CN106318483A - 醇醚燃料及其减排汽油 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车用清洁燃料，具体是一种能减少汽车尾气污染物排放的醇醚燃料，及含所述醇醚燃料的减排汽油。本发明成本较低，市场供应量大、可持续性强，不需要改变现有汽车发动机系统直接使用，在发动机内燃烧中，能大幅度减排CO和CH，同时也减排NO_X。汽车使用中，不影响其动力和油耗。

Description

醇醚燃料及其减排汽油

技术领域

本发明涉及车用清洁燃料，具体是一种能减少汽车尾气污染物排放的醇醚燃料，及含所述醇醚燃料的减排汽油。

技术背景

目前，我国汽车的社会保有量已超过2.6亿辆，汽车排放的污染物严重影响了大气环境。其中，一氧化碳(CO)、碳氢化合物(CH)、氮氧化物(NO_X)对人体的危害最大，NO_X也是造成雾霾天气的重要原因。同时，含碳量较高的石油燃料还增加了CO₂的排放，加剧了大气的“室温效应”。为此，各国政府高度重视，以从未有过的力度来治理大气污染。

在治理汽车尾气污染物中，我国政府以最大的力度，不断提高汽车尾气排放的限值，汽车行业不断提高出厂车的排放标准，主要改进发动机外减排装置，如三元催化器等，要求出租车每年更换一次三元催化器，同时要求，石油行业加紧炼出国Ⅴ标准汽油，而国Ⅴ标准汽油与国Ⅲ和国Ⅳ汽油相比，仅是硫含量减少；对减少碳排放和氮氧化物排放没有大的贡献。

目前，我国有五省区二十七市封闭使用乙醇汽油E₁₀，山西部分城市使用甲醇汽油M₁₅。乙醇是可再生的生物质能源，是要大力发展的，但长期发展缓慢，燃料乙醇2001年为130万吨，至今也只有192万吨，还存在与人争粮，与粮争地问题。而纤维素乙醇，长期未突破高成本的瓶颈，现有的燃料乙醇企业，均需要国家财政补贴方能维继。

甲醇是天然气或煤化工的产物，产量大、成本低、市场严重过剩。作为汽车燃料，因其热值低、毒性大、腐蚀性、溶账性强受到诸多争议。初期使用甲醇汽油的老旧车，特别容易发生烧毁油泵的事故。

甲醇和乙醇均属低碳含氧燃料，将其分别混配在汽油中，可以使汽油在发动机内燃烧更加充分，从而降低了发动机内CO和CH的排放量，但它们均不能减排NO_X，反而有所提高，因NO_X是高温富氧下的产物，与CO和CH的排放成跷跷板效应。

发明的内容

本发明的目的是提供一种不需要改变现有汽车发动机系统，即可通过在发动机内燃烧中，大幅度减排CO和CH，同时也减排NO_X的醇醚燃料及其减排汽油。

为实现本发明的目的，本发明的技术方案之一是：一种醇醚燃料，其组分和体积比如下：

乙醇 3-5

二甲氧基二甲醚 5-7

所述二甲氧基二甲醚为燃料级，含量大于99.5％，不含甲醛，硫含量不大于10ppm；

所述乙醇为含量95％的乙醇，应符合《工业酒精》或《食品酒精》国标的技术要求，优选《工业酒精》或《食品酒精》中含量95％的乙醇的优级品。

本发明的技术方案之二是：一种含上述醇醚燃料的减排汽油，按体积比包括以下组分：

所述商品车用汽油为符合国Ⅳ或国Ⅴ标准的普通汽油。

所述尿素水溶液中的尿素采用车用尿素，符合GB29518-2013质量标准，溶解到蒸馏水中，配成尿素含量33％～40％的水溶液。

所述增溶剂组分包括：改性大豆磷脂、脂肪醇聚氧乙烯醚AEO、乙醇胺及高碳醇的组合物，体积比如下：

其中脂肪醇聚氧乙烯醚选自AEO_4-9；乙醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺；高碳醇选自正丁醇、正戊醇、异戊醇、正辛醇及异辛醇。所述增溶剂属于两性离子表面活性剂和非离子型表面活性剂的混合型，其增溶力为在25℃时，2.5ml水/(10ml增溶剂/90ml正庚烷)呈透明。即在25℃下，将10ml增溶剂加到90ml正庚烷中，再加入2.5ml蒸馏水，混合液呈透明状。

增溶剂的作用是帮助将醇醚含氧燃料、尿素水溶液和商品汽油溶为一体，成为透明稳定的清洁燃料，从而实现了减排汽油的储存、运输和使用功能。

上述醇醚燃料调配的减排汽油在发动机内高温高压下，成分中微量尿素将离解出NH₃，与产生的NO_X发生选择性非催化还原反应(SNCR法)，反应式如下：2H₂NCONH₂+4NO+O₂＝4N₂+4H₂O+2CO₂。

同时，减排汽油中含有微量水分，通过“微爆”作用，可使汽油燃烧更加充分，水蒸气的蒸发，产生水煤气反应，降低了发动机缸壁温度等也对减排污染物起到了重要的作用。

上述醇醚燃料的制备方法是：在常温常压下将乙醇加入二甲氧基二甲醚中搅拌混匀即可。

上述含醇醚燃料的减排汽油的制备方法是：

1.常温常压下将上述醇醚燃料按规定比例加入到车用汽油中。若在大型油罐中配调需用油泵循环均质，若在运输油罐车中调配，则无须油泵均质，可将醇醚燃料按比例直接注入油罐车中，在运输途中便可自动均质。

2.最后将车用尿素水溶液和增溶剂一齐加入醇醚汽油中，也可先将车用尿素水溶液与增溶剂混合后，按规定比例加入醇醚汽油中，无须搅拌，将在醇醚汽油中自动分散均匀。

上述增溶剂的制备方法是：按组分配比后混匀即可。

本发明由于上述技术方案而产生的技术效果是显著的：即

本发明中，含量95％的乙醇和二甲氧基二甲醚混合的醇醚燃料，有以下优点：

①性能互补：既克服了二甲氧基二甲醚沸点较低，饱和蒸气压较高，辛烷值偏低的缺陷，又克服了95乙醇在汽油中低温稳定性较差的缺陷，醇醚混合燃料的研究法辛烷值可达93以上，饱和蒸汽压从88kpa降至68kpa左右，所调配的醇醚减排汽油清澈透明，在低温-40℃仍未出现相分离，适于我国绝大多数地域使用。

②本发明的醇醚燃料因极性小于甲醇和乙醇、溶解汽车油箱、油路中的极性污垢速度缓慢，加之增溶剂的分散作用，不易堵塞油路中的过滤网、膜，故首次使用减排汽油的车辆，无须清洗油箱、油路。这一使用特性，明显优于甲醇汽油和乙醇汽油。

③本发明的醇醚燃料的价格低于95乙醇，更低于无水乙醇，不用国家财政补贴也有较强的市场竞争力。

④市场供应量比现有乙醇汽油增大3倍以上，可满足更多地区车辆减排。

⑤最大限度利用国内现有资源，整合可再生的生物质能源乙醇和煤基化工甲醇衍生物，以及煤炭的清洁利用三大产业，促进我国清洁能源的可持续发展。

本发明中由醇醚燃料调配的减排汽油，除含氧组分和水分指标外，其他各项油品理化指标，均与GB18351-2013乙醇汽油的技术要求相同。

附图说明

图1是排放达标车辆加入汽油减剂前后HC排放柱状对比图；

图2是排放达标车辆加入汽油减排剂前、后CO排放柱状对比图；

图3为排放达标车辆加入汽油减排剂前、后NO_X排放柱状对比图；

图4为排放不达标车辆加入汽油减排剂前、后HC排放柱状对比图；

图5为排放不达标车辆加入汽油减排剂前、后CO排放柱状对比图；

图6为排放不达标车辆加入汽油减排剂前、后NO_X排放柱状对比图。

具体实施方式

实施例一醇醚燃料

1、按体积比：乙醇与二甲氧基二甲醚为5∶5；

2、按体积比：乙醇与二甲氧基二甲醚为4.5∶5.5；

3、按体积比：乙醇与二甲氧基二甲醚为4∶6；

4、按体积比：乙醇与二甲氧基二甲醚为3.5∶6.5；

5、按体积比：乙醇与二甲氧基二甲醚为3∶7。

所述乙醇为含量95％的乙醇，优选其国标中的优级品。所述二甲氧基二甲醚为燃料级，含量99.5％以上，不含甲醛，硫含量不大于10ppm。

上述醇醚燃料的制备方法是：在常温常压下将乙醇加入二甲氧基二甲醚中搅拌混匀即可。

实施例二增溶剂

其中正丁醇与正辛醇的配比任意或等量

其中异辛醇或异戊醇的配比任意或等量。

所述改性大豆磷脂，可采用市售的改性大豆磷脂。

实施例三含实施例一所述醇醚燃料及实施例二增溶剂的减排汽油

1、按体积比：

2、按体积比：

3、按体积比：

4、按体积比：

5、按体积比：

商品车用汽油采用符合国Ⅳ或国Ⅴ标准的普通汽油。

所述尿素水溶液中的尿素采用车用尿素，符合GB29518-2013质量标准，溶解到蒸馏水中，配成尿素含量33％～40％的水溶液。

上述减排汽油的制备方法是：

1、将混合醇醚燃料按配方体积比加入到汽油中，搅拌均匀。

2、将车用尿素水溶液与增溶剂混合，同时加入醇醚汽油中，搅拌均匀。

3、大油罐中调配须用机泵循环均质，油罐车调配无须使用机泵循环均质，运途中自动均质。

实施例四减排测试

用实施例三所述的减排汽油在重庆市法定的汽车尾气检测站，随机抽取达标车辆9台和不达标车辆22台进行使用，将使用普通国Ⅳ汽油与使用减排汽油的尾气排放数据进行对比，其减排效果如下：

表1、排放达标车辆减排剂加入前、后稳态工况法检测结果

注：汽油减排剂为按比例加入的醇醚燃料、尿素水溶液及增溶剂的总和。从表1数据可以计算出，加入减排剂后，碳氢化合物平均下降率为：

$\frac{33-17}{33}\×100\%=48.83\%$

一氧化碳平均下降率为：

$\frac{0.3-0.13}{0.3}\×100\%=57.2\%$

氮氧化合物平均下降率为：

$\frac{679-348}{679}\×100\%=48.75\%$

根据上述结果所做出的柱状图参见图1-3(图中数值为9台车的平均值)计算结果表明，加入减排剂后，三种有害污染物的排放下降明显，其氮氧化合物(NO_X)最低下降了48.75％。

表2、排放不达标车减排剂加入前、后稳态工况法检测结果

注：汽油减排剂为按比例加入的醇醚燃料、尿素水溶液及增溶剂的总和。根据上表计算统计结果做出相应柱状图如图4-6。

根据表3统计结果可计算出，加入汽油车减排剂前、后碳氢化合物平均下降率为：

$\frac{252-46.18}{252}\×100\%=81.67\%$

加入汽油车减排剂前、后一氧化碳平均下降率为：

$\frac{2.08-0.42}{2.08}\×100\%=79.8\%$

加入汽油车减排剂前、后氮氧化合物平均下降率为：

$\frac{716.9-284.8}{716.9}\×100\%=60.27\%$

以上可见，汽车使用本减排汽油，能够在大幅降低CO和CH的同时，也降低NO_X，老旧车尤为明显。这对于减少汽车尾气对大气的污染具有重要意义。

实施例五使用实施例三的减排汽油进行发动机台架性能试验

用实施例三所述的减排汽油在四川西华大学国家认证的汽车产品检测中心进行发动机的台架性能试验。

试验内容：排放性能对比测试、动力性能对比测试、经济性能对比测试。

试验对象：

油料：实施例三.1减排汽油(醇醚加入量为10％)，市售中石油93号商品汽油。

试验发动机：重庆长安公司C10型汽油机

试验主要仪器及设备：HORI BA排放测试仪、发动机性能测试仪、电涡流测功机等。

实验结果：

C10型发动机在燃用减排汽油和商品汽油时的性能：

1、三元催化反应器前端，燃用减排汽油比普通汽油对NO_X、CH、CO排放均有不同程度下降，其中CH、CO排放下降40％左右，NO_X排放下降8.9％。

2、以体积计量的燃油消耗基本无变化。

3、动力性能基本相当。

通过以上测试结果表明：本发明的减排汽油能实现全面减排。尽管NO_X排放幅度有待提高，但已经打破了在发动机内CH、CO排放和NO_X排放的treat-off效应，即跷跷板效应，明显的优于现有的乙醇汽油和甲醇汽油，因为它们排放的NO_X比普通汽油反而升高近20％。

燃用本发明减排汽油与发动机外优质三元催化器结合，汽车可得到最佳减排效果，并大大延续三元催化器的使用寿命。

Claims (2)

1.一种醇醚燃料，按体积比组分包括：

乙醇 3-5

二甲氧基二甲醚 5-7；

所述二甲氧基二甲醚为燃料级，含量大于99.5％，不含甲醛，硫含量不大于10ppm；所述乙醇为含量95％的乙醇。

2.一种含权利要求1所述醇醚燃料的减排汽油，按体积比包括以下组分：

所述商品车用汽油为符合国Ⅳ或国Ⅴ标准的车用汽油；

所述尿素水溶液为溶解到蒸馏水中的、尿素含量33％～40％的水溶液,其中的尿素采用车用尿素，符合GB29518-2013质量标准；

所述增溶剂组分包括：改性大豆磷脂、脂肪醇聚氧乙烯醚、乙醇胺及高碳醇的组合物，体积比如下：

其中脂肪醇聚氧乙烯醚选自脂肪醇聚氧乙烯醚₄-9；乙醇胺选自一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺；高碳醇选自正丁醇、正戊醇、异戊醇、正辛醇及异辛醇。