CN1900236A - 一种烃醇燃料生产技术及配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种烃醇燃料生产技术及制配方法，众所周知，能源问题是当今社会发展所面临的突出问题，是关系到人类社会生存与发展重要问题，不可再生能源石油、煤、天然气，储量有限，人们都在集中精力研制生物能源，本发明的目的是提供一种新型可持续发展的生物能源——烃醇燃料，其主要原料是采用红薯、淀粉、细米糖或麦麸、变性添加剂、高锰酸钾、改性剂、烃醇A、B、E菌种混合构成，其工艺是将红薯干粉、配醪→糊化→灭菌→烃醇A、B菌试管培养→经瓶培养与种罐培养→醪液进入预处理器处理→醪塔→总溶剂合成→蒸馏塔、蒸馏再将烃醇B、烃醇A、烃醇E混合，再加入变性剂改性剂后合成。该产品属于生物能源，具有明显的社会经济与环保效益，并具有广阔的应用前景。

Description

一种烃醇燃料生产技术及配制方法

技术领域：

本发明属于新型的生物能源，具体涉及一种烃醇燃料生产技术及配制方法。

背景技术：

众所周知，能源问题是当今社会发展所面临的一大突出问题。在自然界，人们可利用的能源很多，总体上可分为两大类，即一次性能源(如石油、煤炭、天燃气等)和再生能源(如太阳能、生物能、风能、水能等)，在这些能源中，人类目前消耗量最大的要属一次性能源，但一次性能源的储量是有限的，也是不可再生的，并且已呈逐渐枯竭之势。20世纪石油作为最主要的能源及化学原料，为人类社会的发展做出了巨大的贡献。但是，随着石油可开采量的减少，能源问题已经威胁到世界经济的发展。第一次石油危机(1973年至1974年)触发了第二次世界大战之后最严重的全球经济危机，在这次危机中，美国的工业产下降了14％，所有工业化国家的生产力增长都明显放慢。。第二次石油危机(1979年至1980年)成为70年代未西方全面经济衰退的一个主要原因。根据联合国能源组织评估，地球的石油储量再有五十年左右将基本耗尽，为了解决这一总是实现全球经济的可继续稳定的发展，从20世纪70年代中期开始，利用生物技术和可再生资源(生物资源)进行工业化生产，并以此作为石油的替代物已成为各国科学工作者研究的热门课题。本发明人从20世纪90年代未期开始对烃醇燃料生产技术及配制方法的研究、探索，现已使之处于国内领先的烃醇燃料生产技术，将会使得燃料乙醇失去往日的风骚，它具有的环保、节能效果将被淘汰乙醇汽油一类产品。

发明内容：

本发明的目的是根据上述存在在而提供一种新型的，可持续发展的生物能源——烃醇燃料生产技术及配制方法。

烃醇燃料是一种即含烃类又含醇类的液体，是由植物(薯类淀粉为主要原料)应用科学处理方法，加以改性合成的液体燃料，这种燃料能直接与汽油或柴油混合使用，在不改动发动机的基础上可与汽油、柴油进行等比例混合燃烧。根据湖南省汽车、摩托车(整车)产品质量监督检测中心检验报告证明，烃醇燃料与汽油1∶1混合燃烧，且不会降低发动机的功率，而且尾气排气出的CO平均减少72％以上，HC平均减少47％以上，同时清洁汽车引擎，延长发动机的使用寿命。该产品资源丰富可永续发展，并且能减少汽油、柴油消耗量的40％～50％，国内外目前属于空白，它能迅速与汽油、柴油混合使用、动力强，积碳少、污染少、材料广、成本低，技术领先等特点。

本发明的烃醇燃料生产技术及配制方法是这样实现的，它是由薯类淀粉、配醪、水混合糊化→灭茵→烃醇AB菌试管培养→培养瓶培养→种母罐培养→种母醪→罐化酵→发酵醪→醪液预处理器处理→醪塔→总溶剂→蒸馏塔→烃醇B、烃醇A、烃醇E、混合→改性剂、合成。其主要原料由红薯干粉、细米糠或麦麸、变性添加剂、高锰酸钾改性剂、烃醇ABE菌种构成。

其配制方法如下：

薯类淀粉 90％     细米糖或麦麸 8％    变性添加剂 1％

高锰酸钾 0.02％   改性剂 1％          烃醇ABE菌种 0.02％

工艺：

将上述烃醇燃料原料按百分比分批掺配行成工艺：

本发明的烃醇燃料生产技术及配制方法，它主要是节能型、环保型、农副产品深加工集于一体的新型生物能产品并可持续发展。在传统工艺基础上，通过发酵菌种的筛选、工艺条件的优化，降底了单位能耗，从薯类作物中生产出可部分替代汽油、柴油的烃醇燃料。该产品通过添加自行研制的改性剂，可与汽油1∶1比例混合，大大高于乙醇汽油比例标准。烃醇燃料与汽油的理性指标相近，燃烧效率比汽油高，经台架试验检测，排放尾气中有害物质含量比汽油低。本发明的烃醇燃料总体效果达到国内领先水平，具有明显的社会经济与环保效益，并有着广阔的应用前景。

烃醇燃料是既含烃类又含醇类的混合物，报告中以烃醇燃料B为例，常温常压下，烃醇燃料中的C₅、C₆是液态，它的密度仅次于汽油、煤油和柴油，而其中醇类比一元醇中的甲醇、乙醇含碳量略多，是甲醇、乙醇相对而言的高碳醇，其理化性质如下：

烃醇燃料B是无色液体，有酒的气味，溶于水，能与乙醇和乙醚混溶，蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限3.7～10.2％。

(1)物理性质

                                    产品物理性质

性质	熔点/℃	沸点/℃	密度/(g/cm3)	折射率n20℃D	闪点/℃	黏度/20℃(mPa/s)
							烃醇燃料	-90.2	117.7	0.8.19	1.3834	17.26	1.92

性质	汽化热(kJ/g)	比热容(J/(g.k))	熔化热(kJ/g)	燃烧值(kJ/g)
					烃醇燃料	591.2	2.02	125	36

性质	临界温度	临界压力kPa	蒸汽压kPa	电阻率Ω.cm	电偶极距c.m
						烃醇燃料	287	4890	0.628(20℃)	9.12*10-9	1.66*10-18

性质	介电常数/(F/M)	30℃烃醇在水中溶解度(质量分数)％	30℃水在烃醇中溶解度(质量分数)％
				烃醇燃料	17.7(18℃)	7.08	20.62

(2)化学性质

烃醇燃料B分子式中含有羟基，在发生反应时，表现出饱和一元醇的化学性质。主要的化学反应有三类：一类是O-H断裂，羟基中的氢原子被取代；另一类是C-OH断裂，而被其它基团取代；第三类是由于羟基和烃基相互影响促使烃基。碳原子上的氢活化，因而反应性增强，产生种种化学反应：

①催化脱氢反应：

②氧化脱氢反应：

③脱水反应：

④酯化反应：

⑤卤代反应：

⑥金属钠、镁、铝的取代反应：

⑦胺化、硝化及其他反应。

                   烃醇和汽油的物理化学性质

序号	性质	烃醇	汽油
				1.	平均分子量	66.5	约100
2.	C	73.3	84.9
				3.	密度(20℃)/(kg/L)	0.8019	0.73
4.	沸点/℃	95.28	27～225
				5.	汽化热/(kJ/kg)	591	293～841
6.	燃烧热/(kJ/kg)	36100	43030
				7.	蒸汽压(38℃)/mmHg	628	362～775
8.	表面张力(10℃)/N.mm-1	24.57	22.38
				9.	黏度(20℃)/mm2.s	2.95	2.8～5.9
10.	硫含量/(m/m)	≯0.05	≯0.08
				11.	诱导期/(min)	＞480	≮480
12.	铜片腐蚀/(50℃.3h)级	1a	≯1
				13.	水溶性酸和碱	无	无
14.	苯含量/(v/v)	2.1	≯2.5
				15.	芳烃含量/(v/v)	37	≯40
16.	烯烃含量/(v/v)	26	≯35
				17.	氧含量/(m/m)	2.1	≯2.7
18.	锰含量/(g/l)	0.016	≯1.018
				19.	铁含量/(g/l)	0.008	≯0.01

20	初馏点/(℃)	53	40～60
				21	终馏点/(℃)	169	不高于205
22	实际胶质/(mg/100ml)	5	≯5
				23	抗爆性：研究法辛烷值(RON)抗爆指数(RON+MON)/2	9488	≮93≮88
24	着火温度(℃)	340～420	350～470
				25	闪点/(℃)	35	-(38～45)
26	比热容(20℃定压)/kJ/(kg.c)-1	2.33	2.0～2.2

(3)燃烧性能

从烃醇和汽油的物理化学性质比较中我们可以知道烃醇燃料具有与汽油同类性质，更证明了烃醇B、A、E是有机可燃烧化合物，在报告中我们重点选择烃醇B，见表3，烃醇B汽化热591(kJ/kg)，汽油汽化热293～841(kJ/kg)，烃醇燃烧热36100(kJ/kg)，汽油燃烧热43030(kJ/kg)，其性质比其他液体燃料更适合于作为汽车燃料或按一定比例掺合作为汽车燃料。在台架试验与路况试验中，结论为烃醇混合燃油的外特性和负荷特性在额定功率下接近93^#汽油，在n＝2600r/min时的负荷时油耗略有偏高(见表4)，说明高速时已趋于汽油。

①、热效率

烃醇的化学组成较复杂，辛烷值高，并含有质量分数为50％左右的氧，因而烃醇完全燃烧研需的空气量比汽油少得多，燃烧产生的尾气带走损失的热量也就相应地较少，使发动机总主热效率得到提高。

②、等比例混合

烃醇的汽化热591(kJ/kg)、燃烧热36100(kJ/kg)，比其他液体燃料更接近于汽油，因此等比例混合使用不会出现其他液体燃料而引起汽车启动困难，汽车器外结冰，燃料消耗增高等问题。

③、排放气

烃醇燃料其空气过剩率比汽油大，富氧燃烧充分，且烃醇较之汽油碳含量低，故排放气中有害物质比汽油低。

④、蒸气压

烃醇蒸汽压(38℃)/mmHg628，与汽油蒸汽压(38℃)/mmHg362-775相近，有时甚至略高于汽油，故不会出现因蒸汽压低，而其挥发性差，雾化不良，易沉积在进气管壁上形成油膜，加剧活塞与钢壁的磨损或腐蚀的不利工况。

(4)相溶性能

其化学性质告诉我们，烃醇中不仅含有极性基因羟基——OH，而且含有非极性基团——CH₂CH(CH₃)₂，根据有机溶液的相似相溶原理，非极性基因溶于汽油，所以，烃醇和汽油在使用环境温度范围内可以任意比例互混合，不会产生发生富烃层和富醇层，即使有微量的水分存在，也不会很快出现分层，这种互溶作用原理是有极性和非极性有机基团的表面性剂的作用。

(5)安全性

①、烃醇燃料的着火爆炸安全性

烃醇的蒸汽密度与汽油的蒸汽密度相近，在空气中，沿着地面流动分散，极易遇到明火爆炸，烃醇燃料发生火灾后造成的损失程度要小于汽油燃料。

②、烃醇燃料的毒性

烃醇是有一定毒性的化学品，蒸汽有破碎性，空气中最多容许浓度100PPM，与汽油毒性相近，都属于中等毒性物质，无明显毒性增加作用和毒性协同作用。通过吞服、呼吸系统及皮肤的长时间渗透影响人体健康，造成神经损失及代谢性酸中毒。

烃醇作为燃料使用时，向周围环境排放主要来源于充足储存，运输和添加过程中。运输事故，储存渗漏，添加溅洒及蒸发是造成烃醇排放的主要途径，一旦泄露到环境中就会影响周围的生态环境。而汽油难溶于水，不易扩散在自然环境中难于降解，发生累积污染，烃醇燃料则不会。

③、烃醇燃料的尾气排放

随着国民经济的发展，我国的汽车保有量每年以百分之二十多的速度增长，作为汽车的主要燃料，燃油的消耗量也随之迅速增长，全国年耗油量已超过一亿二仟万吨。巨大的燃油消耗不仅对日益枯竭的石油能源造成巨大压力，同时大量燃烧不当所排放出的浮炭、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NO_x)等成为大中城市主要污染物来源。

三年多的实践如报告，经湖南省汽车·摩托车(整车)产品质量监督检测中心检验报告检测证明：

烃醇混合燃料和93^#汽油在双怠速工况下的排气污染物试验。

    低怠速实验    n＝550r/min±20r/min

    高怠速实验    n＝2000r/min

发动机怠速试验排放测定的结果表明：烃醇燃料与汽油为燃料的HC排放降低47％；CO降低72％以上，NO_x排放基本不变，从排放中HC、CO看，烧烃醇汽油对减少环境污染有利。

(6)运行特性

                              汽油机外特性(93^#燃油)

                   (大气温度26℃、大气压力101kPa、相对湿度57.9％)

序号	转速r/min	扭矩Nm	功率kw	耗油量kg/h	油耗率g/kwh	机油温度℃	出水温度℃	备注
									1	3822	150.5	60.2	18.83	313	76.8	65.9
2	3602	155.8	58.8	18.12	308	86.7	72.4
									3	3407	161.1	57.5	17.19	299	90	71.3
4	3205	165.4	55.5	16.354	298	91.8	73.8
									5	3023	166.9	52.8	16.01	303	92.5	76.2
6	2801	168.	49.5	14.50	293	92.3	76.9
									7	2596	171.1	46.5	14.60	314	88.8	73.1
8	2399	171.5	43.0	13.07	304	86.2	71.0
									9	2205	170.8	39.4	11.61	295	84.4	70.1

                        汽油机负荷特性n＝2600r/min(93^#燃油)

                  (大气温度26℃、大气压力101kPa、相对湿度57.9％)

序号	转速r/min	扭矩Nm	功率kw	耗油量kg/h	油耗率g/kwh	机油温度℃	出水温度℃	备注
									1	2582	50.1	13.5	5.29	392	79.4	71.7
2	2617	70.1	19.2	6.36	331	78.5	78.2
									3	2612	90.0	24.6	7.36	299	79.4	83.9
4	2602	110.0	30.0	8.30	277	80.6	87.7
									5	2594	130.0	35.3	9.39	266	82.0	90.7
6	2609	146.2	38.6	10.06	261	84.6	79.0
									7	2612	172.1	47.1	14.54	309	80.9	62.4

                         汽油机外特性(烃醇混合燃油)

                (大气温度26℃、大气压力101kPa、相对湿度57.9％)

序号	转速r/min	扭矩Nm	功率kw	耗油量kg/h	油耗率g/kwh	机油温度℃	出水温度℃	备注
									1	3383	147.7	58.7	19.84	353	80.3	60
2	3605	152.9	56.9	19.09	327	96.0	62.7
									3	3400	159.2	55.6	18.46	315	87.6	64.5
4	3213	162.5	53.6	17.33	300	89.0	67.4
									5	3026	165.8	51.9	16.95	318	89.7	69.9
6	2796	167.7	49.1	15.44	315	89.5	72.1
									7	2601	170.8	46.5	15.24	328	88.8	72.4
8	2397	170.7	42.8	13.98	327	85.4	70.8
									9	2191	170.1	39.0	12.75	327	83.8	69.9

                          汽油机负荷特性n＝2600r/min(烃醇混合燃油)

                       (大气温度26℃、大气压力101kPa、相对湿度57.9％)

序号	转速r/min	扭矩Nm	功率kw	耗油量kg/h	油耗率g/kwh	机油温度℃	出水温度℃	备注
									1	2612	50.2	13.8	7.39	417	71.6	77.3
2	2600	70.1	19.1	9.06	352	75.6	82.8
									3	2607	90.2	24.6	9.38	325	77.6	83.4
4	2598	110.1	30.0	10.05	297	79.7	84.4
									5	2631	128.1	35.3	11.07	274	82.9	81.3
6	2604	150.0	40.9	12.13	271	83.4	80.8
									7	2611	167.4	45.8	13.70	299	86.2	84.6

①、启动特性

试验表明，烃醇燃料在以1∶1与汽油配比时，发动机启动如同汽油启动，非常容易。由于烃醇完全燃烧所需空气量远比汽油少，加之挥发性略强于汽油，因此冬季启动优于汽油。

②、输出功率

由表可知，烃醇燃料与汽油1∶1掺合使用的输出功率稍高于纯汽油，而扭矩接近。这充分说明，烃醇汽油混合燃料确定能提高热功率。

③、燃烧消耗

排除可复因素，在完全相同的条件下测定实际燃料消耗率，高速时油耗略高5％，低速时略高15％。

(7)经济性

①烃醇燃料的制造成本

烃醇燃料的生产工艺成熟，其总生产成本主要取决于其所采用的工艺路线、原料价格及生产规模。经核算，目前烃醇燃料的单位生产成本为5624元。

                      烃醇燃料单位生产成本核算表

序号	项目	单位	单价(元)	消耗定额	单位成本(元)
						1	一、原材料				3200
2	干红薯粉	吨	800	4	3200
						3	二、辅助材料				20
4	米糠、麦麸等	批	20	1	20

5	三、燃料动力				1546
						6	煤	吨	450	2.8	1260
7	电	千瓦时	0.39	426	166
						8	水	吨	1	120	120
9	四、工资及福利费	元			13
						10	五、制造费用	元			845
11	六、生产成本	元			5624

②燃料消耗及节油性

怠速实验(见表8、9及表6、7)及长沙泰诚科技发展有限公司、湖南恒星电力工程有限公司等用户使用情况表明，发动机高速运转时，烃醇燃料比汽油多耗5％，低速运行时多耗15％，而当烃醇燃料以1∶1与汽油混合时，则分别节油45％、35％。

(8)烃醇燃料的实用性

①国际与国内应用物理和化学的方法或专门设计双油路系统来解决醇类燃料与汽油的分层问题，尽管可行，毕竟会有诸多的不便，烃燃料具备非极性基团-CH₂CH(CH₃)₂相溶性好，存放达三年之余的烃醇燃料既无分层又无沉淀现象，方便了使用。

②在低温下，发动机燃料系统中的水分结冰往往会引起故障。在汽油发动机中，低温时汽化器内吸入空气中的水分，因汽油的汽化所伴随的制冷效应而冷凝结冰。从而堵塞，通常：导致发动机停车，烃醇燃料也是一种表面活性剂可以形成金属表面的吸附膜，阻止水滴的结晶附着在金属表面。

(9)烃醇燃料的抗腐蚀与抗磨损性

醇分子和酚分子中氧原子被硫原子取代后而成的含硫化合物，分别称为硫醇和硫酚，其结构式分别是RSH和

它们均含官能团-SH称为巯。具有较弱的酸性，它们能与金属容器及汽油中的四乙基铅起化学作用，腐蚀容器壁面和使汽油的感铅性下降，从而使汽油质量降低。表现在硫醇比醇更容易氧化。硫醇在石油炼制中能裂解成腐蚀很强的硫化氢，生成安定性差的烯烃；硫醇对汽油生成胶质有很大的促进作用。我国车用汽油的国家标准中，规定硫含量不大于0.15％(质)。基于它的危害性增加，明显的体现在四个方面：①堵塞供油系统；②加速结胶、积炭造成气缸的漏气；③积炭造成热面点火，增加爆震倾向；④积炭造成磨损增加。

烃醇燃料中不具有硫原子更不会产生含硫化合物。在与汽油等比例混合后，即使汽油有微量硫醇存在至少还可降低50％，不仅减轻其腐蚀程度，还可消除结胶、各炭因素，避免造成所缸漏气，减轻爆震和磨损。

(10)烃醇燃料的雾化性

烃醇燃料的润滑性差，在柴油机中燃用时，易使供油系统三对偶件磨损，在烃醇燃料中添加1％的改性剂1^#，改变了烃醇燃料的粘度和表面张力，促使其更好地破碎，有利于改善雾化。

(11)烃醇燃料的蒸发性

烃醇燃料由液态转化为气态，为烃醇燃料的蒸发性，和汽油一样蒸发性能否良好，直接影响汽油机中的燃烧是否正常，影响发动机和经济性能，因而烃醇燃料的蒸发性能十分重要。烃醇燃料的蒸发性能的恰到好处是：不会在未达到汽化器前在供油管路中蒸发，形成气栓，而使混合燃料不能顺利进入汽化器。也不会中断供油，使发动机熄火，出现的气阻现象。更不会因有较多的悬浮状汽油液滴，混合气组分不均匀，燃烧不完全，发动机工作不稳定，液滴进入气缸后会破坏气缸壁上的油膜流入润滑油箱则会稀释润滑油，而导致发动机功率下降，磨损加剧，燃料耗量增大，甚至缩短发动机使用寿命。

技术成熟程度

(1)本烃醇燃料属于环保产品，是通过农产品的科学配比发酵，配添加剂合成的一种液体燃料，工艺可靠，产品质量稳定，符合预定技术标准。

(2)本烃醇燃料具备非极性基团-CH₂CH(CH₃)₂，相溶性好，长期存放无分层无沉淀现象，不影响使用。

(3)在额定功率下，本烃醇混合汽油B50的外特性和负荷性接近93^#汽油，符合GB17930-1999《车用无铅汽油》标准。

(4)经试验与用户使用，它与汽油、柴油按1∶1的比例混合燃烧，不仅不会降低发动机的动力，而且尾气排放可达到欧III标准。与汽油比较，用其与汽油混合的车用B50烃醇汽油使用时HC排放低47％以上，CO排放降低82％以上，NOx排放基本不变。

总体性能指标及与同内外同类先进技术的比较

(1)总体性能指标

经湖南省产品质量监督检验所依据GB17930-1999《车用无铅汽油》标准对车用B50烃醇汽油进行全项检测，认定各项技术指标符合标准要求。

                 车用B50烃醇汽油指标检测情况

序号	性质	单位	检测结果	标准要求
					1	抗爆性：研究法辛烷值(RON)抗暴指数(RON+MON)/2	//	9488	不小于93不小于88
2	铅含量	g/L	0.004	不大于0.005
					3	馏程：10％蒸发温度50％蒸发温度90％蒸发温度终馏点残留点	℃℃℃℃％(v/v)	5394122691	不高于70不高于120不高于190不高于205不大于2
4	蒸汽压	kPa	55	不大于74
					5	实际胶质	Mg/100ml	5	不大于5
6	诱导期	min	＞480	不小于480
					7	硫含量	％(m/m)	0.05	不大于0.08
8	硫醇：博士试验	/	通过	通过

9.	铜片腐蚀(50℃，3h)	级	1a	不大于1
					10.	水溶性酸和碱	/	无	无
11.	机械杂质及水分	/	无	无
					12.	苯含量	％(v/v)	2.1	不大于2.5
13.	芳烃含量	％(v/v)	37	不大于40
					14.	烯烃含量	％(v/v)	26	不大于35
15.	氧含量	％(m/m)	2.1	不大于2.7
					16.	锰含量	g/L	0.016	不大于1.018
17.	铁含量	g/L	0.008	不大于0.01
					18.	甲醇含量	％(m/m)	0.04	不大于0.1

(2)技术比较

目前，世界上很多国家都在展开大规模的对石油代替品的研究，其中的研究热点是氢气燃料、乙醇汽油。

氢气燃料目前仍处于研发阶段。其技术关键点储氢设备的研制还没有突破，只在德国等少数几个发达国家试用，迄今为止世界上最大的氢气燃料加油站在德国首都柏林运营，专用的加油塔每天只能为

100辆汽车提供加油服务。

乙醇汽油已成为近年来大家研究的热点，在很多国家已经进入工业化阶段。

Claims (2)

1、一种烃醇燃料生产技术及配制方法，其特征是该产品是由薯类淀粉、细米糠或麦麸、变性添加剂、高锰酸钾、改性剂、烃醇AB菌种混合制成，其工艺是将薯类淀粉、配醪→糊化→灭菌→烃醇AB菌试管培养→培养瓶培养→种母罐培养→种母醪→罐化酵→发酵醪→醪液预处理器处理→醪塔→总溶剂→蒸馏塔→再将烃醇B、烃醇A、烃醇E→混合→变性剂、改性剂后合成。

2、根据权利要求所述的烃醇燃料生产技术及配制方法，其特征是该产品按重量配比配制如下：薯类淀粉90％、细米糖或麦麸8％、变性添加剂1％、高锰酸钾0.02％、改性剂1％、烃醇ABE菌种0.02％。