CN1398289A - 低公害液体燃料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包含至少两种脂肪族一元醇10～50体积％、至少一种饱和或者不饱和的烃40～60体积％、至少一种醚10～30体积％构成的低公害液体燃料。该燃料是按照其极性接近的顺序混合上述各原燃料制造的。不必改变现有汽油用内燃机的构造和材质，通过单独或者与汽油混合使用，获得与汽油相同程度或者在其之上的效率和功率，并且尾气的一氧化碳(CO)和烃(HC)明显减少。

Description

低公害液体燃料及其制造方法
技术领域
本发明涉及不必改变现有汽油用内燃机的构造和材质，可以得到与现有汽油同程度或者在其之上的效率和功率，并且尾气中的一氧化碳(CO)和烃(HC)的浓度比现有汽油明显减少的低公害液体燃料的改进及其制造方法。
背景技术
作为针对近年来环境问题的一个环节，由汽车尾气造成的大气污染问题得到了进一步的重视，作为能够显著降低这些汽车尾气中一氧化碳(CO)和烃(HC)浓度，并代替现有汽油使用的低公害液体燃料，正如本申请人正在出售的“GAIAX(商品名)”那样，有在石脑油中混合甲醇和其他醇的燃料。
正如上述“GAIAX(商品名)”所示，将甲醇和其他醇与石脑油混合的燃料在显著降低汽车尾气中一氧化碳(CO)和烃(HC)的浓度的效果方面是充分的，但是，由于在其成分中含有极性大的甲醇，如果长期使用，存在在作为内燃机附属部件的燃料供给用橡胶管上发生溶胀，出现燃压变化造成的损害，燃料管的强度降低并发生破损的问题。
与此相同，还存在加油站的输油机所使用的橡胶软管和密封垫等也发生溶胀，其寿命降低等问题，在这些新的替代燃料的普及方面存在很大危害。
因此，本发明着眼于上述问题，目的在于提供不发生这些燃料管和输油软管的溶胀和损伤以及寿命降低的问题，实用性更优良的低公害液体燃料及其制造方法。
发明公开
为了达到上述目的，本发明的低公害液体燃料的特征在于：包含碳原子数2～11的至少两种脂肪族一元醇10～50体积％、至少一种饱和或者不饱和的烃40～60体积％、至少一种具有两个碳原子数6以下的链状烃基的醚10～30体积％。
根据该特征，由于在得到的燃料中不含有碳原子数为1的甲醇，因此可以解决由这些极性大的甲醇引起的燃料管或输油软管溶胀和损伤以及寿命降低的问题，可以得到实用性优良的低公害液体燃料。
本发明的低公害液体燃料的上述醇的体积％优选为上述饱和或者不饱和烃的体积％的二分之一以上。
这样，可进一步抑制汽车尾气中COx、HxCy、SOx、NOx等的含量。
本发明的低公害液体燃料，上述脂肪族一元醇的至少一种优选非直链系醇。
这样，与采用相同碳原子数的直链系醇的情况相比，不仅可以得到更高的辛烷值，而且，通过使用这些非直链系的醇，还可以防止醇成分与其他原燃料分离。
本发明的低公害液体燃料优选上述非直链系的醇是异丙醇或者异丁醇。
这样，通过使用碳原子数比较小的非直链系醇异丙醇或者异丁醇，可以得到具有良好特性的低公害液体燃料。
本发明的低公害液体燃料的上述醚优选甲基叔丁基醚(M.T.B.E)或者叔戊基甲基醚(TAME)或者二丁基醚。
这样，可以以少的混合量来提高得到燃料的辛烷值，并将燃料的价格控制得降低。
本发明的低公害液体燃料的上述饱和或者不饱和烃优选芳香烃成分的含量为1％以下的轻质石脑油。
这样，通过使用除去了化学上比较稳定的并且容易发生不完全燃烧的芳香烃成分的轻质石脑油，不仅可进一步降低废气中的COx、HxCy，还可防止这些有害的芳香烃成分苯、甲苯、二甲苯等直接与废气一起排出。
本发明的低公害液体燃料的制造方法的特征在于：将碳原子数2～11的至少两种脂肪族一元醇10～50体积％、至少一种饱和或者不饱和的烃40～60体积％、至少一种具有两个碳原子数6以下的链状烃基的醚10～30体积％的各种原燃料按照其极性接近的顺序进行混合。
根据该特征，混合的各原燃料不发生分离，可以进行有效地混合。
用于实施发明的最佳方案
图1是表示本实施例内燃机用燃料的制造方法的流程图。本发明的内燃机用燃料主要由两种以上的脂肪族一元醇、直链系烃、单醚或者混合醚构成，将这些各原燃料以给定体积％计量后，相对于是体积比较大的直链系烃的、极性最小的轻质石脑油，首先加入并混合比上述脂肪族一元醇极性更小的单醚或者混合醚，接着加入脂肪族一元醇并进行混合，制成本发明的低公害燃料。
这时，由于脂肪族一元醇至少存在两种，因此，优选其加入也是极性小的碳原子数多的醇更缓慢地加入，接着加入碳原子数少的醇。
这样，通过顺序混合极性大小接近的原料，可以防止原燃料的分离，可以施以有效的混合，因此是优选的，但是本发明并不限于此。而且，在上述，可以在极性低的轻质石脑油中顺序加入并混合醚、醇，反之也可以在极性高的醇中顺序加入醚和轻质石脑油。
下面表示通过上述制造方法制造的内燃机用燃料的混合例。
[混合例1]
使脂肪族一元醇的其中一个为异丁醇(IBA)25体积％，另一个为异丙醇(IPA)10体积％，使混合醚为甲基叔丁基醚(MTBE)20体积％，上述直链系烃为轻质石脑油45体积％。
[混合例2]
使脂肪族一元醇的其中一个为丁醇25体积％，另一个为异丙醇(IPA)10体积％，使混合醚为甲基叔丁基醚(MTBE)20体积％，上述直链系烃为轻质石脑油45体积％。
[混合例3]
使脂肪族一元醇的其中一个为异丁醇(IBA)25体积％，另一个为异丙醇(IPA)10体积％，使混合醚为二丁基醚20体积％，上述直链系烃为轻质石脑油45体积％。
[混合例4]
使脂肪族一元醇的其中一个为丁醇(IBA)25体积％，另一个为异丙醇(IPA)10体积％，使混合醚为二丁基醚20体积％，上述直链系烃为轻质石脑油45体积％。
[混合例5]
使脂肪族一元醇的其中一个为异丁醇(IBA)25体积％，另一个为异丙醇(IPA)10体积％，使混合醚为叔戊基甲基醚(TAME)20体积％，上述直链系烃为轻质石脑油45体积％。
[混合例6]
使脂肪族一元醇的其中一个为丁醇25体积％，另一个为异丙醇(IPA)10体积％，使混合醚为叔戊基甲基醚(TAME)20体积％，上述直链系烃为轻质石脑油45体积％。
[比较例]
使现有的醇燃料的其中一个为甲醇43体积％，另一个为异丁醇(IBA)5体积％，使混合醚为甲基叔丁基醚(MTBE)4体积％，上述直链系烃为轻质石脑油48体积％。
而且，这里所说的轻质石脑油是指在原油蒸馏(常压蒸馏)时，精制至使B(苯)、T(甲苯)、X(二甲苯)等芳香烃的各含量在1％以下的石脑油，使用这样的轻质石脑油，可以防止这些化学比较稳定的芳香烃不发生完全燃料，废气中CO和HC的浓度升高，这些有害的B(苯)、T(甲苯)、X(二甲苯)等芳香烃本身排出到废气中，因此是优选的，但是本发明并不限于此。
代替全部或者部分这些轻质石脑油，从其挥发性和燃烧时的残渣造成排气中CO和HC的浓度上升的观点出发，可以采用碳原子数为9以下的直链系饱和或者不饱和烃。
上述脂肪族一元醇，由于排除了甲醇，因此碳原子数在2以上，如果其上限的碳原子数为12以上，醇的初沸点升高，同时其比重增大，得到的液体燃料的着火能力降低，容易导致发动机的启动性降低，并且得到的燃料的比重比作为汽油的规定比重大，因此应该在11以下。
这些脂肪族一元醇，通过使至少其中的一种是非直链系的一元(伯)醇，这些非直链系的醇与直链系醇相比，极性低，可以提高烃成分和醚的混合性，因此是优选的，但本发明并不限于此，这些醇的组合从价格和挥发性等观点来看，可以是适当的组合。而且，采用IPA和IBA等非直链系脂肪族的一元醇，得到的辛烷值可适用于内燃机用，因此是优选的，但本发明并不限于此。
上述醚，从其挥发性和价格的观点出发，特别是通过少量添加具有两个碳原子数6以下的链状烃基的醚，可以提高得到燃料的辛烷值，因此，优选采用上述甲基叔丁基醚(MTBE)和二丁基醚或者叔戊基甲基醚(TAME)，但是本发明并不限于这些MTBE、二丁基醚和TAME，使用的醚的种类等可以根据使用的醇的种类等进行适当选择。
上述各混合例1～6中所示的混合比例并不限于此，在各组成中存在可获得同样良好特性的混合比例的范围，下面表示该范围。
(混合例1的组成体系)
IBA：5～30体积％，IPA：5～30体积％，MTBE：10～35体积％，轻质石脑油或者汽油：45～60体积％的范围。
(混合例2的组成体系)
丁醇：5～30体积％，IPA：5～30体积％，MTBE：10～35体积％，轻质石脑油或者汽油：45～60体积％的范围。
(混合例3的组成体系)
IBA：5～30体积％，IPA：5～30体积％，丁基醚：10～35体积％，轻质石脑油或者汽油：45～60体积％的范围。
(混合例4的组成体系)
丁醇：5～30体积％，IPA：5～30体积％，二丁基醚：10～35体积％，轻质石脑油或者汽油：45～60体积％的范围。
(混合例5的组成体系)
IBA：5～30体积％，IPA：5～30体积％，TAME：10～35体积％，轻质石脑油或者汽油：45～60体积％的范围。
(混合例6的组成体系)
丁醇：5～30体积％，IPA：5～30体积％，TAME：10～35体积％，轻质石脑油或者汽油：45～60体积％的范围。
上面这些组成中更优选的比例是上述一元醇成分、醚成分、烃和轻质石脑油或者汽油等石油成分的体积比为3∶2∶5～3∶1∶6的比例范围，或者2∶2∶6～3∶1∶6的范围。
在该比例中，如图2所示，如果一元醇成分的体积％不足烃和轻质石脑油或者汽油等石油成分体积％的二分之一，尾气中的COx、HxCy、SOx、NOx等的含量增加，因此，优选使一元醇成分的体积％为烃和轻质石脑油或者汽油等石油成分的体积％的二分之一以上。
如果过量增加作为醚类的MTBE、二丁基醚、TAME的含量，液体燃料的辛烷值比常规汽油高的过多，是不适当的。
下面表示使用上述混合例1～6的液体燃料和含有现有汽油和混合例7的甲醇的现有替代燃料，目前汽车部件所使用的金属和橡胶以及输油机本体使用的金属和橡胶的对比试验结果。
表1 对金属的腐蚀试验结果  (财团法人  科学品检查协会)
金属片 混合例1(不含甲醇)
质量变化率(％) 外观
铜 ±0 看不到腐蚀
软钎料 ±0.02 看不到腐蚀
黄铜 ±0 看不到腐蚀
钢 ±0 看不到腐蚀
铸铁 ±0.02 看不到腐蚀
铝铸物 ±0 看不到腐蚀
金属片 比较例(含有甲醇)
质量变化率(％) 外观
铜 ±0 看不到腐蚀
软钎料 ±0.02 看不到腐蚀
黄铜 ±0.01 看不到腐蚀
钢 ±0.02 看不到腐蚀
铸铁 ±0.02 看不到腐蚀
铝铸物 ±0 看不到腐蚀
金属片 常规汽油
质量变化率(％) 外观
铜 ±0 看不到腐蚀
软钎料 ±0.02 看不到腐蚀
黄铜 ±0 看不到腐蚀
钢 ±0 看不到腐蚀
铸铁 ±0.02 看不到腐蚀
铝铸物 ±0.01 看不到腐蚀
表2 橡胶的腐蚀试验结果  (财团法人  科学品检查协会)
使用橡胶 NBR2种 氟系バィトン G-902
硬度试验 A68 A73
デュロ-タ硬度
拉伸试验
拉伸强度(MPa) 21.2 24.6
伸展率(％) 560 340
浸渍试验(24小时) 混合例1(不含甲醇)
硬度变化 -6 -1
拉伸强度变化率(％) -21 -9
伸展变化率(％) -20 -12
体积变化率(％) +7 +1
浸渍试验(24小时) 比较例(含有甲醇)
硬度变化 -15 -18
拉伸强度变化率(％) -38 -29
伸展变化率(％) -22 -42
体积变化率(％) +56 +43
浸渍试验(24小时) 常规汽油
硬度变化 -11 -1
拉伸强度变化率(％) -25 -6
伸展变化率(％) -18 -6
体积变化率(％) +11 ±0
由上表1和表2可知，在上述混合例7的含有甲醇的现有替代燃料中，如前所述，发现橡胶的溶胀和机械强度和特性降低，在本发明的上述混合例1中，这些橡胶的溶胀和机械强度和特性的降低与汽油相比也不逊色，因此可以说本发明的低公害液体燃料能够存储在现有加油站的设施中，并直接使用现有的汽油车，也可以与汽油任意混合使用。而且，虽未在上述表1和表2中表示，但是上述混合例2～6也可获得与混合例1相同的特性。
下面表示对上述实施例1和比较例的液体燃料以及汽油造成废气的污染气体浓度的比较结果。在试验中，在车检制度中，针对保安基准30条、31条中的CO值、HC值、NOx值采用清除了各基准的排气量2000cc的车。
表3 废气产生量的比较
CO值  HC值  NOx值
混合例1 1.13ppm  0.08ppm  1800～2000ppm
比较例 7.45ppm  0.23ppm  1900～2100ppm
汽油 43.25ppm  2.75ppm  2000～2200ppm
如上表所示，实施例中的废气值(COx、HxCy、NOx)的每一个都低，特别是HxCy值、COx值明显低，其中本发明的液体燃料(实施例1)比使用甲醇的液体燃料(比较例)的CO值和HC值低。
因此，如果是本发明的液体燃料，还可降低燃烧时排出的COx、HxCy等的量，进而将NOx值也减小10％左右。本发明的低公害液体燃料的成分中，由于不含有硫磺成分并且SOx完全不排放，因此，可以作为能够降低对大气污染的影响的低公害燃料使用。
进而，使用本发明的低公害燃料时，可以不对现有的汽油发动机进行特别装置、改造、更换部件来使用，也可以将本发明的低公害燃料与现有汽油混合使用。
以上用上述实施例说明了本发明的实施方案，但是本发明并不限于这些实施例，在不脱离本发明主旨的范围内的变化和追加，即，在没有大幅度改变本发明内燃机用燃料特性的范围内添加其他原燃料和添加剂(含有金属等)等是任意的，不用说这些内燃机用燃料也包含在本发明中。
附图的简单说明
图1是表示本发明实施例中内燃机用液体燃料的制造方法的流程图。
图2是表示液体燃料中醇和石油成分的比例与尾气中污染气体浓度的关系的曲线。

Claims (7)

1.一种低公害液体燃料，其特征在于：包含碳原子数2～11的至少两种脂肪族一元醇10～50体积％、至少一种饱和或者不饱和的烃40～60体积％、至少一种具有两个碳原子数6以下的链状烃基的醚10～30体积％。
2.权利要求1记载的低公害液体燃料，其中上述醇的体积％为上述饱和或不饱和烃的体积％的二分之一以上。
3.权利要求1或2记载的低公害液体燃料，其中上述脂肪族一元醇的至少一种是非直链系醇。
4.权利要求3记载的低公害液体燃料，其中上述非直链系醇是异丙醇或者异丁醇。
5.权利要求1～4的任意一项记载的低公害液体燃料，其中上述醚是甲基叔丁基醚(M.T.B.E)或者叔戊基甲基醚(TAME)或者二丁基醚的至少一种以上。
6.权利要求1～5的任意一项记载的低公害液体燃料，其中上述饱和或者不饱和烃是芳香族烃的含有率为2％以下的轻质石脑油或者汽油。
7.一种低公害液体燃料的制造方法，其特征在于：将碳原子数2～11的至少两种脂肪族一元醇10～50体积％、至少一种饱和或者不饱和的烃40～60体积％、至少一种具有两个碳原子数6以下的链状烃基的醚10～30体积％的各种原燃料按照其极性接近的顺序进行混合。
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