Ft柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种多元清洁燃料，其制备方法是将FT柴油、助溶剂、甲醇和生物柴油按照一定比例依次加入容器内，充分搅拌5-10分钟，待容器内的燃料形成均匀统一的混合液，即得到FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料。本发明制备方法简单，制备的多元清洁燃料可以直接应用于压燃式发动机。经发动机台架试验，在不改变发动机结构参数的前提下，运行平稳，性能优异，可解决甲醇和FT柴油的市场应用问题，缓解石油能源短缺的现状，同时降低发动机对大气污染物质的排放，作为柴油产品的清洁燃料是一种科学合理的选择。
【专利说明】FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料的制备方法
【技术领域】
[0001]本专利涉及一种由FT柴油、甲醇和生物柴油等调配成的多元清洁燃料，用作压燃式发动机的清洁代用燃料，属于能源应用开发技术和热能动力及燃料技术的范畴。
【背景技术】
[0002]进入21世纪以来我国汽车工业高速发展，汽车产销量和保有量不断攀升，自2010年以来我国汽车产销量均超过了 1800万辆，超过美国和日本，成为世界第一大汽车生产国和消费市场。一方面，我国原油进口依存度已经远超50%的国际警戒线，2012年我国石油对外依存度达到57%，预计2013年将达到63%，从国家能源安全来看，随着成品油消费量不断增加，我国原油的进口依存度将会再次攀升，所以必须寻求新型替代能源来缓解这一局面。另一方面，汽车尾气排放对大气污染的“贡献”高达60%~70%，在我国大城市的空气污染中，汽车尾气排放量已占大气污染源85%左右，汽车尾气的大量排放使城市群区域大气复合污染呈现显著恶化和蔓延趋势，造成大范围的雾霾、具有强烈刺激性的光化学烟雾、酸雨等环境问题日益突出，极大地影响着环境、危害人体健康、损害城市建筑设施。
[0003]2013年02月17日国务院办公厅正式发布了《关于加强内燃机工业节能减排的意见》，文件中将替代燃料内燃机应用示范工程列为我国内燃机工业的六个重要工程之一。其中明确了节能减排的具体目标:2015年目标实现节约商品燃油2000万吨，其中采用替代燃料节约商品燃油1500万吨。鉴于我国是一个“富煤、贫气、少油”的国家，大力发展以煤炭为原料的清洁代用燃料，对缓解能源危机和落实可持续发展具有战略意义。
[0004]目前，以煤炭为主要原料生产的FT柴油和甲醇被认为是清洁高效的发动机替代燃料，尤其符合国家的能源结构。FT柴油在国内作为生成α烯烃和石蜡等重要化工原料的附属产品，用作发动机燃料可提高其经济价值和煤的多联产利用率，是一种适合中国国情的发动机替代燃料。
[0005]甲醇是现今唯一可用煤或天然气以及生物质等作原料进行大规模生产的廉价液体燃料，来源广泛易得，生产工艺成熟，生命周期短。中国目前已有超过2000万吨的甲醇产能，约有1000万吨的产量可以用到燃料市场，因此甲醇作为发动机燃料的应用可以扩大甲醇的使用量，为预防甲醇产品过剩找到出路。
[0006]生物柴油由植、动物油脂以及餐饮废油生产制成，属可再生性燃料，对能源的利用效率高，自2006年《可再生能源法》发布以来，国家各个部委单独或联合颁发了很多关于生物柴油产业的鼓励政策，对于生物柴油行业的发展起到了积极的促进作用。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的问题是鉴于能源和环境的危机，为发动机提供一种能达到节能减排效果的多元清洁燃料及其制备方法。
[0008]为实现上述目的，本发明FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料及其制备方法包括FT柴油、甲醇和生物柴油等三种燃料以及助溶剂，其燃料和助溶剂的组成及其体积百分比如下:
FT柴油82%~62% ;甲醇5%~10% ;生物柴油10%~20% ;助溶剂3%~8% ;或是 FT柴油70%~47% ;甲醇10%~20% ;生物柴油10%~20% ;助溶剂10%~13% ;或
是
FT柴油59%~32% ;甲醇20%~30% ;生物柴油10%~20% ;助溶剂11%~18%。
[0009]如权利要求1所述的混合燃料，其燃料和助溶剂的组成及含量可进一步按体积百分比选为:
FT柴油72% ;甲醇10% ;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)8%;或是 FT柴油57% ;甲醇20% ;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)13%;或是 FT柴油43% ;甲醇30% ;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)17%。
[0010]如权利要求1所述的混合燃料，其燃料和助溶剂的组成及含量可进一步按体积百分比选为:
FT柴油82% ;甲醇5% ;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)3%;或是 FT柴油64% ;甲醇15% ;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)11%;或是 FT柴油50% ;甲醇25% ;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)15%。
[0011]本发明一种用于上述FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料的制备方法，其方法如上述FT柴油甲醇混合燃料的组成及其按体积百分比含量，计算出所需原料的体积，在环境温度为25°C时，量取相应体积的FT柴油置于容器中，并加入对应体积的助溶剂，将二者混合均匀后，再缓慢加入甲醇，最后加入生物柴油，边加边搅拌均匀，待混合液均匀统一后，即得到本发明所述的FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料。该多元清洁燃料静置45天后，仍然均匀稳定，可正常使用。
[0012]本发明所具有的优点和积极效果在于:1.FT柴油的价格与0#柴油价格的差距逐渐缩小，目前0#柴油价格为8000~8600元/吨，FT柴油的价格为9000元/吨，甲醇价格为2800元/吨，。在以FT柴油为基础油的多元清洁燃料中掺混一定比例的甲醇，可以弥补FT柴油高成本的劣势。FT柴油和甲醇都可以从煤炭中加工提炼，储量资源相对丰富。在我国尤其是针对山西省的能源结构，研究以FT柴油、甲醇为基础的燃料作为发动机的替代燃料具有能源战略意义。
[0013]2.FT柴油具有十六烷值高、含硫量少、芳香烃含量低、与化石柴油组分相似的特点。FT柴油在国内作为生成α烯烃和石蜡等重要化工原料的附属产品，用作发动机燃料可提高其经济价值和煤的多联产利用率，在发动机上燃用FT柴油时无需修改结构参数，就可获得与国标柴油相当的动力经济性，同时可以降低尾气排放，是一种很理想的发动机替代燃料。
[0014]3.甲醇是现今唯一可用煤或天然气以及生物质等作原料进行大规模生产的廉价液体燃料，来源广泛易得，生产工艺成熟，生命周期短，Η/C比例大，含氧量高，雾化特性好，排放特性优良。可以降低NOx与碳烟的排放，降低燃油成本。中国目前已有超过2000万吨的甲醇产能，约有1000万吨的产量可以用到燃料市场，因此甲醇作为发动机燃料的应用可以扩大甲醇的使用量，为预防甲醇产品过剩找到出路，同时可以降低燃料成本，改善FT柴油生产成本过高的缺点。
[0015]4.生物柴油由植、动物油脂以及餐饮废油生产制成，属可再生性燃料，对能源的利用效率高。生物柴油具有较高的十六烷值、较低的芳烃和硫含量、燃料中含氧等优点，在燃料中生物柴油的加入可以缓解NOx排放和碳烟排放的权衡曲线(trade-off)关系，即柴油中掺入适当的生物柴油，在NOx排放几乎不变的前提下，使碳烟排放明显降低。同时与石油柴油相比，生物柴油的运动黏度较高，润滑性较好，可改善FT柴油和甲醇润滑性较差的弊端。
[0016]该多元清洁燃料经过100多小时的发动机台架试验，运行稳定，排放良好。在进行多次互溶性试验和发动机台架试验的基础上，确定了多元清洁燃料的制备方法，从而为发动机提供一种新的清洁替代燃料。
[0017]本发明所述的FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料及其制备方法，其FT柴油、甲醇、生物柴油以及助溶剂的优选配比方案是按体积百分比为:FT柴油58%;甲醇20%;生物柴油10% ;助溶剂(正辛醇)12%。
[0018]
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明的三种实施例在压燃式发动机油门开度为80%的速度特性时，发动机输出功率随转速的变化示意图；
图2是本发明的三种实施例在压燃式发动机油门开度为80%的速度特性时，发动机的油耗率随转速的变化示意图；
图3是本发明的三种实施例在压燃式发动机油门开度为80%的速度特性时，发动机NOx排放随转速的变化示意图；
图4是本发明的三种实施例在压燃式发动机油门开度为80%的速度特性时，发动机的PM排放随转速的变化示意图；
图5是本发明的三种实施例在压燃式发动机油门开度为80%的速度特性时，发动机的CO排放随转速的变化示意图；
图6是本发明的三种实施例在压燃式发动机油门开度为80%的速度特性时，发动机的HC排放随转速的变化示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例详细说明本发明的FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料及其制备方法的【具体实施方式】。
[0021]实施例1
本实施例的混合燃料是由FT柴油、甲醇、生物柴油和助溶剂(正辛醇)组成，按照体积百分比为:FT柴油72%、甲醇10%、生物柴油10%、助溶剂(正辛醇)8%。本实施例的混合燃料的制备方法是:在环境温度为25°C时，首先量取体积为14.60L的FT柴油置入容器中，并加入0.14L纯度大于99.7%的助溶剂(正辛醇)，混合均匀后，将2.0OL纯度为99 %的甲醇缓慢倒入混合液中，最后加入2.0OL生物柴油，搅拌5-10分钟，待容器内的燃料形成均匀统一的混合液，即制备得本发明所述的一种FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料，记为FT-B-MlO。
[0022]试验发动机选用昆明云内动力股份有限公司所生产的4100QBZL增压中冷发动机，试验台架由四川诚邦科技股份有限公司生产的ET2000测控系统控制发动机的运转工况，并测量各工况下的动力性能和经济性能指标，通过奥地利AVL公司的DIC0M4000排放分析仪测量常规性排放物。本实施例的多元清洁燃料在发动机台架上进行试验，选定油门开度为80%的速度特性和转速分别为1200r/min、1600r/min、2000r/min、2400r/min下的负荷特性工况进行测试。台架试验结果表明，发动机燃用该混合燃料运行平稳、燃烧柔和、排放良好，可以达到节能减排的目的
实施例2 本实施例的混合燃料是由FT柴油、甲醇、生物柴油和助溶剂(正辛醇)组成，按照体积百分比为:FT柴油57%、甲醇20%、生物柴油10%、助溶剂(正辛醇)13%。本实施例的混合燃料的制备方法和试验测试与实施例1相同，记为FT-B-M20。
[0023] 实施例3
本实施例的混合燃料是由FT柴油、甲醇、生物柴油和助溶剂(正辛醇)组成，按照体积百分比为:FT柴油43%、甲醇30 %、生物柴油10%、助溶剂(正辛醇)17 %。本实施例的混合燃料的制备方法和试验测试与实施例1相同，记为FT-B-M30。
【权利要求】
1.FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料，其各组分含量体积百分比如下: FT柴油82%~62% ;甲醇5%~10% ;生物柴油10%~20% ;助溶剂3%~8% ;或是 FT柴油70%~47% ;甲醇10%~20% ;生物柴油10%~20% ;助溶剂10%~13% ;或是 FT柴油59%~32% ;甲醇20%~30% ;生物柴油10%~20% ;助溶剂11%~18%。
2.如权利要求1所述的混合燃料，其燃料和助溶剂的组成及含量可进一步按体积百分比选为: FT柴油72% ;甲醇10% ;生物柴油10% ;助溶剂8%;或是 FT柴油57% ;甲醇20% ;生物柴油10% ;助溶剂13%;或是 FT柴油43% ;甲醇30% ;生物柴油10% ;助溶剂17%。
3.如权利要求1所述的混合燃料，其燃料和助溶剂的组成及含量可进一步按体积百分比选为: FT柴油82% ;甲醇5% ;生物柴油10% ;助溶剂3%;或是 FT柴油64% ;甲醇15% ;生物柴油10% ;助溶剂11%;或是 FT柴油50% ;甲醇25% ;生物柴油10% ;助溶剂15%。
4.如权利要求1所述多元清洁燃料中的FT柴油是煤间接液化产品，然后经FT(Fischer - Tropsch)催化反应合成制得。
5.如权利要求1所述的含甲醇多元清洁燃料中，所添加甲醇的纯度98~99%。
6.如权利要求1所述的 多元清洁燃料中，所选用的助溶剂纯度不低于99%。
7.权利要求1所述的多元清洁燃料的制备方法，其所述方法如权利要求1的组成及其体积百分比，将FT柴油、助溶剂、甲醇和生物柴油依次加入容器内，充分搅拌5-10分钟，待容器内的燃料形成均匀统一的混合液，即得到FT柴油-甲醇-生物柴油多元清洁燃料。
8.权利要求1所述的助溶剂可以采用正辛醇，也可以选用异辛醇、正庚醇等其它效果明显的助溶剂，以维持本专利所制得FT柴油-甲醇-生物柴油多元体系的稳定性。
【文档编号】C10L1/04GK103740418SQ201410022103
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2014年1月17日
【发明者】王铁, 张瑞亮, 曹贻森, 武智斐, 杨甜甜, 李国兴 申请人:太原理工大学, 王铁