CN114561234A - 一种甲醇燃料添加剂及掺混该添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料 - Google Patents

一种甲醇燃料添加剂及掺混该添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种甲醇燃料添加剂及掺混该添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料，甲醇燃料添加剂包括：硝酸异辛酯45‑55％；过氧化二叔丁基20‑30％；草酸二异丁酯和/或草酸二异戊酯5‑15％；二聚亚油酸7‑20％；双戊烯2‑5％；油酸甘油酯0.02％‑0.1％；压燃式发动机用甲醇燃料，由如下体积比的组分构成：甲醇92％‑97％，添加剂3‑8％，甲醇的体积百分比纯度为99.99％，本添加剂有效地提高了甲醇燃料的十六烷值，缩短了甲醇滞燃期并改善了其着火性能，保证了甲醇在压燃式发动机各工况都能稳定着火；减少了其对于发动机系统部件的冲刷磨损，有效提高了系统安全性与可靠性。

Description

一种甲醇燃料添加剂及掺混该添加剂的压燃式发动机用甲醇 燃料
技术领域
本发明涉及甲醇燃料添加剂领域，具体为一种甲醇燃料添加剂及掺混该添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料。
背景技术
传统发动机使用的燃料主要为汽油和柴油，但伴随石油资源日益短缺和排放法规日益严格，发动机清洁代用燃料的开发与应用迫在眉睫。甲醇具有含氧量高、燃烧速度快等特点，能显著改善发动机缸内燃烧过程，提高燃烧效率，有效降低碳烟颗粒物的排放，同时甲醇的分子量小，碳氢比小，相同质量的燃料燃烧后会生成更少的水和CO2。生产甲醇的原料主要是煤、天然气、煤层气、焦炉气等，特别是利用高硫劣质煤和焦炉气生产甲醇，既可以实现资源的综合利用又可以减少环境污染。相较于汽油机，柴油机等压燃式发动机的热效率更高，但由于甲醇的十六烷值仅为3-5，其滞燃期较长，因此甲醇在压燃式发动机大部分运行工况下都无法实现稳定着火；其次甲醇对发动机系统的铁铜铝镍等金属部件具有电化学腐蚀作用，而对橡胶、塑料等非金属部件则具有溶胀腐蚀作用；此外，由于甲醇的粘度较低，其润滑性较差，因而对发动机的输运系统具有一定的磨损冲刷作用。因而目前甲醇在压燃式发动机上的使用主要是与柴油等高十六烷值燃料混合使用，但由于甲醇与柴油不互溶，其替代比非常低，并且需要加乳化剂或共溶剂，即使是采用甲醇柴油双燃料喷射系统，甲醇的替代比最高仍仅为85％。中国专利 CN02109072.6公开的“代替柴油的清洁燃料”，其主要成分包括溶剂油、甲醇、C17、水、二甲醚和硝酸戊酯等，其中甲醇占比较少(仅为20-35％)，因此它的替代作用不强，此外其溶剂油与C17的占比较高(约为55-75％)，因而其价格也较高，该燃料中还含有2-5％的水，因此其容易对发动机金属部件产生腐蚀。
中国专利CN202110168237.0公开的“一种燃料添加剂及甲醇燃料”，其中甲醇的质量分数达到了92％，其添加剂成分十分复杂，包括2－甲基－2－丁醇，二乙基二硫代氨基甲酸钠，丁三醇三硝酸脂，三羟甲基丙烷三辛酸酯，甲基叔丁基醚，辛基酚聚氧乙烯醚，亚磷酸苯基二-2-乙基己酯，肌醇六磷酸，聚异丁烯胺，2－巯基苯并噻唑等，但其只改善了甲醇低温下的相分离现象，而没有解决甲醇在使用过程中对于发动机系统造成的腐蚀及磨损问题，同时也忽略了甲醇十六烷值较低造成的启动困难问题。目前在压燃式发动机领域真正以甲醇为主要成分(替代比90％以上)的真正意义上的甲醇燃料尚有待开发。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种甲醇燃料添加剂及掺混该添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料，该添加剂可使压燃式发动机用甲醇燃料中甲醇占比达到92％以上，并保证甲醇在发动机各工况都能稳定着火，减少其对发动机系统部件的腐蚀和冲刷磨损。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种甲醇燃料添加剂，由如下体积比的组分构成且各组分的体积百分比纯度至少为 99.9％：
硝酸异辛酯45-55％；过氧化二叔丁基20-30％；草酸二异丁酯和/或草酸二异戊酯5-15％；二聚亚油酸7-20％；双戊烯2-5％；油酸甘油酯0.02％-0.1％。
一种压燃式发动机用甲醇燃料，由如下体积比的组分构成：
甲醇92％-97％，添加剂3-8％，甲醇的体积百分比纯度为99.99％。
本发明的有益效果如下：
1.本发明的压燃式发动机用甲醇燃料添加剂有效地提高了甲醇燃料的十六烷值，缩短了甲醇滞燃期并改善了其着火性能，保证了甲醇在发动机各工况都能稳定着火；
2.本发明的压燃式发动机用甲醇燃料添加剂有效地改善了甲醇燃料对于发动机系统金属部件的电化学腐蚀作用及对非金属部件的溶胀腐蚀作用，并且改善了甲醇燃料的低温流动性与润滑性，减少了其对于发动机系统部件的冲刷磨损，有效提高了系统安全性与可靠性；
3.使用本发明所提出的压燃式发动机用甲醇燃料添加剂，可使发动机燃用甲醇燃料时甲醇占比达到92％以上，有利于缓解石油能源紧张及减少环境污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明加以详细说明。
本发明的一种甲醇燃料添加剂，由如下体积比的组分构成且各组分的体积百分比纯度至少为99.9％：
硝酸异辛酯45-55％；过氧化二叔丁基20-30％；草酸二异丁酯和/或草酸二异戊酯5-15％；
二聚亚油酸7-20％；双戊烯2-5％；油酸甘油酯0.02％-0.1％；
所述的甲醇燃料添加剂配方优选的各组分体积比为：
硝酸异辛酯50-55％；过氧化二叔丁基25-30％；草酸二异丁酯和/或草酸二异戊酯5-10％；
二聚亚油酸11-15％；双戊烯3-5％；油酸甘油酯0.05％-0.1％；
所述硝酸异辛酯，过氧化二叔丁基，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯的作用是有效提高甲醇燃料的十六烷值，缩短甲醇燃料的滞燃期，改善甲醇燃料的着火性能；所述硝酸异辛酯对降低甲醇燃料的一氧化碳(CO)和碳烟排放也具有一定作用，已被广泛认可为提高燃料十六烷值最具有性价比的十六烷值改进剂；所述过氧化二叔丁基十六烷值改进效果与硝酸异辛酯相当，并且其分解活化能低，分子本身含有较多的氧元素，有助于促进甲醇燃烧反应过程及燃烧完全，同时其与硝酸异辛酯具有协同作用，两者混合使用十六烷值改进效果更佳，但由于其价格明显高于硝酸异辛酯，因此其体积占比相较硝酸异辛酯有所降低；所述草酸二异丁酯和草酸二异戊酯十六烷值改进效果不及硝酸异辛酯和过氧化二叔丁基，但由于其可保持甲醇燃料的低温流动性，对甲醇中存在的相分离现象也具有一定的抑制作用，因此在甲醇燃料添加剂中添加少量体积比，并且在实际应用中采用其共混物，两者体积比可任意掺混。
所述二聚亚油酸是优良的金属腐蚀抑制剂，能附着于金属部件表面，形成一层保护薄膜，以阻止水分和氧渗入金属表面而产生电化学腐蚀，从而限制燃料氧化产物对金属的腐蚀作用；所述双戊烯是优良的油类分散剂和橡胶添加剂，不仅起到油品洁净作用，而且双戊烯的极性端在橡胶部件的表面吸附，非极性端朝外与油品吸附，阻止了甲醇燃料侵入橡胶部件对橡胶进行溶胀腐蚀。
所述油酸甘油酯是优良的抗磨剂，其可有效增加甲醇燃料的粘度并起到润滑作用，减少甲醇燃料对于发动机系统部件的冲刷磨损。
所述硝酸异辛酯、过氧化二叔丁基、草酸二异丁酯、草酸二异戊酯、二聚亚油酸、双戊烯，油酸甘油酯均采用市售产品。
含有上述甲醇燃料添加剂配方的压燃式发动机用甲醇燃料，燃料中甲醇体积含量为 92％-97％，添加剂的体积含量为3-8％，甲醇的体积百分比纯度为99.99％，含有上述甲醇燃料添加剂优选配方的压燃式发动机用甲醇燃料，其中甲醇体积含量为95-97％，添加剂的体积含量为3-5％。
所述甲醇燃料添加剂的制备过程为：在常温25℃下，按各组分在配方中的体积百分比分别取各组分进行混合并搅拌均匀即可。
所述掺混甲醇燃料添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料的制备过程为：同样在室温25℃下按体积百分比分别取纯度为99.99％的市售甲醇与本发明的甲醇燃料添加剂进行混合并搅拌均匀即可。
掺有该添加剂的甲醇燃料可用于目前市场上各种型号的压燃式发动机用代用燃料。
实施例1
分别取硝酸异辛酯450升，过氧化二叔丁基300升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物50升，二聚亚油酸179.8升和双戊烯20升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.2升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂1000升与11500升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 12500升。
实施例2
分别取硝酸异辛酯550升，过氧化二叔丁基200升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物150升，二聚亚油酸70升和双戊烯29升，将其混合并搅拌均匀，之后加入1升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂1000升与11500升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料12500 升。
实施例3
分别取硝酸异辛酯499升，过氧化二叔丁基200升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物50升，二聚亚油酸200升和双戊烯50升，将其混合并搅拌均匀，之后加入1升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂1000升与11500升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料12500 升。
实施例4
分别取硝酸异辛酯550升，过氧化二叔丁基300升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物59.8升，二聚亚油酸70升和双戊烯20升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.2升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂1000升与19000升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 20000升。
实施例5
分别取硝酸异辛酯450升，过氧化二叔丁基229升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物150升，二聚亚油酸120升和双戊烯50升，将其混合并搅拌均匀，之后加入1升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂1000升与19000升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料20000 升。
实施例6
分别取硝酸异辛酯500升，过氧化二叔丁基200升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物50升，二聚亚油酸200升和双戊烯49升，将其混合并搅拌均匀，之后加入1升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂1000升与19000升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料20000 升。
实施例7
分别取硝酸异辛酯300升，过氧化二叔丁基180升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物30升，二聚亚油酸71.7升和双戊烯18升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.3升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂600升与19400升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 20000升。
实施例8
分别取硝酸异辛酯300升，过氧化二叔丁基150升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物30升，二聚亚油酸89.4升和双戊烯30升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.6升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂600升与19400升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 20000升。
实施例9
分别取硝酸异辛酯300升，过氧化二叔丁基150升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物60升，二聚亚油酸66升和双戊烯23.4升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.6升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂600升与19400升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 20000升。
实施例10
分别取硝酸异辛酯330升，过氧化二叔丁基150升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物30升，二聚亚油酸71.4升和双戊烯18升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.6升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂600升与19400升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 20000升。
实施例11
分别取硝酸异辛酯300升，过氧化二叔丁基161.4升，草酸二异丁酯和草酸二异戊酯混合物30升，二聚亚油酸90升和双戊烯18升，将其混合并搅拌均匀，之后加入0.6升油酸甘油酯混合并搅拌均匀，即得到甲醇燃料添加剂；将上述甲醇燃料添加剂600升与19400升纯度为99.99％的市售甲醇燃料混合并搅拌均匀，即得到本发明的压燃式发动机用甲醇燃料 20000升。
表1甲醇燃料添加剂样品对甲醇稳定着火及对发动机部件腐蚀抑制的改善效果测试比较
编号 甲醇添加剂体积比 甲醇稳定着火率/％ 发动机部件腐蚀抑制率/％
实施例1 8％ 98.8 98.9
实施例2 8％ 99.6 97.4
实施例3 8％ 99.2 99.5
实施例4 5％ 99.9 96.3
实施例5 5％ 98.9 97.8
实施例6 5％ 98.5 98.2
实施例7 3％ 99.5 97.6
实施例8 3％ 98.6 98.1
实施例9 3％ 99.2 97.3
实施例10 3％ 99.8 97.2
实施例11 3％ 99.3 98.6
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种甲醇燃料添加剂，其特征在于：由如下体积比的组分构成且各组分的体积百分比纯度至少为99.9％：
硝酸异辛酯 45-55％；过氧化二叔丁基 20-30％；草酸二异丁酯和/或草酸二异戊酯5-15％；二聚亚油酸 7-20％；双戊烯 2-5％；油酸甘油酯 0.02％-0.1％。
2.根据权利要求1所述的甲醇燃料添加剂，其特征在于：所述的甲醇燃料添加剂的各组分体积比为：
硝酸异辛酯 50-55％；过氧化二叔丁基 25-30％；草酸二异丁酯和/或草酸二异戊酯5-10％；二聚亚油酸 11-15％；双戊烯 3-5％；油酸甘油酯 0.05％-0.1％。
3.采用权利要求1或者2所述的甲醇燃料添加剂的压燃式发动机用甲醇燃料，其特征在于由如下体积比的组分构成：
甲醇 92％-97％，添加剂 3-8％，甲醇的体积百分比纯度为99.99％。
4.根据权利要求3所述的压燃式发动机用甲醇燃料，其特征在于由如下体积比的组分构成：甲醇 95-97％，添加剂 3-5％。
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