专利名称：合成车用燃料及其制备方法
技术领域：
本发明属于汽油发动机用燃料技术领域，尤其涉及一种石油炼制汽油含量较少的合成车用燃料汽油及其制备方法。
背景技术：
目前市售车用燃料汽油均为石油炼制的油品，这不仅占用了大量的宝贵石油资源，同时这种燃料汽油中含有多种金属化合物和芳烃类物质，燃烧后产生的污染物对环境造成很大的危害。随着经济发展和环境保护的要求，如何减少天然石油资源的消耗，节约能源并降低车辆尾气的排放量已成为日益关注的重要问题。国内科研机构和企业曾陆续研发出各种燃料汽油添加剂，以添加乙醇或甲醇的方式降低汽油的用量同时提高汽油的标号，但这是以降低燃烧热值为代价的，如果汽油中低醇类物质的添加量过高，则燃料的动力性能降低或发动机无法工作，同时汽油与其混合物也会出现分层现象，影响发动机工作效率。另一方面甲醇和汽油在理化性能指标上有相当大的差异，如燃烧热值、蒸汽压、蒸汽密度以及对人体的伤害和环境的污染方面，甲醇也不符合现有按石油炼制汽油特性设计的车辆发动机的要求。甲醇是极性化有机物，对发动机零部件的腐蚀老化程度高，动力性能差，使用添加甲醇的汽油会出现车辆低温启动困难和有气阻的现象。
近年来国内外对乙醇添加汽油的研究已初见成效，但在燃烧热值、蒸汽压力、抗爆性能、稀燃能力和气化潜热等性能方面仍要依赖高比例的汽油来实现，因此合成汽油中石油炼制汽油的重量比例不能低于60～80％，车辆对作为多种工业重要原料的石油的消耗量仍然非常巨大。我国目前是世界第二大石油进口国，如何节约石油的用量同时降低车辆尾气的污染问题是目前合成汽油研究的重要技术问题。
发明内容
本发明提供了一种石油炼制汽油的重量含量仅为20～30％的合成车用燃料汽油，通过添加大量的可再生低碳醇和醚合成动力性能优异、燃烧后尾气污染程度低、制造成本低、稳定性高的合成车用燃料。
本发明采用的技术方案如下一种合成车用燃料，其特征在于合成车用燃料的重量百分比组成如下汽油20～30％、甲醇8～50％、乙醇8～47％、异丙醇10～20％、正丙醇2～3.6％、仲丁醇2～3.8％、二甲醚5～10％。
所述的汽油为石油炼制的各种牌号的燃料汽油。
该合成车用燃料的制备方法，其特征在于制备步骤如下(1)在常温、密闭的条件下将甲醇和乙醇混合并在高速剪切条件下乳化，得到甲醇和乙醇的均匀混合液体A；(2)在混合液体A中加入异丙醇、正丙醇和仲丁醇，高速剪切混合乳化得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入二甲醚高速剪切乳化均匀，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入汽油高速剪切乳化，得到的混合液体即为合成车用燃料。
该合成车用燃料的具体的制备步骤如下(1)在常温、密闭的条件下将甲醇和乙醇混合并在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化10～15分钟，得到甲醇和乙醇的无色透明混合液体A；(2)混合液体A加入异丙醇、正丙醇和仲丁醇，在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化10～15分钟，得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入二甲醚，在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化5～8分钟，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入汽油，在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化均匀，得到的透明混合液体即为合成车用燃料。
上述制备方法中所述的汽油为石油炼制的各种牌号的燃料汽油，最好是没有加入甲基叔丁基醚添加剂的无铅汽油。
该合成车用燃料的其余各组分均为市售化工产品，具有原料资源丰富和可再生的优点，因为石油炼制的汽油属于富碳贫氧的碳氢化合物，碳的含量可占汽油重量比的80％，氢也只占到13％左右，而富氧贫碳的醇类的情况正好相反，可以互补。但由于二者一个属于弱极性物质，另一个属于强极性物质，其相容性很差，特别是含微量水的醇类与汽油烃类混合后容易分层。另一方面因为水比醇类的极性化程度强，所以一般醇类不可避免的会含有微量的水，这也是汽油和醇类添加组分不能互溶的主要原因。为了解决汽油与添加组分醇类和醚类的互融问题，本发明的发明人利用极性基团羟基-OH和非极性基团的-CH2CH(CH3)2亲和的原理，通过调整汽油和各低碳醇和醚的配比关系，使汽油和各添加组分很好的互溶。同时本发明合成后的车用燃料汽油在动力性能、油耗测试等一些技术参数上都明显高于常规的石油炼制汽油，在怠速下检测发动机的尾气排放，其中的CO、HC、CO2和NOX均比石油炼制汽油明显下降。
本发明合成车用燃料的制备工艺简单，只需要常规的高速剪切乳化设备即可完成，一般的高速剪切速度为2800转/分以上，在高剪切力的作用下，合成车用燃料的各组分的乳化颗粒的粒径可达到0.05微米，液体混合物为透明状，其混合物稳定性提高，同时在高速剪切力的作用下，不用添加乳化剂就能使各组分充分互溶。传统石油炼制汽油中都会加入甲基叔丁基醚来提高汽油的辛烷值，由于本合成车用燃料汽油中添加的其它组分的作用也能起到提高燃料汽油辛烷值的作用，所以不需要在汽油组分中再添加昂贵的甲基叔丁基醚组分。
本发明的有益效果在于，该合成车用燃料在大量减少石油炼制汽油添加比例的同时提供了优异的动力性能和环保性能，节约宝贵的石油资源，降低了燃料汽油的造价。各种牌号的石油炼制汽油都可用于该车用燃料汽油的合成，合成后的车用燃料汽油可用于各种汽油燃料发动机的能源，并不需要对现有车辆设备做任何改动。
具体实施例方式
实施例1 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料90#汽油20％、甲醇46％、乙醇9％、异丙醇15％、正丙醇3％、仲丁醇2％、二甲醚5％。
按下述制备方法制备该合成车用燃料汽油(1)在常温、密闭的条件下将46％甲醇和9％乙醇混合并用高速剪切乳化设备进行乳化，得到甲醇和乙醇的透明混合液体A；(2)在混合液体A中加入15％异丙醇、3％正丙醇和2％仲丁醇，高速剪切乳化得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入5％二甲醚高速剪切乳化，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入20％的90#汽油高速剪切乳化，得到的透明混合液体即为合成车用燃料。该合成车用燃料汽油经云南省产品质量监督检验中心检测的各项指标数据见表1。
表1 合成车用燃料汽油的各项检测指标
由上表可以看出该合成车用燃料汽油的辛烷值比加入的牌号为90#汽油高，同时合成车用燃料汽油的各项检测指标均符合燃料汽油的各项标准。
申请人对该合成车用燃料汽油进行了排气污染物进行了对比测试，使用正常的夏利、捷达、桑塔纳汽油车三辆，按GB/T3845-93《汽油车排气污染物的测量怠速法》对正常使用的进行测量，使用市售90#石油炼制汽油测试原车的排气污染物(CO、HC、CO2、NO)浓度，然后使用该合成车用燃料汽油，运行180km后再对该车的排气污染物进行测试。检测和分析设备采用FGA-4100汽车排气分析仪，检测现场环境及气象条件大气压力81.0kPa，相对湿度57％，气温26℃，晴。检测结果及评价标准见表2。
表2 车辆尾气污染物排放检测结构和评价标准
*注夏利车执行最大限值(1995年7月1日以前生产的在用车)，其它车执行最低限值。对工况法污染物排放和燃油经济性测试的结果见表3和表4。
表3 捷达电喷轿车工况法污染物排放及燃油经济测试结果
表4 桑塔纳化油器轿车工况法污染物排放及燃油经济性测试结果
由表2、3、4可以看出使用怠速法测试情况下，该合成车用燃料汽油车辆的尾气排放污染物明显低于现有的石油炼制汽油，该合成车用燃料汽油的环保性能明显优于现有的石油炼制汽油。使用工况法测试情况下，使用该合成燃料汽油车辆的污染物排放中CO和HC的排放量都有不同程度的降低，只是NOx的排放量略有升高。使用该合成燃料汽油的车辆的百公里油耗降低，具有良好的经济效益。同时该合成车用燃料具有良好的适应性，现有车辆使用该合成车用燃料无需对车辆作任何改动。
申请人还对该合成车用燃料汽油的动力性能与现有90#汽油进行了对比测试，其测试结果见表5。
表5 合成车用燃料汽油与90#汽油的动力性能测试结果
*注变化率(％)＝[(90#汽油数据-本发明燃油数据)÷90#汽油数据]×100％
实施例2 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料93#汽油20％、甲醇25％、乙醇25％、异丙醇20％、正丙醇3％、仲丁醇2％、二甲醚5％。
按下述制备方法制备该合成车用燃料汽油在常温、密闭的条件下将25％甲醇和25％乙醇混合并用高速剪切乳化设备在2800转/分的剪切搅拌速度下乳化15分钟，得到甲醇和乙醇的无色透明混合液体A；(2)混合液体A加入20％异丙醇、3％正丙醇和2％仲丁醇，在3000转/分的剪切速度下乳化15分钟，得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入5％二甲醚，在上述剪切速度下乳化5分钟，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入20％的93#汽油高速剪切乳化，得到的透明混合液体即为合成车用燃料，该合成车用燃料可以相当于97#汽油的各项性能指标。
实施例3 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料70#汽油20％、甲醇8％、乙醇47％、异丙醇15％、正丙醇3％、仲丁醇2％、二甲醚5％。
按下述制备方法制备该合成车用燃料汽油在常温、密闭的条件下将8％甲醇和47％乙醇混合并用高速剪切乳化设备在2800转/分的剪切搅拌速度下乳化10分钟，得到甲醇和乙醇的无色透明混合液体A；(2)混合液体A加入15％异丙醇、3％正丙醇和2％仲丁醇，在相同剪切速度下乳化，得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入5％二甲醚，在上述剪切速度下乳化8分钟，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入20％的70#汽油在上述剪切速度下乳化，得到的透明混合液体即为合成车用燃料，该合成车用燃料优于70#汽油的各项性能指标。
实施例4 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料90#汽油30％、甲醇24.6％、乙醇8％、异丙醇20％、正丙醇3.6％、仲丁醇3.8％、二甲醚5％。
该合成车用燃料的制备方法同实施例1。
实施例5 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料95#汽油20％、甲醇50％、乙醇9.2％、异丙醇10％、正丙醇2％、仲丁醇3.8％、二甲醚5％。
该合成车用燃料的制备方法同实施例2。
实施例6 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料97#汽油25％、甲醇30％、乙醇15％、异丙醇15％、正丙醇2％、仲丁醇3％、二甲醚10％。
该合成车用燃料的制备方法同实施例3。
实施例7 按如下组分和重量百分比取合成车用燃料的原料90#汽油30％、甲醇10％、乙醇30％、异丙醇16.4％、正丙醇3.6％、仲丁醇2％、二甲醚8％。
该合成车用燃料的制备方法同实施例2。
权利要求
1.一种合成车用燃料，其特征在于合成车用燃料的重量百分比组成如下汽油20～30％、甲醇8～50％、乙醇8～47％、异丙醇10～20％、正丙醇2～3.6％、仲丁醇2～3.8％、二甲醚5～10％。
2.根据权利要求1所述的合成车用燃料，其特征在于所述的汽油为石油炼制的各种牌号的燃料汽油。
3.权利要求1所述的合成车用燃料的制备方法，其特征在于制备步骤如下(1)在常温、密闭的条件下将甲醇和乙醇混合并在高速剪切条件下乳化，得到甲醇和乙醇的均匀混合液体A；(2)在混合液体A中加入异丙醇、正丙醇和仲丁醇，高速剪切混合乳化得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入二甲醚高速剪切乳化均匀，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入汽油高速剪切乳化，得到的混合液体即为合成车用燃料。
4.根据权利要求3所述的合成车用燃料的制备方法，其特征在于具体的制备步骤如下(1)在常温、密闭的条件下将甲醇和乙醇混合并在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化10～15分钟，得到甲醇和乙醇的无色透明混合液体A；(2)混合液体A加入异丙醇、正丙醇和仲丁醇，在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化10～15分钟，得到无色透明的混合液体B；(3)在混合液体B中加入二甲醚，在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化5～8分钟，得到透明混合液体C；(4)在透明混合液体C中加入汽油，在2800转/分以上的高速剪切条件下乳化均匀，得到的透明混合液体即为合成车用燃料。
5.根据权利要求3或4所述的合成车用燃料的制备方法，其特征在于所述的汽油为石油炼制的各种牌号的燃料汽油，最好是没有加入甲基叔丁基醚添加剂的无铅汽油。
全文摘要
合成车用燃料及其制备方法，属于汽油发动机用燃料技术领域。该合成车用燃料的重量百分比组成如下汽油20～30％、甲醇8～50％、乙醇8～47％、异丙醇10～20％、正丙醇2～3.6％、仲丁醇2～3.8％、二甲醚5～10％。其制备方法是采用高速剪切乳化设备将各组分乳化混合得到透明的混合合成车用燃料。该合成车用燃料在大量减少石油炼制汽油添加比例的同时提供了优异的动力性能和环保性能，节约宝贵的石油资源，降低了燃料汽油的造价。各种牌号的石油炼制汽油都可用于该车用燃料汽油的合成，合成后的车用燃料汽油可用于各种汽油燃料发动机的能源，并不需要对现有车辆设备做任何改动。
文档编号C10L1/04GK1800313SQ20061000085
公开日2006年7月12日 申请日期2006年1月13日 优先权日2006年1月13日
发明者吴一平, 吴萌 申请人:吴一平