TWI282816B - Method for reducing particulate emission during combustion of a hydrocarbon fuel, method for forming a fuel in water emulsion, and liquid fuel composition - Google Patents

Description

1282816 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於改良的燃料，其粒狀物質排放性質降低 。更特別地，本發明針對烴於水中的乳化液形式燃料。 【先前技術】 烴於水中之乳化液具有許多用途，如：用於內燃機和 作爲加熱的燃料。事實上，各種硏究指出··烴於水中之乳 化液之燃燒具有與烴燃燒有關之氮氧化物排放減少的優點 。咸信乳化液藉由降低其燃燒期間內的火燄最高溫度而減 少氧化氮（N0X)排放。但火燄溫度較低通常會增加粒狀物 質（Pm)排放。此現象被稱爲Pm-N〇x交換，咸信此會限制 改善情況並使得柴油排放。 近年來發展出更爲嚴格的排放條例，包括粒狀物質排 放。因此，本發明的目的是要發展出一種更有效控制粒狀 物質排放且不會對目前達成的降低乳化燃料之氧化氮排放 量造成負面衝擊的方法。 以柴油燃料引擎爲例，減少粒狀物質排放特別重要。 因此，本發明的另一目的是要提出一種改良的柴油燃料， 其粒狀物質排放性質降低。 【發明內容】 根據本發明，使用烴和水之乳化液達到減少粒狀物質 排放的目的’其中，烴是F i s c h e r - T r 〇 p s c h (F T)衍生的烴 (2) (2)1282816 燃料或FT燃料和習用烴燃料之混合物，且此乳化液中， 烴主要部分的顆粒尺寸爲1微米或以下。此乳化液以烴於 水中之乳化液爲佳。 本發明之特別佳的實施方式中，烴是FT衍生之於柴 油燃料範圍內沸騰的烴。 由下面關於本發明的詳細描述會瞭解這些和其他實施 方式。 詳細說明 本發明之乳化液含有烴，此烴是一種Fischer-Tropsch 衍生的烴燃料或FT燃料與習用烴燃料之混合物。此烴以 FT衍生的烴燃料爲佳。 如此技術習知者，Fischer-Tropsch法包含：適當觸媒 存在時，氫和含有一氧化碳的進料之反應，其得到大部分 爲正烷烴的合成粗產物。此方法述於，如，美國專利案第 5,34S，982和4，M5,674號，適當觸媒述於美國專利案第 4，568，663號，茲將其中所述者列入參考。 可以藉標準蒸餾技巧自粗產物分離Fischer-Tropsch 法中製得的烴燃料。但是，此外，可藉已知技巧（如：氫 化處理、加氫異構化反應和氫化裂解），將粗產物的蠟質 組份轉化成燃料。一個這樣的方法的例子可見於美國專利 案第5,3 7 8,3 4 8號，茲將其中所述者列入參考。 本發明之實施方式中，F i s c h e r - T r 〇 p s c h衍生的烴燃料 可能包含來自Fischer-Tropsch法的直接液態產物（C5 + )、 (3) 1282816 轉化的Fischer-Tropsch產物或前述者之摻合物。因此， 以在約25°C至約450°C範圍內沸騰的Fischer-Tropsch產 物爲佳。這樣的燃料包括美國專利案第5,8 07,4 1 3號所揭 示者，茲將其中所述者列入參考。亦包括習知Fischer-Tropsch 產物 ，如 ：在約 140°C 至約 370°C 範圍內 （以在約 160°C至約3 5 0°C範圍內爲佳）沸騰的Fischer-Tropsch產物 本發明之乳化液的水可以是典型用以形成燃料乳化液 的水（如：自來水、蒸餾或去離子水）。一個實施例中，來 自Fischer-Tropsch法的水構成乳化液的連續相。Fischer-Tropsch 法水中 的含氧 物量基 本上約 $ 2 重量 ％ 。典型 組成 示於下面的附表1 : 附表1 _含氧物_ 0.0 5 - 2 重量 ％ 0-50wppm 0-50wppm 0-500wppm

Ci-C12 m C2-C6 酸 C2-C6酮、醛、醋酸酯 其他 形成乳化液所用水量變化範圍大。例如，Fischer. Tropsch烴燃料與水的體積比可由約95 : 5至約60 : 40。 本發明之乳化液亦包括非離子界面活性劑或非離子界 面活性劑混合物。適用的非離子界面活性劑類型包括乙氧 - 8 - (6) 1282816 【實施方式】 實例 比較例1 3 〇 〇 〇克非離子界面活性劑（具1 0莫耳伸乙化氧基的 乙氧化的壬基酚）加至97〇0克水中，並餵入通過附圖中所 示的混合器1至4。包含9〇 + %C6至C16直鏈烷烴的 Fischei-Tropsch柴油燃料（沸點約40°C至3〇〇°C)亦與水和 界面活性劑鶴入通過四個混合器。燃料與水的體積比是 7〇: 30。烴流率是265〇毫升/分鐘，水界面活性劑溶液 流率是1380毫升/分鐘。溫度是24 °C。混合器4的產物 不是烴於水中之乳化液。 實例1 與比較例1相同的成份和量鶴入通過附圖中所示的混 合器1至6。流率和溫度與比較例1相同。此處，混合器 6的產物是烴於水中之乳化液，其密度是0.82克/ cc，20 t黏度是150平方毫米/秒。烴顆粒平均爲〇.7微米， 9 5 %尺寸低於1微米。此乳化液可儲存超過6個月仍維持 安定。 實例2 使用Catapillar 1 Y 54〇單一圓筒強力硏究用引擎，以 實例1中之乳化的Fischer-Tropsch燃料行爲與相同但非 經乳化的Fischer-Tropsch柴油燃料及瑞典一級柴油燃料 -11 - (7) 1282816 作比較。於兩種條件測定，低載量^5^“^，6〇Nn扭矩 ，3.0 巴 BMEP)和中載量（l5〇〇rpm，11〇Nm 扭矩，5 5 巴 BMEP) 〇 已經知道瑞典一級柴油燃料（亦稱爲Urban Diesel ECI) 是標準低排放參考柴油燃料，其製造的排放物量比習用柴 油燃料製得者低約10%至2〇%Ν〇χ和低約4〇%至50%粒狀 物質（Pm)。瑞典一級柴油燃料的特徵示於附表3。 附表3

正十六烷 >5Q 霧點 夏季 ot： 冬季 -1 6。(3 密度，公斤/立方米 800_820 IBP，。。 180 T 9 5，°C 不超過2 8 5 40 °C黏度，平方毫米/秒 1.2至4.0 硫，p p m 不超過1 〇 芳族物，體積％ 不超過5 聚芳族物 無法測得 未經乳化的Fischer-Tropsch燃料（FTF)展現極佳的排 放性（請參考美國專利案第5,8 07,4 1 3號）’相較於習用柴 -12- (8) 1282816 油燃料，Ν Ο x減少1 Ο - 2 5 %，p m降低4 Ο · 6 Ο %。附圖2和3 餘頁不於低度和中度載量時，Fischer-Tr〇psch燃料和本發明 之乳化液（貫例1)相對於瑞典一級柴油燃料的相對排放行 爲。 如附圖2所示者，FTF具有與瑞典一級柴油燃料類似 的行爲，本發明之燃料乳化液的NOx排放比瑞典一級柴 油燃料低22%，Pm則是低53%。 附圖3中，本發明之燃料乳劑的pm降低幅度（91.5 %) 大於瑞典一級柴油燃料。 附圖4和5中，燃料的pm/NOx結果相對於燃燒最適 時間變化作圖。可以看出FTF和瑞典一級柴油燃料都會 阻礙降低Ν Ο X排放的時機。 【圖式簡單說明】 附圖1是用以製備根據本發明之乳化液的多個靜態混 合機的配置圖。 附圖2和3以圖示比較調整時間點時，本發明之乳化 液和兩種非乳化燃料於柴油引擎中之行爲。 附圖4和5以圖示比較調整時間點時，附圖2和3的 燃料行爲。 主要元件對照表 1 混合器 2 混合器 -13- 1282816 Ο) 3 混合器 4 混合器 5 混合器 6 混合器 7 管線 8 管線 9 管線

Claims (1)

1. (1) 1282816 拾 (V申請專利範圍

   附件4A _· 第92 103004號專利申請案 中文申請專利範圍替換本 民國95年7月12日修正 1 · 一種減少烴燃料燃燒期間內之粒狀物質排放的方 法，包含燃燒烴燃料和水之體積比在95 : 5至60 : 40範 圍內的乳化液，其中該燃料是Fischer-Tropsch(FT)衍生的 烴、FT衍生的燃料或FT燃料和習用燃料之混合物，且在 該乳化液中，烴主要部分的顆粒尺寸是1微米或以下。 2 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中乳化液是烴 於水中之乳化液。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中超過5 0%烴 顆粒的尺寸在0.1至1.0微米範圍內。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中超過80%烴 顆粒尺寸在0.1至1.0微米範圍內。 5·如申請專利範圍第4項之方法，其中 Fischer-Tropsch衍生的烴於柴油燃料範圍內沸騰。 6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中乳化液之黏 度在50至200平方毫米/秒範圍內。 7. 一種用於形成燃料在水中之乳化液的方法，該乳 化液相較於瑞典一級柴油燃料（Swedish Class I Diesel ) ，在燃燒時具有較少的粒狀物質散逸，該方法包含使 F i s c h e r - T r 〇 p s c h衍生之於柴油燃料範圍沸騰的烴和水 （ 1282816 (2) 烴：水的體積比爲95 : 5至40 : 60)，與其量是以烴和 水重量計〇·〇5至5.0重量％之HLB5至30的非離子界面 活性劑或其混合物，於足以製造液態乳化液的切變條件下 切變，其中烴的主要部分顆粒尺寸爲1微米或以下。 8 · —種液態燃料組成物，其包含FT衍生的燃料於水 \ 中之乳化液，其中乳化液中的95 %顆粒具有1微米或以下 的顆粒尺寸，且該乳化液的20°C黏度高於50平方毫米/ 秒。 ⑩· 9 ·如申請專利範圍第8項之組成物，其中超過5 0% 燃料顆粒的顆粒尺寸在0.1至1.0微米範圍內。 10·如申請專利範第9項之組成物，其中 Fischer-Tropsch衍生的燃料於柴油燃料範圍內沸騰。

   -2-