CN104781377A - 用于制备和递送燃料组合物的方法 - Google Patents

Abstract

用于产生包含甲醇和水和按重量计不多于20％的二甲醚的主燃料组合物、以及包含二甲醚的熏蒸剂的方法，所述方法包括：-提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，-向所述预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发，-收集从所述预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚以用作熏蒸剂，以及-使用包含甲醇和水的所述预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物。水可处于高于环境温度的温度下。

Description

用于制备和递送燃料组合物的方法

本发明涉及用于制备燃料组合物和将燃料组合物递送至其使用地方的方法。本法还涉及用于产生用于压燃式发动机的熏蒸剂或熏蒸剂蒸气的方法。

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排放以及其他燃烧产物的燃料。

用于完全或部分替代传统燃料的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与这些燃料的低十六烷指数相关的已知的问题。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。

本申请人开发了用于压燃式(柴油)发动机的新的燃料组合物，其具有改善的排放特性而对燃料效率和/或发动机性能没有不利影响。所述燃料组合物是两部分燃料组合物，具有基于甲醇和水的主要部分，其被引入发动机的燃烧室中；以及包含点火增强剂如二甲醚的熏蒸剂，在压缩和引入主燃料之前熏蒸到进入空气流中。

两个燃料部分-包含甲醇和水的主燃料部分以及包含二甲醚的熏蒸剂-可通过液体管道从制造点输送至使用点，例如使用压燃式发动机产生动力的航运码头、火车站或偏远社区。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。

虽然通过液体管道移动燃料的这些技术具有其优势，但是二甲醚在大气压下不能以液体形式在管道中输送，而需要加压以使二甲醚维持为液体形式。本申请人提出，以包含甲醇和二甲醚的“预燃料组合物”的组分来输送用于熏蒸剂所需的二甲醚，并且使醚与甲醇分离以产生甲醇-水主燃料部分和二甲醚的第二燃料部分或熏蒸剂。

本申请人已认识到，燃料组合物和/或能使其商业化使用的系统/过程的进一步改进，可提供进一步的优势，使得其作为传统燃料替代品而更具吸引力。

发明内容

根据本发明，提供了用于产生包含甲醇和水以及按重量计不多于20％的二甲醚的主燃料组合物，以及包含二甲醚的熏蒸剂的方法，所述方法包括：

-提供包含甲醇或二甲醚的预燃料组合物，

-向预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸发，

-收集从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚用作熏蒸剂，以及

-使用包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物。所述方法还可包括步骤：

-将收集的蒸气形式的部分二甲醚引导至压燃式发动机的进入空气流中作为熏蒸剂，以及

-将预燃料组合物的剩余部分引导至压燃式发动机中作为压燃式发动机的主燃料。

当以这种方式由预燃料组合物产生两种燃料组合物时，可避免从预燃料组合物中分离二甲醚的热的过度应用以及随之产生的成本。可避免涉及复杂工程(例如电、气动力或发动机冷却剂)的热应用技术。向甲醇和二甲醚的组合中添加水，任选地添加温水或热水的作用在于，根据主要温度条件和水添加量，在不同程度上通过从最初的甲醇/二甲醚组合物中蒸发二甲醚来置换二甲醚。巧妙利用该现象与以单一预燃料组合物(其随后分为两个流)输送两种产品(主燃料和熏蒸剂)的构思的结合，能够形成非常成本有效且安全的方式，来输送作为一种组合物的燃料，以用于压燃式发动机。此外，该过程中可方便地使用在发动机运转和排放处理中作为副产物生成的温度高于环境的水。

换言之，可通过使用在提供足够显热以提供所需量DME熏蒸剂的温度下的水以及主燃料中水的目标组成来避免这样的“外部热源”。

根据一些优选实施方案，向预燃料组合物中添加水以引起至少部分二甲醚蒸发的步骤在某些情况下可在没有直接应用热的情况下进行。或者，温度高于环境的水足以分离所需量的二甲醚。水可以在对主要条件特定的任何合适温度下。水温可以是例如30℃至80℃。以下概括了另一些温度范围。外部来源的热，例如来自电、气或发动机冷却剂的热，也可用作水添加技术的补充，以引起或帮助二甲醚从预燃料组合物中蒸发。在一些实施方案中，不需要另外的外部热源。

根据一些实施方案，所述方法包括以下步骤：

-将包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物从第一地方输送到远离第一地方的第二地方。

“远离”是指所述地方与第二地方间隔开。分隔距离可以为例如约数米(例如大于50米)或数千米(例如1km或更远，例如至少5km或至少10km)。

根据一个实施方案，预燃料组合物在液体管道中输送。因此，液体管道可以为数米长(例如大于50米长)或数千米长(例如1km或更长，例如至少5km或至少10km长)。

在二甲醚蒸发之后包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分可在使用前调整组成，或者可不进一步调整其组成而使用。相似地，蒸发用作熏蒸剂的二甲醚可不调整组成而用作熏蒸剂，或者可调整包含二甲醚的熏蒸剂的组成以包含除二甲醚之外的组分。蒸发用作熏蒸剂的二甲醚可以以蒸气形式或其他形式直接用于发动机。

所述方法还可包括以下步骤：

-用包含二甲醚的熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；

-将熏蒸的进入空气引入发动机的燃烧室中并压缩进入空气；

-将主燃料引入燃烧室中；以及

-点燃主燃料/空气混合物，从而驱动发动机。

根据另一个方面，还提供了使用主燃料来使压燃式发动机运转的方法，所述主燃料包含甲醇和水以及按重量计不超过20％的二甲醚，所述方法包括：

-提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向预燃料组合物中添加水以引起和帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸发，

-收集从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚以用作熏蒸剂，

-使用包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分作为主燃料，

-将收集的蒸气形式的部分二甲醚引导至压燃式发动机的进入空气流中作为熏蒸剂，

-将熏蒸的进入空气引导至发动机的燃烧室中并压缩进入空气；

-将主燃料引入燃烧室中；以及

-点燃主燃料/空气混合物以驱动发动机。

根据另一个方面，提供了用于向压燃式发动机供给燃料的方法，所述方法包括：

-供给包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸发，

-将从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚供给至压燃式发动机的进气口，或者供给至与压燃式发动机的进气口流体连接的罐，以用作熏蒸剂，

-将包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分供给至与压燃式发动机的燃烧室流体连接的第二罐，以用作主燃料组合物。

所述方法还可包括以下步骤：

-用包含由第一罐供给的二甲醚的熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；

-将熏蒸的进入空气引入发动机的燃烧室中并压缩进入空气；

-将来自第二个罐的主燃料引入燃烧室中；以及

-点燃主燃料/空气混合物，从而驱动发动机。

熏蒸进入空气流的步骤可包括将收集的蒸气形式的部分二甲醚引导至压燃式发动机的进入空气流中。

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。

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方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，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。

根据另一个方面，提供了使用压燃式发动机来产生动力的方法，所述压燃式发动机以包含甲醇和水以及按重量计不超过20％的二甲醚的主燃料组合物作为燃料，所述方法包括：

-提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸发，

-收集从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚以用作熏蒸剂，

-使用包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物，

-使用主燃料组合物使压燃式发动机运转以产生动力；

-用包含二甲醚的熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；

-处理发动机排气以回收从发动机排除的热和/或水，以及

-再定向热和/或水用于进一步使用。

附图说明

现在将通过实例并参照附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1是示出在4个不同温度下，随着增加水体积的水添加(以预燃料组合物重量的重量％计)，5％DME：95％甲醇(按重量计)的预燃料组合物中DME组分从液相转化为气相的转化百分率的图。

图2是示出在4个不同温度下，随着增加水体积的水添加(以预燃料组合物重量的重量％计)，10％DME：90％甲醇(按重量计)的预燃料组合物中DME组分从液相转化为气相的转化百分率的图。

图3是以三元燃料组合物的％计的蒸发的％DME(Y轴)对温度下降(以℃计)(X轴)的图。

图4是说明使用本发明一个实施方案的预燃料组合物来使压燃式发动机运转的方法的流程图。

发明详述

本文描述的过程和方法涉及从预燃料组合物中产生两部分燃料，其进而用于运转压燃式(CI)发动机。

本申请人的共同未决申请PCT/AU2011/001530和PCT/AU2011/001531中列出了关于使用曾经创造的两部分燃料的细节，其整体通过具体引用并入本文。这些共同未决申请描述了如何运转和控制压燃式发动机、产生动力、回收和再利用在发动机运转期间产生的热和水以及其他相关内容。

基本理论

向包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物中添加水的作用在于，根据主要温度条件在不同程度上通过从甲醇/二甲醚组合物中蒸发二甲醚来置换二甲醚。

本申请人检查了温度、预燃料中的二甲醚百分比含量以及水添加量能够对使用水来蒸发二甲醚，以用于后续回收并用作压燃式发动机中的熏蒸剂的能力的影响。建立了计算机模型来检查气-液平衡，并分析了各种各样的组合物(包括蒸气压)，其涉及三元液体混合物甲醇、水和二甲醚(DME)。随后测量了多种组合物的实际蒸气压，以证明通过向预燃料组合物中添加水改善了二甲醚蒸发。

该分析的结果是，水的存在使三元液体混合物中的DME不稳定，使得比水不存在时更容易产生DME富集熏蒸剂，这通过使其能够从液体三元混合物中分离进入在较低温度下待获得的DME富集气相中来实现。在液体燃料中期望的水平下，可以预料，在柴油发动机满负荷运转时，可生成足够的DME用于中等装载负荷到满发动机负荷，而不需要对本体液体燃料(bulk liquid fuel)进行外部加热。

图1呈现了示出在大气压下在平衡条件下，在液相中的不同水含量下(通过在方法步骤中添加水；其表示为在三元溶液中DME的百分比，例如5％)，液相中存在的DME可蒸发多少的图。对于-20℃、0℃、20℃和35℃的温度，示出了单独的线。该图示出，对于液相中初始的5％DME浓度，对于5％DEM、10％水和85％甲醇的三元混合物，在-20℃、0℃或20℃下不可能有蒸气产生以作为熏蒸剂。在35℃，通过添加水(至10％水平)可使存在的20％DEM蒸发以产生包含DME的熏蒸剂蒸气。

仍参照图1，如果水含量从10％增加至20％，则这种情况显著改变。在-20℃下，仍然没有蒸气产生，然而在0℃、20℃和35℃下，可分别达到20％、40％和60％的DME蒸气产生水平。

在30％的水含量下，在-20℃、0℃、20℃和35℃的温度下，液相中初始存在的DME(5％的)的转化率分别显著地增加至30％、60％、80％和90％。这证明即使在5％的低DME含量下，随着水含量的增加，水将DME驱入气相中的能力也显著增加。

图2与图1类似，但是涉及初始包含10％DME和90％甲醇的预燃料组合物。

两幅图之间的主要不同在于，在液相中10％DME和20％水的情况下，在-20℃和0℃下，分别有35％和60％可转化为蒸气，比在5％的较低DME含量下可能的对应的0和20％转化率要高得多。

在30％的较高水含量下，与20％的水组成基三元混合物相比，在-20℃和0℃的转化率均进一步增加了10％。这些图表明，通过将水增加至10％以上，可实现DME液体到DME蒸气的显著转化，其中具有甲醇的三元混合物中的20％水和10％DME，使得能够在-20℃的温度下在大气压下实现至蒸气的35％转化率。

归因于在合适温度下水的存在而增强的DME从液相中驱出的特性，期望使得DME富集熏蒸剂的产生成本更低且更可靠，并且不需要外部应用直接加热来实现DME从液相到蒸气(其可用作柴油发动机的熏蒸剂)的转化。

蒸发DME所需的能量来自本体液体中的可感知的温度下降。该温度下降相对于％DME绘制的图示于图3中。

在水存在下，液体甲醇中DME的不稳定可使得三元混合物中的水浓度成为控制DME转化为蒸气的比例的控制参数。特别地，甚至在-20℃燃料温度的温度下，通过简单地向DME和甲醇的混合物中添加足够的水，便可将冷液体三元混合物中大于50％的DME转化为蒸气。应注意，在这些条件下，可向水中添加一些甲醇(使得水和甲醇的组合被添加到预燃料中)以压低冰点，或者可采取另一些措施，例如使用来自发动机冷却液的热，以确保水保持为液体而不是作为冰形式的固体。

除了水的不稳定作用之外，以下物理方面辅助DME的蒸发：

1.DME具有410KJ/kg的低蒸发热(甲醇＝1100KJ/kg)

2.运送介质水和甲醇具有高热容量，能够使本体液体中产生小幅温度下降，使得大量DME富集蒸气能够被驱出，足以维持在中程发动机负荷到满载发动机负荷下的发动机点火。水的高热容量使得加热的水能够发挥双重作用：由于极性水与甲醇分子之间的相互作用使二甲醚不稳定，以及在合适的较高温度下使用水的高热容量来将足够的热运送到燃料混合物中以驱出需要的二甲醚熏蒸剂。

当将其应用到由预燃料组合物产生主燃料组合物和熏蒸剂的实际过程时，期望实现DME从预燃料中的大量置换或蒸发。根据一些实施方案，通过添加水，预燃料中存在的至少5％，优选至少10％、20％、30％、40％、50％或60％的DME从预燃料组合物中蒸发。量可多至预燃料组合物中存在的DME的量的100％，或者在一些实施方案中，其较低，例如多至预燃料组合物中存在的DME的95％、90％或80％。术语“部分”涵盖所有的这些量，从小％量(小至0.5％或以上)至大的百分比量(例如大量，或多至95％)。术语“至少部分”涵盖部分或所有的DME。量的每个下限可没有限制地与上端限组合以确定合适大小的部分。

随后进行的测试工作(如下表1所示)支持本发明基于的一般原理。使用水添加至预燃料组合物中减少了从预燃料组合物中蒸发DME所需的热负荷。

预然料组合物

在一些实施方案中，预燃料可以是不含水的。在另一些实施方案中，预燃料组合物可包含较低的水含量，例如至多0.5％、1％、2％、3％、4％或5％的水。虽然可能有一些水，但是这将影响在101.3kPa的大气压下能够以液相停留在预燃料组合物中的二甲醚的量，因为，如上所述，水置换二甲醚的程度随着温度增加而增加。因此，预燃料组合物中水的存在更适于冷气候。

根据本申请，预燃料组合物中的部分或所有二甲醚组分是从预燃料的其他组分(特别是甲醇)中分离的。然后可将经分离的二甲醚组分作熏蒸到压燃式发动机中为熏蒸剂，另外，预燃料组合物的剩余部分直接或在使用前进一步调整其组成而用作主燃料组合物。预燃料中二甲醚的量可按重量计至多30％，或者按重量计至多20％，或者按重量计至多10％，或者按重量计至多9％。高于30％的量也是可能的。基于总过程设计、当时条件和预燃料组合物中存在的其他组分，可选择预燃料中包含的二甲醚的量。

例如，在冷冬条件下，预燃料组合物中的二甲醚的量通常会高于在暖夏条件下所需的量。在冬季，预燃料组合物中的二甲醚含量按预燃料组合物的重量计可为10％至30％。在夏季，其可为2％至15％。基于在通过添加水(可任选地为经加热的水)可从预燃料组合物中驱出二甲醚之前所需的预燃料中增加的二甲醚的需求，选择所述量以收集足够量来支持发动机的熏蒸剂要求。相比于较冷的气候条件，在较温暖的气候条件下更易于驱出更多的二甲醚。

所述过程可因此包括这样的步骤：计算在主要气候温度条件下需要从预燃料组合物中移除以满足发动机的熏蒸剂要求的二甲醚的量，以及控制预燃料组合物具有所需的二甲醚水平，从而能够移除所需量的二甲醚。

添加到预燃料组合物中的水的温度可以是环境温度或高于环境温度。在一些实施方案中，其是高于环境温度的水(例如，经加热的水)。水可以是加热的形式，其通过使用来自发动机运转或与发动机相关的任何其他热水回路的水蒸气实现，如在使用压燃式发动机来产生动力以为社区提供动力的情况下。水的温度可例如为20℃至100℃，例如至少25℃、至少30℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃或至少70℃。水的温度可为不多于80℃、不多于70℃、不多于60℃、不多于50℃、不多于40℃。每个最大值和最小值可没有限制地组合以形成一个范围，前提条件是最大值高于最小值。因此，作为三个实例，水的温度范围可以为30℃至50℃、或40℃至60℃或40℃至80℃。

下面在通过添加水从预燃料中产生主燃料组合物的背景下进一步描述了预燃料组合物的其他任选组分。

广泛地使用了“提供”预燃料组合物。预燃料可由供应商提供、制造或以其他方式提供，以便包含甲醇和二甲醚。

向预燃料组合物中添加水的方式可通过任何合适的手段。可将水分批添加到一定体积的预燃料中，或通过连续过程。这可发生在任何合适的容器、管道等中。作为一个实例，水可添加到燃料混合器容器中的预燃料中。在另一个实施方案中，水可作为水流添加到液体管道中的预燃料流中。

在添加水后，使预燃料中存在的部分二甲醚从预燃料组合物中蒸发。收集其以用作熏蒸剂。术语“收集”广泛地用于涵盖收集在容器中用于存储和随后使用(用于所述过程，或者用于发动机需求过多时存在二甲醚体积的其他应用)，并且还涵盖了直接传输以用于压燃式发动机。在收集在容器中的情况下，收集步骤可包括在存储在容器中之前通过压缩来液化。

将预燃料组合物的剩余部分用作主燃料组合物。一项更详细地概括了可用于在用于压燃式发动机之前调整主燃料组合物的组成的选择细节。

包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物可在一个地方生产并输送到另一个地方用于向压燃式发动机加燃料。预燃料可通过管道经管道输送。第一地方可以是甲醇生产工厂地方，而另一个地方(第二地方)是远离第一个地方的地方。那些地方之间的距离可以非常短或者远。提及“远离”地方广泛地用于指除甲醇生产地方之外的一些地方，并且包括邻近地方。第二地方或远离地方通常可以是至少1千米远，且可能是数千米远。第二地方可距离第一地方至少1、2、5、10、15、20、40、50、100、200、500或700千米。第一地方与第二地方之间的距离可长至900千米或至多1500千米。第二地方可以是用于发电的压燃式发动机的地方，或者运输港，或者列车轨道或者任何其他需要两部分燃料的合适地方。

根据一些优选的实施方案，向预燃料组合物中添加水以引起至少部分二甲醚蒸发的步骤可在不需要直接应用热的情况下进行。然而，为了允许最大灵活性，特别是当在低温条件下运转时，在向预燃料组合物中添加水的步骤期间可提供热应用。

关于进入空气的术语“熏蒸”是指将材料或混合物(在这种情况下，熏蒸剂包含二甲醚)引入进入空气流中以形成蒸气或气体，点火增强剂通过所述蒸气或气体均匀分布。在一些实施方案中，引入少量的材料，其一般通过将材料的细雾喷洒到进入空气流中或作为气体注入来实现。

将熏蒸的进入空气引入发动机的燃烧室中并压缩。将主燃料组合物引入燃烧室中，以便与压缩的进入空气/熏蒸剂混合物组合。然后点燃该混合物以驱动发动机。在上面提及的我们的共同未决申请中，提供了发动机运转模式的另一些方面和描述。

由预燃料组合物产生的主燃料组合物的特征

由预燃料组合物产生的主燃料组合物包含甲醇和水。应注意，术语“主燃料组合物”和“主燃料”可同义使用。燃料是压燃式发动机燃料，即柴油发动机燃料。

迄今为止，还没有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(其在3至5的范围中)突出了使用甲醇作为发动机燃料(纯的或混合的)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，这进一步减少了有效的十六烷值。

然而，已发现甲醇-水燃料组合可以以有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，前提是用包含点火增强剂的熏蒸剂熏蒸发动机。

之前已描述了甲醇用于燃料组合物，但是也可作为加热或烹饪燃料，其中该燃料燃烧以产生热。适用于柴油发动机燃料的原理是非常不同的，因为燃料必须在压燃式发动机的压缩条件下点火。在烹饪/加热燃料中使用甲醇和其他组分时可收集到很少(如果有的话)。

主燃料可以是均质燃料或单相燃料。燃料通常不是包含乳化在一起不同的有机相和水相的乳化燃料。燃料因此可以是不含乳化剂的。通过甲醇和水二者的双重溶解特性来辅助添加剂组分在燃料中的容纳，从而能够在可利用的多种水：甲醇比率和浓度下溶解各种各样的材料。预燃料也是均质燃料或单相燃料。

除非另有说明，否则本文件中提及的所有量均指重量。在描述主燃料组合物中组分的百分比量时，其指该组分占整个主燃料组合物的重量百分比。

从广义上来讲，主燃料组合物中水与甲醇的相对量可为按重量计3∶97至80∶20。根据一些实施方案，最低水含量水平(相对于甲醇)为5∶95，例如最低比为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为“低至中等水含量”水平范围，或“中等至高水含量”水平范围。“低至中等水含量”水平范围覆盖了从如上所示的任意最低水平到18∶82、20∶80、25∶75、30∶70、40∶60、50∶50或60∶40的最高值的范围。“中等至高水含量”水平范围覆盖了从20∶80、21∶79、25∶75、30∶70、40∶60、50∶50、56∶44或60∶40到若上所示上限之一的最高值的范围。典型的低/中等水含量水平范围为4∶96至50∶50，并且典型的中等/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。

从水在整个主燃料组合物中的重量百分比而言，主燃料组合物中水的相对量可以是按重量计最低值3.0％，或4.0％，或5％、10％、12％、15％、20％或22％。整个主燃料组合物中水的最高值可以为按重量计68％、60％、55％、50％、40％、35％、32％、30％、25％、23％、20％、15％或10％。任意最低水平可没有限制地与最高水平组合，要求是最低水平低于最高水含量水平。

对于期望的制动热效率(BTE)，在一些实施方案中，燃料组合物中水的量为按重量计3％至32％。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按重量计12％至23％的水。可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，其与主燃料组合物中一定量的点火增强剂(为按重量计不大于主燃料组合物的15％)组合。下文中给出了点火增强剂的细节。

对于NOx排放的最大减少，在一些实施方案中，燃料组合物中水的量为按重量计22％至68％。对于NOx排放物中的最大减少的最佳区为按重量计主燃料组合物的30％至60％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，所以可参照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，对于燃料特性与排放的期望平衡，主燃料组合物包含按重量计按主燃料组合物的5％至40％的水，例如5％至25％的水，5％至22％的水。

为了使用甲醇/水主燃料组合物和熏蒸剂而不使用其他点火增强剂技术(例如进气口预热或吹制)来使压燃式发动机运转，燃料中的水含量可为低至中等水平，优选为低水含量水平。当水含量水平在较高端时，所述方法一般得益于进入空气和/或主燃料预热，以克服因主燃料组合物中增加的水含量水平而增加的冷却作用。预热技术如上文提及的我们的共同未决申请中所描述的。

总主燃料组合物中甲醇的量优选为主燃料组合物的按重量计至少20％。根据一些实施方案，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％。总主燃料组合物中水的量可为至少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％。随着主燃料组合物中水的重量增加，越来越出乎意料地，用熏蒸剂熏蒸进入空气克服了燃料中的水在点燃方面的不足，并且在IMEP的COV方面平稳运行并产生纯动力输出。

总主燃料组合物中甲醇和水的组合的量可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％。主燃料组合物可包含一种或更多种添加剂，其组合量为主燃料组合物的按重量计至多25％、或至多20％或至多15％或至多10％。在一些实施方案中，添加剂的总水平或组合水平为不大于主燃料组合物的5％。

用于产生预燃料组合物以及后续产生主燃料组合物的甲醇可来自任何来源。作为一个实例，甲醇可以是制造的甲醇或废甲醇，或粗制甲醇或半精制甲醇或未精制甲醇。本文提及的这些甲醇来源统称为“粗甲醇”，并且该术语是指来源于甲醇含量小于95％的来源的甲醇。粗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、酮或在甲醇生产过程中产生的其他碳氢分子和氧分子。废甲醇可否合适取决于污染的程度和类型。以上章节中提及的甲醇与水的比例，或者燃料组合物中按重量计的甲醇的量是指甲醇来源中甲醇本身的量。因此，当甲醇来源是包含90％甲醇和其他组分的粗甲醇，且燃料组合物中粗甲醇的量为50％时，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，将甲醇来源中的水组分考虑在内，并且当评估产品中组分的相对量时，将其他杂质当作添加剂。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，预燃料组合物包含粗甲醇。因此，在一些实施方案中，主燃料也包含粗甲醇。术语“粗甲醇”涵盖低纯度甲醇来源，例如包含甲醇、水和至多35％的非水杂质的甲醇来源。粗甲醇的甲醇含量可为95％或更小。粗甲醇可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(即，除水之外的粗甲醇杂质和其他燃料组合物添加剂)水平可多至主燃料组合物的60％(包括粗甲醇中的杂质)。对于使用较高纯度的甲醇(例如98％或更高％纯的甲醇)作为来源的主燃料组合物，总添加剂水平可较低，例如不大于25％、不大于20％、不大于15％或不大于10％。

根据一些实施方案，用于预燃料的甲醇来源是高纯度甲醇。这是指包含大于95％甲醇，优选至少96％、97％或98％甲醇的甲醇。

可使用任何合适质量的水作为水来源用于进行本发明过程和方法。在过程中添加以驱出部分二甲醚的水将形成主燃料组合物的水组分(或者至少其部分)。水的来源可以包括为未蒸馏粗制甲醇一部分的水，或循环水，或通过反渗透纯化、通过活性物质如活性炭或其他化学处理、去离子、蒸馏或蒸发技术纯化的粗品水或被污染的水(例如含盐海水)。水可来自这些来源的组合。根据一个实施方案，本申请过程中添加的水是从压燃式发动机的排气中回收的水。这种水可通过热交换器和喷雾室或其他类似操作来回收。这样的回收和再利用技术使排气排放能够得到清洁。在这种情况下，水被再循环回到发动机中，带有或不带有任何捕获的未燃烧燃料、烃或颗粒或其他燃烧产物，其被返回到发动机中，并通过回路燃烧步骤再循环直至清除，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中除去盐。该实施方案适合于海上应用，例如在船用CI发动机中，或者用于偏远岛屿地方的CI发动机的运转。

水质将对供给链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，可能需要用抗腐蚀添加剂或其他方法对主燃料进行合适的处理。

主燃料组合物中的添加剂，通过预燃料组合物中这些添加剂的存在或者通过对主燃料组合物做出调整来实现。

在一些实施方案中，预燃料组合物包含除甲醇和二甲醚之外的添加剂。在另一些实施方案中，预燃料组合物由甲醇和二甲醚组成或基本由其组成。可选择添加剂以使得在二甲醚蒸发步骤之后残留的主燃料组合物能够适用于所述主燃料组合物而无需对组合物进行任何进一步的调整。在替代方案中，可向二甲醚蒸发之后残留的组合物中添加添加剂以将组合物调整为用于压燃式发动机所需的组合物。

可存在于预燃料组合物和/或主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。也可将其称为点火增强剂。点火促进剂是促进燃烧发生的组分。这种类型的分子固有地不稳定，并且这种不稳定性引起主燃料组分(例如，甲醇)燃烧的“自启动”反应。点火促进剂可选自本领域已知的具有点火增强特性的材料，例如，醚(包括C1-C6醚，例如二甲醚)、烷基硝酸酯、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之外，在点火之前液体燃料组分蒸发后，存在于燃烧区中的细分散碳水化合物颗粒可具有或不可具有点火增强剂的作用，然而，存在这样的物质可有助于总空气/燃料混合物更加完全和快速的燃烧。

虽然可将另外的点火促进剂并入主燃料中，但是本文描述的技术在整个发动机运转范围内促进点火而无需这样的添加。因此，根据一些实施方案，主燃料不含点火促进剂添加剂。在另一些实施方案中，主燃料不含DME(尽管其可包含其他点火促进剂)。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％的二甲醚或不存在二甲醚。在一些实施方案中，主燃料组合物中醚(任何类型的醚，例如二甲醚或二乙醚)的量小于20％、小于15％、小于10％、小于5％。

在一些实施方案中，存在于主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，实例为二甲醚或二乙醚。在一个实施方案中，在主燃料组合物中存在单一化学特性的点火增强剂。在一个实施方案中，主燃料组合物中至少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，主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％或者不大于5％。

2.燃料增量剂(Fuel extender)。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或另一功能。

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。碳水化合物优选为水/甲醇可溶性的，具有较高的水含量水平，具有较大的糖溶解度，例如在主燃料中。富含水(单相)的主燃料组合物使得碳水化合物(例如糖)能够溶解，然而，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)组合物的微细的表面积悬浮颗粒，其会在发动机条件下分解/反应，提高主燃料混合物的点火性。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有1％，优选为至少1.5％，更优选至少5％。

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。这些添加剂可作为单独组分或可作为用于产生主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。这些可通过任何生物燃料来源或方法得到。其产生的典型方法涉及植物来源的油，例如菜籽油、棕榈或大豆油等的酯交换反应。

可能有机会在经济上增加主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在本地消耗，减少了对基础燃料和/或添加剂进行进口的需要。在这样的条件下，优选主燃料组合物的至多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。根据一下反应，在200℃下硝酸铵分解成一氧化二氮：

NH₄NO₃＝N₂O+2H₂O

所形成的一氧化二氮在水存在下与燃料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)而不是燃烧增强剂，因为其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物类或离子物类，后者通过在燃烧前或后的环境下解离形成。

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油燃烧之前以例如油按重量计30％的量直接吸收氧的能力。在周围的水蒸发后，氧由热气态相快速冷凝为油/固相将更迅速地加热油颗粒，引起周围蒸发和过热的甲醇点燃。理想地适于该作用的油是亚麻油，在主燃料混合物中的浓度为约1％至5％。如果在主燃料组合物中使用该添加剂，则应在惰性气体包层下存储燃料混合物以使氧对油的分解最小化。亚麻油是含脂肪酸的油。可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是在甲醇中易混溶从而产生均质的单相组合物的那些。然而，在一些实施方案中，可使用不能与水/甲醇混溶的油，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，例如在某种定程度上溶于水/甲醇混合物的生物燃料，主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、钙或锶的碳酸盐或乙酸盐。可选择火焰颜色添加剂以获得优选的产品颜色和终产物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.抗腐蚀添加剂。抗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。虽然可添加杀生物剂，但是一般不需要这些，因为在主燃料中的高醇(甲醇)含量防止生物生长或生物污染。因此，根据一些实施方案中，主燃料不含杀生物剂。

10.降凝剂。虽然可将降凝剂并入主燃料中，但是甲醇(和出于其他目的添加的任选的添加剂，如糖)抑制水的凝固点。因此，根据一些实施方案，主燃料不含另外的专用降凝剂。

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。可使用将pH提高或降低至合适pH的试剂，其可与燃料相容。

可将添加剂并且特别是上文中的第1条和第2中条指定的那些添加到相关燃料(预燃料或主燃料)中作为标准工业贸易产品(即，以精制形式)或作为半处理水溶液(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了添加剂的成本。使用这种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，主燃料包含至少一种添加剂。根据一些实施方案，主燃料包含至少两种不同的添加剂。在至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸发之后，可将这些添加剂经过调整引入主燃料组合物中。

醚作为点火促进剂和可溶性燃料增量剂添加剂的实例已在上文中指出。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。所述量可大于0.2％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、12％。下限与上限可没有限制地组合，前提是下限低于所选上限。

预燃料组合物可包含除二甲醚之外的醚，但是根据一些优选实施方案，预燃料组合物包含二甲醚作为唯一的醚组分。主燃料组合物可包含上文所述量的醚，并且可包含二甲醚作为唯一的醚。在另一些实施方案中，除了二甲醚之外，主燃料组合物中还包含另外的醚。

应注意，提及包含甲醇和水以及按重量计不大于20％的二甲醚的主燃料，应解释为涵盖不包含二甲醚的主燃料组合物。然而，根据一些实施方案，二甲醚以大于0.2％的量，或者上文所述的其他最小百分比之一存在于主燃料组合物中。

在一些实施方案中，主燃料组合物包含主燃料组合物按重量计0.2％至10％的量的醚。所述醚优选为一种醚或两种醚的组合。所述醚优选为二甲醚。

包含二甲醚的熏蒸剂

用于压燃式发动机的本申请过程中产生的熏蒸剂包含二甲醚。二甲醚属于本文称为点火增强剂的材料类别。熏蒸剂可另外地包含另一种点火增强剂。在使用熏蒸剂熏蒸进入空气流之前，可将另外的点火增强剂添加到当将水添加到预燃料组合物中时收集用作熏蒸剂的二甲醚蒸气中。在主燃料的上下文中，熏蒸剂还可包含另一些组分，例如甲醇、水和上面列举的任意添加剂中的一种或更多种。

与二甲醚一起用于熏蒸剂的合适的点火增强剂可具有大于40的十六烷值。十六烷值数是材料点火延迟的测量，其为所述材料注入开始与燃烧开始(即，点火)之间的时间段。DME的十六烷值为55至57。在确定熏蒸剂中点火增强剂与其他组分的相对量以及熏蒸剂相对于主燃料组合物的量、负荷和发动机速度时，应考虑存在于熏蒸剂中的另外的点火增强剂的十六烷值数。熏蒸剂的总十六烷值将基于各组分的比例贡献与十六烷值特性的组合，这种关系不一定是线性的。

除二甲醚之外可包含在熏蒸剂中的另外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)，

-烷基硝酸酯，

-烷基过氧化物，

及其混合物。

二甲醚合适地构成熏蒸剂的至少5％或熏蒸剂的至少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％。一般优选的是熏蒸剂的二甲醚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。二甲醚可构成熏蒸剂的至多100％。

熏蒸剂中各组分的相对量可保持恒定，或者可随着发动机运转时间长度而改变。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)相比于注入发动机中的主燃料组合物(克/秒)的相对量被调整。

当期望在不同发动机运转条件(速度、负荷、构造)下用不同的熏蒸剂组合物来运转CI发动机时，可通过熏蒸剂组合物的计算机控制或者通过任何其他形式的控制来改变熏蒸剂组合物以适配。该调整可以是基于计算期望的熏蒸剂组合物以匹配主要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-wise adjustment)。例如，在一些条件下，可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％熏蒸入发动机中，然后可在其他发动机运转条件下用较低十六烷指数的组分稀释熏蒸剂。在另一个实施方案中，组合物可以是稳定的，并且空气/熏蒸剂比随条件改变而变化。

除点火增强剂之外可存在于熏蒸剂中的组分的实例包括上文列出的添加剂和烷烃气体(通常是直链烷烃，包括低级烷烃，例如C1-C6烷烃，特别是甲烷，乙烷，丙烷或丁烷，和较长链烷烃(C6及以上))。

发动机运转方面及动力产生

相对于主燃料中包含的甲醇与水的混合物可控制点火增强剂的量，以在燃烧室内产生主燃料以及时方式实现点火的条件，从而由发动机递送最佳可能的热效率。当点火增强剂与燃料混合物的比例不受控时，燃烧可以比上死点(top dead centre，TDC)显著提前开始，例如在TDC之前的25℃至30℃下开始，因此使用点火增强剂可具有中性作用并对发动机的热效率贡献很小或没有贡献。在发动机的优选运转中，熏蒸剂/空气混合物的点火定时为使该燃料的燃烧延迟得尽可能晚(以避免对发动机的动力冲程造成不必要的不良影响)，并且与注射后主燃料的良好燃烧是一致的。这意味着，熏蒸剂(二甲醚)应在主燃料注射开始之前点燃，但是不用提前那么多，使得副燃料中包含的能量对发动机的热效率贡献很小或没有贡献。

虽然熏蒸剂与引入发动机中(分别通过进气口，或进入燃烧室中)的主燃料的相对量将根据所应用的发动机运转条件而变化，但是一般期望的是，在中至高负荷的稳态运转期间熏蒸剂中二甲醚点火增强剂的量为主燃料组合物按重量计相对较低的百分比。对于包含100％DME的熏蒸剂，熏蒸剂与主燃料按重量计的相对量期望地为按重量计至多20％、至多18％、至多15％、至多13％、至多10％、至多8％、至多7％、至多6％、至多5％。熏蒸剂水平优选地为主燃料组合物按重量计的至少0.2％、至少0.5％、至少1％或至少2％。这些数字是基于重量的，假设熏蒸剂包含100％的点火增强剂，并且可按比例调整到熏蒸剂中按重量计降低的点火增强剂含量。这些可参照引入发动机中的量(以克/秒计)，或者对于发动机尺寸对应的任何其他合适测量来进行测量。约10％或更小(例如8％或7％)的上限是额外有利的，因为包含至多所需量二甲醚(例如分别为10％、8％或7％二甲醚)的预燃料组合物可被递送至压燃式发动机位置，并且通过水添加驱出的和对应于用熏蒸运转的发动机需求的量回收的部分(或所有)二甲醚相同目标水平上。在另一些实施方案中，可在发动机位置出将熏蒸剂水平补充(top-up)到较高水平(例如，通过单独存储二甲醚来补充)。

以上述方式使用预燃料组合物使得能够开发动力产生系统和结构以在降低的排放水平下有效地产生动力，并且其还可处理发动机排气以捕获来自排放气体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。热和水的再定向可用于一系列不相关应用中，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部分。上文提及的我们的共同未决申请中描述了这样的系统的特征细节，所述申请整体通过引用并入本文。

现将参照根据本申请的过程的以下非限制性实施例来进一步详细地描述本申请。

实施例

实施例1

参照图4详细地描述本发明的一个实施方案。

图4是说明本发明方法的阶段的流程图。

100水富集罐。这是存储罐，其主要目的是存储纯化水。该罐可以是绝缘的或在非常冷的气候下加热的，或者替代的，可以是未加热的且包含降凝剂(例如甲醇)，以防止罐和燃料供给管线中的液体凝固。定期用纯化水和/或防冻剂或与预期用途兼容的其他添加剂补充存储罐。

101包含未加热的甲醇和DME之混合物的存储罐，其定期用DME和甲醇的混合物，以及与预期用途兼容的任何其他组分或添加剂补充。

102用于将材料从100转移至燃料混合器104的低压泵。

103用于将材料从101转移至燃料混合器104的低压泵。

104预燃料/水混合器和气体/液体分离器，其具有任选的预热器，接收来自泵102和103的液体。

105高压注射泵，以将燃料从104提供至发动机106。

106压燃式发动机

107混合器，其混合气体或液体形式的熏蒸剂，并接收来自104的DME富集蒸气和/或来自泵110的DME富集液体。空气可从大气中直接带入或者通过涡轮增压或热交换的预热步骤带入。

108DME富集蒸气压缩器和冷凝器，将气体进料从104以液体带入存储罐109。

109DME富集存储罐，用于从外部来源或从108接收的DME富集液体定期补充。

110DME富集泵，用于将DME富集液体注入107中。

使用图4中列出的基本阶段，将本发明一个实施方案的用于产生主燃料组合物和包含二甲醚的熏蒸剂的过程付诸实践。

由甲醇和二甲醚制备预燃料组合物，并供给至第一罐101。产生预燃料组合物的位置(图4中未示出)可以在压燃式发动机的位置(其中预燃料转化为两个燃料部分一主燃料和熏蒸剂)，或者远离该位置。在该实施例的实施方案中，预燃料在未加压液体管道中传输至罐101，但是如果需要也可使用加压管道。预燃料中二甲醚的量取决于燃料在管道中传输的温度(以及相关的压力)，但是在该实施方案中，其小于总燃料量的10％，并且在一些实施方案中在7％至8％的范围中。该量适合于大气压条件下的输送，例如在大气压力下的液体管道。

在通过管道传输之后，预燃料到达压燃式发动机106的位置，并存储在罐101中。压燃式发动机106可构成动力产生设备的一个组件。

水存储在水罐100中。泵102和103将存储在罐100中的预燃料和存储在罐101中的水分别泵送至预燃料/水混合物器和气体/液体分离器104。当水与混合器104中的预燃料接触时，一定量的部分二甲醚作为蒸气从预燃料组合物中驱出，其通过气/液分离进行分离，所述量由温度、预燃料中的％DME和压力决定。以这种方式分离的二甲醚的量可使用以上详细描述中提供的信息来计算。在另一些实施方案中，在二甲醚移除步骤中还可应用热以从预燃料组合物中驱出更大量的二甲醚。热源可以是来自发动机排气的低水平废热或者来自任何其他热水流。该热源的温度可合适地为50℃至60℃、60℃至70℃或70℃至100℃。

该步骤中产生的液相形成了主燃料组合物，其可通过泵105泵入压燃式发动机106中。主燃料组合物可在在压燃式发动机106中使用之前以上述方式进行调整。在一些实施方案中，用作主燃料(任选地进行组成调整之后)的甲醇富集相可包含少量的DME，例如至多5％、4％、3％、2％或1％的DME。在另一些实施方案中，高比例的DME可保留在液相中，并且仅足以确保良好和完全燃烧的DME被蒸发并用作熏蒸剂105。例如，如果来自生产设备的燃料包含7％的DME，则其5％可保留在液相中，而2％用作熏蒸剂105以添加到进入发动机106的加热空气中。可保留在形成主燃料组合物的液相中的量将取决于主要温度、压力和液相中的水％。

从预燃料中分离的部分或全部DME可用作熏蒸剂用以熏蒸进入压燃式发动机的进入空气流。这在混合器107中发生。当只需要从预燃料中分离的部分DME进行熏蒸时，剩余部分可通过蒸气压缩器和冷凝器108，在其中将DME蒸气压缩和冷凝，并引导至DME存储罐109。因此，收集的DME可用于增加或补充在混合器107中进入空气熏蒸期间与空气混合的DME的量。例如，在启动运转期间，可能需要DME富集的进入空气流。这通过将存储的DME通过泵110泵入DME管道或直接泵入混合器107中来完成。DME存储罐109可另外地或者可替代地由外部来源供给DME。图4中以虚线标注的框表示所述过程的这些组件可在启动运转或者低负荷运转期间使用，或者在(相比于气相)需要液相熏蒸剂的情况下使用。

供给至混合器107的熏蒸剂流可由DME组成或可基本由DME组成，或者可替代地，可将熏蒸剂的组合物调整成包含另外的组分。这可通过改变引导至混合器107中的熏蒸剂的组成来实现，或者通过将单独的熏蒸剂组分添加或熏蒸到混合器中以与用于压燃式发动机的进入空气相组合来实现。

预处理阶段还可包括使用从预燃料中分离且存储在罐109中的剩余DME作为其他过程的成分的步骤。例如，剩余的DME可通过将剩余热提供至热水回路而有益于附近社区。可替代地或者另外地，DME可与发电机设备过程相整合。甲醇燃料，无论在处理之前还是处理之后，也可从动力产生系统移除并用于当地的化学品生产。

来自压燃式发动机106的排气可以以先前提及的我们的共同未决申请中详细描述的方式来使用。实例包括从排气中移除水以再利用。水可通过直接引导至水存储罐100来再利用，或者可直接用作混合器104的水源。排热可用于当地社区的热水回路，或者用于任何热回收操作。

附加数据

墨尔本大学对主燃料组合物与包含二甲醚的熏蒸剂的不同组合的性能和发动机排放进行了实验项目，并且结果在上文提及的我们的共同未决申请中进行了报道。通过本方法产生的这些两部分燃料(主燃料和熏蒸剂)能够使两部分燃料以那个申请中描述的方式用于压燃式发动机。

此外，昆士兰大学进行了不同的项目(参见表1)，其中实验室测量采用了甲醇/水/二乙醚平衡，并且与Raolt定律比较，以证明水使3组分混合物中的DME不稳定的能力。在每种情况中，DME主要以气态种类存在。

表1示出与理想Raolt定律计算相比，甲醇/水DME系统的实际蒸气压力特征。表示出了以分为DME和水含量范围(剩余部分为甲醇)的结果以制表并显示趋势。从该表清楚地看出，在所检查的四个水含量分组中，较低温度和较高水含量使导致液相中DME不稳定的来自Raoult定律的偏差增加。所测量的峰值偏差在10℃下6.1的比率下。水添加的作用在于，通过相比于存在的其他组分的高热容量，合适温度下的水是产生DME蒸气的理想方法，其不需要使用机械装置(如热套或电加热元件)对本体预燃料直接加热。

表1：测量的蒸气压与Raoult定律之比

在-10℃、0℃、10℃、15℃和25℃下测量的数据

在T＝-10℃下的结果

	0至10％H2O	10％至20％H2O	20％至30％H2O	＞30％H2O
					0％至5％DME
5％至10％DME
					10％至15％DME		3.6	4.3
15％至20％DME	2.8，2.89		3.5
					20％至25％DME

在T＝0℃下的结果

	0至10％H2O	10％至20％H2O	20％至30％H2O	＞30％H2O
					0％至5％DME
5％至10％DME				6.1
					10％至15％DME	2.4，2.4	3.2	3.7
15％至20％DME
					20％至25％DME

在T＝10℃下的结果

	0至10％H2O	10％至20％H2O	20％至30％H2O	＞30％H2O
					0％至5％DME
5％至10％DME			3.3
					10％至15％DME			3.2，3.1
15％至20％DME				3.4，3.3，3.2
					20％至25％DME

在T＝15℃下的结果

	0至10％H2O	10％至20％H2O	20％至30％H2O	＞30％H2O
					0％至5％DME				3.9
5％至10％DME	2.19，2.17		3.0，3.4	3.5
					10％至15％DME
15％至20％DME
					20％至25％DME

在T＝25℃下的结果

Claims (30)

1.一种用于产生包含甲醇和水和按重量计不多于20％的二甲醚的主燃料组合物、以及包含二甲醚的熏蒸剂的方法，所述方法包括：

-提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向所述预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发，

-收集从所述预燃料组合物中蒸发的所述部分二甲醚以用作熏蒸剂，以及

-使用包含甲醇和水的所述预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

-将包含甲醇和二甲醚的所述预燃料组合物从第一地方输送到远离所述第一地方的第二地方。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其还包括：

-用包含二甲醚的所述熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；

-将熏蒸的进入空气引入所述发动机的燃烧室中并压缩所述进入空气；

-将所述主燃料引入所述燃烧室中；以及

-点燃所述主燃料/空气混合物，从而驱动所述发动机。

4.根据权利要求3所述的方法，其包括用所述熏蒸剂熏蒸所述进入空气至量为主燃料量的0.5重量％至70重量％。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其包括用所述熏蒸剂熏蒸所述进入空气至量为所述主燃料组合物按重量计的至多20％。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其包括在将所述主燃料进料至所述燃烧室中之前在所述燃烧室中预热所述进入空气。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述水的温度为30℃至80℃。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中向所述预燃料组合物中添加水的步骤引起所述预燃料组合物中存在的按重量计至少5％的所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发。

9.根据权利要求8所述的方法，其中向所述预燃料组合物中添加水的步骤引起所述预燃料组合物中存在的按重量计至少20％的所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中水以足以产生包含比率为3：97至80：20的水和甲醇的主燃料组合物的量添加。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中水以足以产生包含3％至40％水和不多于20％的二甲醚的主燃料组合物的量添加。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中一种或更多种选自以下的添加剂存在于所述预燃料组合物中或者在从所述预燃料组合物中移除二甲醚之后添加到所述主燃料组合物中：点火促进剂、燃料增量剂、燃烧增强剂、氧吸收油、润滑性添加剂、产物着色添加剂、火焰颜色添加剂、抗腐蚀添加剂、杀生物剂、降凝剂、沉淀物还原剂、变性剂、pH控制剂及其混合物。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述燃料的按重量计至多1％的产物着色添加剂和按重量计至多1％的火焰颜色添加剂存在于所述预燃料组合物中或者在从所述预燃料组合物中移除二甲醚之后添加到所述主燃料组合物中。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中水以足以产生包含12％至23％水、甲醇和按重量计不多于20％的添加剂的主燃料组合物的量添加。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中水以足以产生包含按重量计20％至22％水、按重量计4％至6％的二甲醚和甲醇的主燃料组合物的量添加。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预燃料组合物包含粗甲醇。

17.一种使用包含甲醇和水和按重量计不多于20％的二甲醚的主燃料来运转压燃式发动机的方法，其包括：

-提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向所述预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发，

-收集从所述预燃料组合物中蒸发的所述部分二甲醚以用作熏蒸剂，

-使用包含甲醇和水的所述预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物，

-用包含二甲醚的所述熏蒸剂熏蒸所述压燃式发动机的进入空气流；

-将熏蒸的进入空气引入所述发动机的燃烧室中并压缩所述进入空气；

-将所述主燃料引入所述燃烧室中；以及

-点燃所述主燃料/空气混合物以驱动所述发动机。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括根据权利要求4至16中任一项所述的步骤。

19.一种利用由主燃料组合物提供燃料的压燃式发动机产生动力的方法，所述主燃料组合物包含甲醇和水和不多于20％的二甲醚，所述方法包括：

-提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向所述预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发，

-收集从所述预燃料组合物中蒸发的部分所述二甲醚以用作熏蒸剂，

-使用包含甲醇和水的所述预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物，

-使用所述主燃料组合物来运转压燃式发动机以产生动力；

-用包含二甲醚的所述熏蒸剂熏蒸所述压燃式发动机的进入空气流；

-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/或水以进一步使用。

20.根据权利要求19所述的动力产生系统，其包括再定向从所述发动机排气中回收的水，用于向所述预燃料组合物中添加水以引起所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发的步骤。

21.根据权利要求19或权利要求20所述的动力产生系统，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至当地社区。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的动力产生系统，其中向所述预燃料组合物中添加水以引起至少部分所述二甲醚蒸发的步骤使用温度高于环境的水进行。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中水以足以产生包含比率为3：97至80：20的水和甲醇的主燃料组合物的量添加。

24.根据权利要求23所述的方法，其中水以足以产生包含3％至40％水和不多于20％的二甲醚的主燃料组合物的量添加。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中一种或更多种选自以下的添加剂存在于所述预燃料组合物中或者在从所述预燃料组合物中移除二甲醚之后添加到所述主燃料组合物中：点火促进剂、燃料增量剂、燃烧增强剂、氧吸收油、润滑性添加剂、产物着色添加剂、火焰颜色添加剂、抗腐蚀添加剂、杀生物剂、降凝剂、沉淀物还原剂、变性剂、pH控制剂及其混合物。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述燃料的按重量计至多1％的产物着色添加剂和按重量计至多1％的火焰颜色添加剂存在于所述预燃料组合物中或者在从所述预燃料组合物中移除二甲醚之后添加到所述主燃料组合物中。

27.根据权利要求19至26中任一项所述的方法，其中水以足以产生包含12％至23％水、甲醇和按重量计不多于20％的添加剂的主燃料组合物的量添加。

28.根据权利要求27所述的方法，其中水以足以产生包含按重量计20％至22％水、按重量计4％至6％二甲醚和甲醇的主燃料组合物的量添加。

29.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预燃料组合物包含粗甲醇。

30.一种向压燃式发动机供给燃料的方法，所述方法包括：

-供给包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，

-向所述预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分所述二甲醚从所述预燃料组合物中蒸发，

-将从预燃料组合物蒸发的所述部分二甲醚供给至所述压燃式发动机的进气口，或者供给至与所述压燃式发动机的所述进气口流体连接的罐中，以用作熏蒸剂，

-将包含甲醇和水的所述预燃料组合物的剩余部分供给至与所述压燃式发动机的燃烧室流体连接的第二罐中，以用作主燃料组合物。