CN103468330B - 一种内燃机用全馏分燃料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种内燃机用全馏分燃料，所述全馏分燃料主要成分为烷烃、环烷烃、烯烃和芳烃，燃料的分子结构中C原子数为C5-C23，十六烷值为47-55，所述全馏分燃料馏程为40-360℃。本发明提出所述全馏分燃料的应用。本专利提出的全馏分燃料，其分子式C原子数和馏程覆盖了目前常用的汽油、煤油和柴油的范围，挥发性高于柴油，自燃着火性高于汽油接近柴油。内燃机用这种燃料时可采用喷雾扩散自燃着火的燃烧方式，碳烟和颗粒物排放远低于柴油机，热效率远高于汽油机，使内燃机尤其是汽车发动机总的燃油消耗率明显减低，控制有害排放的成本降低。同时由于炼油过程的简化、储运加油系统简化、以及内燃机设计制造简化，显著降低成本。
Description
技术领域
本发明属于燃料领域，具体涉及一种全馏分的液体含碳燃料、其制备的方法和应用。
背景技术
汽油和柴油是内燃机和汽车发动机最常用的两种燃料，其理化指标有两个主要不同。一是分子式的碳（C）原子数不同，汽油为C5-C11，柴油为C16-C23，如果细分还有煤油为C11-C19等；二是馏程不同，汽油为40℃-180℃，柴油为180℃-360℃。由于汽油和柴油理化特性不同，使得使用石油基燃料的内燃机分为两大类，即汽油机和柴油机。汽油机采用火花点火和火焰传播燃烧方式，热效率较低，但有害物排放容易控制；柴油机采用自燃着火和喷雾扩散燃烧方式，热效率较高，但有害物排放较高。国内外研究者都曾设想将汽油机和柴油机的优点集合在一起，即发展一种统一式内燃机，但如何实现并没有找到明确的技术途径。同时，由于炼油过程中汽油和柴油燃料要分别制取，并按两种燃料的国家标准要求添加其它成分，加油站要按两类燃料分别储运加注，内燃机要分汽油机和柴油机分别设计制造，提高了炼油和内燃机制造的成本。
通过查阅一些相关的国外专利和科技文献，未发现全馏分燃料的专利。文献报道中（例如何学良等，内燃机燃料，中国石化出版社，2004；杨彬彬，尧命发等，燃料组分和喷油压力对宽馏分燃料燃烧与排放影响的试验研究，中国工程热物理学会论文2012）曾提出宽馏分燃料，但实际是将原柴油馏程略拓宽，不同于全馏分燃料。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种内燃机用全馏分燃料。
本发明的另一目的是提出一种全馏分燃料的制备方法。
本发明的第三个目的是提出所述燃料的应用。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种内燃机用全馏分燃料，其特征在于，所述全馏分燃料主要成分为烷烃、环烷烃、烯烃和芳烃，所述燃料的分子结构中C原子数为C5-C23，十六烷值为47-55。
其中，所述全馏分燃料馏程为40-360℃。
根据十六烷值的需要，所述全馏分燃料还可以含有占主要成分1-3wt%的添加剂。
其中，所述添加剂为改进十六烷值的添加剂，选自硝酸异辛酯、硝酸异戊酯、二叔丁基过氧化物中的一种或多种。
一种制备全馏分燃料的方法，以中质原油、重质原油和轻质原油中的一种或多种为原料，经过减压蒸馏、催化裂化、加氢重整和常压蒸馏中的一种或多种方法的处理，取40-360℃的全部馏分。
现有技术中，原油经过催化裂化或蒸馏分离，分离不同碳原子数的馏分构成汽油或柴油等。本发明采用常规的蒸馏方法，取全部馏分，减少了分离的工序和成本，大大降低了燃料生产成本。
优选地，所述的制备方法，是以中质原油为原料，常压蒸馏，蒸馏釜的温度控制为100-350℃，取40-360℃全部馏分为产物，测定产物的十六烷值，当十六烷值低于47时，添加添加剂至十六烷值为47-55。
本发明提出的全馏分燃料作为内燃机燃料的应用。
所述的应用，是在内燃机中，将所述全馏分燃料采用喷雾扩散混合及自燃着火燃烧方式。
本发明的有益效果在于：
本专利提出的全馏分燃料，其分子式C原子数和馏程覆盖了原汽油、煤油和柴油的范围，挥发性高于柴油，自燃着火性高于汽油接近柴油。内燃机用这种燃料时可采用喷雾扩散自燃着火的燃烧方式，由于其蒸发扩散速度高于柴油以及燃烧速度高于火花点火燃烧方式，因而其碳烟和颗粒物排放明显低于柴油机，热效率远明显高于汽油机，使内燃机尤其是汽车发动机总的燃油消耗率明显减低，控制有害排放的成本降低。同时由于炼油过程的简化、储运加油过程简化、以及内燃机设计制造简化，显著降低成本。
附图说明
图1：全馏分燃油与汽油、轻柴油、航空煤油蒸馏曲线对比。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，所使用的原油为沙特中质原油。
实施例1
蒸馏工艺：取沙特中质原油，置于蒸馏釜中，蒸馏釜的温度控制为100-350℃，取40-360℃的馏分。得到产物的产率为46%。
产品检验：碳原子数的检测方法为PONA/PIONA分析法，分析结果为C原子数为C5-C23。十六烷值测定方法GB/T386－2010柴油十六烷值测定法，结果为47.4。馏程测定：按照SH/T0121-92(2004)《石油产品馏程测定装置技术条件》，结果如图1。由图可见，馏程温度为40℃-360℃，覆盖了一般汽油和柴油的馏程温度范围（图中虚线）。
作为本发明的其他实施方式，用其他产地的中质原油也可以制备得到全馏分燃料。蒸馏完成后，测十六烷值小于47时，添加常规市售的十六烷基添加剂即可得到所需产物。所述十六烷基添加剂可选自硝酸异辛酯，添加比例为1-3%。
实施例2：燃烧试验
实施例1的全馏分燃料在一台气缸直径为83毫米的柴油机上进行了试验。以平均指示压力为8bar时的指示热效率数据进行对比，采用喷雾扩散混合及自燃着火燃烧方式。燃烧控制参数为：喷射压力80MPa，喷射时刻为燃烧上止点前10度曲轴转角，进行单次喷射。发动机参数见表1。典型点燃式发动机在所给工况点的指示热效率约为33%，本试验中柴油的指示热效率为47%，如果按照汽油和柴油的质量收率相同来计算，两者的综合热效率为40%；而试验中全馏分燃油的热效率则达到了50%。因此，从对石油中汽油组分和柴油组分的综合能量利用率上看，全馏分燃油相比较于传统的汽油和柴油分开使用的方式，能量利用率有了很大提升。
表1：发动机参数
| 缸径 | 83.1mm |
| 行程 | 92mm |
| 单缸排量 | 0.5L |
| 压缩比 | 16.7 |
| 喷射系统 | 电控高压共轨 |
以上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，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (2)
1.一种内燃机用全馏分燃料，其特征在于，所述全馏分燃料主要成分为烷烃、环烷烃、烯烃和芳烃，所述燃料的分子结构中C原子数为C5-C23，十六烷值为47-55；所述全馏分燃料馏程为40-360℃；
所述的全馏分燃料采用以下方法制备：以中质原油为原料，常压蒸馏，蒸馏釜的温度控制为100-350℃，取40-360℃的全部馏分为产物，测定产物的十六烷值，当十六烷值低于47时，添加添加剂至十六烷值为47-55；所述添加剂为改进十六烷值的添加剂，选自硝酸异辛酯、硝酸异戊酯、二叔丁基过氧化物中的一种或多种。
2.全馏分燃料作为内燃机燃料的应用，其特征在于，在内燃机中，所述全馏分燃料采用喷雾扩散混合及自燃着火燃烧方式进行燃烧；
所述全馏分燃料蒸馏工艺为：取沙特中质原油，置于蒸馏釜中，蒸馏釜的温度控制为100-350℃，取40-360℃的馏分；得到产物的产率为46％；蒸馏所得的全馏分燃料在一台气缸直径为83毫米的柴油机上进行试验，典型点燃式发动机在所给工况点的指示热效率为33％，本试验中柴油的指示热效率为47％，如果按照汽油和柴油的质量收率相同来计算，两者的综合热效率为40％；而试验中全馏分燃料的热效率则达到了50％。
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