TWI592478B - 用於製造及輸送燃料組成物的方法 - Google Patents

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TWI592478B
TWI592478B TW102118435A TW102118435A TWI592478B TW I592478 B TWI592478 B TW I592478B TW 102118435 A TW102118435 A TW 102118435A TW 102118435 A TW102118435 A TW 102118435A TW I592478 B TWI592478 B TW I592478B
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Description

用於製造及輸送燃料組成物的方法 發明領域
本發明係有關於用於製造一燃料組成物及用於輸送燃料組成物至其等之使用位置的方法。本發明亦係有關於用於產生用於壓縮點火引擎之煙薰劑、或煙薰劑蒸氣的方法。
發明背景
對於習知化石燃料之燃料替代物的追求主要係受對於“乾淨”的排出物燃料以及低製造成本與廣泛可利用性之需求的驅使。已很嚴重地關切燃料排出物對於環境的衝擊。有關於替代性燃料的研究係集中於可減少藉燃料燃燒而產生的微粒物及氧化物的數量之燃料以及可減少不燃性燃料及CO2排出物與其它燃燒產物的燃料。
尚未廣泛使用可完全或部份取代傳統燃料的燃料替代物。
使用一可再生之取代燃料完全取代傳統燃料且特別是用於壓縮點火引擎的燃料(柴油)之一主要缺點係有關於與此等燃料之低鯨蠟烷指數有關的已理解的難題。此 等燃料的難題為不能以有效操作該引擎所需的方式進行點火。
本發明的申請者已研發可用於壓縮點火(柴油)引擎且具有改良的排出物輪廓及不會對燃料效率及/或引擎效能產生重大不利影響的新燃料組成物。該燃料組成物為兩部份之燃料組成物，其中之一主要部份係主要含甲醇及水，該主要部份係導入該引擎的燃燒室內；及一含一點火增強劑(諸如二甲醚)之煙薰劑，其係在在該主要燃料之壓縮及導入前，在進氣氣流內煙薰。
該等兩燃料部份(亦即該含甲醇及水的主要燃料)、以及該含二甲醚的煙薰劑)可經由液體管線自製造點送至使用點，諸如一使用壓縮點火引擎以產生動力的裝運終點站、火車終點站、或遠距社區。經由液體管線移動大型能源為一用於在最小可見的衝擊下移動大量能源經過長距離的長期且成本有效之技術。
雖然經由液體管線移除燃料的此等技術具有其等之優點，但是在常壓下，二甲醚並不能呈液體形式在管線內經輸送，且可需要加壓才能使該二甲醚維持液體形式。本發明申請者已建議輸送該用於一煙薰劑所需的二甲醚作為一含甲醇及二甲醚的“預燃料組成物”之一組份，且可自該甲醇中分離該醚以產生一甲醇-水主要燃料部份、及一二甲醚第二燃料部份、或煙薰劑。
該申請者已認知燃料組成物、及/或該等系統/程序之進一步改良可以使其等用於商業上，且可提供以下之 另外優點：使其等甚至更適於作為傳統燃料的取代物。
發明概要
根據本發明，係提供用於產生一含甲醇及水與不超過20重量%二甲醚、以及一含二甲醚之煙薰劑的主要燃料組成物之方法，該方法包含：- 提供一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物，- 添加水至該預燃料組成物以導致或促成該二甲醚之至少一部份自該預燃料組成物中蒸發，- 收集自該預燃料組成物所蒸發的該二甲醚部份以作為煙薰劑，並- 使用該預燃料組成物之含甲醇及水的剩餘物以作為主要燃料組成物。
該方法可包含以下另外步驟：- 將經收集的呈蒸氣形式之二甲醚部份送入一壓縮點火引擎之進氣氣流內以作為一煙薰劑、及- 將該預燃料組成物之其餘物送入該壓縮點火引擎內以作為該用於壓縮點火引擎的主要燃料。
當使用本方式自一預燃料組成物產生該等兩燃料組成物時，可避免自該預燃料組成物驅離該二甲醚的過度熱施加、及後續成本。可避免涉及複雜地處理此電的、以煤氣發動的或引擎冷媒之熱施加技術。添加水(可選擇性添加溫水或熱水)至甲醇及二甲醚的組合可經由原有甲醇/二甲醚組成物之蒸發而具有取代該二甲醚的效應，該取代 效應的程度係根據一般的溫度條件及水的添加量而不同，巧妙地利用本現象及輸送兩產物(一主要燃料及一煙薰劑)以作為單一預燃料組成物，然後將其分成兩物料流的概念之組合可形成一能輸送一用於壓縮點火引擎之作為一組成物之燃料的頗具成本有效性且安全的方法。而且，於一高於環境溫度的溫度下，在該引擎操作及排氣處理中呈副產物形式產生的水可方便地用於本方法中。
以另一方式表示，可藉於一能提供充份的顯熱以得到所需數量之DME煙薰劑的溫度下使用水、以及含該主要燃料之靶水組成物而避免此“外部熱源”。
根據較佳實施例，在某些情況下，可不施加直接熱而進行添加水至該預燃料組成物以導致該二甲醚之至少一部份蒸發的步驟。或者，於一高於環境溫度的溫度下的水可足以驅離該必要量之二甲醚。這水溫可以是普遍條件特有的任何合適溫度。該水溫可以是，例如介於30與80℃之間。另外的溫度範圍係描述在下文內。例如得自電力、天然氣或引擎冷媒之外源性熱亦可作為該水添加技術之一增補物以導致或幫助二甲醚從該預燃料組成物中蒸發。在某些實施例中，不需要另外的外部熱源。
根據某些實施例，該方法包含以下步驟：- 自第一位置將該含甲醇及二甲醚的預燃料組成物輸送至遠離該第一位置之第二位置。
“遠距”意指該位置與第二位置分隔。該分開距離可以是，例如數公尺(諸如超過50公尺)、或數公里(諸如1 公里或更遠，諸如至少5公里或至少10公里)不等。
根據一實施例，該預燃料組成物係在一液體管線內經輸送。因此，該液體管線可以是數公尺長(諸如超過50公尺長)或數公里長(諸如1公里或更遠，諸如至少5公里或至少10公里長)。
可在使用前，調整該二甲醚蒸發後殘留之該含甲醇及水之預燃料組成物之剩餘物的組成物，或不需進一步調整其組成物即可使用。類似地，作為一煙薰劑之該經蒸發二甲醚不需調整其組成物即可作為該煙薰劑，或可調整該含二甲醚之煙薰劑的組成物使其除了該二甲醚外尚包含別的組份。可直接、呈蒸氣形式或其它形式，在該引擎內使用該作為一煙薰劑之經蒸發二甲醚。
該方法可進一步包含以下步驟：- 使用該含二甲醚之煙薰劑煙薰一壓縮點火引擎之進氣氣流；- 將該經煙薰進氣空氣導入該引擎之燃燒室內並壓縮該進氣空氣；- 將該主要燃料導入該燃燒室內；並- 點燃該主要燃料/空氣混合物藉以驅動該引擎。
根據另一方面，亦係提供使用一含甲醇及水與不超過20重量%二甲醚之主要燃料操作一壓縮點火引擎的方法，其包括：- 提供一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物；- 添加水至該預燃料組成物以導致或幫助該二甲醚之至少 一部份從該預燃料組成物中蒸發，- 收集從該預燃料組成物所蒸發的該二甲醚部份以作為煙薰劑；- 使用該含甲醇及水之預燃料組成物的剩餘物作為主要燃料組成物；- 將該經收集的呈蒸氣形式之二甲醚部份送入一壓縮點火引擎之該進氣氣流內以作為煙薰劑；- 將該經煙薰進氣空氣導入該引擎之一燃燒室內並壓縮該進氣空氣；- 將該主要燃料導入該燃燒室內；並- 點燃該主要燃料/空氣混合物以驅動該引擎。
根據另一方面，係提供用於供應燃料至一壓縮點火引擎的方法，該方法包含：- 供應一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物；- 添加水至該預燃料組成物以導致或幫助該二甲醚之至少一部份從該預燃料組成物中蒸發，- 供應從該預燃料組成物所蒸發之該二甲醚部份至該壓縮點火引擎之一空氣進氣以作為煙薰劑，- 供應該含甲醇及水之預燃料組成物的剩餘物至與該壓縮點火引擎之一燃燒室呈流體連接之第二槽內以作為一主要燃料組成物。
該方法可進一步包含以下步驟：- 使用從該第一槽內所供應之該含二甲醚的煙薰劑煙薰該壓縮點火引擎之一進氣氣流； - 將該經煙薰進氣空氣導入該引擎之一燃燒室內並壓縮該進氣空氣；- 將得自該第二槽之主要燃料導入該燃燒室內；並- 點燃該主要燃料/空氣混合物藉以驅動該引擎。
煙薰該進氣氣流的步驟可包含將呈蒸氣形式之該經收集二甲醚部份送入一壓縮點火引擎的該進氣氣流內。
得自燃料燃燒之廢氣可含有低雜質，因此使其適於後續加工。作為一實例，利用能源(其可包括再生能源，其包括太陽能)該CO2可再轉化成甲醇以直接減少溫室氣體CO2，或高純度CO2可用於有機生長，諸如用於多種目的用途(其包括甲醇製造)的藻類。
在某些實施例中，可回收在燃料燃燒期間所產生的水，其係為用於水缺乏之偏遠地區的一主要優點。在其它實例中，在該柴油引擎操作時所產生的熱可用於局部地區的加熱需求。某些實施例因此提供經由使用合適方式操作利用柴油引擎的水及/或熱輸出之該引擎而發電的系統。
根據另一方面，係提供使用一藉一含甲醇及水與不超過20重量%二甲醚之主要燃料組成物而供給燃料的壓縮點火引擎以發電的方法，該方法包含：- 提供一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物；- 添加水至該預燃料組成物以導致或幫助該二甲醚之至少一部份從該預燃料組成物中蒸發，- 收集從該預燃料組成物所蒸發的該二甲醚部份以作為煙 薰劑；- 使用該含甲醇及水之預燃料組成物的剩餘物作為主要燃料組成物；- 使用該主要燃料組成物操作一壓縮點火引擎以發電；- 使用該含二甲醚之煙薰劑煙薰該壓縮點火引擎之進口氣流；- 處理引擎廢氣以從該引擎內回收廢氣熱及/或水，且- 使該熱及/或水改變方向以用於另外用途。
100‧‧‧富含水之槽
101‧‧‧含甲醇及DME之混合物的槽
102‧‧‧用於自100將物質轉移至燃料混合器104的低壓泵
103‧‧‧用於自101將物質轉移至該燃料混合器104的低壓泵
104‧‧‧預燃料/水混合器及氣體/液體分離器
105‧‧‧高壓注射泵
106‧‧‧壓縮點火引擎
107‧‧‧可混合呈氣體或液體形式的煙薰劑之混合器
108‧‧‧富含DME之蒸氣壓縮機及冷凝器
109‧‧‧富含DME之貯存槽
110‧‧‧富含DME之泵
現在可參考附圖，以實例說明本發明之實施例，其中：
圖1為說明於4種不同溫度下，經由以漸增體積的方式添加水(以該預燃料組成物重量之重量%計)，在一5% DME：95%甲醇(重量比)預燃料組成物中，該DME組份自液相轉化成氣相的百分率之曲線圖。
圖2為說明於4種不同溫度下，經由以漸增體積的方式添加水(以該預燃料組成物重量之重量%計)，在一10% DME：90%甲醇(重量比)預燃料組成物中，該DME組份自液相轉化成氣相的百分率之曲線圖。
圖3為對照以℃表示之溫度下降(X軸)的該三元燃料組成物之%表示之經蒸發DME%的曲線圖。
圖4為說明使用本發明之一實施例之一預燃料組成物操作一壓縮點火引擎的方法之流程圖。
較佳實施例之詳細說明
文中描述的該等程序及方法係有關於從一預燃料組成物產生雙部份燃料，然後使用該等燃料以操作一壓縮點火(CI)引擎。
有關於一旦經製成之該雙部份燃料的用途之細節係揭示在該申請者之同在申請中的申請案PCT/AU2011/001530及PCT/AU2011/001531內，其等之全文在此併入本案內以作為特定參考資料。除了其它相關事項外，這些同在申請中之申請案描述該壓縮點火引擎的操作及控制方法、電力之產生、在該引擎之操作期間所產生之熱及水的回收及再使用。
基本理論
添加水至一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物可經由從該甲醇/二甲醚組成物蒸發該二甲醚而具有取代該二甲醚的效用，該效用之程度係根據普遍溫度條件而不同。
該申請者已檢查溫度、該預燃料中之二甲醚含量百分率、及水的添加量對於以下之影響：使用水蒸發該二甲醚以用於後續回收並作為一壓縮點火引擎內之煙薰劑的能力。已建構可檢查氣-液平衡狀態的電腦模式，其可分析廣範圍的組成，其包括蒸氣壓並涉及該三元液體混合物甲醇、水及二甲醚(DME)。接著測定各組成物之實際蒸氣壓以證明經由添加水至預燃料組成物可改善二甲醚之蒸發。
本分析之結果為水的存在會使該三元液體混合物內之DME不安定化，使富含DME之煙薰劑的產生比不存 在水時還更容易，因此可以於較低的溫度下使該液體三元混合物分離成一富含DME之氣相。於該液體燃料內之預期水含量下，可預期一旦一柴油引擎進行滿載操作時，就中範圍裝載負荷至全引擎裝載而言，可產生充份的DME，且不需要進行該整體液體燃料之外部加熱。
圖1提供一曲線圖，其表示於常壓在平衡條件下，在液相內之各種水含量(經由在製程步驟內添加水；其係以該三元溶液內之DME的百分率表示，例如5%)下，存在於該液相內之DME可蒸發的數量。以各別的線表示-20、0、20及35℃之溫度。該曲線圖表示原先在該液相內之5% DME濃度下，於-20、0或20℃下，並未產生可得到一煙薰劑的蒸氣，該三元混合物之組份為5% DME、10%水及85%甲醇。於35℃下，可經由添加水(至該10%含量)而蒸發所存在的該DME之20%以產生含DME的煙薰劑蒸氣。
仍參考圖1，若該水含量係自10%增至20%，則本狀況顯著改變。於-20℃下，仍未產生蒸氣，然而於0、20及35℃下，可分別獲得20%、40%及60%之蒸氣產量。
於30%之水含量下，於-20、0、20及35℃之溫度下，原先在該液體基底內之DME的轉化%(5%)分別可顯著增至30、60、80及90%。其證明甚至於5%之低DME含量下，水將DME摒棄送入該蒸相內的能力可隨著水含量增加而顯著增強。
除了一預燃料組成物最初含有10% DME至90%甲醇不同外，圖2與圖1類似。
這兩圖間之主要差異為於-20及0℃下，在該液相中之10% DME及20%水轉化為蒸氣的轉化率分別為35%及60%，其遠高於較低之5% DME含量下所得到的對應轉化率(亦即分別為0及20%)。
與該20%水組成物基礎三元混合物比較，於30%之較高水含量下，於-20及0℃下的轉化率皆可進一步增加10%。這些圖式表示藉使水增加超過10%，可以使DME液體大量地轉化成DME蒸氣，在具有甲醇之三元混合物內含有20%水及10% DME可以於-20℃在常壓下得到可轉化成蒸氣之35%轉化率。
自該液相排出DME的增強性質(其係歸因於在一合適溫度下該水的存在)預期可較不昂貴且能更可靠地製造富含DME的煙薰劑，且不需要對可作為用於柴油引擎之煙薰劑的蒸氣外施直接加熱即能使DME自該液相轉化成氣相。
蒸發該DME所需的能源來自該整體液體內之一敏感性溫度下降。本溫度下降之曲線圖(其係對該DME%畫出曲線圖)係示於圖3。
在水存在下使液體甲醇內的DME不安定化可以使該三元混合物的水濃度成為一用於控制轉化成蒸氣之DME的比例之控制參數。特別是，甚至於-20℃之燃料溫度下，可藉簡單地添加足量水至DME及甲醇的混合物而使該冷液體三元混合物內之該DME的超過50%轉化成蒸氣。值得注意的是，在這些條件下可添加少許甲醇至該水中(因此 水及甲醇之組合係添加至該預燃料)中以降低凝固點，或可使用其它方法，諸如利用得自該引擎冷媒的熱，以確保該水仍可維持液體狀且不會呈冰形式的固體狀。
除了水的去安定化效用外，藉以下物理特徵而協助DME的蒸發：
1. DME具有410千焦耳/公斤(KJ/kg)之低蒸發熱(甲醇=1100KJ/kg)。
2.該攜帶介質為水，且甲醇具有高熱容量，因此使該總體液體內有小的溫度下降並使大量富DME蒸氣經驅離且該高熱容量足以於中至全範圍引擎負載下維持引擎燃燒。該水的高熱容量可以使經加熱的水進行以下雙重角色：由於極性水與甲醇分子間的交互作用而使二甲醚不安定化，並於合適更高溫度下使用該水的高熱容量將充份熱送入該燃料混合物內以驅離該所需的二甲醚煙薰劑。
當施用本步驟至用於從一預燃料組成物產生一主要燃料組成物及一煙薰劑時，較佳可自該預燃料中顯著地取代或蒸發DME。根據某些實施例，存在於該預燃料中之DME的至少5、較佳至少10、20、30、40、50或60%係經由添加水而從該預燃料組成物中蒸發。該蒸發量可以是存在於該預燃料組成物中之DME的至高100%，或在某些實施例中，該蒸發量可較低，諸如存在於該預燃料組成物中之DME的至高95、90或80%。該名詞“部份”涵蓋從一小%數量(小如0.5%或其上)至一大百分率數量(例如大多數、或至高95%)的所有這些數量。該名詞“至少一部份”涵蓋該DME之 一部份或全部。可在不受限下，使該數量之各下限與一上限端合併以確認合適的大小部份。
如下表1內所示之於後續進行的試驗工作證實構成本發明的一般原理之基礎。添加水至該預燃料組成物可減少從該預燃料組成物中蒸發該DME所需的熱負荷。
預燃料組成物
在某些實施例中，該預燃料可以不含水。在其它實施例中，該預燃料可包含較低的水含量，諸如至高0.5、1、2、3、4或5%水。雖然可含少量水，但是於101.3kPa之氣壓下，其會影響可以以液相存在於該預燃料組成物內之該二甲醚的數量，因此，如上述，在增的溫度範圍內，水可大程度地取代二甲醚。因此，水在該預燃料組成物內之存在更適於冷氣候。
根據本申請案，該預燃料內之二甲醚組份的部份或全部係與該預燃料組成物之其它組份(尤其該甲醇)分離。然後與作為該主要燃料組成物之該預燃料組成物的剩餘部份分開，該經分離之二甲醚組份可直接在該壓縮點火引擎內經煙薰以作為煙薰劑、或在使用前，進一步調整其組成。預燃料內之該二甲醚含量可以是至高30、或至高20、或至高10、或至高9重量%。高於30%的含量亦合適。可根據總製程設計、該等普遍條件、及存在於該預燃料組成物內的其它組份選擇該預燃料內的二甲醚含量。
例如在寒冷的冬天條件下，在該預燃料組成物內之二甲醚含量典型上大於在溫暖夏天條件下所需的彼等含 量。在冬天，該預燃料組成物內之二甲醚含量可以佔該預燃料組成物重量之介於10與30%之間。在夏天，其可介於2與15%之間。可根據在經由添加水(其可視需要為熱水)自該預燃料組成物驅離二甲醚前，對於該預燃料內之增加二甲醚的需求(其收集數量足以維持該引擎的煙薰劑需求)選擇該二甲醚的含量。在較溫暖的氣候條件，比較冷的氣候條件更容易驅離較多的二甲醚。
該方法因此可包括以下步驟：計算可符合該引擎之煙薰劑需求之在該等普遍氣候溫度條件下必需從該預燃料組成物內所移除的二甲醚數量，以及控制該預燃料組成物使其具有可移除必要數量之二甲醚的該必要二甲醚含量。
添加至該預燃料組成物之水的溫度可以是環境溫度或高於環境溫度。在某些實施例中，其係為高於環境溫度之水(例如熱水)。就如同使用一用於提供一社區之電力的發電用壓縮點火引擎之情況，經由使用一得自該引擎操作或與該引擎有關之任何其它熱水環路的水流，該水可以呈經加熱形式。該水之溫度可，例如介於20與100℃之間，諸如至少25℃、至少30℃、至少40℃、至少50℃、至少60℃、或不超過60℃、不超過50℃、不超過40℃。各最高及最低值可不受限制地合併以形成一範圍，其限制條件為該最高值高於該最低值。因此作為3個實例，該水溫範圍可介於30與50℃之間、或介於40與60℃之間、或介於40與80℃之間。
就一旦添加水時，從該預燃料中所產生的該主要 燃料組成物而言，該預燃料組成物之其它可視需要選用的組份進一步描述在下文。
凡有關“提供”一預燃料組成物係廣義地使用。該預燃料可藉一供應商而供應、製造、或以其它方式提供，以含有甲醇及二甲醚。
可經由任何合適方式添加水至該預燃料組成物。可分批地或經由連續方法添加水至一體積之預燃料內。其可以在任何合適容器、管線、或其它場所內進行。作為一實例，可添加該水至一燃料混合器容器內的該預燃料中。在另一實施例中，可添加呈水流形式的該水至液體管線內的預燃料物料流中。
一旦添加水時，存在於該預燃料內之二甲醚的一部份係從該預燃料組成物中蒸發。收集該經蒸發之二甲醚以作為煙薰劑。該名詞“經收集”係廣義上用以涵蓋在一用於貯存的容器內及其後之用途中進行的收集(在該方法內、或其中一體積之二甲醚超過該引擎之需求量的其它應用)、而且涵蓋直接傳送以用於該壓縮點火引擎。就在一容器內進行之收集而言，該收集步驟可包含在貯存於該容器內之前藉壓縮而液化。
該預燃料組成物之剩餘物係作為一主要燃料組成物。在用於該壓縮點火引擎內之前，可用於調整該主要燃料組成物之組成的選用方法之細節更詳細地描述在下文。
可以於一位置製成該含甲醇及二甲醚之預燃料 組成物並輸送至另一位置以便用於對一壓縮點火引擎供給燃料。該預燃料之輸送可經由一管線而進行管道輸送。該第一位置可以是甲醇製造廠位置，而另一位置(第二位置)為一遠離該第一位置的位置。這兩位置間的距離可很短或很遠。凡提及一“遠的”位置係廣義地用以指非甲醇製造位置的某處，且包括鄰近位置。該第二位置或遠的位置典型上可以是至少1公里遠且也許是多公里遠。該第二位置可以是與該第一位置相距至少1、2、5、10、15、20、40、50、100、200、500或700公里。該第一與第二位置間的距離可以是大如900或至高1500公里。該第二位置可以是一用於發電之壓縮點火引擎的位置、或一般運港口、或一火車側線、或其中需要兩部份燃料的任何其它合適位置。
根據較佳實施例，可不必直接施加熱即可進行該添加水至該預燃料組成物以導致該二甲醚之至少一部份蒸發的步驟。然而，尤其當在低溫條件下操作時，為了得到最大彈性，可在該添加水至該預燃料組成物的步驟進行期間施加熱。
與該進氣空氣有關的名詞“煙薰”係指將一材料或混合物(在本情況下係為一含二甲醚之煙薰劑)導入該進氣氣流內以形成一蒸氣或氣體，經由該蒸氣或氣體，該引燃增強劑可合適地分佈。在某些實施例中，該材料係以小量導入，其通常經由將該材料之微細噴霧噴入該進氣氣流內或呈一氣體形式噴射。
將該經煙薰的進氣空氣導入該引擎內之燃燒室 內並經壓縮。將該主要燃料組成物導入該燃燒室內以便與該經壓縮進氣空氣/煙薰劑混合物合併。然後點燃本混合物以驅動該引擎。
得自該預燃料組成物之主要燃料組成物的特徵
自該預燃料組成物所製成的該主要燃料組成物包含甲醇及水。值得注意的是該等名詞“主要燃料組成物”及“主要燃料”可同義地使用。該燃料為一壓縮點火引擎燃料，亦即柴油引擎燃料。
至今，甲醇在壓縮點火引擎內並未發現商業應用。使用作為一引擎燃料(純的或經摻合的)之甲醇的缺點係藉其低鯨蠟烷指數(其係在3至5的範圍內)而突顯。本低鯨蠟烷指數使甲醇難以在一CI引擎內點燃。以甲醇摻合水可進一步降低該燃料的鯨蠟指數，因而使該甲醇/水摻合物燃料的燃燒甚至更難，且因此已認為合併水與甲醇以便用於CI引擎內為反直覺的事。在燃料注入後，水的效用為冷却用，因為該水會變熱並蒸發，進一步降低有效的鯨蠟烷。
然而，業經發現一甲醇、水燃料組合物可以以一有效率的方式用於壓縮點火引擎內，且其排放物較乾淨，但其限制條件為該引擎經含一點燃增強劑的煙薰劑煙薰。
雖然先前已描述甲醇可用於燃料組成物，但是作為一加熱或烹調燃料，該燃料係經燃燒才能生熱。施用至柴油引擎燃料的該等原理很不同，因為該燃料必需在壓縮點火引擎內於壓縮下點燃。可自參考文獻查閱有關於甲醇及其它組份用於烹調/加熱燃料的資料即便有也很少。
該主要燃料可以是均質燃料、或單一相燃料。該燃料典型上並非含經一起乳化之各別有機及水性相之乳化燃料。該燃料因此可不含乳化劑。藉甲醇與水兩者之雙重溶解力性質(其可以使更廣範圍的物質溶解在可使用之各種水：甲醇比例及濃度內)而協助使添加劑組份包含在該燃料內。該預燃料亦為均質燃料或單一相燃料。
除了另有指定，在本文件內所提及的所有數量係以重量表示。若描述一組份在該主要燃料組成物內之百分率數量，則其係指該組份佔全部主要燃料組成物重量的百分率。
廣義而言，在該主要燃料組成物內之水對甲醇的相對數量可以在自3：97至80：20重量比的範圍內。根據某些實施例，該水的最低含量(相對於甲醇)為5：95，諸如7：93、10：90、15：95、19：81、21：79之最低重量比。根據某些實施例，在該組成物內之水的上限(相對於甲醇)為80：20，諸如75：25、70：30、60：40、50：50或40：60。水在該組成物中的相對數量可被視為在“低至中之水”含量範圍內、或“中至高之水”含量範圍內。該“低至中之水”含量範圍涵蓋上述最低含量中之任一者至一以下之最大值，18：82、20：80、25：75、30：70、40：60、50：50或60：40。該“中至高的水”含量範圍涵蓋且20：80、21：79、25：75、30：70、40：60、50：50、56：44或60：40的範圍至上述上限中之一者的最大值。典型的低/中之水含量範圍為4：96至50：50，且典型的中/高之水含量範圍為50：50至 80：20。典型的低水含量範圍為自5：95至35：65。典型的中含量水範圍為35：65至55：45。典型的高水含量範圍為55：45至80：20。
就水在該整個主要燃料組成物中之重量%而言，水在該主要燃料組成物中之相對數量可以是最少3.0、或4.0、或5、10、12、15、20或22重量%。水在該整個主要燃料組成物中之最大數量可以是68、60、55、50、40、35、32、30、25、23、20、15或10重量%。該等最低含量中之任一者可在無受限下與一最大含量合併，但其限制條件為該最低數量必需低於該最大水含量。
就一所欲制動熱效率(BTE)而言，在某些實施例中，水在該燃料組成物中的數量係介於3與32重量%之間。就一甲醇-水壓縮點火引擎燃料而言，在制動熱效率內之一尖峰的最佳區域為水在該主要燃料組成物中介於12與23重量%間的數量。該範圍可自這兩範圍之較寬處漸進性縮小至較窄處。在某些實施例中，其係與引燃增強劑在該主要燃料組成物內的含量(其不超過該主要燃料組成物之15重量%)合併。引燃增強劑的細節如下文揭示。
就NOx排出物之最大減少量而言，在某些實施例中，水在該燃料組成物內的含量係介於22與68重量%之間。就NOx排出物之最大減少量而言，該最佳區域係為該主要燃料組成物之介於30與60重量%水之間。該範圍可自這兩範圍之較寬處漸進性縮小至較窄處。由於NO為該主要NOx排出物組份，所以可參考呈NOx排出物之總含量的該 較大比例或表示該NOx排出物之總含量的NO排出物。
就燃料性質及排出物的所欲平衡而言，在某些實施例中，該主要燃料組成物含有介於5與40重量%間之水，諸如介於5與25%間之水、介於5與22%間之水。
就使用該甲醇/水主要燃料組成物及煙薰法以操作該壓縮點火引擎但未使用其它引燃增強技術(諸如空氣進口預熱或吹氣)而言，在該燃料內的水含量可以是處於該低至中位準、較佳處於該低水位準。若該水的位準位於較高端，則該方法通常得利於進口空氣及/或主要燃料預熱且可克服該主要燃料組成物內之增加的水含量之增加的冷却效應。預熱技術如上文我們的同在申請中之申請案中所述。
甲醇在該總主要燃料組成物中的含量較佳為該主要燃料組成物之至少20重量%。根據某些實施例，甲醇在該燃料組成物中的含量為該燃料組成物之至少30、至少40、至少50、至少60或至少70重量%。水在該總主要燃料組成物中的含量可以是至少3、至少4、至少5、至少6、至少7、至少8、至少9、至少10、至少11、至少12、至少13、至少14、至少15、至少16、至少17、至少18、至少19、至少20、至少25、至少30、至少35、至少40、至少45、至少50、至少55、至少60、至少65及至少70%。隨著水在該主要燃料組成物內之重量的增加，越來越更意外地發現以一煙薰劑進行該進口空氣的煙薰可克服水在該燃料內的不利結果(就點燃而言)，且就IMEP之COV而言，可平順地操作並產生純動力。
甲醇與水在該總主要燃料組成物中的合併含量可以是該燃料組成物之至少75重量%，諸如至少80、至少85、或至少90重量%。該主要燃料組成物可包含一或多種添加物，其等之合併含量為該主要燃料組成物之至高25、或至高20或至高15或至高10重量%。在某些實施例中，該等添加物之合併含量總數為該主要燃料組成物的不超過5%。
用於製造該預燃料組成物及其後之該主要燃料組成物的甲醇可來自任何來源。作為一實例，該甲醇可以是一製成的或廢甲醇、或一粗製或半精製的甲醇、或一未經精製的甲醇。此等甲醇來源在文中通稱為“粗甲醇”，且本名詞係指得自具有甲醇含量小於95%之來源的甲醇。該粗甲醇典型上可主要含有甲醇，其差額為水及在甲醇的正常製造過程期間所產生的一些高碳醇、醛、酮或其它碳氫及氧分子。廢甲醇是否合適可取決於污染的程度及類型。上述段落凡提及有關於甲醇及水的比例、或甲醇在該燃料組成物中之重量%係指甲醇本身在該甲醇源內的含量。因此，若該甲醇源為一含90%甲醇及其它組份之粗甲醇，且本粗甲醇在該燃料組成物內的含量為50%，則該甲醇的實際含量被認為是45%甲醇。當測定水在該燃料組成物中的含量時，需考濾該甲醇源內的水組份，且除非另有指定，當評估其它雜質在該等產物內之相對含量時，需將該等組份視為添加物。可存在於該粗甲醇內之高碳醇、醛及酮可作為可溶性燃料增效劑添加物。
根據某些實施例，該預燃料組成物包含粗甲醇。因此，在某些實施例中，該主要燃料亦包含粗甲醇。該名詞“粗甲醇”涵蓋低純度甲醇源，諸如含甲醇、水及至高35%非水雜質的甲醇源。該粗甲醇的甲醇含量可以是95%或較小。不需要進一步精製，該粗甲醇可直接用於該燃料。典型的非水雜質包括高碳醇、醛、酮。該名詞“粗甲醇”包括廢甲醇、未精製甲醇及半精製甲醇。本實施例之一特殊優點為不需要昂貴的精製，含較高含量之雜質的粗甲醇可直接用於該適用於一CI引擎的燃料內。在本情況下，該添加劑(亦即粗甲醇雜質及其它不包括水的燃料組成物添加物)含量可以是該主要燃料組成物(其包括在該粗甲醇內的雜質)之至高60%就使用一較高純度甲醇(諸如98%或更高%純度之甲醇)作為該來源的主要燃料組成物而言，該總添加物含量可較低，諸如不超過25%、不超過20%、不超過15%或不超過10%。
根據某些實施例，用於該預燃料之甲醇源為一高純度甲醇。其係指一含超過95%甲醇、較佳至少96、97或98%甲醇的甲醇。
可使用合適數量之任何水以作為用於進行本發明之製程及方法的水來源。添加至該製程內以驅離該二甲醚的一部份之該水可形成該主要燃料組成物之水組份(或其之至少一部份)。該水源可以是作為未經蒸餾之未精製甲醇所包含的水、或再生水、或藉逆滲透而純化、藉活化物質(諸如活化碳)而純化、或進一步化學處理法、去離子化作 用、蒸餾或蒸發技術而純化的粗或污染之水(例如含鹽之海水)。該水可得自這些來源的組合。根據一實施例，添加在本申請案之製程內的該水為從該壓縮點火引擎之廢氣中回收的水。本水可經由熱交換器及噴霧室或其它類似操作而回收。本回收及重複使用技術可將廢氣排放物清理乾淨。在或不在任何經捕獲之未燃的燃料下，使本情況下的水再循環回該引擎，使烴類或微粒或其它燃燒產物返回該引擎並經由環路燃燒步驟而再循環至熄滅、或藉已知的純化方法而處理。在某些實施例中，該水可以是鹽水，諸如海水，其業經純水以移除其中的鹽。本實施例適於船舶應用，諸如用於船舶用的CI引擎、或用於遠距島嶼位置之CI引擎的操作。
經由供應鏈高至噴入該引擎內之點，該水品質對於腐蝕及引擎沉積特性有不利影響，且在這些情況下需要使用抗蝕添加物或其它方法以合適地處理主要燃料。
在主要燃料組成物內的添加物，經由彼等添加物在該預燃料組成物內的存在或經由對該主要燃料組成物進行的調整。
在某些實施例中，除了該甲醇及二甲醚外，該預燃料組成物尚含有添加物。在其它實施例中，該預燃料組成物係由甲醇及二甲醚所組成或本質上由其等所組成。經選擇可在該二甲醚蒸發步驟進行後留下該主要燃料組成物的該等添加物適用於該主要燃料組成物且不需要對該組成物進行任何進一步調整。在另一實施例中，可添加添加物 至該二甲醚蒸發後留下之該組成物以將該組成物調整為用於該壓縮點火引擎所需的組成物。
可存在於該預燃料組成物及/或該主要燃料組成物中的添加物可選自以下種類中之一或多者，但不限於彼等：
1.引燃改良劑添加物。這些添加物可稱為引燃增強劑。引燃改良劑為一可促進燃燒開始的組份。本類型的分子具固有不安定性，且本不安定性會導致可造成該主要燃料組份(例如甲醇)之燃燒的“自開始”反應。該引燃改良劑可選自本項技藝內已知可具有引燃增強性質的物質，諸如醚(其包括C1-C6醚，諸如二甲醚)、硝酸烷酯、烷基過氧化物、揮發性烴、加氧烴、及其等之混合物。
除了該等典型的引燃增強劑外，在點燃前，存在於該等液體燃料組份蒸發後之該燃燒區內之微細緻分散的碳水化合物顆粒可或可不具有作為引燃增強劑的角色，然而此等存在的物種為該總空氣/燃料混合物之更完全且快速燃燒的主因。
雖然可將額外的引燃改良劑併入該主要燃料內，但是不需要此等添加，在該引擎操作範圍從頭至尾，文中所述的技術可促進引燃。因此，根據某些實施例，該主要燃料不含引燃改良劑添加物。在其它實施例中，該主要燃料不含DME(雖然其可含有其它引燃改良劑)。就作為引燃改良劑的二甲醚而言，根據某些實施例，存在於該燃 料組成物中之二甲醚的含量為小於20、小於15、小於10、小於5、小於3、小於1%或零。在某些實施例中，醚(任何類型，諸如二甲醚或二乙醚)在該主要燃料組成物中的含量小於20、小於15、小於10、小於5%。
在某些實施例中，存在於該主要燃料組成物中之引燃增強劑的至少80%係藉一或至多兩特定化學品而提供，其實例為二甲醚及二乙醚。在一實施例中，具單一化學特性的引燃增強劑係存在於該主要燃料組成物中。在一實施例中，該主要燃料組成物中之引燃增強劑的至少80%係藉一具單一化學特性之引燃增強劑而構成。在各情況下，構成該引燃增強劑之該單一引燃增強劑、或該>80%引燃增強劑組份可以是二甲醚。在其它實施例中，該引燃增強劑包含3或多種引燃增強劑的混合物。
在某些實施例中，引燃增強劑在該主要燃料組成物中的含量為該燃料組成物之不超過20%，諸如不超過10或不超過5%。
2.燃料增效劑。燃料增效劑為可提供熱能以驅動該引擎的物質。作為燃料增效劑之物質可具有適於包含在該燃料組成物內作為該主要用途的用途，或一添加物可提供本功用及另一功用。
此等燃料增效劑的實例為：
a)碳水化合物。碳水化合物包括糖及澱粉。雖然基於燃料增效劑用途，可包含該碳水化合物，但是其亦可作為引燃改良劑、及/或燃燒改良劑。該碳水化合物 較佳具水/甲醇可溶性，且較高的水含量可以使，例如糖大量地溶解在該主要燃料中。富含水(單相)的主要燃料組成物可溶解該碳水化合物，諸如糖，然而，由於該燃料組成物內之該液體溶劑(水/甲醇)會在引擎內蒸發，所以該碳水化合物溶質可形成能在引擎條件下分解/反應之含低LEL(爆炸下限)組成物的微細緻高表面積懸浮顆粒，並改善該主要燃料混合物的可點燃性。為了改善該混合物的可燃性，較佳含至少1、較佳至少1.5、且更佳至少5%本碳水化合物添加物。
b)可溶性燃料增效劑添加物。燃料增效劑添加物為可燃燒物質。這些添加物可呈各別組份添加或可以是用以產生該主要燃料組成物之一未經蒸餾甲醇的一部份。此等添加物包括C2-C8醇、醚、酮、醛、脂肪酸酯及其等之混合物。脂肪酸酯(諸如脂肪酸甲酯)可具有一生物燃料源。可經由任何生物燃料源或製程得到這些脂肪酸酯。用於其等之製造的典型方法包含經植物衍生的油(除了別的以外，諸如菜籽油、棕櫚油或大豆油)之酯轉化反應。
有機會經濟性地增加本身適用於其中此添加劑可局部製成或成長且消耗的特殊市場之該主要燃料組成物中的燃料增效劑含量，且可減少對於輸入基礎燃料及/或添加物的需求。雖然在此等條件下，該主要燃料組成物之至高30、或至高40、或至高50%之含量或處理速率較佳，但是尤其若該甲醇源為粗甲醇，則可考慮至高60%總添加物 (其包括此等燃料增效劑添加物)之濃度。
3.燃燒增強劑。這些亦可稱為燃燒改良劑。一燃燒增強劑的實例為硝酸化銨化合物，例如硝酸銨。根據以下反應：NH4NO3=N2O+2H2O於200℃下，硝酸銨可分解成一氧化二氮。
在水存在下，所形成的一氧化二氮可以以和氧類似的方式與燃料進行反應，例如CH3OH+H2O=3H2+CO2 H2+H2O=H2O+N2 CH3OH+3N2O=3N2+CO2+2H2O可使用的其它硝酸化銨化合物實例包括硝酸乙銨及硝酸三乙銨，但是由於其等在該燃料內的主要功用為引燃增強，所以這些硝酸鹽亦可被視為引燃增強劑(鯨蠟烷)而非燃燒增強劑。
其它燃燒改良劑可包括金屬性或離子性物種，後者係藉在燃燒前或後的環境下之解離作用而形成。
4.吸氧油。該吸氧油較佳為一可溶解在水及甲醇之混合物內的油。吸氧油具有低自燃點以及在燃燒前具有可直接吸收氧的能力，其吸氧量為該油之，例如30重量%。在周圍的水蒸發後，自一熱氣相快速冷凝成該油/固相可更快速地將該油加熱，因此導致該周圍經蒸發且過熱的甲醇引燃。理想地適於本角色的油為亞麻油，其在該主要燃料混合物內的濃度為約1-5%。若本添加物係用於該主要燃料 組成物內，則該燃料混合物應該貯存在一惰性氣層下以使該油藉氧而引起的分解作用減至最低。亞麻油為含脂肪酸之油。除了亞麻油外，可使用其它含脂肪酸之油以取代。較佳油為可溶解在該甲醇相或可在甲醇內混溶以產生一均勻單相組成物的油。然而，在某些實施例中，尤其若該燃料組成物內亦存在一乳化添加物時，可使用不具水/甲醇混溶性的油。
5.潤化性添加物。潤化性添加物的實例包括二乙醇胺添加物、氟表面活化劑、及脂肪酸酯，諸如以該主要燃料組成物為主之在某程度上可溶於水/甲醇混合物內的生物燃料。
6.產物著色添加物。著色添加物有助於確保該燃料組成物不會被誤認為是液體飲料，諸如水。可使用任何水溶性著色劑，諸如黃色、紅色、藍色著色劑或這些著色劑的組合。該著色劑可以是一標準可接受的工業液體著色劑。
7.焰色添加物。非限制性實例包括鈉、鋰、鈣或鍶之碳酸鹽或乙酸鹽。可選擇能在最終產物pH內獲得較佳產物色彩及安定性的焰色添加物，即便有，可考慮引擎沉積物以選擇欲使用的該添加物。
8.抗蝕添加物。抗蝕添加物的非限制性實例包括胺及銨添加物。
9.殺生物劑。雖然可添加殺生物劑，但是由於該主要燃料內之高醇(甲醇)含量可防止生物成長或生物污染，所以通常不需要殺生物劑。因此，根據某些實施例， 該主要燃料不含殺生物劑。
10.凝固點抑制劑。雖然可將凝固點抑制劑併入該主要燃料內，但是該甲醇(及基於其它用途而添加的可視需要選用的添加物，諸如糖)可抑制水的凝固點。因此，根據某些實施例，該主要燃料不含額外的專用凝固點抑制劑。
11.沉積物減少劑。非限制性實例包括多元醇醚及三乙醇胺。
12.若必要使用的變性劑。
13. pH控制劑。可使用能與該燃料相容的可使該pH增或減至一合適pH的藥劑。
可添加呈標準工業買賣的產物(亦即呈精製形式)或呈半加工的水性溶液(亦即呈未精製形式、半精製形式、或粗製形式)之該等添加物、且特別是在上文第1及2項下所確認的添加物，至相關燃料(預燃料或主要燃料)。該半加工的水性溶液可潛在地減少該添加物的成本。此等粗製添加物來源的使用條件為在此等添加物之粗製形式(諸如作為一實例之粗製糖溶液、或糖漿)內的雜質不會不利地影響該燃料射出器或引擎性能。
根據某些實施例，該主要燃料包含至少一添加物。根據某些實施例，該主要燃料包含至少兩不同添加物。這些添加物可在該二甲醚之至少一部份自該預燃料組成物蒸發後，經由調整而導至該主要燃料組成物。
上文已表示醚係作為引燃改良劑及可溶性燃料增效劑添加物的實例。不管該預期功用，在某些實施例中， 該醚的總存在量可以是該燃料組成物之小於20、小於15、小於10、小於5、小於3、或小於1%。該含量可大於0.2、0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12%。該等下限與下限可以在不受限下合併，但其限制條件為該下限低於所選擇的上限。
該預燃料組成物可包含非二甲醚的醚類，但是根據較佳實施例，該預燃料包含作為該唯一醚組份的二甲醚。該主要燃料組成物可包含上述數量的醚，且可包含作為該唯一醚的二甲醚。在其它實施例中，除了二甲醚外，該主要燃料組成物尚包括額外醚。
值得注意的是，凡提及該含甲醇及水、以及不超過20重量%二甲醚的主要燃料組成物，應被詮釋為涵蓋不含二甲醚的主要燃料組成物。然而，根據某些實施例，該主要燃料組成物內的二甲醚存在量大於0.2、或上述其它最低百分率數量中之一者。
在某些實施例中，該主要燃料組成物的醚含量為該主要燃料組成物之介於0.2與10重量%之間。該醚較佳為一單醚徎兩醚類的組合。該醚較佳為二甲醚。
含二甲醚之煙薰劑
該用於一壓縮點火引擎內之在本申請案之方法中所製成的煙薰劑包含二甲醚。二甲醚屬於文中被稱為引燃增強劑之物質的種類。該煙薰劑可額外包含另一引燃增強劑。在使用該煙薰劑以煙薰該進氣氣流前，當添加水至該預燃料組成物時，可添加該額外引燃增強劑至該經收集 以作為煙薰劑之二甲醚蒸氣。該煙薰劑可進一步包含其它組份，諸如甲醇、水及就該主要燃料而言，上述該等添加物之任一者的一或多種。
適於與二甲醚一起用於該煙薰劑中的合適引燃增強劑可具有一高於40的鯨蠟烷。該鯨蠟烷值為一材料引燃延遲(其係為該材料射出開始與燃燒開始間(亦即引燃)的時期)的量度。DME具有一55-57之鯨蠟烷。當測定引燃增強劑對於該煙薰劑內之其它組份的相對數量、以及與主要燃料組成物、負載及引擎速度比較之該煙薰劑的數量時，應該考慮可存在於該煙薰劑內之該等額外引燃增強劑(群)的鯨蠟烷值(群)。該煙薰劑之總鯨蠟烷可取決於各組份之比例分佈及鯨蠟烷性質的組合，該關係未必是線性。
除了二甲醚外，可包含在該煙薰劑內之額外引燃增強劑的一些非限制性實例包括：- 醚，諸如低碳烷基醚(亦即C1-C6醚)、- 硝酸烷酯、- 烷基過氧化物、及其等之混合物。
該煙薰劑可合適地包含最少5%或10%之二甲醚，諸如最少15、20、30、40、50、60、65、70、75、80、82、84、86、88或90%之該二甲醚。該煙薰劑之二甲醚含量通常較佳為該範圍之上端，因此在某些實施例中，該引燃增強劑含量係高於70%或更高。該煙薰劑之二甲醚含量可高至100%。
在該煙薰劑內之各組份的相對數量可維持恆定，或可在該引擎的操作期間內改變。對於該煙薰劑內之組份的相對數量會造成衝擊之因素包括引擎速度(rpm)、負載之位準及變異性、引擎構形、及該煙薰劑之各該組份的特定性質。在其它實施例中，該煙薰劑組成物可維持相對性恆定，且反而在該引擎之操作的不同階段期間調整與射入該引擎內之主要燃料組成物(克/秒)比較之該煙薰劑的相對數量(在該引擎內進行煙薰之每秒的克數)。
當較佳在不同引擎操作條件(速度、負載、構形)下使用不同煙薰劑組成物操作該CI引擎時，可經由電腦控制該煙薰劑組成物、或經由任何其它控制形式而改變該煙薰劑組成物以適應需求。根據一可計算該所欲煙薰劑組成物以符合普遍的引擎操作條件之演算法，該等調整可以是浮動調整、或可以是逐步調整。例如就相對於在某些條件下用於操作的該燃料而言，可以將高重量%之較高總鯨蠟烷指數煙薰劑(諸如100% DME)送入該引擎內以進行煙薰，然後在其它引擎操作條件下，該煙薰劑可經一較低鯨蠟烷指數組份稀釋。在其它實施例中，該組成物可具安定性且該空氣/煙薰劑比可隨條件之改變而不同。
除了該引燃增強劑外，可存在於該煙薰劑內之組份的實例包括上述添加物、及烷烴氣體，典型上為直鏈烷烴，其包括低碳烷烴(諸如該等C1-C6烷烴，特別為甲烷、乙烷、丙烷或丁烷)、及長鏈烷烴(C6及更高碳烷烴)。
引擎操作方面及發電
可相於該主要燃料所含的甲醇與水之混合物而控制該等引燃增強劑(群)的數量以在該燃燒室內產生能夠以即時方式引燃該主要燃料之條件，且藉此可自該引擎輸送最佳之可能熱效率。若未控制該引燃增強劑對燃料混合物比例，在上死點(TDC)前(諸如在TCD前25-30℃)可顯著地開始燃燒，且因此一引燃增強劑的使用可具有一中性效應，並對於該引擎的熱效率的貢獻很小或完全無。在該引擎之一較佳操作時，係將該煙薰劑/空氣之混合物的引燃定時以儘可能晚的延遲本燃料的燃燒(以避免對該引擎之動力衝程產生不必要的作用)且與射出後該主要燃料之良好燃燒一致。其意指該煙薰劑(二甲醚)應該在該主要燃料射出開始前引燃，但是在該次級燃料所含的能量對該引擎之熱效率產生最小或完全沒有貢獻前並未引燃很多。
雖然煙薰劑對導入該引擎內之主要燃料(分別經由該空氣進氣、或導入該燃燒室內)的相對數量可根據施用之該等引擎條件而不同，但是於中或高負載下，在穩態操作期間，在該煙薰劑內之該二甲醚引燃增強劑的含量通常較佳為該主要燃料組成物之相當低重量%。就一含100% DME之煙薰劑而言，該煙薰劑對主要燃料的相對重量比最好至高20、至高18、至高15、至高13、至高10、至高8、至高7、至高6、至高5重量%。該主要燃料組成物內的煙薰劑含量較佳為至少0.2、至少0.5、至少1或至少2重量%。這些數量係以重量計，其係假定該煙薰劑包含100%引燃增強劑，且可按比例調整以在該煙薰劑內得到減少的引燃增強 劑含量(重量%)。可藉參考以每秒之克數導入該引擎內的數量、或藉任何其它適用於該引擎大小的對應測量法而測定這些數量。約10%或較小(諸如8或7%)的上限額外有利，因為可將含至高所需數量之二甲醚(諸如分別為10、8或7%)的預燃料組成物輸送至該壓縮點火引擎位置，且該二甲醚之一部份(或全部)係經由水添加而驅離並於相同靶位準下，以相當於使用煙薰法進行該引擎操作的需要數量之數量經回收。在其它實施例中，於該引擎位置可將該煙薰劑位準補足至一較高的位準(例如經由自二甲醚之各別貯存而補足)。
經由以上述方法使用該預燃料組成物可以研發出能以減少的排出物含量有效產生電力的發電系統及結構，且其亦可處理該引擎廢氣以捕獲，然後從廢氣中再使用或再導引熱及水。該熱及水之再使用或再循環可增加系統效率及減少總廢棄產物及排出物。該熱及水的再引導可在一系列之非相關應用(加熱及冷却地點/區域及再生水以供社區使用或作為其它系統的一部份)得到應用。此等系統的特徵之細節如上文所指的同在申請中的申請案內所述，其全文在此併入本案以為參考資料。
現在可參考根據本申請案之一方法的以下非限制性實例更詳細地說明本申請案。
實例 實例1：
參考圖4詳細地說明本發明之一實施例。
圖4為闡明本發明該方法之階段的流程圖。
100 富含水之槽。其係為一主要目的為貯存純水之貯存槽。就很冷的氣候而言，本槽可經絕緣並經加熱，或可未經加熱並含有凝固點抑制劑(諸如甲醇)以防止該槽及燃料供應管線內之該液體的凍結。定期以純水及/或防凍劑或與該預定用途相容的其它添加劑補充該貯存槽。
101 含甲醇及DME之混合物的槽，其係未經加熱、且定期補充DME及甲醇的混合物、與可以與該預定用途相容之任何存在的其它組份或添加物。
102 用於自100將物質轉移至燃料混合器104的底壓泵。
103 用於自101將物質轉移至該燃料混合器104的低壓泵。
104 可接收得自泵102及103之液體的具有可視需要選用的預加熱器之預燃料/水混合器及氣體/液體分離器。
105 可自104提供燃料至引擎106的高壓注射泵。
106 壓縮點火引擎。
107 可混合呈氣體或液體形式的煙薰劑之混合器，其可接收得自104之富含DME的蒸氣及/或得自110之富含DME的液體。可自該氣氛直接取得空氣或經由在渦輪進料時之一預熱步驟、或熱交換而取得空氣。
108 富含DME之蒸氣壓縮機及冷凝器，其可將得自104的氣體進料與液體送至貯存槽109。
109 用於自外源或得自108之富含DME的液體定期補充的富含DME之貯存槽。
110 用於將富含DME之液體射入107內的富含DME之泵。
經由使用圖4中所描述的基本階段，可實踐本發明之一實施例之該用於產生一主要燃料組成物及一含二甲醚之煙薰劑的方法。
一預燃料組成物係自甲醇及二甲醚製成，且供應至該第一槽101。用於製造該預燃料組成物之位置(圖4內並未表示)可以是位於該壓縮點火引擎的位置(其中係使該預燃料轉化成兩燃料部份，亦即該主要燃料及煙薰劑)或遠離該位置。在本實例之該實施例中，該預燃料係在一未經加壓液體管線內被輸送至槽101，但是，若必要可使用加壓管線。二甲醚在該預燃料內的含量取決於在該管線內傳送該燃料的溫度(及若相關，壓力)，但是在本實施例中，其含量為該總燃料數量之小於10%，且在某些實施例中，係在7-8%之範圍內。在輸送時，本含量適於常壓條件，諸如於常壓下的液體管線。
經由管線輸送後，該預燃料可抵達該壓縮點火引擎106的位置，且貯存在槽101內。該壓縮點火引擎106可形成發電廠之一組件。
水係貯存在水槽100內。泵102及103可分別將貯存在槽100內之該預燃料以及貯存在槽101內之水泵吸至一預燃料/水混合器及氣體/液體分離器104內。當水接觸混合機104內之該預燃料時，自該預燃料組成物驅離呈蒸氣之該二甲醚的一部份(其數量係藉該溫度及壓力而指定，亦即在該預燃料中之DME%)，其係經由氣體/液體分離器而分離。可使用以上詳述文內所提供的資訊(計算使用本方式所分 離的該二甲醚之數量。在其它實施例中，在該二甲醚移除步驟期間，亦可施加熱以從該預燃料組成物中驅離大量的二甲。該熱源可以是得自該引擎廢氣、或得自任何其它熱水流的低位準廢氣。本熱源的溫度可最好介於50-60℃之間、60-70℃之間或70-100℃之間。
在本步驟期間所製成的該液相可形成一能經由泵105泵吸入該壓縮點火引擎106內之主要燃料組成物。在用於該壓縮點火引擎106前，可以以前述方法調整該主要燃料組成物。在某些實施例中，該欲作為一主要燃料的富含甲醇之相(其可選擇性進行組成物之調整)可包括低含量之DME，例如至高5、4、3、2或1%。在其它實施例中，在該液相內可保有高比例的DME，且唯有足量的DME才能確保良好及完全的燃燒並蒸發以作為煙薰劑105。例如若該得自製造廠之燃料包括7% DME，則其之5%可保留在該液相內，而2%係作為用於添加至進入該引擎106內之加熱空氣的煙薰劑105。可保留在該形成主要燃料組成物之液相內的數量可取決於普遍的溫度、壓力及在該液相內之水%。
從該預燃料內所分離的該DME之一部份或全部可作為該用於煙薰進入該壓縮點火引擎之進口氣流的煙薰劑。其係在混合器107內進行。當僅需要從該預燃料中所分離的DME之一部份以進行煙薰時，可經由一蒸氣壓縮機及冷凝器108引導其餘部份，其中該DME蒸氣係經壓縮並冷凝，且送至一DME貯存槽109。其後，在混合機107內進行進口空氣煙薰期間，可使用經收集的DME以增加或補充欲 與空氣混合之DME數量。例如在啟動操作期間，一富含DME之進氣氣流可為所欲。其係經由泵110將貯存的DME泵吸入該DME導管內或直接泵吸入該混合器107內而達成。該DME貯存槽109可額外或另外經得自外源的DME供應。圖4內以虛線標記的盒狀物表示在啟動或低負載操作期間、或在一呈液相之煙薰劑為所欲(與該氣相比較)的情況下，可使用該方法的這些組份。
該供應至混合器107之煙薰劑可以由DME所組成、或可以本質上由DME所組成，或者，可調整該煙薰劑之組成物以包括另外組份。其可經由改變送入混合器107內之該煙薰劑的組成、或經由直接添加、或使在該混合機內進行煙薰之各該煙薰劑組份與用於該壓縮點火引擎之進口空氣合併而達成。
該預加工階段亦可包括一以下步驟：使用自該預燃料所分離並貯存在槽109內之過剩DME以作為一用於其它方法之成份。例如過剩的DME對附近的社區有利，因為可以使一熱水環路提供過剩熱。或者或另外，該DME可以與發電場製程整合。不論是在加工前或後，亦可從該發電系統內移除甲醇燃料且用於局部性化學品製造。
可以以在我們的同在申請中之申請案(稱為先前申請案)內所詳述的方法使用得自壓縮點火引擎106之廢氣。可藉送至水貯存槽100而再使用該水、或可直接使用水作為混合器104內的水源。廢熱可用於地區性社區熱水環路、或可用於任何熱回收操作。
額外資料
藉the University of Melbourne(墨爾缽大學)而進行有關於主要燃料組成物與含二甲醚之煙薰劑之不同組合的性能及引擎熄火排出物之實驗計畫，且結果報告在我們的同在申請中的申請案，亦即上述申請案。經由本發明方法及產生的彼等雙部份燃料(主要燃料及煙薰劑)可以以在該申請案內所述的方法用於一壓縮點火引擎內。
此外，藉the University of Queensland(昆士蘭大學)而進行一各別的計畫(見表1)，其中係進行該甲醇/水/二甲醚平衡之實驗室測定，並比較勞烏爾定律(Raolt’s Law)以證明水可將該3組份混合物內之DME去安定化的能力。在每一情況下，DME為所存在之主要氣態物種。
表1表示與該理想的勞烏爾定律計算法比較之一甲醇/水DME系統的實際蒸氣壓性質。該表提供可分類成該DME及水含量之範圍(其差額為甲醇)以將該等趨勢列成表格並表示該等趨勢的結果。自本表可知在所檢查的4個水含量群組內，會導致DME在該液相內之不安定化之得自勞烏定律的偏差係藉較低溫度及較高水含量而增強。所測定的尖峰偏差係發生於6.1之比例及10℃下。該水添加的效應在其熱容量高於所存在的其它組份，於一合適溫度下之水為產生DME蒸氣之一理想方法，且不需要利用，諸如加熱套或電加熱元件之裝置進行該整體預燃料之直接加熱。
表1：經測定之蒸氣壓對於-10、0、10、15及25℃下測定之勞烏爾定律的數據之比例

Claims (30)

  1. 一種用於產生一含甲醇及水、與不超過20重量%二甲醚、及一含二甲醚之煙薰劑的主要燃料組成物之方法，該方法包含：- 提供一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物，- 添加水至該預燃料組成物以導致或促成該二甲醚之至少一部份自該預燃料組成物中蒸發，- 收集自該預燃料組成物所蒸發的該二甲醚部份以作為煙薰劑，並使用該預燃料組成物之含甲醇及水的剩餘物以作為主要燃料組成物。
  2. 如請求項1之方法，其中水的添加量足以製造一含自3重量%至40重量%水、及不超過20重量%二甲醚之主要燃料組成物。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包含：- 自第一位置將該含甲醇及二甲醚的預燃料組成物輸送至遠離該第一位置之第二位置。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包含：- 使用該含二甲醚之煙薰劑煙薰一壓縮點火引擎之進氣氣流；- 將該經煙薰之進氣空氣導入該引擎之燃燒室內並壓縮該進氣空氣；- 將該主要燃料導入該燃燒室內；並 - 點燃該主要燃料/空氣混合物藉以驅動該引擎。
  5. 如請求項4之方法，其包括以其數量為主要燃料之0.5-70重量%的該煙薰劑煙薰該進氣空氣。
  6. 如請求項4之方法，其包括以其數量為該主要燃料組成物之至高20重量%的該煙薰劑煙薰該進氣空氣。
  7. 如請求項4之方法，其包括在將該主要燃料饋入燃燒室內之前，在該燃燒室內預熱該進氣空氣。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該水係位於一介於30與80℃之間的溫度下。
  9. 如請求項1至7中任一項之方法，其中添加水至該預燃料組成物之該步驟導致存在於該預燃料組成物中之該二甲醚的至少5重量%從該預燃料組成物內蒸發。
  10. 如請求項1至7中任一項之方法，其中添加水至該預燃料組成物之該步驟可導致存在於該預燃料組成物中之該二甲醚的至少20重量%從該預燃料組成物內蒸發。
  11. 如請求項中1至7中任一項之方法，其中水的添加量足以製造一含水及甲醇呈介於3：97至80：20之間之重量比例的主要燃料組成物。
  12. 如請求項1之方法，其中一或多添加物係存在於該預燃料組成物內或係在從該預燃料組成物內移除二甲醚後，添加至該主要燃料組成物，該一或多添加物係選自以下所組成的群組：引燃改良劑、燃料增效劑、燃燒增強劑、吸氧油、潤滑性添加物、產物著色添加物、焰色添加物、抗蝕添加物、殺生物劑、凝固點抑制劑、沉積 物減少劑、變性劑、pH控制劑、及其等之混合物。
  13. 如請求項12之方法，其中為該燃料之至高1重量%的產物著色添加物、及為該燃料之至高1重量%的焰色添加物係存在於該預燃料組成物內或係在從該預燃料組成物內移除二甲醚後，添加至該主要燃料組成物。
  14. 如請求項1至7中任一項之方法，其中水的添加量足以製造一含介於12重量%與23重量%之間的水、甲醇、及不超過20重量%之添加物的主要燃料組成物。
  15. 如請求項1至7中任一項之方法，其中水的添加量足以製造一含介於20重量%與22重量%之間的水、4-6重量%二甲醚及甲醇之主要燃料組成物。
  16. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該預燃料包含粗甲醇。
  17. 一種使用一含甲醇及水與不超過20重量%二甲醚之主要燃料操作一壓縮點火引擎的方法，其包括：- 提供一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物；- 添加水至該預燃料組成物以導致或幫助該二甲醚之至少一部份從該預燃料組成物中蒸發，- 收集從該預燃料組成物所蒸發的該二甲醚部份以作為煙薰劑；- 使用該含甲醇及水之預燃料組成物的剩餘物作為主要燃料組成物；- 使用該含二甲醚之煙薰劑煙薰一壓縮點火引擎之進氣氣流； - 將該經煙薰進氣空氣導入該引擎之燃燒室內並壓縮該氣空氣；- 將該主要燃料導入該燃燒室內；並- 點燃該主要燃料/空氣混合物藉以驅動該引擎。
  18. 如請求項17之方法，該方法進一步包含請求項5至7中任一項之步驟。
  19. 一種使用一藉一含甲醇及水與不超過20重量%二甲醚之主要燃料組成物而補給燃料的壓縮點火引擎以發電的方法，該方法包含：- 提供一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物；- 添加水至該預燃料組成物以導致或幫助該二甲醚之至少一部份從該預燃料組成物中蒸發，- 收集從該預燃料組成物所蒸發的該二甲醚部份以作為煙薰劑；- 使用該含甲醇及水之預燃料組成物的剩餘物作為主要燃料組成物；- 使用該主要燃料組成物操作一壓縮點火引擎以發電；- 使用該含二甲醚之煙薰劑煙薰該壓縮點火引擎之進口氣流；- 處理引擎廢氣以從該引擎內回收廢氣熱及/或水，及- 使該熱及/或水改變方向以用於另外用途。
  20. 如請求項19之方法，其包含使從該引擎廢氣內所回收的該水改變方向以用於以下步驟：添加水至該預燃料組成物以導致該二甲醚從該預燃料組成物內蒸發。
  21. 如請求項19或20之方法，其包含經由一熱交換器使得來自該廢氣的熱與在一熱水環路內之水交換，且經由該熱水環路將水中之熱轉移至一地區性社區。
  22. 如請求項19之方法，其中該添加水至該預燃料組成物以導致該二甲醚的至少一部份之蒸發的步驟係於一高於環境溫度之溫度下使用水進行。
  23. 如請求項19之方法，其中水的添加量足以製造一含水及甲醇呈介於3：97至80：20之間的重量比例之主要燃料組成物。
  24. 如請求項23之方法，其中水的添加量足以製造一含自3重量%至40重量%水、及不超過20重量%二甲醚之主要燃料組成物。
  25. 如請求項19之方法，其中一或多添加物係存在於該預燃料組成物內或係在從該預燃料組成物內移除二甲醚後，添加至該主要燃料組成物，該一或多添加物係選自以下所組成的群組：引燃改良劑、燃料增效劑、燃燒增強劑、吸氧油、潤滑性添加物、產物著色添加物、焰色添加物、抗蝕添加物、殺生物劑、凝固點抑制劑、沉積物減少劑、變性劑、pH控制劑、及其等之混合物。
  26. 如請求項25之方法，其中為該燃料之至高1重量%的產物著色添加物、及為該燃料之至高1重量%的焰色添加物係存在於該預燃料組成物內或係在從該預燃料組成物內移除二甲醚後，添加至該主要燃料組成物。
  27. 如請求項19之方法，其中水的添加量足以製造一含介於 12重量%與23重量%之間的水、甲醇、及不超過20重量%之添加物的主要燃料組成物。
  28. 如請求項27之方法，其中水的添加量足以製造一含介於20重量%與22重量%之間的水、4-6重量%二甲醚及甲醇之主要燃料組成物。
  29. 如請求項17或19中任一項之方法，其中該預燃料包含粗甲醇。
  30. 一種供應燃料至一壓縮點火引擎的方法，該方法包含：- 供應一含甲醇及二甲醚之預燃料組成物；- 添加水至該預燃料組成物以導致或幫助該二甲醚之至少一部份從該預燃料組成物中蒸發，- 供應從該預燃料組成物所蒸發之該二甲醚部份至該壓縮點火引擎之一空氣進氣以作為煙薰劑，- 供應該含甲醇及水之預燃料組成物的剩餘物至與該壓縮點火引擎之一燃燒室呈流體連接之第二槽內以作為一主要燃料組成物。
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