CN110184100A - 一种民用醇基液体燃料添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种民用醇基液体燃料添加剂，由N,N‑二甲基苯胺、过氧化新癸酸叔戊酯、甲乙酮过氧化物、二甲苯、邻苯二甲酸(2‑乙基己基)酯、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯、乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯、乙烯‑丙烯共聚物、低分子量聚异丁烯、聚马来酸等原料调配制成，用于添加在民用醇基液体燃料中，以有效提高民用醇基液体燃料的燃烧效率和热值，防止醇基液体燃料燃烧不完全，并增加醇基液体燃料的运动粘度。

Description

一种民用醇基液体燃料添加剂
技术领域
本发明属于民用醇基液体燃料技术领域，涉及一种用于改善民用醇基液体燃料燃烧性能的添加剂。
背景技术
世界能源储量日趋短缺，环境问题日益严重，能源问题和环境问题已引起世界各国的高度重视，因此，寻求新的清洁替代能源已成为全球性的课题。在我国经济高速发展的同时，环境问题已经成为制约我国经济发展的一大重要问题，而餐饮等民用领域使用能源又是我国能源消耗的一大重点领域。
民用醇基液体燃料是以甲醇或粗甲醇为主的液体燃料，甲醇含量85%以上。甲醇是最简单的饱和脂肪醇，分子式CH3OH，相对分子质量32.04，常温常压下，纯甲醇是无色透明、易挥发、可燃、略带醇香味的有毒液体。
甲醇作为替代燃料具有以下优点：1、资源丰富，价格低廉，能满足大规模推广的需要；2、燃料本身含氧，燃烧充分，有利于降低有害物质的排放，提升燃料热效率；3、能量密度较高，存储运输方便；4、可以直接用于现有的燃料储运分配系统中；5、较液化石油气等罐装燃气安全性高。
因此，在众多的清洁燃料中，醇基液体燃料由于具有来源广泛、丰富、排放低、燃烧彻底、清洁卫生、节能环保，深受用户的欢迎。而且大规模推广使用醇基液体燃料符合我国“富煤、缺油、少气”的国情，具有非常好的市场前景，对保障我国能源安全具有很重要的战略意义。
目前，受到管道铺设和接入费用较高等限制，天然气管路没有覆盖的城市周边和小城镇地区的酒店、中小型饭店、餐馆、食堂等主要以民用醇基液体燃料为燃料。据甲醇协会统计，2018年甲醇作为民用燃料的消耗量在1000万吨左右。
但是民用醇基液体燃料在使用中还存在许多问题，其中最主要的问题是在冷灶点火和猛火爆炒的时候，存在“辣眼睛”的问题。这主要是由于未燃甲醇以及甲醇氧化形成的甲醛等浓度较高造成的，解决问题的根本办法是提高醇基液体燃料的燃烧速率和效率，同时提高醇基液体燃料的热值以降低燃料喷射量。
目前使用的民用醇基液体燃料配套灶具大部分都是鼓风灶，通过鼓风来雾化燃料。受灶具使用环境的限制，灶具的灶头喷射孔不能太小，否则容易堵灶头，影响使用效果，这就要求所使用的醇基液体燃料具有较高的运动粘度。而现有的民用醇基液体燃料的运动粘度较低，需要通过进一步提高燃料的运动粘度来提升燃料雾化效果。
另外，民用醇基液体燃料本身无色并有酒的香味，燃烧时火焰无色，容易导致误饮误食的风险，着火时火焰颜色也不易发现。
发明内容
本发明的目的是提供一种民用醇基液体燃料添加剂，以及该添加剂的制备方法。本发明的添加剂适用于添加到民用醇基液体燃料中使用，以有效提高燃烧效率和热值，防止醇基液体燃料燃烧不完全，并增加醇基液体燃料的运动粘度。
本发明的民用醇基液体燃料添加剂是由以下重量份数的原料调配制成的：
N,N-二甲基苯胺　　　　　　　　　　　　4～6
过氧化新癸酸叔戊酯　　　　　　　　　　4～6
甲乙酮过氧化物　　　　　　　　　　　　4～6
二甲苯　　　　　　　　　　　　　　　　18～22
邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯　　　　　　　5～10
环氢化邻苯二甲酸二异壬酯　　　　　　　5～10
乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯　　　　　　10～20
乙烯-丙烯共聚物　　　　　　　　　　　 5～15
低分子量聚异丁烯　　　　　　　　　　　5～10
聚马来酸　　　　　　　　　　　　　　　4～6。
其中，所述的低分子量聚异丁烯是指数均分子量200～10000的聚异丁烯，其他原料均为市售常规化工产品或试剂。
进一步地，在本发明的民用醇基液体燃料添加剂中还可以加入以下重量份数的下述原料：
异辛酸钴　　　　　　　　　　　　　　　1.5～2.5
N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺　　　　　　　 4～6
吡啶　　　　　　　　　　　　　　　　　2.5～3.5。
本发明的民用醇基液体燃料添加剂可以采用以下制备方法制备得到。
常温常压下，将所述重量份数的二甲苯、N,N-二甲基苯胺、甲乙酮过氧化物和过氧化新癸酸叔戊酯加入密闭容器中，缓慢搅拌混合均匀，得到组分1。
将所述重量份数的乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯、乙烯-丙烯共聚物、低分子量聚异丁烯、聚马来酸加入容器中，在40～50℃下搅拌反应2～2.5h，冷却后形成组分2的粘稠黄色液体。
将所述组分1加入到组分2中，搅拌混合均匀，再加入所述重量份数的异辛酸钴、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺和吡啶，缓慢搅拌均匀，制成所述民用醇基液体燃料添加剂。
本发明的民用醇基液体燃料添加剂可以作为添加剂，加入到任何一种民用醇基液体燃料中使用。
添加有本发明添加剂的民用醇基液体燃料中，添加剂的质量比优选为5～10%。
添加有本发明所述添加剂的民用醇基液体燃料为有特殊臭味的淡黄色液体，燃烧后火焰颜色是亮蓝色，适合于作为食堂、酒店、餐饮企业等的灶用燃料。
本发明的民用醇基液体燃料添加剂中，甲乙酮过氧化物和过氧化新癸酸叔戊酯是良好的助燃剂，能够提高醇基液体燃料的燃烧速度和效率。但是，过氧化物存在易分解、热稳定性差的不足，而N,N-二甲基苯胺能够与过氧化物发生交联作用，有效提高过氧化物反应初始阶段的能量壁垒，从而提高过氧化物的热稳定性，同时还具有金属防腐和增加热值的作用。二甲苯是助燃剂优良的溶剂，同时能够提高醇基液体燃料的热值。邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯、乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯、乙烯-丙烯共聚物和低分子量聚异丁烯都具有较大的相对分子量或大量的极性键，与甲醇分子通过分子间氢键作用力形成更大的分子团，从而改变醇基液体燃料燃料的运动粘度，也能提高助燃剂的热稳定性。但是这些大分子物质也存在着易聚合形成较大分子团，导致燃烧不充分的问题。聚马来酸具备良好的分散性，能够防止添加剂分子团聚合，形成相对分子量比较适合的功能分子团，将其与二甲苯配合，能够起到稀释添加剂，同时稳定体系的作用。
进而，本发明民用醇基液体燃料添加剂中的N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺具有较强的抗氧化性能，能够防止甲醇被氧化为甲酸对金属部件的腐蚀。
本发明中加入的吡啶不仅仅是作为警戒气味剂，赋予醇基液体燃料特殊的臭味，更重要的是，其可以与N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺形成功能互补的金属络合剂，吸附于金属灶具表面形成保护层，防止燃料对金属灶具的腐蚀。
本发明的民用醇基液体燃料添加剂中还含有微量的钴元素，能够使醇基液体燃料在燃烧时火焰呈现明亮的蓝色。
将本发明的民用醇基液体燃料添加剂添加在民用醇基液体燃料中使用，可以有效提高民用醇基液体燃料的燃烧效率和热值，防止醇基液体燃料燃烧不完全，并显著增加醇基液体燃料的运动粘度。本发明的民用醇基液体燃料添加剂还具有降低和防止燃料对金属灶具部件腐蚀、改变燃料颜色和燃烧火焰的作用。
具体实施方式
下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1。
常温常压下，将二甲苯20kg、N,N-二甲基苯胺5kg、甲乙酮过氧化物5kg和过氧化新癸酸叔戊酯5kg加入密闭容器中，缓慢搅拌20min混合均匀，得到组分1。
将乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯10kg、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯5kg、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯10kg、乙烯-丙烯共聚物15kg、低分子量聚异丁烯10kg、聚马来酸5kg加入容器中，40℃下搅拌反应2h，形成粘稠的黄色液体，冷却后得到组分2。
将组分1加入组分2中搅拌混合均匀，再加入异辛酸钴2kg、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺5kg、吡啶3kg，缓慢搅拌30min，调和均匀，制成100kg民用醇基液体燃料添加剂。
为验证本实施例制备添加剂的效果，取5kg上述添加剂，加入到95kg甲醇含量98%的醇基液体燃料(未加剂燃料)中，制成100kg民用醇基液体燃料(加剂燃料)，进行各项性能测试，测试三次取平均值。
1、基本性能测试。
通过表1的基本性能测试数据可以看出，1、加剂以后的燃料热值增加了15.4%，能减少10%左右的燃料消耗量；2、加剂燃料的运动粘度提升了7.57倍，接近柴油的要求，在鼓风机作用下，醇基液体燃料的雾化效果基本与柴油相当，提高了民用醇基液体燃料的燃烧效率。
2、燃料消耗量测试。
在相同的两台甲醇燃料灶具上分别使用未加剂燃料和加剂燃料，以同样的喷射量同时点火，将50升水从室温加热至100℃。未加剂燃料消耗1.21kg，用时2分47秒；加剂燃料消耗1.07kg，用时2分26秒。因此，加剂燃料可以节省11.6%的燃料，同时节约12.6%的时间。
3、环境影响性测试。
民用醇基液体燃料的环境影响性主要表现在未燃甲醇和甲醛这两项排放污染物指标上。按照GB 50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》要求，甲醛浓度不超过0.08mg/m3。卫生部规定工作区甲醇允许浓度不超过50mg/m3。
在相同的场所分别使用未加剂燃料和加剂燃料，从冷灶点火开始，小火燃烧5min、中火燃烧5min，最大火燃烧5min，熄火5min，再点火循环3次，模拟灶具使用过程。冷灶点火时测试灶口瞬时浓度；最大火燃烧时间内每分钟测试灶口1次，取平均浓度；测试1h内作业场所空气中的甲醇、甲醛平均浓度，测试3次，取平均值。对加剂燃料和未加剂燃料进行对比测试，测试结果见表2。
通过表2的测试数据可知，1、加剂后整个燃烧过程更加清洁，冷灶点火甲醇含量降低87.1%，甲醛降低88.6%；最大火燃烧时间内平均浓度甲醇含量降低90.8%，甲醛降低95.5%；作业场所1h平均浓度甲醇含量降低91.8%，甲醛降低89.1%。2、加剂后甲醛浓度低于国家职业接触限值0.5mg/m3的要求，甲醇浓度远低于国家职业接触限值50mg/m3的要求。
实施例2。
常温常压下，将二甲苯22kg、N,N-二甲基苯胺5kg、甲乙酮过氧化物4kg和过氧化新癸酸叔戊酯4kg加入密闭容器中，缓慢搅拌20min混合均匀，得到组分1。
将乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯15kg、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯10kg、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯5kg、乙烯-丙烯共聚物10kg、低分子量聚异丁烯10kg、聚马来酸5kg加入容器中，40℃下搅拌反应2h，形成粘稠的黄色液体，冷却后得到组分2。
将组分1加入组分2中搅拌混合均匀，再加入异辛酸钴2kg、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺5kg、吡啶3kg，缓慢搅拌30min，调和均匀，制成100kg民用醇基液体燃料添加剂。
为验证本实施例制备添加剂的效果，取10kg上述添加剂，加入到90kg甲醇含量98%的醇基液体燃料(未加剂燃料)中，制成100kg民用醇基液体燃料(加剂燃料)，进行各项性能测试，测试三次取平均值。
1、基本性能测试。
通过表3的基本性能测试数据可以看出，1、加剂以后的燃料热值增加了19.1%，能减少15%左右的燃料消耗量，添加剂含量增加热值增加；2、加剂燃料的运动粘度提升了8.74倍。
2、燃料消耗量测试。
在相同的两台甲醇燃料灶具上分别使用未加剂燃料和加剂燃料，以同样的喷射量同时点火，将50升水从室温加热至100℃。未加剂燃料消耗1.21kg，用时2分47秒；加剂燃料消耗1.01kg，用时2分18秒。加剂燃料节省16.5%的燃料，同时节约17.4%的时间。
实施例3。
常温常压下，将二甲苯18kg、N,N-二甲基苯胺6kg、甲乙酮过氧化物5kg和过氧化新癸酸叔戊酯6kg加入密闭容器中，缓慢搅拌20min混合均匀，得到组分1。
将乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯20kg、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯5kg、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯10kg、乙烯-丙烯共聚物5kg、低分子量聚异丁烯10kg、聚马来酸5kg加入容器中，40℃下搅拌反应2h，形成粘稠的黄色液体，冷却后得到组分2。
将组分1加入组分2中搅拌混合均匀，再加入异辛酸钴2kg、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺5kg、吡啶3kg，缓慢搅拌30min，调和均匀，制成100kg民用醇基液体燃料添加剂。
实施例4。
常温常压下，将二甲苯20kg、N,N-二甲基苯胺4kg、甲乙酮过氧化物5kg和过氧化新癸酸叔戊酯4kg加入密闭容器中，缓慢搅拌20min混合均匀，得到组分1。
将乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯10kg、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯10kg、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯5kg、乙烯-丙烯共聚物20kg、低分子量聚异丁烯5kg、聚马来酸5kg加入容器中，40℃下搅拌反应2h，形成粘稠的黄色液体，冷却后得到组分2。
将组分1加入组分2中搅拌混合均匀，再加入异辛酸钴2kg、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺5kg、吡啶3kg，缓慢搅拌30min，调和均匀，制成100kg民用醇基液体燃料添加剂。
实施例5。
常温常压下，将二甲苯20kg、N,N-二甲基苯胺5kg、甲乙酮过氧化物5kg和过氧化新癸酸叔戊酯5kg加入密闭容器中，缓慢搅拌20min混合均匀，得到组分1。
将乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯10kg、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯5kg、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯10kg、乙烯-丙烯共聚物15kg、低分子量聚异丁烯10kg、聚马来酸5kg加入容器中，40℃下搅拌反应2h，形成粘稠的黄色液体，冷却后得到组分2。
将组分1加入组分2中搅拌混合均匀，再加入异辛酸钴2kg、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺5kg、吡啶3kg，缓慢搅拌30min，调和均匀，制成100kg民用醇基液体燃料添加剂。

Claims (5)

1.一种民用醇基液体燃料添加剂，由以下重量份数的原料调配制成：
N,N-二甲基苯胺　　　　　　　　　　　　4～6
过氧化新癸酸叔戊酯　　　　　　　　　　4～6
甲乙酮过氧化物　　　　　　　　　　　　4～6
二甲苯　　　　　　　　　　　　　　　　18～22
邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯　　　　　　　5～10
环氢化邻苯二甲酸二异壬酯　　　　　　　5～10
乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯　　　　　　10～20
乙烯-丙烯共聚物　　　　　　　　　　　 5～15
低分子量聚异丁烯　　　　　　　　　　　5～10
聚马来酸　　　　　　　　　　　　　　　4～6。
2.根据权利要求1所述的民用醇基液体燃料添加剂，还包括以下重量份数的原料：
异辛酸钴　　　　　　　　　　　　　　　1.5～2.5
N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺　　　　　　　 4～6
吡啶　　　　　　　　　　　　　　　　　2.5～3.5。
3.权利要求2所述民用醇基液体燃料添加剂的制备方法，包括：
常温常压下，将所述重量份数的二甲苯、N,N-二甲基苯胺、甲乙酮过氧化物和过氧化新癸酸叔戊酯加入密闭容器中，缓慢搅拌混合均匀，得到组分1；
将所述重量份数的乙二醇单乙醚乙酰蓖麻油酸酯、邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯、环氢化邻苯二甲酸二异壬酯、乙烯-丙烯共聚物、低分子量聚异丁烯、聚马来酸加入容器中，在40～50℃下搅拌反应2～2.5h，冷却后形成组分2的粘稠黄色液体；
将所述组分1加入到组分2中，搅拌混合均匀，再加入所述重量份数的异辛酸钴、N,N-二水杨酸-1,2-丙二胺和吡啶，缓慢搅拌均匀，制成所述民用醇基液体燃料添加剂。
4.权利要求1或2所述民用醇基液体燃料添加剂添加在任何一种民用醇基液体燃料中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，在民用醇基液体燃料中添加有占民用醇基液体燃料质量比5～10%的添加剂。
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