一種新型低碳甲醇柴油及其添加劑以及其製備方法
2023-08-10 08:20:01 3
專利名稱：一種新型低碳甲醇柴油及其添加劑以及其製備方法
技術領域：
本發明涉及能源領域，尤其涉及一種新型低碳甲醇柴油及其添加劑以及其製備方法。
背景技術：
隨著國民經濟的快速發展，燃油消耗量急劇上升，而全球的石油資源儲蓄十分有限。柴油作為一種大功率內燃機的主要燃料，很大程度影響著工業、農業以及漁業的發展。與汽油相比，柴油機具有熱效率高、燃油經濟性好、爆發壓力較高、輸出扭矩比較大，CO和 HC排放量低等優點，該處可以參考如下文獻曹建喜，董松祥，尚紅巖，徐春明，甲醇柴油的研究進展[J]. 2010，6 ) :41-45;在汽車、輪船上得到了越來越廣泛的應用。但是，柴油機排放尾氣中顆粒物、氮氧化物和碳氫化合物的含量很高，這些微粒粒徑小、質量濃度約是汽油機的3(Γ80倍，該處可以參考如下文獻郭瑞蓮，宋作軍.車用柴油機微粒排放法規與控制技術J1重型汽車，2002 (6):35-37 ;長期懸浮在大氣中，加上其表面常吸附一層有致癌作用的多環芳烴等物質，易被人體吸收而成積在肺泡內，汙染環境嚴重損害人體健康。醇類燃料被世界公認為是清潔可再生替代燃料，其中甲醇與汽油和柴油的比較接近』該處可以參考如下文獻魏遠文，黃海波，田維，韓志強，甲醇用作柴油替代燃料的研究進展J.農機化研究，2007，5:202 ;具有燃燒性能良好、熱效率高、比能耗低、排放的顆粒物和氮氧化物(Nox)含量低、來源廣泛，價格低廉等優點。該處可以參考如下文獻吳冠京，車用清潔燃料M.北京石油工業出版社.2004:335 ;因此，開發高清潔甲醇柴油代用燃料具有很大的現實意義。最近幾年，有關低碳甲醇柴油研究的期刊文獻頻頻出現，但是由於甲醇在壓燃式發動機上應用點火困難，我國的一些高校和科研院所在壓燃式發動機燃用甲醇方面也開展了很多的研究，如柴油機燃用甲醇/柴油混合燃料、燃用甲醇一柴油一水三元複合燃料、直噴式柴油機和渦流室式柴油機燃用純甲醇以及甲醇/柴油雙燃料等等燃燒方式試驗研究。經過多年的研究，在壓燃式發動機上應用甲醇方法主要集中在摻燒方式上，概括起來有混合燃料法(助溶劑法或稱乳化法)、雙燃料法(包括化醇器法和雙噴射法)組合燃料法、燻蒸法等方式。採用燻蒸法和雙燃料法時，汽車和發動機的結構變化大，不易在現生產車和使用的柴油車上推廣；採用乳化液法，發動機結構可以不做變動，但是由於柴油和甲醇不互溶，必須往柴油中大量摻入乳化劑以防止分層。
發明內容
發明的目的為了提供一種不分層，不影響使用，可以很好解決目前的甲醇柴油適用問題的新型低碳甲醇柴油及其添加劑以及其製備方法。為了達到如上目的，本發明採取如下技術方案
方案I :
一種新型低碳柴油添加劑，其特徵在於，其中包含如下重量組分的物質7份表面活性劑、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份碳原子個數4個以上的的醇、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份環己烷酸甘油酯、10份有機硝酸酯即c-R0N02。本發明進一步技術方案在於，所述植物油優選蓖麻油。本發明進一步技術方案在於，所述多碳醇優選C原子在4個到8個的醇。本發明進一步技術方案在於，所述多碳醇優選C原子在4個到8個的直鏈醇。
方案2 :
包含如上所述的添加劑的低碳甲醇柴油，其特徵在於，包含甲醇-柴油混合燃料和添加劑，所述甲醇-柴油混合燃料質量比為15:85，所述甲醇-柴油混合燃料和添加劑的質量比為200:1。方案3:
製備如上所述的低碳甲醇柴油的方法，其特徵在於，包含如下步驟
添加劑製備加入如下組分混合，7份表面活性劑、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份碳原子個數4個以上的的醇、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份環己烷酸甘油酯、10份有機硝酸酯即C-RONO2 ;混合後將其攪拌為均質化，靜置得到均一乳液；
混合稱取1000份甲醇-柴油混合燃料，其中的甲醇和柴油質量比為15:85，放在容器中，加入和甲醇-柴油混合燃料質量比為200:1的複合添加劑，攪拌直到微乳液變澄清、均
O本發明進一步技術方案在於，所述添加劑製備的步驟中攪拌為用RW28懸臂式機械攪拌器攪拌，攪拌速度為200r/min ;所述步驟混合中的攪拌為用機械攪拌器攪拌，攪拌速度為600r/min
採用如上技術方案的本發明，經過大量實驗，發現
(I)實驗結果表明，要實現柴油和互溶不分層，單一的表面活性劑與助劑效果不佳。根據甲醇結構特點與W/0形成機理，選擇多種高效表面活性劑和助表面活性劑復配，乳化劑最佳HLB值在3. 5飛.0之間，對實現柴油-甲醇微乳化體系有更好的效果。(2)通過「油包醇」這種方法製得的低碳柴油，在有少量存在時，會形成柴油-甲醇-助劑-水四元微乳化體系，在界面膜拉力作用下體系穩定性好，能夠在一定的溫度下穩定存在、不分層。可知低碳柴油是自發形成的且熱力學上穩定的體系。(3) 「油包醇」穩定體系，屏蔽了柴油中摻有甲醇的低閃點、低十六烷值效果。在柴油發動機的燃燒過程中，發動機自身溫度達到64°C左右時，「油包醇」穩定體系微爆破，由於甲醇的高汽化潛熱值，協同閃點提高劑與十六烷值促進劑霧化燃燒，有效的改善了燃料的閃點和十六烷值，提高了動力，降低了發動機碳煙和NO排放。
附圖為低碳甲醇柴油粒徑ESEM圖；放大倍數40X-1000X，90V-265V的自動電源調整系統。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
進一步進行說明；
本文根據乳化液界面膜理論、W/0型理論及微爆破理論，參照表面活性劑混合物的HLB值計算方法，計算參考如下兩篇文獻I. Shinoda K, Yoneyama T, Tsutsumi H. Evaluat ion of emulsifier blending.Journal of Dispersion Sciences and Techno logy(USA). 1980, I :1一 2。2. Harusawa F. Nakajima H. Tanaka M. Hydrophile— lipophilebalance of mixed nonionie surfactanls. Journal of the Society of CosmeticChemists (England),1982, 33 :115 一129。配製了一種甲醇-柴油多效複合添加劑，通過複合添加劑的作用，使甲醇和柴油在一定比例下能夠互溶，形成「油包醇」穩定體系，製得一種澄清、透明、穩定的微乳化低碳柴油。解決了甲醇柴油燃料閃點低、十六烷值低、甲醇與柴油難互溶、遇水乳化，潤滑性差、腐蝕金屬和橡膠部件溶脹等問題。甲醇與柴油相比，其十六烷值、黏度、熱值都低，在摻入量小於20% (質量，下同)時，柴油機啟動的時間與原來相同，進一步增加摻醇率，會延長柴油機的啟動時間。因此我們確定甲醇的加入量為15%進行下面實驗。
表I甲醇、柴油及汽油的物化特性對比
■ 化學式汽油柴油甲醇
分子量_95-120_180-200__32. O
密度 /kg · m3 O. 70-0. 80O. 820-860O. 796
低熱值 /MJ · kg—1 4442. 819. 678
汽化熱 ZkJ · kg-1 350一 300"TTlO
自然溫度/°C 220-260200-220~464
十六烷值 0-10452-3
閃點/°C -58^10_彡5512
粘度(20°C)CP 0.293-8~0.60
沸點/°C 25-220180-365~64.7
理論空燃比 14.7~14.66.4
著火極 /% I. 4-7. 6|θ· 6-7. 56. 0-36. 5
6. O實驗部分
主要原料
甲醇O 99.9%)、0#柴油(市售)、蓖麻油(市售)、油酸、脂肪酸甲酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、多碳醇(C4-C8直鏈醇)、有機硝酸酯(簡稱c-R0N02)、混合表面活性劑、環己烷酸甘油酯。檢測儀器設備
全自動柴油十六烷值測定儀IQTAET公司)、JSR2902石油產品閉口閃點測定器(湖南津市市石油化學儀器有限責任公司)、柴油多用途測定器(湖南津市市石油化學儀器有限責任公司)、44Χ3生物顯微鏡(上海光學儀器一廠)、RW28懸臂式機械攪拌器(西安匯鴻環保科技有限公司)、GT16-3高速臺式離心機(北京時代北利離心機有限公司)
製備工藝及條件 複合添加劑的製備
按照質量配比，稱取7%的混合表面活性劑、10%的油酸、25%脂肪酸甲酯、15%植物油(蓖麻油)、10%的多碳醇、8%的脂肪醇聚氧乙烯醚、15%環己烷酸甘油酯、10%有機硝酸酯(簡稱C-RONO2)類化合物加入容器中，用RW28懸臂式機械攪拌器攪拌(200r/min)使混合物均質化後，靜置得到均一乳液。有機硝酸酯至少可以選用硝酸戊酯或者硝酸異山梨醇酯。
低碳甲醇柴油的製備
稱取IOOOg甲醇-柴油(質量比15:85)混合燃料，放在容器中，用機械攪拌器攪拌(600r/min),向其中緩緩加入質量比為千分之5的複合添加劑，攪拌直到微乳液變澄清、均一，制的一種節能環保低碳柴油。性能評定 粒徑分析
取少許低碳柴油油樣，放在44X3生物顯微鏡下觀察，結果如附圖，從圖中照片中可見，微粒基本呈球形，粒徑大小不等，分布在20—120nm之間。
穩定性評定 機械穩定性測定
我們採用強化自然條件的方法對乳液進行破乳實驗，以測定低碳甲醇柴油的穩定性。我們取20ml低碳甲醇柴油油樣放入高速臺式離心機中，在轉速3500 r / min下旋轉30min，取出觀察，油樣外觀依然澄清透明，無任何變化。遇水穩定性測試
取三份同樣的低碳柴油油樣，一份置於熱水浴中加熱，觀察發現油樣外觀澄清透明，在64°C左右有微量氣體揮發出來；一份油樣放置在恆溫_25°C油樣出現少許混濁，但不分層，當溫度回升到常溫，油樣又恢復到澄清透明狀態；向最後一份油樣緩緩加入定量的水，邊加入邊攪拌混合均勻，直到油樣剛好出現分層，記下加入的水。閃點、十六烷值實驗
我們用JSR2902石油產品閉口閃點測定器和全自動柴油十六烷值測定儀IQT0#柴油、甲醇以及低碳柴油的閃點和十六烷值技術指標進行測試，從表2可以看出，低碳柴油的指標比0#柴油稍好，符合國家輕柴油標準(GB252-2000)。
權利要求
1.一種新型低碳柴油添加劑，其特徵在於，其中包含如下重量組分的物質7份表面活性劑、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份碳原子個數4個以上的的醇、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份環己烷酸甘油酯、10份有機硝酸酯即c-R0N02。
2.如權利要求I所述的一種新型低碳柴油添加劑，其特徵在於，所述植物油優選蓖麻油。
3.如權利要求I所述的一種新型低碳柴油添加劑，其特徵在於，所述多碳醇優選C原子在4個到8個的醇。
4.如權利要求3所述的一種新型低碳柴油添加劑，其特徵在於，所述多碳醇優選C原子在4個到8個的直鏈醇。
5.包含如權利要求1-4所述的添加劑的低碳甲醇柴油，其特徵在於，包含甲醇-柴油混合燃料和添加劑，所述甲醇-柴油混合燃料質量比為15:85，所述甲醇-柴油混合燃料和添加劑的質量比為200:1。
6.製備權利要求5所述的低碳甲醇柴油的方法，其特徵在於，包含如下步驟 添加劑製備加入如下組分混合，7份表面活性劑、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份碳原子個數4個以上的的醇、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份環己烷酸甘油酯、10份有機硝酸酯即C-RONO2 ;混合後將其攪拌為均質化，靜置得到均一乳液； 混合稱取1000份甲醇-柴油混合燃料，其中的甲醇和柴油質量比為15:85，放在容器中，加入和甲醇-柴油混合燃料質量比為200:1的複合添加劑，攪拌直到微乳液變澄清、均一。
7.製備權利要求6所述的低碳甲醇柴油的方法，其特徵在於，所述添加劑製備的步驟中攪拌為用RW28懸臂式機械攪拌器攪拌，攪拌速度為200r/min ;所述步驟混合中的攪拌為用機械攪拌器攪拌，攪拌速度為600r/min。
全文摘要
本發明涉及能源領域，尤其涉及一種新型低碳甲醇柴油及其添加劑以及其製備方法。本發明採取如下技術方案包含如下步驟添加劑製備加入如下組分混合，7份表面活性劑、10份油酸、25份脂肪酸甲酯、15份植物油、10份多碳醇(C4-C8直鏈脂肪醇)、8份脂肪醇聚氧乙烯醚、15份環己烷酸甘油酯、10份有機硝酸酯(簡稱c-RONO2)；混合後將其攪拌為均質化，靜置得到均一乳液；混合稱取1000份甲醇-柴油混合燃料，其中的甲醇和柴油質量比為15:85，放在容器中，加入和甲醇-柴油混合燃料質量比為200:1的複合添加劑，攪拌直到微乳液變澄清、均一。
文檔編號C10L1/182GK102899106SQ20121044818
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月12日 優先權日2012年11月12日
發明者陳先傑, 李鵬飛, 王望子 申請人:陝西寶姜新能源有限責任公司