二甲醚甲醇柴油混合燃料及其製備方法

2023-04-25 02:26:56 1

專利名稱：二甲醚甲醇柴油混合燃料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機混合燃料及其製備方法，具體的講，是一種用於壓燃式發 動機的二甲醚甲醇柴油混合燃料及其製備方法。
背景技術：
柴油作為一種傳統的石油基能源有著廣泛的應用，但隨著石油資源的短缺，柴油 代用燃料的研究和開發成為關注的焦點。甲醇可以從煤炭、煤層氣、焦爐氣中製取，來源廣 泛，甲醇良好的理化特性使其可作為燃料使用，而且甲醇是一種含氧燃料，燃燒充分。因此， 人們一直在研究和開發甲醇柴油混合燃料，混合燃料在壓燃式發動機上也進行了大量的研 究。但是，甲醇與柴油幾乎不可互溶，這個難題在很大程度上限制了甲醇柴油的進一步研究 與推廣。現有甲醇柴油混合燃料，為了解決甲醇柴油的互溶問題，使甲醇和柴油形成性能 穩定、均勻透明的混合燃料，需要加入助溶劑、助燃劑、十六烷值改進劑等數種甚至十幾種 成分複雜、價格昂貴的添加劑。如公開號為CN101376848A專利中甲醇柴油的添加劑種類有 8種；公開號為CN101381632A專利中，所加的添加劑種類達15種，其中幾種添加劑價格昂 貴，比如四氫呋喃每噸的價格高達2萬多元，異辛醇每噸價格高達1. 7萬元到2萬元。其中 有的添加劑的來源有限，不適應大規模產業化的需求。一些甲醇柴油不僅需要加入較多的 添加劑，而且還要藉助機械攪拌方可互溶，比如公開號為CN101671582A專利中，不僅加入 了 7 8種添加劑，還需要加以1個小時的機械攪拌才可以得到均勻透明的混合物；公開號 為CN101368115A專利中，加入了 8種添加劑，在製備過程中還需要加以1 6個小時劇烈 了機械攪拌。不僅如此，甲醇柴油混合燃料穩定性差，現有的甲醇柴油，在放置3 6月左 右會出現渾濁、分層的現象，發生變質。有的甲醇柴油對環境變化較為敏感，比如當環境溫 度出現變化時，立即變得渾濁。另外，部分添加劑又造成新的尾氣排放汙染。綜上所述，現有甲醇柴油添加劑成分複雜、成本過高、穩定性差，不適合實施推廣 應用。二甲醚具有十六烷值高、自燃性好、沸點低、含氧高等特點，能夠實現發動機高效、 超低排放、柔和及無煙燃燒，是公認的清潔燃料。二甲醚還具有良好的水溶性、油溶性，可作 為很好的溶劑。二甲醚和甲醇都可從煤炭、煤層氣、焦爐氣中製取，來源廣泛，二者可以大規 模聯產，技術十分成熟，具有十分明顯的價格優勢。重柴油是天然石油、人造石油等通過分餾或裂化提取製得，其特點是密度大，粘 度、殘炭值和凝點較高，十六烷值較低，應用範圍窄，在車用發動機上使用時容易產生大量 的碳煙排放。本發明結合重柴油和二甲醚的理化特性，將二者混合使用，取長補短，一方面 擴大了重柴油的應用範圍，另一方面解決二甲醚粘度低的問題。

發明內容
本發明要解決的問題是現有甲醇柴油互溶困難、添加劑成分複雜、添加比例大、成本昂貴和穩定性差的問題，其目的是提供一種簡單易溶、成本低廉、性能穩定的二甲醚甲醇 柴油混合燃料及其製備方法。為實現上述目的，本發明二甲醚甲醇柴油混合燃料的技術方案包括柴油、甲醇和 二甲醚三種燃料，其燃料的組成及其含量按質量百分比如下柴油60% 70% ；甲醇 12% ；二甲醚18% 39% ；或是柴油50% 59% ；甲醇 14% ；二甲醚27% 49% ；或是柴油40% 49% ；甲醇 17% ；二甲醚34% 59% ；或是柴油30% 39% ；甲醇 20% ；二甲醚41% 69% ；本發明的一種二甲醚甲醇柴油混合燃料的技術方案，其燃料的組成及其含量還可 以按質量百分比選為柴油70% ；甲醇6% ；二甲醚24% ；或是柴油60% ；甲醇7% ；二甲醚33% ；或是柴油50% ；甲醇9% ；二甲醚41% ；或是柴油40% ；甲醇10% ；二甲醚50% ；或是柴油30% ；甲醇 11% ；二甲醚 59%。本發明的一種二甲醚甲醇柴油混合燃料的技術方案，其燃料的組成及其含量還可 以進一步按質量百分比選為柴油65% ；甲醇6% ；二甲醚29% ；或是柴油55% ；甲醇7% ；二甲醚38% ；或是柴油45% ；甲醇8% ；二甲醚47% ；或是柴油35% ；甲醇 10% ；二甲醚 55% ；本發明一種用於上述二甲醚甲醇柴油混合燃料的製備方法，其方法如上述二甲醚 甲醇柴油混合燃料的組成及其含量按質量百分比，將柴油和甲醇置入容器內，通過加壓設 備使二甲醚儲存罐內壓力為0.8 IMPa，分別打開燃料罐和二甲醚儲存罐的閥門，利用壓 力差，將液態的二甲醚注入燃料罐，保持容器內壓力為0. 3 0. 6MPa，後將容器上下來回倒 置2 4次，其內部液態燃料即可混合均勻，三種燃料立即互溶，即製得本發明所述的二甲 醚甲醇柴油混合燃料。本發明一種二甲醚甲醇柴油混合燃料及其製備方法，所具有的優點與積極效果在 於甲醇柴油幾乎不可互溶，需藉助助溶劑和機械式攪拌方可互溶。利用二甲醚對甲 醇柴油良好的助溶作用，代替了成分複雜、大量的、價格昂貴的添加劑。二甲醚本身是一種 性能優良的清潔燃料，加入甲醇柴油中，不僅代替了大量的添加劑，而且改善了混合燃料整 體的燃燒與排放性能。甲醇柴油添加劑成分複雜、種類多，添加劑中一些組成成分價格昂貴，每噸在2萬 元以上，使得甲醇柴油的成本很高。二甲醚與甲醇都可從煤炭、煤層氣、焦爐氣中製取，來源 廣泛，現有的二甲醚市場價格為每噸3000 3500元。二甲醚與甲醇可實現大規模聯產，技 術簡單成熟，價格優勢十分明顯。在實際生產中，二甲醚是由甲醇脫水製得的，生產高純度 的二甲醚需要精細化工製取，成本較高。本發明的混合燃料，正好允許二甲醚中含有一定量 的甲醇，對生產的精細化程度要求降低，生產成本還可以進一步降低。
甲醇柴油混合燃料十六烷值低，現有甲醇柴油需要加入十六烷值改進劑來提高混 合燃料的十六烷值。二甲醚十六烷值高，可替代添加劑中的十六烷值改進劑，改善了甲醇柴 油混合燃料的十六烷值。二甲醚與甲醇的粘度低，容易導致供油系統精密偶件的磨損。本發明提供的混合 燃料由於有30% 70%的柴油或重柴油，保證了混合燃料在發動機上應用時具有良好的 潤滑性能，不易導致供油系統偶件的磨損。該混合燃料經過30小時的發動機臺架試驗，發動機噪音與燃用柴油相當，長時間 運行平穩，排放良好。在進行多次互溶性實驗及發動機臺架實驗的基礎上，最終確定了混合 燃料製備的技術方案，從而解決了甲醇柴油混合燃料互溶困難、添加劑成分複雜、成本高昂 的問題。


圖1是本發明實施例1在壓燃式發動機上進行臺架試驗時，外特性工況下，在發動 機旁同一點測得的發動機噪音對比圖；圖2是本發明實施例2在壓燃式發動機轉速為2200r/min時，發動機排氣中的碳 煙隨負荷的變化圖；圖3是本發明實施例2在壓燃式發動機轉速為2200r/min時，發動機排氣中的NOx 隨負荷的變化圖。
具體實施例方式下面結合實施例詳細說明本發明的二甲醚甲醇柴油混合燃料及其製備方法的具 體實施方式。實施例1本實施例的混合燃料是由二甲醚、甲醇與柴油組成，按照質量百分比為柴油 70%、甲醇12%、二甲醚18%。本實施例的混合燃料具體製備方法是在環境溫度為34°C 時，首先將35kg柴油置入特製的燃料罐，然後將純度為99%的甲醇6kg也置入燃料罐。最 後將二甲醚儲存罐與燃料罐用高壓油管連接，二甲醚儲存罐和燃料罐分別裝有閥門控制燃 料的出入。通過加壓設備使二甲醚儲存罐內壓力為0. 8 IMPa，分別打開燃料罐和二甲醚 儲存罐的閥門，利用壓力差，將液態的二甲醚9kg注入燃料罐，關閉燃料罐閥門。由於二甲 醚在該溫度下具有一定的飽和蒸汽壓，此時燃料罐內壓力為0. 55MPa。將燃料罐上下來回倒 置2 4次，其內部液態燃料即可混合均勻，三種燃料立即互溶，混合燃料的飽和蒸汽壓為 0. 22MPa,即製得本發明所述一種二甲醚甲醇柴油混合燃料。使用該混合燃料時，將發動機供油系統的進、回油管與燃料罐的出、進油口連通， 將混合燃料從燃料罐的出油口經濾清器、電磁閥輸入供油系統的電動增壓泵，該增壓泵將 混合燃料的壓力增加到0. 5MPa，確保混合燃料為液態並且消除氣阻現象發生。增壓後的混 合燃料進入發動機高壓油泵。進入高壓油泵後，混合燃料分為兩路一路經過高壓油管進入 噴嘴，噴入氣缸；一路回流，回流的混合燃料和噴嘴回流的混合燃料匯合，經一個單向閥回 到混合燃料回流管路到燃料罐。回流管路上裝有控制系統壓力的溢流閥，降低回流混合燃 料溫度的冷卻器。這樣混合燃料處於一個完整的迴路。
經本實施例的混合燃料進行發動機臺架試驗，發動機進行外特性和1600r/min、 2200r/min轉速下進行負荷特性測試，並利用排放分析儀測量發動機碳煙排放。發動機臺架 試驗結果表明，發動機燃用該混合燃料可平穩運行，排放良好。實施例2本實施例中甲醇選取中等比例，混合燃料由二甲醚、甲醇與柴油組成，按照質量百 分比為柴油70%、甲醇6%、二甲醚24%。本實施例的混合燃料製備方法和試驗測試與實 施例1相同。實施例3本實施例中甲醇選取小比例，混合燃料由二甲醚、甲醇與柴油組成，按照質量百分 比為柴油70%、甲醇1%、二甲醚29%。本實施例的混合燃料製備方法和試驗測試與實施 例1相同。實施例4本實施例混合燃料是由二甲醚、甲醇與柴油組成，按照質量百分比為柴油65%、 甲醇選取高比例的12%、二甲醚23%。本實施例的混合燃料製備方法和試驗測試與實施例 1相同。實施例5本實施例混合燃料是由二甲醚、甲醇與柴油組成，按照質量百分比為柴油65%、 甲醇選取中等比例的6%、二甲醚29%。本實施例的混合燃料製備方法和試驗測試與實施 例1相同。實施例6本實施例混合燃料是由二甲醚、甲醇與柴油組成，按照質量百分比為柴油65%、 甲醇選取小比例的1%、二甲醚34%。本實施例的混合燃料製備方法和試驗測試與實施例 1相同。以上實施例是示例性的，在上述實施例的基礎上，對由二甲醚、甲醇與柴油組成的 混合燃料的其它各組成及其含量分別按質量百分比實施如下
權利要求
一種二甲醚甲醇柴油混合燃料，其燃料的組成及其含量按質量百分比如下柴油60％～70％；甲醇1％～12％；二甲醚18％～39％；或是柴油50％～59％；甲醇1％～14％；二甲醚27％～49％；或是柴油40％～49％；甲醇1％～17％；二甲醚34％～59％；或是柴油30％～39％；甲醇1％～20％；二甲醚41％～69％；
2.如權利要求1所述的混合燃料，其燃料的組成及其含量進一步按質量百分比選為 柴油70% ；甲醇6% ；二甲醚24% ；或是柴油60% ；甲醇7% ；二甲醚33% ；或是 柴油50% ；甲醇9% ；二甲醚41% ；或是 柴油40% ；甲醇10% ；二甲醚50% ；或是 柴油30% ；甲醇11% ；二甲醚59%。
3.如權利要求1所述的混合燃料，其燃料的組成及其含量進一步按質量百分比選為 柴油65% ；甲醇6% ；二甲醚29% ；或是柴油55% ；甲醇7% ；二甲醚38% ；或是 柴油45% ；甲醇8% ；二甲醚47% ；或是 柴油35% ；甲醇10% ；二甲醚55% ；
4.如權利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料，其柴油是輕柴油或是重柴油。
5.如權利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料，其甲醇的純度為98 99。
6.如權利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料，其二甲醚的純度為95 99。
7.一種用於權利要求1所述的二甲醚甲醇柴油混合燃料的製備方法，其所述方法如 權利要求1的組成及其含量按質量百分比，將柴油和甲醇置入容器內，通過加壓使二甲醚 儲罐內的壓力為0. 8 IMPa，後將液態的二甲醚注入儲罐，保持容器內的壓力為0. 3 0. 6MPa,最後將容器倒置2 4次，容器內的液態燃料互溶，即得二甲醚甲醇柴油混合燃料。
全文摘要
一種壓燃式發動機混合燃料及其製備方法是將柴油和甲醇置入容器內，再將二甲醚注入容器內，保持容器內的壓力為0.3～0.6MPa，然後將容器倒置兩到四次，製得二甲醚甲醇柴油混合燃料。本發明解決了甲醇柴油互溶困難、添加劑成分複雜昂貴的問題，經發動機臺架試驗，運行穩定，效果良好。
文檔編號C10L1/02GK101955814SQ20101028561
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月14日 優先權日2010年9月14日
發明者曹傑, 朱建軍, 王鐵 申請人:太原理工大學