CN114369479B - 一种压燃式内燃机用醇基燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压燃式内燃机用醇基燃料及其制备方法，原料及对应质量分数为：正构烷烃40‑45.5%、白油13.5‑17.5%、高碳醇13‑15%、芳烃4‑7%、聚甲氧基二甲醚DMM3‑6 1‑3%、煤基费托合成液体蜡18‑21%、十六烷值改进剂0.5‑1%。本发明主要原料来源于煤制油工艺和对含氧油（重质）的增值利用，取材方便、价格低廉，降低了企业生产成本和终端用户的使用成本，产品相对于柴油降低了碳、硫、氮氧化合物的排放量，提高了热效率，制备过程除高碳醇的处理获得前期工序外，醇基燃料的核心制备工段均采用常温常压下的连续物理嵌入反应，降低了能耗和安全风险。

Description

一种压燃式内燃机用醇基燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及煤质醇基燃料领域，更具体的说涉及一种压燃式内燃机用醇基燃料及其制备方法。

背景技术

随着我国经济的高速增长，人民生活水平日益提高，汽车保有量迅速增加，导致近年来车用燃料需求量持续增长，成为全球最大的石油进口国，而我国又是多煤少油的国家，2021年进口石油51298万吨，同时汽车数量的增加，导致了有害物质排放量加大，造成大气污染日益严重，特别是压燃式汽车的尾气排放尤为明显，有害物质排放量对人类和环境造成很大的危害，直接威胁着人类的生存和发展。目前国内外炼油工业主要以石油为原料，而现有炼油工艺无法彻底解决柴油的碳、硫、氮等物质排放量过高的问题，而且单纯利用石油，也无法充分利用我国多煤少油的优势。因此，有必要研发一种以煤化工产品为原料，生产低碳、低硫、低氮的环保型压燃式内燃机用燃料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种以正构烷烃、高碳醇、煤基费托合成液体蜡为主要原料，加入芳烃、白油，以聚甲氧基二甲醚DMM3-6为调和剂、以硝酸异辛脂或硝酸异戊酯为十六烷值改进剂，生产获得碳、硫、氮氧化合物排放低，燃烧效率高的压燃式醇基燃料及其制备方法。

为了达到以上技术目的，本发明采用的技术方案为:

本发明提供了一种压燃式内燃机用醇基燃料，原料及对应质量分数为：正构烷烃40-45.5%、白油13.5-17.5%、高碳醇13-15%、芳烃4-7%、聚甲氧基二甲醚DMM3-6 1-3%、煤基费托合成液体蜡18-21%、十六烷值改进剂0.5-1%。

进一步，所述正构烷烃为C12-C22正构烷烃，所述C12-C22正构烷烃为煤焦油加氢的产物。

进一步，所述高碳醇为重质含氧油经处理后，分离获得的C9-C15直链和异构脂肪醇质量分数不小于95%的产物。

进一步，所述处理过程为：常温常压下，向所述重质含氧油中加入质量分数为50%的氢氧化钾水溶液，经30-45min持续酯化反应脱酸后，20-40℃条件下静置沉降24-36小时，分离下层糊状酯类和底层的水，收集上层透明液体，即可获得所述高碳醇。

进一步，所述氢氧化钾水溶液的加入量为所述重质含氧油质量的1.0%，所述重质含氧油中C9-C15直链和异构脂肪醇的质量分数不小于85%。

进一步，所述芳烃为加氢处理后的C8-C9芳烃，馏程170-220℃、闭口闪点＞60℃。

进一步，所述十六烷值改进剂为硝酸异辛脂或硝酸异戊酯中的任一种。

此外，本发明还提供了一种压燃式内燃机用醇基燃料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将正构烷烃与白油混配，获得反应物A；将高碳醇与芳烃混配，获得反应物B；

（2）将所述反应物A与所述反应物B混配，获得反应物C；

（3）在所述反应物C中同步添加聚甲氧基二甲醚DMM3-6、煤基费托合成液体蜡、十六烷值改进剂，获得反应物D；

（4）将所述反应物D过滤除杂；

（5）将过滤除杂后的所述反应物D脱水；

（6）将脱水后的所述反应物D静置沉降，分离沉降物。

进一步，所述反应物B的粘度为2.5-8 mm²/s，密度为0.8-0.86 kg/m³。

进一步，步骤（4）中，所述过滤除杂为采用纳米过滤技术对所述反应物D进行常压过滤，滤芯孔眼不低于12500目。

进一步，步骤（5）中，所述脱水是采用硅胶颗粒对步骤（4）收集的滤液进行吸附。

进一步，步骤（6）中，所述静置沉降时间不小于72小时。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明以正构烷烃、高碳醇、煤基费托合成液体蜡为主要原料，加入芳烃、白油，以聚甲氧基二甲醚DMM3-6为调和剂、以硝酸异辛脂或硝酸异戊酯为十六烷值改进剂，制备获得压燃式内燃机用醇基燃料。其中，正构烷烃为煤焦油加氢的产物，来源于煤化工产业；高碳醇来自重质含氧油经酯化脱酸处理后分离获得，而重质含氧油是异辛烯羰基合成时生产的副产物；煤基费托合成液体蜡为依靠煤化工优质廉价的原材料进行铁基或者钴基合成。因此，本发明主要原料中，正构烷烃、煤基费托合成液体蜡均来源于煤化工产业，取材方便，符合我国煤多油少的资源优势，高碳醇来源于对重质含氧油的增值利用，价格低廉，能够显著降低企业生产成本，进而降低终端用户的使用成本。

2.本发明获得的压燃式内燃机用醇基燃料符合国六B版标准的柴油要求，与柴油相比，碳、硫、氮含量低，含氧量高，相同燃烧条件下，具有更低的碳排放量、硫排放量和氮氧化合物排放量，符合清洁能源和节能减排的要求。

3.本发明获得的压燃式内燃机用醇基燃料，与柴油相比，氧含量提高8%以上，不仅能够为燃烧提供更好的助燃作用，提高燃烧充分性和热效率，进而节约了燃料，在高海拔、低气压的高寒环境中具有更好的冷启动性能，且动力性得到显著提高。

4.本发明除高碳醇的处理获得前期工序外，醇基燃料的核心制备工段均采用常温常压下的连续物理嵌入反应，工艺简单、降低了生产安全风险、同时节约了能耗，降低了企业成本，并易于实现规模化，推广应用前景广阔。

具体实施方式

下面将通过实施例对本发明及其效果做进一步说明。

实施例1：

本实施例采用的原料百分数为：高碳醇13%、芳烃4%、正构烷烃45.5%、白油17.5%、聚甲氧基二甲醚DMM3-6 1%、煤基费托合成液体蜡18%、十六烷值改进剂1%。

以上原料的来源、选料要求或用途分别为：

高碳醇为重质含氧油经处理后，分离获得的C9-C15直链和异构脂肪醇质量分数不小于95%的产物；上述处理的具体过程为：常温常压下，向C9-C15直链和异构脂肪醇质量分数不小于85%的重质含氧油中，按照重质含氧油质量的0.1%倍，加入质量分数为50%的氢氧化钾水溶液，经30-45min持续反应后，20-40℃下静置沉降24-36小时，分离下层糊状酯类和底层的水，收集上层透明液体，即可获得C9-C15直链和异构脂肪醇质量分数不小于95%的高碳醇。重质含氧油采购自茂名石化巴斯夫有限公司。

正构烷烃为煤焦油加氢获得的C12-C22正构烷烃，采购自新疆宣力环保能源股份有限公司。

芳烃为加氢处理后的C8-C9芳烃，馏程170-220℃、闭口闪点＞60℃，密度为90kg/m³，采购自山东国润石化有限公司。

白油为原油经常压和减压分馏、溶剂抽提和脱蜡后，加氢精制而得的精炼液态烃的混合物，采购自国家能源集团宁夏煤业有限责任公司。

聚甲氧基二甲醚DMM3-6，用于高品质柴油的调和剂，采购自山东优嘉能源科技有限公司。

煤基费托合成液体蜡是以煤基费托合成柴油馏分为原料，经油品加工得到的以正构烷烃为主要组成的液态烃类混合物，采购自国家能源集团宁夏煤业有限责任公司。

十六烷值改进剂选取硝酸异辛脂或硝酸异戊酯；由于在压燃式内燃机用醇基燃料的生产过程中，硝酸异辛脂或硝酸异戊酯均起到提高醇基燃料十六烷值的作用，发生的是物理反应，反应未产生新的物质，效果相同，因此，本实施例1选用硝酸异辛酯，采购自武汉吉业升化工有限公司。

以上述物料为原料，生产压燃式内燃机用醇基燃料的方法，按照以下步骤进行：

（1）向正构烷烃中加入白油增加馏程，获得反应物A；向高碳醇中加入芳烃进行嵌入式溶解反应降低溶液粘度，获得粘度为2.5-8 mm²/s，密度为0.8-0.86 kg/m³的反应物B；

（2）将反应物A与反应物B混配，获得反应物C；

（3）在反应物C中同步添加聚甲氧基二甲醚DMM3-6、煤基费托合成液体蜡、硝酸异辛脂，获得反应物D；其中聚甲氧基二甲醚DMM3-6提高冷滤点，煤基费托合成液体蜡降低溶液的密度，硝酸异辛脂提高十六烷值；

（4）对反应物D采用纳米过滤技术进行常压过滤，收集滤液，滤芯孔眼不低于12500目；

（5）采用硅胶颗粒对步骤（4）收集的滤液进行吸附脱水，得到含水量0.005%的半成品；

（6）将步骤（5）获得的半成品静置沉降72小时以上，分离沉降物，获得压燃式内燃机用醇基燃料成品。

实施例2、3、4：

实施例2、3、4与实施例1所采用的原料类别、工艺参数均相同，不同之处在于：所采用的高碳醇、芳烃、正构烷烃、白油、聚甲氧基二甲醚DMM3-6、煤基费托合成液体蜡、十六烷值改进剂的质量分数不同，质量分数见表1所示。

表1 实施例1-4的原料质量分数

按照国六标准规定的检测方法和质量指标，对实施例1、2、3、4获得的产品进行检测，检测结果见表2所示。

表2 实施例1-4的检验结果

表2中检验结果表明：实施例1符合国六标准规定的0#柴油的质量指标要求，实施例2符合国六标准规定的-10#柴油的质量指标要求，实施例3符合国六标准规定的-20#柴油的质量指标要求，实施例4符合国六标准规定的-35#柴油的质量指标要求。

在同等工况、同压缩比和同等环境条件下，将实施例1-4分别与国六版标准柴油进行比较，试验维度包含碳排放量、硫排放量、氮氧化合物、含氧量、热效率、动力性能，实验比较结果见表3所示。

表3 实施例1-4与国六版柴油标准实验结果对比表

表3中的结果显示：实施例1-4相对于国六版柴油在碳排放量减少34.3%以上、硫排放量减少47.3%以上、氧含量提高8.7%以上、氮氧化合物降低8.7%以上，热效率提高7.0%以上、动力性能提高8.0%。由此可见，本发明与国六版柴油相比，具有更低的碳排放、硫排放，氧含量的提高极大地提高了燃料的燃烧充分性和点燃效率，进而提升了燃料的热效率和动力性能。

综上所述，本发明采用煤化制油加氢精制工艺生产的低硫(小于5ppm)产物C12-C22正构烷烃、重质含氧油的脱酸分离产物（C9-C15直链和异构脂肪醇质量分数不小于95%）、煤基费托合成液体蜡为主要原料，并通过物理嵌入手段添加芳烃、白油、聚甲氧基二甲醚DMM3-6十六烷值改进剂（硝酸异辛酯或硝酸异戊酯），生产获得压燃式内燃机用醇基燃料，组分碳链的碳原子数介于9-22之间，相比传统柴油的总烷烃、芳烃，醇、醚、酯类碳原子数少了4个以上，减排降碳作用明显；从含氧量比对传统成品油分析，传统燃料烃类仅仅是CH化合物的混合液体。此外，本发明采用的醇基组分原料，含有氧原子，能够提高显著的助燃功效，内燃机燃烧更加充分，显著降低氮氧化合物排放量。因此，本发明产品在不牺牲压燃式内燃机燃料的功能性指标的前提下，产品主要功能性排放均优于国六成品柴油指标，达到了降碳减排的目的，而且能够直接应用于国六柴油内燃机，优化其电喷雾化功能。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。

Claims (10)

1.一种压燃式内燃机用醇基燃料，其特征在于：原料及对应质量分数为：正构烷烃40-45.5%、白油13.5-17.5%、高碳醇13-15%、芳烃4-7%、聚甲氧基二甲醚DMM3-6 1-3%、煤基费托合成液体蜡18-21%、十六烷值改进剂0.5-1%；所述正构烷烃为C12-C22正构烷烃，所述C12-C22正构烷烃为煤焦油加氢的产物；所述高碳醇为重质含氧油经处理后，分离获得的C9-C15直链和异构脂肪醇质量分数不小于95%的产物。

2.根据权利要求1所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料，其特征在于：所述处理过程为：常温常压下，向所述重质含氧油中加入质量分数为50%的氢氧化钾水溶液，经30-45min持续酯化反应脱酸后，20-40℃条件下静置沉降24-36小时，分离下层糊状酯类和底层的水，收集上层透明液体，即可获得所述高碳醇。

3.根据权利要求2所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料，其特征在于：所述氢氧化钾水溶液的加入量为所述重质含氧油质量的1.0%，所述重质含氧油中C9-C15直链和异构脂肪醇的质量分数不小于85%。

4.根据权利要求1所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料，其特征在于：所述芳烃为加氢处理后的C8-C9芳烃，馏程170-220℃、闭口闪点＞60℃。

5.根据权利要求1所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料，其特征在于：所述十六烷值改进剂为硝酸异辛脂或硝酸异戊酯中的任一种。

6.根据权利要求1所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）将正构烷烃与白油混配，获得反应物A；将高碳醇与芳烃混配，获得反应物B；

（2）将所述反应物A与所述反应物B混配，获得反应物C；

（3）在所述反应物C中同步添加聚甲氧基二甲醚DMM3-6、煤基费托合成液体蜡、十六烷值改进剂，获得反应物D；

（4）将所述反应物D过滤除杂；

（5）将过滤除杂后的所述反应物D脱水；

（6）将脱水后的所述反应物D静置沉降，分离沉降物。

7.根据权利要求6所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料的制备方法，其特征在于：所述反应物B的粘度为2.5-8 mm²/s，密度为0.8-0.86 kg/m³。

8.根据权利要求6所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述过滤除杂为采用纳米过滤技术对所述反应物D进行常压过滤，滤芯孔眼不低于12500目。

9.根据权利要求6所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，所述脱水是采用硅胶颗粒对步骤（4）收集的滤液进行吸附。

10.根据权利要求6所述的一种压燃式内燃机用醇基燃料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，所述静置沉降时间不小于72小时。