为至少50℃、或至少100℃，例如约100℃至150℃，例如约130℃。就具有中至高水含量水平的燃料而言，预热温度在至少约150℃、例如150℃至300℃或更高的范围内。

吸入的空气的预热抵消不良的甲醇/水燃料的十六烷特征，特别是具有中等至高水含量水平的那些。可以通过多种方法实现预热。

在图1所示的实施方案中，通过以下来预热吸入的空气12：捕获热排出物22(其包括燃烧的气体和未燃烧的燃料和另一些颗粒)，使所述排出物通过热交换器20(其加热进入热交换器的气流15)并冷却排出物22。可以提供与吸入的空气12连通(inline with)的风机以通过发动机循环优化吸入的空气的压力特性。

用于预热的技术包括下述加热方法中的任意一种或组合：

1.废热预热器-通过使用与图1的实施方案相关的在上文中讨论的热交换器。

2.熏蒸吸入的空气-用点火增强剂熏蒸吸入的空气流以使燃烧室中 的温度升高-在下文中详述。

3.增压器/鼓风机-或者由发动机驱动的用以将吸入的空气引入燃烧室中，并通过升高气压加热吸入的空气的其它空气压缩装置。

4.涡轮增压器-或者由发动机排气或其它废热驱动的用以将吸入的空气引入燃烧室中，并通过升高气压加热吸入的空气的其它空气压缩机制。

5.直接加热-使用直接方法加热空气，例如通过元件电加热或燃料的燃烧产生所需温度升高。在发动过程中和低发动机负荷下可以使用这样的方法。

6.电热塞(或热灯泡)-使热进入发动机气缸，该类包括用以直接加热吸入的空气的与吸入的空气成直线的外部加热器。

由于空气的较低质量流(与空气的质量流未减少的选择3至4相比而言)，所以使废热由发动机排气通过热交换器(上述选择1，没有风机)将导致发动机输出较低功率。但是，该最大功率的损失可以被在燃料注入点较热条件下的较高燃烧效率和对与石油基柴油燃料相比过量的空气的较低需求所抵消。由排气或其它驱动的补偿用压力风机可抵消在空气温度升高的条件下减少的空气质量流。

可替选地，涡轮增压器或增压器可以单独施用或者与发动机排气热交换器组合使用来产生高燃烧效率以及更大的动力。

在另一实施方案中，根据已知技术进行燃料的加热可辅助点火过程。

预热选择与中等至高水/低甲醇燃料组合将发动机循环由在点火和燃烧以及最初膨胀期过程中的恒定体积在最适于使发动机性能最大化的时间区间内改变为定向的更多的恒定温度膨胀(其中来自甲醇的热大部分用来蒸发水)。

图1所示的方法包括排气处理和循环组分用于收集和整合排出物回到燃料。特别地，所述处理包括水、未燃烧燃料、烃、二氧化碳和其它小量排放物的回收和整合。

在具有中等至高水含量水平而不排除低水含量水平的燃料中，富含水的排气可以是燃料水的来源，并且可以捕获低水平的排气污染物并返回至发动机。从排出物回收水涉及冷却和冷凝排出物并收集经冷凝的水。

图1示出排出物22在热交换器20中通过与吸入的空气12进行热交 换而冷却后，使冷却的排气通过冷凝器25，通过冷凝器25可收集水并作为循环燃料32返回至发动机10。

在处理过程的最后阶段中，第二热交换器34辅助冷凝，并且另外包括喷雾室布置，使用可能经纯化并且可包含添加剂的水来捕获和纯化燃料中的任何未燃烧的甲醇或其它烃、煤烟或其它颗粒。这些颗粒与循环燃料32一起返回到发动机用于通过“循环至消除”过程清除，同时经纯化的清洁排气33可释放到接近不包含污染物的大气中。喷雾室中所使用的水可来自广泛范围的替代来源，并且可以被纯化或去离子。水可包含任选的添加剂。任选的添加剂应当与燃烧方法相符。

热交换器354可以是如图1所示的盐水/水热交换器，其引导盐水通过入口36并使盐水通过出口37。这样的热交换器适用于在例如船上处理排气，其中在海洋的情况下盐水的可用性充足并且易于得到。

也可采用利用冷凝物或其它手段的其它排气处理步骤来将排放到大气的气体中的目标污染物减少至低水平。在另一实施方案中，可以将组分(例如任何未燃烧燃料)吸附到活性表面上，之后使用标准技术解吸附，并且包含为主燃料或熏蒸剂组分以进一步减少污染。可替选地，可以使用催化剂来催化反应任何可氧化物质例如未燃烧的燃料，升高排气温度并提供可应用的其它热源。

另外，如果多个发动机运转例如以发电，则可以将所聚集的排气处理为单流，以用来自一个或更多个这样的发动机的排气的循环燃料进行处理/冷凝。

在水循环回到发动机的情况下，可能需要排料件(38)以确保可能存在的任何持久性物质不累积(accululate)。在这种情况下，所除去的水可能由来自排气的额外冷凝构成(如果可得的话)，或者如果不可得的话，由合适量的水(39)构成。期望的是，通过选择适当的进料流和添加剂可几乎消除吹除(blowdown)，但是固体也可通过例如空气中的灰尘进入系统，其可需要不时清洗。

使用中至高水含量水平的燃料的一个优点是所得排气基本不包含杂质，其对于燃烧后处理而言是理想的。可以处理存在于排出物中的杂质并循环至清除。

例如，在冷凝和纯化期，作为水/甲醇燃料的燃烧的排气产物的二氧化碳被吸收到循环水中。可替选地，排出物中的二氧化碳可循环到发动机 的吸入的空气中，因此优化进入发动机的氧水平，并产生纯二氧化碳和水蒸发排气。以该方式产生的二氧化碳对于进一步处理而言是理想的，例如通过转化为甲醇和循环至燃料。

来自处理和循环方法的排放到大气中的最终排气33几乎不包含燃料、烃、颗粒、硫氧化物和氮氧化物排放物。

在燃烧期形成任何氮氧化物或硫氧化物和/或水中吸收二氧化碳可导致返回与燃料混合的水的pH失衡。为了防止产生这样的组分，可以向燃料中添加化学处理以中和任何失衡或将其除去。

就熏蒸实施方案而言的发动机运转细节

在本文所述的一些实施方案中，采用用包含点火增强剂的熏蒸剂熏蒸吸入的空气。在一些实施方案中，其与吸入的空气预热相结合，并且在另一些实施方案中，进行熏蒸而无需吸入的空气预热。

根据一些实施方案，可以使用用包含点火增强剂的熏蒸剂熏蒸吸入的空气的选择作为预热发动机空气的附加技术。熏蒸使得进燃烧室中被压缩空气的温度进一步升高，使得其在燃料注入点时更易燃，这是由于熏蒸材料的预燃烧，和辅助甲醇燃烧发生的分解物质(breakdown specie)的存在。

熏蒸使得在燃料注入之前燃烧室中发生预燃烧。该两步点火方法(或“点火”运转)依赖于发动机活塞的压缩冲程将经熏蒸空气的温度升高至燃点。当在压缩冲程结束时注入时，这进而加强了燃烧室中的点火条件，从而为甲醇和水燃料提供充分热的环境，以在升高的温度条件下经历加速点燃，快速地蒸发燃料中的甲醇和水，并产生高热效率。

熏蒸剂在发动机以低水含量水平稳定运转中的温度贡献为50℃至100℃。就低水含量水平燃料而言，在燃料注入点，该贡献导致燃烧室温度与已知的燃烧点火式发动机中的温度相当。随着燃料中水含量水平升高，可以将熏蒸剂的量调整为抵消水的冷却作用。所得制动热效率与柴油燃料的制动热效率相当，净效率结果取决于多种因素例如发动机的尺寸及其构造。

甲醇和水燃料以该方式高效且完全地燃烧将排气排放中的未燃烧或经修饰的烃和颗粒减到最少，导致“较为清洁”的排放。这在具有较低转速的较大CI发动机中特别明显，其中燃烧方法的效率最大化，因为在点火运转中允许充分的时间进行两步的开始和完成。

与吸入的空气相关的术语“熏蒸”指材料或混合物的引入，在这样情况下，将包含点火增强剂的熏蒸剂引入吸入的空气流以形成蒸气或气体，点火增强剂通过该过程得到良好分布。在一些实施方案中，一般通过将材料的细雾喷到吸入的空气流中或者作为气体注入来引入小量的材料。

在压缩冲程期间，点燃操作具有预热吸入的空气的作用。

水甲醇混合物的性质是在燃烧之后，反应产物中产生较少的显热，需要热来蒸发所存在的水。这意味着与基于烃燃料运转的柴油发动机相比，在注入点可适应更严苛的条件，同时保持在发动机的设计限制范围内。这些更严苛的条件通过熏蒸剂燃烧或升高的空气温度(通过直接加热空气)和/或通过使用经改良发动机构造(例如涡轮增压或增压)而升高的压力和温度而产生。

可以相对于包含于燃料中的甲醇和水的混合物来控制点火增强剂的量从而以及时的方式获得在燃烧室中产生燃料点燃的条件，从而由发动机递送最佳可能热效率。在未控制点火增强剂与燃料混合物之比的情况下，燃烧可在TDC之前(例如，在TDC之前25℃至30℃)显著地开始，并且因此，点火增强剂的使用可具有中性作用并且对发动机的热效率没有贡献或者贡献非常小。

在发动机的优选运转中，对熏蒸剂/空气混合物的点燃进行定时以尽可能晚地延迟该燃料的燃烧(以避免发动机的动力冲程的非必要功)并且在注入之后与主燃料的良好燃烧相一致。这意味着应当在开始注入主燃料之前点燃次燃料，但并非在包含于次燃料中的能量为发动机贡献最小或零热效率之前太长时间。

通过使用以下点火控制中的一种或组合，可以通过点火控件将燃料的点火控制为尽可能地接近理想时间：

a)发动机吸入的空气温度控制：

a.利用来自以下的热控制空气预热器的外部温度：

i.电功率加热装置，其用于发动机的启动和加热。

ii.利用燃料的加热器，所述燃料可以是发动机燃料或用于该目的的任何合适的燃料。

iii.利用来自排气的废热通过热交换直接加热到达发动机的吸入的空气。

iv.利用适于该目的的任何其它热源。

b.利用发动机排气能量为涡轮增压器提供动力，所述涡轮增压器可不具有将降低发动机吸入的空气温度的内部冷却器。

c.用增压器加热空气以提高温度和压力。

b)利用熏蒸剂产生燃料的两步“点火”燃烧。

1.控制引入吸入的空气口的熏蒸剂相对于燃料的量；

2.控制熏蒸剂中点火增强剂与其它组分的百分比(认识到还可能存在水和其它组分例如甲醇)。

3.根据在发动机的rpm运转范围内以高负荷(50％至100％)或低负荷(低于50％)运转的发动机来控制上述1和2。

虽然引入发动机中(分别通过吸入的空气口或者进入燃烧室中)的熏蒸剂与主燃料的相对量将根据所应用的发动机运转条件而改变，但是一般期望在以中负荷或高负荷的稳态运转过程中，熏蒸剂中点火增强剂的量为主燃料组合物的按重量计的较低百分比。就包含100％点火增强剂(例如DME)的熏蒸剂而言，期望的是按重量计的熏蒸剂与主燃料的相对量为至多20重量％、至多18％、至多15％、至多13％、至多10％、至多8％、至多7％、至多6％、至多5％。熏蒸剂水平优选为主燃料组合物的至少0.2重量％、至少0.5重量％、至少1重量％或至少2重量％。这些图都基于重量，假设熏蒸剂包含100％的点火增强剂，并且可以按比例调整为按重量计的熏蒸剂中减少的点火增强剂含量。可以参照引入发动机中的按克/秒计的量或者用于发动机尺寸的任何其它合适的对应测量方法对其进行测量。另外有利的是约10％或更少(例如8％或7％)的上限，因为可以将包含至多期望的醚作为点火增强剂(例如分别为10％、8％或7％的点火增强剂)的预燃料组合物递送到压燃式发动机处，点火增强剂闪蒸并以对应于用同一目的水平的熏蒸剂运转发动机所需的量回收。在另一些实施方案中，在发动机处可以有达到较高水平的熏蒸剂水平的提高(top-up)(例如，从点火增强剂(例如醚)的单独储存物提高)。

关于上述图2，总熏蒸剂/空气流中除点火增强剂以外的非水组分的目的％可以为不大于40％，例如5％至40％或10％至40％、20％至40％或30％至40％，其余部分为点火增强剂，例如DME(其十六烷值为55至57)。可以基于另一些点火增强剂的十六烷值和特定发动机构造对这些百分比作出调整。所有百分比都为按重量计。水可以以与发动机的平稳运转相一致的任何量存在，这样的水可以由熏蒸剂产生，例如如果由燃料催化地产生、或者作为进入发动机的环境吸入的空气流的一部分。

可以在用于为CI发动机提供动力的方法中提供催化反应器，其中进行甲醇催化脱水(取自燃料的转移部分)成为DME。使用所产生的DME作为熏蒸剂中的点火增强剂用于熏蒸吸入的空气。当用作熏蒸剂的点火增强剂时，本文所述的另一些实施方案采用用于产生二甲醚的其它技术。在一些这样的实施方案中，DME可以在甲醇产生处产生，并且作为预燃料组合物的一部分递送到发动机位置处。

可能需要对上述燃料和方法进行一些调整以优化以较高发动机转速(例如1000rpm至3000rpm，以及更高)运转的较小CI发动机的运转和效率。除了上文所述的任意一种或更多种技术预热吸入的空气流以外，可以单独或组合使用下述运转方面用于以较高转速运转的发动机：

●用包含点火增强剂的熏蒸剂熏蒸吸入的空气流。

●使用例如电热塞加热燃烧室。

●预热燃料进料。

●向燃料和/或熏蒸剂中添加促进燃料点燃和燃烧的添加剂。在下文中对这些添加剂中的一些进行了讨论。

●选择如上所讨论的燃料组合物中适当的水含量水平。例如低至中水含量水平范围。

●将熏蒸剂中的水含量水平选择为与发动机构造相符的合适水平。

另外，在较大CI发动机以较低发动机转速(例如，1000rpm或更小)运转时，如果期望的话也可使用这些选择。

熏蒸剂

用于依赖于熏蒸的一些实施方案中的熏蒸剂包含点火增强剂。在燃料的上下文中，熏蒸剂还可包含另一些组分，例如甲醇、水和在上文中列举的任意添加剂中的一种或更多种。就熏蒸剂的下述用途而言，可以将之前所述的燃料称为用于压燃式发动机的“主燃料”，可以将熏蒸剂称为“次燃料”。

点火增强剂是增强可燃材料的点火的材料。使用甲醇作为用于压燃式发动机的主燃料组合物中的核心燃料组分的挑战之一是甲醇不像其它燃料那样易燃的事实。点火增强剂是具有良好点火特性的材料，并且可用于 产生点火，随后主燃料组合物中的甲醇(和其它可燃材料)将燃烧。潜在燃料组分的点火特征由该组分的十六烷值(或可替选地十六烷指数)来描述。十六烷值是材料点火延迟的测量，其为燃料注入开始与燃烧(即，点火)开始之间的时间段。合适的点火增强剂可具有大于40的十六烷值(例如，十六烷值为55至57的DME)。在确定熏蒸剂中点火增强剂与其它组分的相对量以及熏蒸剂与主燃料组合物相比的量、负荷和发动机转速时，应当考虑存在于熏蒸剂中的点火增强剂的十六烷值。熏蒸剂的总十六烷值将基于各组分的比例贡献和十六烷特性的组合，关系不必然是线性的。

可包含在熏蒸剂中的点火增强剂的一些非限制性实例包括：

-醚，例如低级烷基(为C1-C6醚)，特别是二甲醚和乙醚，

-烷基硝酸酯，

-烷基过氧化物，

及其混合物。

二甲醚是优选的适用于熏蒸剂中的高点火特征点火增强剂。乙醚是合适的点火增强剂的另一实例。

可以将主燃料中的甲醇催化地转化为二甲醚。因此，二甲醚可催化地产生自主燃料组合物流，然后将该流单独地熏蒸进入发动机中到达主燃料组合物(与吸入的空气一起)。可替选地，包含二甲醚的熏蒸剂组合物可以作为现成的熏蒸剂组合物由燃料供应者提供给发动机所有者。在另一实施方案中，可以在一个地区产生包含甲醇和至多15重量％的醚点火增强剂(例如二甲醚)的预燃料组合物并输送(例如，通过管道)到另一地区用于为压燃式发动机提供燃料。在一些实施方案中，预燃料组合物还可包含水。在管道的末端，预燃料中的部分或全部醚点火增强剂组分可以与预燃料组合物的其它组分(特别是甲醇，以及沸点高于醚的另一些组分)分离。然后，可以将分离的醚组分作为熏蒸剂熏蒸进入压燃式发动机中，与被用作主燃料组合物的预燃料组合物的剩余部分分离，直接应用(如果其包含一些水)或者在使用之前对组合物进行进一步调整(例如，调整水含量)。预燃料中醚点火增强剂的量可以为至多10重量％、或至多9重量％。上限将取决于醚和温度条件的选择。在下述章节中给出了CI发动机动力产生系统的更多细节。

点火增强剂(例如二甲醚)合适地构成熏蒸剂的至少5％和熏蒸剂的至少10％，例如熏蒸剂的至少15％、20％、30％、40％、50％、60％、 65％、70％、75％、80％、82％、84％、86％、88％或90％。一般优选熏蒸剂的点火增强剂含量在该范围的上端，因此，在一些实施方案中，点火增强剂含量为大于70％或更多。例如，在从仓库或者从来源于预燃料组合物的回收的分离的点火增强剂引入纯组分的情况下，点火增强剂可构成熏蒸剂的至多100％。当通过主燃料(其包含除甲醇以外的组分，由该组分形成DME)的催化反应由主燃料转化时，或者如果产生不纯的高点火特征组分或者从仓库获取时，则这样的组分的上限将因此降低。

熏蒸剂中各组分的相对量可以保持恒定，或者可以随发动机运转时间长度而变化。影响熏蒸剂中组分的相对量的因素包括发动机转速(rpm)、负荷的水平和可变性、发动机构造以及熏蒸剂各组分的特定特性。在另一些实施方案中，在发动机运转的不同阶段，熏蒸剂组合物可保持相对恒定，而熏蒸剂(熏蒸进入发动机的克/秒)与注入发动机中的主燃料组合物(克/秒)相比的相对量被调整。

当期望在不同的发动机运转条件(转速、负荷、构造)下用不同的熏蒸剂组合物运转CI发动机时，可以通过熏蒸剂组合物的计算机控制或者通过任意其它形式的控制来改变熏蒸剂组合物来适配(suit)。调整可以是基于计算期望的熏蒸剂组合物以匹配现行发动机运转条件的算法的浮动调整(sliding adjustment)，或者可以是步进式调整(step-wiseadjustment)。例如，在一些条件下，可以将较高总十六烷指数熏蒸剂(例如100％DME)以就运转燃料而言高的重量％熏蒸进入发动机中，然后可以将熏蒸剂转换为包含较低百分比的DME和一些较低十六烷指数组分的第二组合物。在另一实施方案中，组合物可以是稳定的，并且空气/熏蒸剂比可变。

熏蒸剂中除点火增强剂和水之外的非水组分的目的％合适地为不大于40％，例如为5％至40％或10％至40％或20％至40％或30％至40％。可以基于另一些点火增强剂和可燃组分的十六烷值以及特定发动机构造对这些百分比进行调整。

另外，在一些实施方案中，水可存在于熏蒸剂中，作为转化反应(例如，甲醇到DME)的产物或者作为来自含水的反应器进料的载剂(carry through)或者作为单独的流或者与添加剂组合添加。

除点火增强剂以外可存在于熏蒸剂中的组分的实例包括甲醇、水、在上文中列举的添加剂(在燃料组合物的上下文中)和烷烃气体(通常为直链烷烃，包括低级烷烃，例如C1-C6烷烃，特别是甲烷、乙烷、丙烷或 丁烷以及长链烷烃(C6及以上))。

在一些实施方案中，熏蒸剂包含至少60％的一种组分，一个实例是二甲醚。熏蒸剂的一种主要组分的量可以为大于62％、65％、68％、70％、72％、75％、78％或80％。

熏蒸剂或次燃料可以直接从仓库得到，或者可以在处理主燃料之后作为纯形式的熏蒸剂供应至发动机(通过甲醇到DME的催化转化，接着进行纯化以产生由DME组成的熏蒸剂)。可替选地，熏蒸剂可包含点火增强剂和处理主燃料之后的另一些组分(即，熏蒸剂并非为纯形式)或者来自仓库的另一些组分。在这种情况下，杂质仍与期望熏蒸结果相容，即，熏蒸剂还可包括水和甲醇，或者可包含与该应用相容的另一些材料(例如C1-C8醇)。

主燃料组合物和熏蒸剂可供应为两部分燃料，或者可递送为两个燃料部分的“盒”。在这种情况下，可以将熏蒸剂描述为两部分燃料的“次燃料组分”，因此，上述熏蒸剂的描述还适用于第二燃料组分。可以将主燃料组合物和次燃料组分泵送到与压燃式发动机相连的单独储存容器中。

因此，对于用于使压燃式发动机运转的两部分燃料，该燃料组合物包含：

-包含甲醇和水的主燃料组合物，和

-包含点火增强剂的次燃料组分。

在上下文中，主燃料可以是新的高水含量甲醇-水柴油燃料，或其它。

在使用该两部分燃料时，将主燃料引入压燃式发动机的燃烧室中，将次燃料熏蒸进入压燃式发动机的吸入的空气口。

用于为压燃式发动机供应燃料的方法，其包括：

-将包含甲醇和水的主燃料组合物供应至与压燃式发动机的燃烧室流体连接的第一容器，和

-将包含点火增强剂的次燃料组分供应至与压燃式发动机的吸入的空气口流体连接的第二容器。

如上所述，可以通过将一部分主燃料催化转化为点火增强剂在原位完全或部分地制备次燃料。这特别适于点火增强剂为二甲醚的情况。

在一个实施方案中，提供了两部分燃料在燃烧点火式发动机的运转中 的用途，其中所述两部分燃料包含：

-包含甲醇和水的主燃料组合物，和

-包含点火增强剂的次燃料组分。

本发明还提供了包含甲醇和至多10重量％的醚的预燃料组合物。该醚可以是二甲醚。如上所述，醚组分可以与预燃料组合物的其余部分分离以用作次燃料组分，并且预燃料组合物的其余部分可用作主燃料组合物。所述其余部分可直接用作全部主燃料组合物，或者可以调整组合物以产生主燃料组合物。因此，在该实施方案中，预燃料可能不包含水，并且可以在除去醚之后添加水以产生主燃料组合物。在一些实施方案中，当将燃料用于在下文中进一步描述动力产生系统之一时，可能不需要水用于主燃料组合物中。

本发明还提供了将两部分燃料组合物(第一部分包含甲醇，第二部分包含醚)从一个地区输送到另一地区的方法，其包括将包含甲醇和醚的预燃料组合物从一个地区输送到第二地区，将醚与甲醇分离以产生包含甲醇的第一燃料部分和包含醚的第二燃料部分。输送可以为通过管道泵送的方式。第一地区可以是甲醇制造厂地区，另一地区(第二地区)是远离第一地区的地区。该偏远地区通常为距离至少1千米，并且可能距离许多千米。偏远地区可以是压燃式发电机用于发电的地区、或装货港或火车侧轨或需要两部分燃料的任何其它合适的地区。

CI发动机动力产生系统

使用本文所述的甲醇/水混合物燃料和用于为压燃式发动机提供动力的相关系统(也称为方法)，可以开发动力产生系统和结构从而以降低的排放水平高效地产生动力，并且其还可以处理发动机排气以捕获来自排气的热和水并且随后进行再利用或再定向。热和水的再利用或循环促进提高的系统效率和总体减少的废物和排放。热和水的再定向可以在一系列不相关应用中找到用途，包括加热和冷却所在地/位置和再生水用于社区或作为其他系统的一部分。

图3A至6B说明了用于为压燃式发动机提供动力的包含本文所述的方法和燃料的动力产生系统的实例。应理解，在这些方法中示出的燃料是基于甲醇的燃料，其可包含多种量的水，并且可包含0％至80％的量的水。

图3A和3B示出用于产生甲醇燃料并且将甲醇燃料供应至IC发动机 111(也称为柴油发动机)以产生输出动力的方法，但其还包括减少排放的发动机排气处理，其利用发动机排气重循环水并且合并热水环路(HWL)113a、113b(参见图4A和4B)以向当地社区提供热。由发动机产生的输出动力还可用于服务发电厂位于其中的社区，例如可用于为社区发电。图3A与3B的不同之处在于图3A示出使用空气熏蒸进入发动机的方法，而图3B所示的方法省略了熏蒸吸入的空气的步骤。

图3A和3B说明了燃料制造厂101和该燃料通过供应网103的远程供应。燃料制造厂可以是常规的甲醇制造厂，其可使用由大的偏远煤场102中的常规锅炉产生的流所发的电。这样的工厂产生煤燃烧排放特性。或者，发电厂102可引入燃烧式发动机，其使用如本文所述的甲醇燃料来发产生甲醇燃料所需的电。这可为由煤厂产生的那些提供较为清洁的具有较低排放的替代品。

甲醇基燃料在工厂101中生产并且可主要包含甲醇、甲醇-水混合物或甲醇-醚混合物或甲醇-水-醚混合物。在一个实施方案中，该燃料包含甲醇和DME以90％至99.5％共混的“全燃料”甲醇和DME混合物，其在大气压下作为非沸腾液体，可直接用于发动机111。在甲醇和DME的混合物中，DME以适于作为液体输送并且避免醚转化为气相的稳定的量提供。该量将取决于燃料在管道103中输送时的压力和温度，但一般为总燃料量的小于10％，并且在7％至8％的范围内。

可替选地，可以供应在加压条件下具有较高DME比例的燃料。在另一替选中，可以输送含接近100％甲醇的高甲醇含量(例如，化学级)的燃料用于随后在所要求的中心(即，发电厂)附近部分转化为DME。该形式的包含高百分比的甲醇的预燃料组合物可包含约0.2％或更高的水组分。在另一替选中，在管道中输送的燃料或预燃料可以是甲醇-水燃料。甲醇-水燃料中的水可以与甲醇(例如在粗甲醇中)相关，或者可以来源于可经济效益好地用于该目的的生产区中过剩的水。根据输送网中的构建的以及用于促进发动机/方法运转的材料，可以在输送燃料中添加一些添加剂润滑性和腐蚀促进剂。

在区域网的管道中远距离输送大量易燃液体中的能量是成熟的技术。这样的基础设施如管道103还可用于将甲醇燃料安全地并且经济效益好地递送到遥远的地区。

在通过管道103进行输送之后，燃料到达动力产生工厂，所述动力产生工厂包括压燃式发动机111、预处理平台104和排气处理器113、115、 116、118。燃料可以在发动机111中直接按原样使用，或者可以对燃料实施任选的预处理以在工厂运转范围内安全且可靠地运转。出于系统完整性原因，还可涵盖启动和关闭燃料的储存器，例如，可以储存醚组分。

在预处理平台104，可以通过闪蒸将燃料分为两个富集相，甲醇富集部分107，和醚富集部分105，例如DME。由于DME的低沸点，它特别适于该闪蒸过程。可以使用来自温度为50℃至60℃的热水流的发动机排气的低水平废热来将闪蒸分离低沸点DME与甲醇。在一些实施方案中，甲醇富集相可包含少量的DME，其中大多数DME被闪蒸掉。在另一些实施方案中，高比例的DME可保留在液相中，只有用以确保良好和完全燃烧的充足DME蒸发并被用作熏蒸剂105。例如，如果来自制造厂的燃料包含7％DME，则其中5％可保留在液相中，其中2％被用作熏蒸剂105用于添加到加热燃烧气110进入发动机111中。

预处理可包括用以补充DME或其它熏蒸剂的供应的转化选择。可替选地，可以从仓库获得需要量的点火促进剂，例如DME。也可以是另一些这样的试剂，例如DEE和本文所述的其它点火促进剂。

预处理平台还可包括输送燃料的处理部分不仅用以分离待用作熏蒸剂的DME，还用以产生过量的DME用作另一些方法的液体燃料成分。例如，剩余的DME可以通过为HWL提供剩余的热来有益于附近的社区。可替选地或另外地，DME可以与发电厂方法整合。还可以从动力产生系统中除去甲醇燃料(无论在处理之前还是之后)并用于当地化学品生产。

还可能输送到粗甲醇的制造厂，在上游制造厂节约投资成本和运营成本。用于动力产生工厂的这样的燃料进料将适于上述选择：分离部分粗甲醇用于DME产生，剩余的燃料投入发动机中。在能量和投资成本方面，该选择将替代制造厂101的蒸馏装置，在该蒸馏装置中，大多数产物被蒸馏并且在动力产生工厂处以小得多的单位经历“过头(over thetop)”(以较低量经历“过头”)。该选择还可以使用当地DME附近需求中心，即在动力产生工厂附近。

在进入发动机之前，使用热水进行的预处理平台104处的燃料预处理还可加热甲醇燃料107，热水来自文丘里洗涤器115返回线路。离开于处理平台140的水作为灌溉质量水106存在。冷却的灌溉质量水106可以与来自冷凝器116的冷凝物混合物，并且如果必要的话，冷凝器可用于确保可接受的流出物温度。

在针对具有HWL的动力产生所示出的实例中，可使用柴油发动机产生1MW及以上的功率。这并不排除低于1MW的功率，其可用于较小使用者并且具有低NOX、SOX和颗粒结果。柴油发动机特别适于燃烧后处理，因为其提供了仅以对发动机效率的小消费通过清洁和热交换设备移动排气所需的空气压力的驱动力。

本文所述的一些燃料混合物的性质指由于发动机尺寸的固有热效益增加，所以与较小活塞相比，优选大直径活塞。较大活塞还降低注入燃料影响活塞壁的风险，确保燃料适当地燃烧并且不干扰润滑剂膜。

虽然进一步在下文中提到的实验示出在以大于1000rpm运行的发动机中测试的燃料，但是如之前所提出的，燃料可成功地用于通常以仅低于100rpm至多1000rpm运转的较低转速发动机中，该范围通常描述为低至中转速范围。该转速范围使得更通常地描述为低至中等转速范围。该转速范围使得挥发性点火促进剂有更多的时间进入蒸气空间作为蒸气并且在压缩冲程过程中开始其与热压空气进行化学反应。在燃烧期期间较大的时间宽限将允许燃料更完全地燃烧并降低发动机排出的排气中的未燃烧燃料和其它组分的水平。较大的时间宽限将允许汽缸中的燃料有更多的时间通过水氧分子的接触而完全燃烧，使得使用较低的λ，这样增加了发动机排气中水的浓度。

通过将进入发动机111的甲醇107和水108的混合物与空气100混合来在发动机111中产生动力，可以将所述混合物预热并且在图3A和3B中所述的实例中，通过冷凝器116用发动机排气来预热所述混合物。合适的预热温度可以为40℃至50℃。燃料中的水可来源于水库或者来源于从排气循环通过冷凝器116的水(在下文中对其进行了更详细的解释)。

排气的处理包括使发动机排气通过使用靶向CO2和氧化物的催化剂的催化转化器112。这将引起排气的边际加热，其中该热可用于HWL或用于在下文中进一步描述的与图5A、5B、6A和6B相关的另一些方法中。催化转化器112还将任意燃料或燃烧产物减少至适当的水平。最终阶段活性碳或类似物可任选地用于清洁。另外，本文所述的甲醇燃料清洁地燃烧，煤烟低，其促进催化剂性能。

HWL通过泵送水的环路携带热到达基于当地的目的地，例如居住区。图4A和4B说明了HWL热交换器113处的HWL供应线路113a和返回线路113b。来自动力产生方法的利用热副产物可用于为居住区和商业区提供低成本加热。通过催化转化器112下游的HWL热交换器113加热通 过HWL泵送的水。热交换器113是基于HWL的返回以40℃的温度运转的标准单位，到达HWL的设计调度温度(dispatch temperature)为80℃。在所需表面积方面，较冷的HWL返回温度和高效的交换器设计将确保排气的充分冷却。

在苛性注射器处添加排气处理添加剂，其将任何苛性化学品和其它合适的酸性中和剂注入排气用于期望结果。例如，为了清除来自最终排气的酸性化合物，将低剂量的碱性液体(例如，50％的苛性钠和水)注入排气流中，用于使痕量的酸无效并控制流经工厂的灌溉用水的pH。将终pH控制在最满足当地条件的水平。

文丘里洗涤器115或其它合适的混合物装置示于HWL交换器113的下游。该单位具有若干功能，第一功能为密切混合排气与循环水流，水流的作用为将排气从离开HWL交换器的85℃至90℃冷却至离开文丘里洗涤器的55℃至60℃。这样的冷却将由排气产生冷凝水并收集可使用已知方法处理的颗粒，或者最终形成离开工厂以回到土地的最终灌溉用水的一部分。离开洗涤器115的去酸化的和清洁的排气产生离开最终冷凝器的较高纯度排气。

在文丘里洗涤器115与鳍片式风机热交换器100之间泵送水。鳍片式风机热交换器100或其它合适的设备是通过文丘里洗涤器获取来自排气的热并阻止该热到达空气的另一气/液交换，空气被一个或更多个风机驱动流经热交换器100，该方式的热阻止的一个优点是在低温阻止热，因此，对该方法的总效率没有大的影响。

作为将热排放到大气中的替选，来自鳍片式风机排气的加热空气可作为加热的燃烧空气110直接用于发动机，在这种情况下，可以从风机施加一些压力以抵消对空气质量流的加热作用。将热排放到大气的另一替选是通过能够以可依赖且环境可接受的方式散大量热的冷水池或其它水系统。

图4A说明了在高水回收系统中回收水的最终大排气/燃烧空气交换器，即冷凝器116。在其中不必要进行高的水回收的系统中，不包括冷凝器116。图4B说明了与图4A类似的中水回收系统，但省略了冷凝器116。

最终的(任选的)冷凝器116将来自文丘里洗涤器115的排气从约50℃至60℃冷却至约5℃至20℃的环境温度。在将温度降低该量时，从工厂回收的所产生的水显著地增加。除产生水用于在动力产生工厂外进行灌溉或再利用以外，来自冷凝器116的冷凝物可任意地用于动力产生方 法。

可以将预处理的燃料注入冷凝物中以减少下游设备(例如，HWL交换器)中的NOX形成和相关的酸化事件。冷凝物还可形成待用于特定燃料共混物的燃烧的水的来源，作为替选或所贮存的水。此外，可以将来自冷凝器的较高品级的水进一步处理为适于饮用的水，或者可以添加到由文丘里洗涤器产生的灌溉质量水中以及在文丘里洗涤器115与鳍片式风机热交换器100之间循环。

来自冷却排气的热不是废热，而是可以与进入发动机111中的吸入的空气进行交换。除循环废热和水对该方法中所需的燃料和所产生的排放的益处以外，水的热的回收倾向于还稳定发动机运转。进入发动机的较冷吸入的空气使得回收更多的热。

图3B与图3A的不同之处在于，其说明了用于产生甲醇燃料并将甲醇燃料供应至发动机11l的方法，而未用点火促进剂熏蒸吸入的空气。将来自制造厂101的甲醇燃料通过管道基础设施103输送以直接用于发动机111，其中预热吸入的空气110。该甲醇流可包含低水平的水，例如至少0.2％的水。不需要进行预处理以闪蒸分离醚与所输送的燃料，因为不需要熏蒸剂。但是，仍可发生预处理以制备用于燃烧的燃料和/或分离醚用于动力产生工厂外部的分离用途。还应理解，与图3A相关，用排出的热预热吸入的空气的步骤不是必要的并且可以省略。但是，有用的是使用排出的热和循环排出颗粒来提高发动机效率和减少排放。可替选地，从文丘里洗涤器到鳍片式风机的水在原则上可用于加热吸入的空气的目的。

在图3B所示的方法中，可以通过多种方法预热吸入的空气，包括使用由排气转移的热，例如通过冷凝器116或在燃烧后过程(例如在催化转化阶段)的早期排气获得的热。可替选地，使用本文所述的另一些技术来预热吸入的空气，包括用电加热元件、电热塞直接加热，以及例如通过增压器或涡轮增压器间接加热。

图5A和图5B说明了使用本文所述的技术和燃料来产生动力的概念是如何用于为轨道运载工具提供动力的。图5A和5B中的附图标记对应于与图3A和3B相关地使用的相同数字和条目。燃料的任何预处理104与燃料通过发动机111的使用相同。在离开催化转化器112通过第一热交换器120之后冷却排气，第一热交换器120使用环境空气来冷却排气和加热燃烧空气110。

轨道运载工具上的排气处理不同于将水与其它排出物分离的HWL过程。离开催化转化器的排气流经活性氧化铝水吸收循环121和活性氧化铝水演化循环122以产生清洁的热的和干燥的排气到达大气，同时通过水冷凝器123从排气再捕获水。可以将再捕获的水供应回到预处理阶段或者用于不可携带轨道运载工具用途。离开活性氧化铝循环的较冷干燥排气可通过第二热交换器124使用以在轨道运载工具上提供加热或冷却。

在一个实施方案中，在甲醇工厂101燃料的生产会潜在地引起两种组分储存在轨道运载工具中：(1)设计为提供正确的NOX/性能结果的水甲醇混合物，和(2)分别加压储存的熏蒸剂组分。与船运重量损失相比，轨道重量损失不大。

图5B，类似于图3B，说明了不使用熏蒸剂并且仅依赖于预热的轨道运载工具动力产生方法。对不使用熏蒸剂的HWL方法的优点进行的相同评论适用于与图5B相关地描述的方法。

图6A和6B说明了用于海上(例如，在船上)目的的动力产生方法的概念。与HWL动力产生方法实例类似，可以在船上提供根据船确定大小的甲醇制造厂以为给船提供动力的一个或更多个发动机111供应甲醇基燃料。与上述实例类似，图6A说明了吸入的空气中使用熏蒸剂点火增强剂的方法，而图6B说明了没有熏蒸剂的方法。相反，该方法可包括未预热的吸入的空气或预热的吸入的空气。

海上运载工具上的第一热交换器120使用较冷的环境空气冷却排气。可以将排气的一部分循环为加热的燃烧空气110。然后，剩余的冷却排气送到脱盐器125和另一些热交换设备以使排出的热回收最大化用于运载工具的需要(例如容器和运载工具加热)。脱盐器使用对于海上运载工具而言易于得到的海水。

当用于上述应用时，与本文所述的方法和燃料相关的一般优点是其使得为能量和资源受限的社区和位置递送若干益处。特定优点包括：

●开发可能由于不合适(例如，高硫)而仍保持未开发的偏远资源。

●为高效生物质共处理提供无缝选择以还原CO₂。

●最早的生物质共使用将延长现有资源的寿命。

●还可能整合另一些可再生资源，例如风和太阳。

●基于组合的热和功率(CHP)或组合的冷却热和冷却(CCHP)，为有 需求的中心提供电能。

●在事实上清除由电能的产生阶段产生的所有非CO₂污染物。

●在可能的最大程度上捕获来自资源的氢并将这些资源转化为水用于有需求的中心(按重量计与氧反应的1份氢转化物∶9份水)。在这样的安排下，也可部分地认为化石燃料资源是具有潜在“自由携带”作用的水资源，因为在任何情况下，燃料递送机制将吸收其自身分布成本。用活性氧化铝或其它合适的吸收材料或技术来处理水以除去通过催化转化器(其处理热发动机排气)的突破。

●通过热水环路(HWL)冷却排气来为当地社区提供废热，并与当地的热需求中心交换该主要的热能来源，用于加热或制冷目的。通过利用本文所述的技术得到的清洁的排气使得动力产生接近市场，这是对于特别是煤燃烧的动力产生而言通常无法实现的特征。

●高效地回收水和热。可以使用另一些热转移方法，回收增加但成本较高，还可任选地通过例如在鳍片式风机冷却器之前循环水来加热燃烧空气(在图3A和3B的实例中)。

●可以获得水的高回收率，约0.7至1吨灌溉用水/吨所消耗的甲醇，或者如果基于经济和工程背景无可非议则会更高。

●提供pH中性灌溉用水用于由当地社区直接使用。

●提供水洗涤的排出物，其中和酸并除去颗粒物至低水平。排气中的其它污染物例如SOX和烃也将少。

本文所述的具有水产生、HWL热整合和排放结果的技术将在发动机效率方面有成本，但是，在许多情况下，期望该方面可以被供应链益处和上文中提到的益处抵消。

实施例

实施例1：用以研究用于压燃式发动机的甲醇水燃料组合物的实验项目

1.1概述

该报告总结了由墨尔本大学进行的关于压燃式发动机中不同甲醇基燃料的性能和发动机输出排放的实现项目过程中得到的结果。

所测试的燃料是甲醇、水、二甲醚(DME)和乙醚(DEE)的混合 物。因为甲醚不是常用的压燃式燃料，所以使用了两种点火促进剂系统。第一点火促进剂系统由吸入的空气预热器组成。通过将发动机吸入的空气加热到至多150℃(所施加的安全界限)，在接近压缩冲程结束时达到较高温度，在该点注入主燃料填充物。在一些情况下，这些温度足够高使得发生注入燃料的压燃。

用于促进点火的第二系统涉及气体二甲醚(DME)连续注入(即熏蒸)发动机的吸入的空气口。因为DME具有较低的点火温度和较高的十六烷值，所以DME在压缩冲程过程中随着空气/熏蒸剂混合物压缩而自燃，从而释放热能进而可点燃主燃料填充物。

该测试在改良的1D81Hatz-安装在室内建立的机动/吸收功率计设备上的单缸柴油发动机上进行。在未改良状态，该自燃吸气发动机由约667cc体积的单缸产生至多10kW的轴功率。非常可能所测试的所有燃料的绝对性能在较大发动机中较佳，因为通常已知在发动机区发动机峰效率随发动机尺寸增加，这是由于基本物理法则。

这样，认为在现有测试项目中，应当相对于对该发动机装满柴油燃料的结果查看就非柴油燃料而言的发动机性能。特别地，如果使用相对于该发动机之柴油的给定的替选燃料获得了可与之相当的性能或更佳的性能，则也可以在较大发动机上获得该相对性能。当然，在给定发动机上使给定燃料的绝对性能最大化需要进一步优化，并且其应提高发动机性能。

该实验项目的一般观察如下：

1.经熏蒸发动机测试

这些结果示出，在更高效的运转条件下，经熏蒸的发动机产生了与柴油发动机相比可比的效率、较低的NO排放和低得多的颗粒排放。

2.加热的吸入的空气测试

这些结果示出发动机排出的NO排放可与柴油发动机相当。随着经熏蒸发动机运行，再次观察到与柴油发动机相比低得多的颗粒物排放。在该运转模式下，需要进行进一步工作来提高发动机的效率。

1.2实验方法

该测试在改良的1D81Hatz柴油发动机-安装在室内建立的机动/吸收功率计设备上进行。图10给出了设备的方法和仪器图。在下表1中详述了未改良的发动机规格。在发动机测试过程中未改变这些规格。

对发动机进行的改良由以下组成：

●用螺线管驱动注入系统和单独的燃料泵以及注入系统替代机械燃料注入器和燃料泵。将电支配(commanded)的常用轨道柴油注入器用于为系统提供燃料。注入器(Bosch，model0445110054-RE)在未改良发动机上递送与该注入器相比显著较高的体积流量，使得可递送表2中水含量最高的燃料同时获得与柴油和纯甲醇燃料相同的空气/燃料比。

对于该发动机而言，该注入器尺寸过大，并且因此应导致发动机性能的显著降低，甚至在基于与未经改良的发动机相同的柴油燃料运行时也是如此。因此，在表2中列出的用于测试替选燃料的适当参照相同，改良系统基于柴油运行，其结果列于表3、4和5中。预计进一步测试(特别是具有较低水含量的燃料)将使得使用较小注入器并因此显著提高发动机性能。

如图10所示，将燃料混合到加压储存容器中使得在注入发动机中之前DME不转化为气相。在测试过程中，该容器总是为5至10巴。然后，在注入发动机中之前，通过Haskel-空气驱动泵对离开该容器的液体燃料加压至800巴。使用高压蓄电池来确保燃料线路压力在测试过程中保持恒定。

通过在测压元件上悬置加压储存容器来测量燃料流量，并测量各测试过程中容器质量的变化率。

●吸入空气歧管(inlet manifold)的延伸

将吸入的空气预热器与DME熏蒸入口相连。将两种系统用作主燃料填充物的点火促进剂。

●延伸排气歧管以连接所有排放分析系统。

●Kistler压电式换能器。

安装发动机的缸头以记录缸内压力。

●使用Shell Helix Racing10W60油用于所有测试。

其为合成油。

使用多个独立系统分析排气排放。

●MAHA颗粒物质计

该装置提供发动机排气中颗粒物质的重量测量。

●Bosch UEGO传感器

这是测量空气-燃料比的产生装置。虽然已针对烃燃料产生了该装置，但是与通过ADS9000排放台架(bench)测量的空气-燃料比相比表明，对于所测试的所有燃料而言，其功能良好，水含量大于50％的那些除外(图4)。

●ADS9000排放台架

该装置测量NO的发动机排放。在取样前，排气样本流经未加热的线路和脱水器，因此，样本气体的水含量应接近于在环境条件下饱和。在测试项目之前和过程中使用就所测量的量而言的校正气体和气体分离器校正ADS9000。

●Gasmet FTIR排放分析仪

使用适当的校正气体校正该装置并根据供应商的说明书用高纯度氮进行调零。

以2000rpm的稳态转速和λ值2(即，空气过量100％)测试各燃料。未改良的发动机以约1.5的λ运转。因为用纯甲醇以λ1.5进行的第一测试导致发动机咬粘(在一个示例中，由于过早注入)，所以选择精简操作。在λ2未经历进一步发动机咬粘。

总体测试发动机规程如下。

1.加热的吸入的空气运行。

首先将吸入的空气升高至150℃。

将注入持续时间设置为λ值为2，注入的开始设置为上止点。

然后，加热控制器降低吸入的空气温度，同时发动机运行，直至强制发动机转矩(positive engine torque)不再持续。于是加热器吸入的空气控制器将入口温度设置为高于操作停止时的程度。

于是，注入的开始与保持恒定发动机转速的动力计控制器同步，直至发动机转矩达到所谓的“最大制动转矩(MBT)”。MBT是恒定发动机转速和空气/燃料比的最高效运转条件。

记录该运转条件下所得的注入时间(开始和持续)和其他所测量的量。

2.经熏蒸的吸入的空气运行。

在以高DME流量的平稳运行条件下建立发动机。

将主燃料注入持续设置为λ值为2，并且将注入开始时间设置为上止点。

减少DME流量，同时将主燃料流量增加至保持恒定λ，直至发动机转矩达到最大。

然后，开始注入开始定时，直至达到MBT定时，同时持续调节主燃料流量以保持λ，如果需要的话。

记录该运转条件下所得的注入定时(开始和持续)和其他所测量的量。

3.柴油机燃料运转

使注入开始时间到达MBT，同时通过注入持续时间将λ保持在2。

燃料的说明书如下。

●甲醇，99.8％+纯度

●去离子水，99.8％+纯度

●二甲醚(DME)，98％+纯度

●乙醚(DEE)，98％+纯度

1.3结果

测试工作的结果示于下表中。

表1：未经改良的发动机说明

表2：所测试燃料一览表(在150℃下，粗体的那些未产生净功输出，即使吸入的空气也是如此)

表3：柴油性能数据

表4：柴油ADS9000排放数据

表5：用DME熏蒸得到的性能数据

表6：用加热的吸入的空气得到的性能数据

表7：用DME熏蒸得到的MAHA和ADS9000(计算的湿排气)排放

表8：用加热的吸入的空气得到的MAHA和ADS9000(计算的湿排气)排放

＊由于测试过程中压力传感器失效未得到这些条目

表9：用DME熏蒸得到的燃烧分析数据

表10：用加热的吸入的至气得到的燃烧分析数据

1.5其它测试工作

进行其它测试工作以开发额外的燃料和熏蒸剂组合，这些测试的结果总结于下表11和12中。注意如下：

●总之，在1000rpm时的发动机效率低于较高发动机转速的相同或类似燃料。这基于未经改良Hatz发动机在约2000rpm具有峰效率的事实，并且是期望的。当用于针对在较低rpm的峰效率设计的较大发动机 时，将提高使用燃料的效率。

●由于该测试项目过程中传感器的失效，未示出使用ADS9000装置进行的NO排放。

燃料注入器在测试号25过程中失效。针对该测试记录的数据仍貌似合理，因为失效发生在测试的晚期，并且因此包含在该附录中。应注意运行25和27的比较性能，它们具有非常类似的主燃料组合物，添加剂除外。

表11：用DME熏蒸得到的性能数据

表11(续)：用DME熏蒸得到的性能数据

表11(续)：用DME熏蒸得到的性能数据

表12：用加热的吸入的空气得到的性能数据

表12(续)：用加热的吸入的空气得到的性能数据

表12(续)：用加热的吸入的空气得到的性能数据

1.5燃料组合物的体积％与质量％的比较表

在上述1.1至1.4中给出的测试结果的表基于按体积测量的主燃料组合物中的组分的相对量。下表13和14使得在燃料组合物的体积％与重量％之间作出转化。

表13：重量％与质量％的比较表-熏蒸

表14：体积％与质量％的比较表-吸入的空气预热

1.6在章节1.1至1.5报告的对测试结果的观察

水和醚加DME熏蒸剂：

在上文中报告的工作表明水具有一些关键的特性，其对甲醇燃料作出了额外的添加：

1.如果注射有可燃甲醇燃料，多至一点，效率不降低，而是增加到优化点，然后随着水的比例连续升高而降低。申请人假设效率的增加可能 是由于例如以下因素的因素组合：

a.在加热(例如红外IR)带，水的广谱特性例如发射系数和吸收系数比甲醇优越，随着甲醇以加速从小滴蒸发，其辅助发射热吸收到混合的燃料和水的滴中，因为甲醇首先将共有该较高热吸收率并蒸发。

在文献中报告的水的发射率为0.9至1.0，即，接近红外线照射的黑体，同时甲醇小于接近0.4的值的一半。

b.水的热导率大于甲醇。

c.水的热扩散率大于甲醇。

d.上述点b.和c.将引起所存在的水滴中热的较大传递，随着甲醇浓度随滴收缩而降低，再次加速液相甲醇到气体的转化。

摘自Thermochimica Acta492(2009)第95至100页

2.上文中报告的工作提供了水甲醇燃料的可用性的证据，该证据的提供是通过证实其在熏蒸剂方面用合适量的点火促进甚至以高水平运行时的平稳运转。从图7所示的数据，其来自上文中报告的工作，示出当水含量为主燃料组合物的约12重量％至23重量％时，获得制动热效率峰。提高的BTE区的水含量为2％至32％，用DME熏蒸剂得到的优化区为接近16％至18％。这是出乎意料的结果。出乎意料的是向燃烧室中注入这样高水含量水平的水将使得在IMEP的COV方面，压燃式发动机可以以可接受的运转而运转。(所示平均有效压力的可变系数)

从上文中报告的实验数据，在大多数情况下，低级BET执行物(performer)为未稀释甲醇，通过包括在4％至9％的重量范围内的DME 的混合物获得良好的性能。

随着包含之前提到的相当量的DME的燃料中水的含量超过约30重量％，效率降至与被燃烧而不存在水的燃料相一致的水平。

应注意，有约70％的水的燃料在发动机中燃烧，即使一半效率由于较高的废水含量。

图8提供了主燃料的醚含量(重量％)和燃料的作为结果的BTE的示意图。使用括号(})来标记与使用乙醚作为燃料组合物中的醚组分相关的点，而在其它绘图点中使用的醚为二甲醚。图8示出与未经稀释的甲醇的情况相比，通过将4％DME以约16％水含量引入液相引起BTE升高约1.5％。一般而言，通过使用由虚线示出的盒中的某一量的醚来提供的结果为主燃料组合物提供优点。增加醚含量超过10％水平(即，在图右侧的盒的外侧)引入额外的成本而没有相应的方法改进或优点。

在低水含量水平，与4％相比，16％DME的益处较小，在高于约6％的水含量，4％DME优于16％DME。

在整个水含量范围，约8重量％的DME具有稍微高于4％DME的BTE，在燃料中，差平均为约0.3％至最大为约36％的水。

在较低水含量范围，燃料中的乙醚(DEE，加括号的点)示出较弱的BET，其中性能类似于净甲醇，但是随着燃料中的水含量升高至大于约25％，约8％的DEE提高其性能以匹配DME的那些。

在制动热效率方面，除非有其他原因，例如挥发性或蒸汽压力占优势(prevailed)，否则在甲醇水燃料中可能不会在DME之前选择DEE。

水和熏蒸剂对NO的作用：

在其中应用冷却剂例如水的经熏蒸环境下，不能预测可以获得NO的减少，并且不能预测NO减少的程度。测试工作示出随着水含量水平升高，NO大大减少，如图9所示，在36重量％水的条件下示出0.2克/kw-hr的低压。

图10提供了增加水含量对排气中NOX的作用的另一说明。4％和8％DME线路示出对NOX形成的最佳应答，即使在高吸入的空气温度下也是如此。在熏蒸的情况下可见相同的趋势，在随着水含量水平增加NOX减少的情况下，16.5％DME和8.8％DEE示出与低DME情况相比较高水平的NO。与没有预热的柴油燃料相比，没有水的加热运行产生较高的 NO。

从上述数据和附图显而易见，有优点的运转区涉及使用包含甲醇和主燃料组合物中20重量％至22重量％的水和4重量％至6重量％的DME的主燃料组合物，同时进行熏蒸。该燃料将获得良好的效率和低NO。如在本申请的其它章节中详述的，期望的燃料操作区可以随CI发动机的可接受运转进一步扩增。

相反，相同发动机中的燃料以λ2和2000rpm(在这些图中，所有熏蒸测试的λ和转速)得到4.9克/kw-小时。

熏蒸剂：

对于复合的燃料组合物，特别是对于包含水和甲醇以及任选的其他添加剂(例如DME)的燃料组合物，之前未考虑使用熏蒸剂(或熏蒸)。当然，未层报告这样的技术的商业使用。这可能是由于认为这样的燃料根本不大可能良好工作的事实，这是由于甲醇的低加热值，将甲醇与高潜热稀释剂例如水混合进一步损伤该低加热值。使用包含大量水组分的燃料也是反直觉的，因为通常使用水来灭火而非帮助它们燃烧。

为了研究该领域，使用具有缸为5升V8发动机的类似容量的单缸发动机，安装有较大注入器以克服低加热值/升待测试燃料中的一些。

这些较大注入器具有降低发动机效率的作用，但是作为燃料之间的比较，前提是应用相同条件(mirror conditions)，发动机测试专家承认比较的有效性。

在测试的特定操作条件中需要尺寸过大的注入器，并且由于发动机尺寸小，发动机以高rpm运转，但进一步工作使得改良这些因素，其结果是注入发动机吸入的空气中的熏蒸剂(点火增强剂)的相对量减小。实施以支持该申请的实验工作以2000rpm和1000rpm实施，后者是用于该项目的Hatz发动机的最低可运转转速。

实施例2：70％甲醇∶30％水燃料，同时使用吸入的空气加热方法和熏蒸操作

将包含70％甲醇和30％水的燃料引入压燃式发动机中示意性地示于图1中。

在发动机的不同运转阶段(发动，低负荷下的稳定状态、50％至100％满负荷的稳定状态、怠速等)，发动机可以以不同模式以及不同模式的组 合运转。

在以0％至50％发动机负荷运转时，将吸入的空气预热至150℃至200℃，不存在熏蒸剂。在升高的温度下到达发动机的气流损失由低负荷发动机补偿。

在满负荷的50％的运转的情况下，可以降低吸入的空气预热水平，并且另外可以使用包含95％DME、3％甲醇和2％水的熏蒸剂。将总燃料进料的5重量％的量的熏蒸剂注入吸入的空气。该熏蒸水平可随着接近满负荷而下降。

在发动时，可预热吸入的空气，此外，将相对于主燃料的较大重量％的熏蒸剂熏蒸进入吸入的空气口。用于该阶段的运转的一种合适的熏蒸剂是20％至50％的包含100％DME的熏蒸剂。

在发动机运行后的怠速时，可停止熏蒸。

吸入的空气预热，由熏蒸周期性辅助(针对发动机rpm和负荷)使得发动机的运转克服水在主燃料组合物中以30％的水平存在。

实施例3：95％甲醇∶5％水燃料，进行加热而不进行熏蒸

重复实施例2但使用95％甲醇∶5％水燃料组合物。将吸入的空气预热至150℃至200℃。这样的布置可包括涡轮增压器和排气/吸入的空气热交换器。

实施例4：26％甲醇∶74％水，进行加热和熏蒸

重复实施例3但使用26％甲醇、74％水燃料组合物。该燃料组合物可适用于水上应用-用于运转船CI发动机。在这种情况下，如果需要获得所需水平的由排气冷凝，则可以使用海水作为散热器。在水上条件下，为了通过溢出量的不易燃气相的存在来确保密闭空间的安全性，燃料组合物中的水含量水平为约74％(或更多)，其中燃料的26％(或更少)为甲醇。该高水含量避免了引起发动机室燃烧的点火风险。

该燃料是可以泵入主燃料储存容器于可供使用的组合物(即，74％的水在甲醇组合物中)中的实例。可替选地，可以将具有较低水含量水平(与发动机使用的组合物相比)的预混合物泵入储存容器中，水含量水平通过最终在储存物之间通过预混合物的水稀释增加并填充进入发动机。水源可以是任何水源，并且例如可以是循环水或脱盐的水。对在容器上加载的燃料组合物的重量而言，该选择具有优点。

该燃料的点火需要如上所述的加热方法。熏蒸进入吸入的空气口的DME蒸汽或喷雾提供用以点燃燃料的充分手段。

排气中水的量可计算为约30％至50％。其基于燃料中最初的水和来自甲醇和DME燃烧的水以及吸入的空气中的水。该出乎意料地高的结果产生自甲醇(与低温液氢相比，基于体积其包含更多的氢)的高氢含量，和燃料中高含量的水，吸入的空气中的水蒸汽和来自燃料的水燃烧产物(甲醇和DME)。

对于该燃烧反应，将产生过量的水，并且存在捕获其一部分用于循环以及与储存在储存容器中的较低水含量的预混合燃料混合。在一些实施方案中，有利的是通过输送较高甲醇含量基燃料降低与燃料中水的存在相关的供应链物流成本，并且通过从发动机排气捕获水来满足较高水含量水平的目的发动机质量。

使用纯水和就在终期除去的选定物质而言的任选添加剂的热交换和喷雾室布置可构造为确保来自甲醇燃烧的非CO2污染低。另外，可通过使用已知技术将未燃烧甲醇吸附到活性表面用于随后解吸附并循环到方法中的发动机中或者用于合并为熏蒸剂或主燃料的一部分来实现排气的最终清洁。

就SOX而言，在这种情况下，排气可具有如下分析：

SOX＜0.1ppm。

一般而言，与油基柴油燃料相比，其它污染剂(例如NOX颗粒)的排放将低得多。

在燃烧期形成的任何小量NOX和SOX和水相中CO₂的吸附可导致返回与燃料混合的水的弱酸化。该返回水混合物可能需要化学处理或机械调整以抵消该弱酸化。

就燃料、烃、颗粒、NOX和SOX排放而言，由这样的清洁导致的排气具有与柴油燃料相比改善的排放，这在环境上是有利的。

CO₂回收

得自高水燃料的排气几乎不包含杂质，使其对于后续处理而言是理想的。特别地，可以利用能源，其可包括可再生资源，例如太阳能等，将CO₂转化回甲醇以直接减少温室气体CO₂或者高纯度CO₂可用于有机生长例如藻类用于多种终端用途，包括甲醇生产。

通过分离或纯化空气中的氧水平，可以从发动机中减少或清除氮，其中通过氮的氧化得到NOX势能的减少或清除。排气CO₂循环为发动机O₂吸入的空气于是使得优化进入发动机中的氧水平的优化，以及产生主要纯的CO₂和水蒸汽排气。该富集的CO₂对于进一步处理为甲醇或上述应用(如果需要的话)而言是理想的。

实施例5：90％甲醇∶5％水∶15％DME燃料，进行加热而不进行熏蒸

重复实施例2，但将DME添加到主燃料甲醇水燃料组合物中。将吸入的空气预热至50℃至150℃。这样的布置可包括涡轮增压器和排气/吸入的空气热交换器。在较高负荷范围内，所需的预热程度可以低或者为零，在较低负荷和较低发动机转速需要温和预热。

实施例6：用于预加方法的燃料组合物，有任选的熏蒸剂

在下表中，给出了甲醇/水燃料组合物的实例用于使压燃式发动机运转，同时进行预热。可以在至少50℃或至少100℃或至少150℃或至少200℃或至少250℃或至少300℃或更高(取决于占优势的条件)的水平预热吸入的空气来操作这些甲醇/水燃料组合物。另外(或者就吸入的空气预热而言可替选地)，这些燃料组合物可以与熏蒸剂组合使用，用于燃料的合适的熏蒸剂的实例示于表的第二部分中。各标号行的主燃料可以与相同标号行的合适熏蒸剂配对，但是相邻燃料和熏蒸剂之间的配对也是可能的。考虑到燃料增量剂、润滑剂、点火促进剂和另一些添加剂的一致性，它们选自在上文的详述中提供的实例。在表中提到的这些添加剂的量％指该描述的单一添加剂的量或当组合使用该类的多于一种添加剂时该描述的添加剂的总量。特定实例采用糖或脂肪酸酯作为燃料增量剂、脂肪酸酯或乙醇胺衍生物作为润滑性添加剂、醚作为点火增强剂，以及产物颜色和火焰颜色添加剂作为额外的添加剂。

在表中示出了多种熏蒸剂，与分类为较高点火组分的那些相比，一些组分的点火特性较低。所列出的组分并非是排它的，也可以使用在该文献中其它地方列举的并且对于本领域技术人员而言公知的另一些合适的组分。

Δ重量％：除100％水/甲醇组合以外

＊按重量计的总燃料进料

Claims (41)

1.一种替代品柴油发动机燃料组合物，其用于替代传统柴油燃料，所述替代品柴油发动机燃料组合物包含甲醇和大于5重量％并小于23重量％的水，以及选自以下的一种或更多种添加剂：点火促进剂、燃料增量剂、燃烧增强剂、润滑性添加剂、产物着色添加剂、火焰颜色添加剂、防腐蚀添加剂、杀生物剂、降凝剂、沉积物还原剂、变性剂、pH控制剂、及其混合物，其中所述燃料组合物包含0重量％至20重量％的二甲醚。

2.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述燃料组合物包含大于或等于12重量％并小于23重量％的水、和0重量％至20重量％的二甲醚。

3.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其包含大于或等于12重量％并小于23重量％的水。

4.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其包含6重量％至22重量％的水。

5.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其包含不大于20重量％的添加剂。

6.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其包含20重量％至22重量％的水和不大于20重量％的添加剂。

7.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其包含20重量％至22重量％的水、4重量％至6重量％的二甲醚、和甲醇。

8.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其包含至少20重量％的甲醇。

9.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述燃料组合物是单相燃料组合物。

10.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述水和甲醇的总量为所述燃料组合物的至少60重量％。

11.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述水和甲醇的总量为所述燃料组合物的至少80重量％。

12.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述燃料组合物中的所述甲醇为粗甲醇。

13.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述添加剂包括所述燃料组合物的：

-至多1重量％的产物着色添加剂，和

-至多1重量％的火焰颜色添加剂。

14.根据权利要求9所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述水和甲醇的总量为所述燃料组合物的至少80重量％。

15.根据权利要求9所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述燃料组合物中的所述甲醇为粗甲醇。

16.根据权利要求9所述的替代品柴油发动机燃料组合物，其中所述添加剂包括所述燃料组合物的：

-至多1重量％的产物着色添加剂，和

-至多1重量％的火焰颜色添加剂。

17.一种使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括：

预热吸入的空气流，将经预热的空气流引入所述发动机的燃烧室中并压缩所述经预热的空气流；和

将所述燃料引入所述压燃式发动机的燃烧室中并点燃所述燃料/空气混合物以驱动发动机，所述燃料包含甲醇和大于5重量％并小于23重量％的水以及0重量％至20重量％的二甲醚。

18.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其中所述燃料包含6重量％至22重量％的水。

19.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括将所述吸入的空气流预热至至少50℃。

20.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括将所述吸入的空气流预热至150℃至300℃。

21.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括使来自所述发动机的排出物通过热交换器以预热进入所述发动机的吸入的空气流。

22.根据权利要求21所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括通过所述热交换器冷却排出物、收集来自经冷却的排出物的水并将至少一部分再循环回到所述燃料。

23.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括冷凝排出物、收集来自经冷凝的排出物的水并将至少一部分再循环回到所述燃料。

24.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括纯化排出物以捕获未燃烧的排气污染物并将其再循环至所述发动机。

25.根据权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法，其包括用包含点火增强剂的熏蒸剂熏蒸所述吸入的空气流。

26.一种动力产生方法，其包括：

使用甲醇-水燃料产生动力从而为压燃式发动机提供动力，其中所述甲醇-水燃料包含甲醇和大于5重量％并小于23重量％的水以及0重量％至20重量％的二甲醚；

预热所述压燃式发动机的吸入的空气流，和/或

用点火增强剂熏蒸吸入的空气流；

处理发动机排气以回收来自所述发动机的废热和/或水，以及

再定向所述热和/或水以用于其它用途。

27.根据权利要求26所述的动力产生方法，其中所述甲醇-水燃料包含6重量％至22重量％的水。

28.根据权利要求26所述的动力产生方法，其包括将所述废热和/或水再循环回到所述发动机中。

29.根据权利要求26所述的动力产生方法，其包括通过热交换器将来自所述排气的热交换至热水回路中的水，并通过所述热水回路将所述水中的热转移到当地社区。

30.根据权利要求26所述的动力产生方法，其中所述方法适于为轨道运载工具提供动力，其包括处理排气以从所述排气除去颗粒并回收热和水从而再循环回到所述发动机中和/或用于所述轨道运载工具。

31.根据权利要求26所述的动力产生方法，其中所述动力产生方法适于为水上运载工具提供动力，其包括在脱盐器中处理排气以回收热和水从而再循环回到所述发动机中和/或再定向用于所述水上运载工具。

32.根据权利要求26所述的动力产生方法，其包括将发动机排气与水在混合器中混合以冷却所述排气并回收来自排气冷凝物的水。

33.根据权利要求32所述的动力产生方法，其包括将水从所述混合器泵送至液/气热交换器以进一步冷却所述水。

34.根据权利要求26所述的动力产生方法，其包括回收来自最终阶段排气冷凝器中的排气的水。

35.根据权利要求26所述的动力产生方法，其包括在预处理器中处理包含甲醇和醚以及任选的水的预燃料组合物，其中所述预处理器将所述醚与所述甲醇分离，并且在熏蒸吸入的空气流时使用所述醚作为点火增强剂。

36.根据权利要求35所述的动力产生方法，其中所述预燃料组合物包含7％至10％的醚。

37.根据权利要求26所述的动力产生方法，其包括将所述吸入的空气流预热至150℃至300℃。

38.一种输送包含甲醇和醚的预燃料组合物的方法，其包括将来自第一地区的所述预燃料输送到远离所述第一地区的第二地区，并将所述醚与所述甲醇分离以产生包含甲醇、大于5重量％并小于23重量％的水和0重量％至20重量％的二甲醚的第一燃料部分和包含醚的第二燃料部分。

39.根据权利要求38所述的输送包含甲醇和醚的预燃料组合物的方法，其中所述第一燃料部分包含6重量％至22重量％的水。

40.根据权利要求1所述的替代品柴油发动机燃料组合物在权利要求17所述的使用包含甲醇和水的燃料为压燃式发动机提供动力的方法或权利要求26所述的动力产生方法中的用途。

41.包含甲醇、大于5重量％并小于23重量％的水和0重量％至20重量％的二甲醚的柴油发动机燃料组合物用于替代传统柴油发动机燃料为压燃式发动机提供动力的用途。