一种氢能环保复合燃料及其制备方法与流程

1.本发明涉及燃料油技术领域，特别是涉及一种氢能环保复合燃料及其制备方法。

背景技术：

[0002][0003]
目前甲醇作为燃料具有以下缺点：1、甲醇汽化潜热高，易造成低温启动困难；2、当环境温度较高时，其饱和蒸气压显著提高，易造成油路气阻，致供油困难；3、甲醇热值低，燃烧效率低，续航里程短；4、甲醇对金属器件有腐蚀性和对橡胶制品有溶胀性，致汽车器件使用周期缩短；5、存在低温分层和乳化分层等问题。通常的做法是针对甲醇的突出缺点调配相应的化合物，如为解决甲醇与化工类组分的有效混合加入助溶剂，对汽车冷启动困难的情况掺入助燃剂，对甲醇热点低动力不足的问题添加动力剂，但目前为止还没有一种能够克服甲醇诸多缺点的复合型添加剂，从而对甲醇存在的诸多问题进行综合改良，达到能使甲醇扬长避短为使用者提供效能燃料的目的。

技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是提供一种氢能环保复合燃料及其制备方法，以解决上述将甲醇作为燃料缺点较多的问题。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供了一种氢能环保复合燃料，复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂15-30％和烃醚类添加剂70-85％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂6-10％和精甲醇90-94％，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃5-10％、二甲苯5-10％、三甲苯10-30％、烷基化油 10-30％、mtbe 5-10％、石脑油10-20％、抽余油1-10％和碳五10-20％，核心剂包括异丙醇、环己胺、脂肪酸甲酯、硝酸异辛酯、2号喷气燃料、碳酸二甲酯、甲基叔丁基醚、过氧化锌、2,6-二叔丁基对甲酚、乙基二茂铁、四乙基铅。其中复合燃料中的改性甲醇添加剂和烃醚类添加剂的总重量百分比为100％，改性甲醇添加剂中的核心剂和精甲醇的总重量百分比为100％，烃醚类添加剂中的各种原料的重量百分比为100％，精甲醇的纯度为99.9％。改性甲醇添加剂也称燃油清净增效剂。
[0006]
优选的，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃6.5％、二甲苯6.5％、三甲苯22％、烷基化油20％、mtbe 7.5％、石脑油15.5％、抽余油6.5％和碳五 15.5％。
[0007]
优选的，核心剂按照重量份包括异丙醇40-60份、环己胺5-20份、脂肪酸甲酯5-10份、硝酸异辛酯5-10份、2号喷气燃料1-10份、碳酸二甲酯1-8 份、甲基叔丁基醚1-10份、过氧化锌0.5-2份、2,6-二叔丁基对甲酚0.1-1.5 份、乙基二茂铁0.1-1.0份、四乙基铅0.05-0.2份。
[0008]
优选的，核心剂按照重量份包括异丙醇54.3份、环己胺12份、脂肪酸甲酯7.7份、硝酸异辛酯7份、2号喷气燃料6.5份、碳酸二甲酯5份、甲基叔丁基醚5份、过氧化锌1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.8份、乙基二茂铁0.6 份、四乙基铅0.1份。
[0009]
一种氢能环保复合燃料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]
(1)将环己胺与2,6-二叔丁基对甲酚混合得到防腐阻溶胀剂；
[0011]
(2)将脂肪酸甲酯与异丙醇混合得到活性剂；
[0012]
(3)将过氧化锌和2号喷气燃料、碳酸二甲酯、硝酸异辛酯混合得到催化燃烧剂；
[0013]
(4)将活性剂和催化燃烧剂、防腐阻溶胀剂、甲基叔丁基醚、四乙基铅、乙基二茂铁混合得到核心剂；
[0014]
(5)按照重量百分比称取核心剂和精甲醇混合形成改性甲醇添加剂，之后改性甲醇添加剂和烃醚类添加剂混合均匀得到复合燃料。
[0015]
其中主要组分的作用如下：
[0016]
1、甲醇:甲醇深加工后可作为一种清洁燃料，可与汽油混合使用，其碳氢化合物、氧化氮和一氧化碳的排放量很低，效率很高。
[0017]
2、四乙基铅：四乙基铅在加热条件下能分解出铅，是一种有机铅化合物，具有动力剂和抗爆震剂的作用，其不溶于水，易溶于汽油、煤油等有机溶剂中，也可溶于脂肪和类脂中，能起到抗爆震和提高汽油辛烷值的功效，是配制动力汽油抗爆剂的主要成分。
[0018]
3、乙基二茂铁：乙基二茂铁是二茂铁衍生物的一种，具有燃料燃速催化性能，能够增大燃烧速度，提高燃烧效率，使燃料燃烧更充分，起到增加车辆续航里程和节约燃料的作用。
[0019]
4、过氧化锌：在不同条件下具有不同的作用，在温度加热至150℃以上或遇酸分解时，可用作硫化促进剂、防腐剂、热收缩剂等，也可作抗爆剂使用。
[0020]
5、碳酸二甲酯：具有甲基化剂、羰基化剂、羟甲基化剂和甲氧基化剂等作用。
[0021]
6、环己胺：具有腐蚀抑制剂、固化剂、金属和橡胶制品抗腐蚀的作用。
[0022]
7、2号喷气燃料：密度适宜，热值高，燃烧性能好，能迅速、稳定、连续、完全燃烧，且燃烧区域小，积碳量少，不易结焦；低温流动性好，能满足寒冷低温地区对油品流动性的要求；热性和抗氧化性好；洁净度高，无机械性杂质及水分等有害物质，硫醇性硫含量低，对机件腐蚀性小等优势，对寒冷条件下的冷启动具有独特的功效。
[0023]
8、2,6二叔丁基对甲酚：用于橡胶塑料防腐剂，广泛用于油溶性抗氧化剂。虽毒性较大，但其抗氧化能力较强，价格较便宜。
[0024]
9、碳酸二甲酯：是一种重要的有机化工中间体，广泛用于羰基化、甲基化、甲氧基化和羰基甲基化有机合成反应，用于生产聚碳酸酯、异氰酸酯、聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯二醇等化工产品。由于dmc无毒，可替代剧毒的光气、、硫酸二甲酯等作为甲基化剂或羰基化剂使用，提高生产操作的安全性，降低环境污染。作为汽油添加剂，dmc可提高其辛烷值和含氧量，进而提高其抗爆性。此外，dmc还可作清洁剂、表面活性剂和柔软剂的添加剂。
[0025]
10、脂肪酸甲酯：是一种重要的化工中间体，广泛应用于皮革化工和日用化工，将其加氢可制备高碳脂肪醇，它是生产增塑剂、洗涤剂和表面活性剂(mes)的必要组分。
[0026]
11、异丙醇：作为有机原料和溶剂有着广泛用途，作为溶剂是工业上比较廉价的溶剂，用途广，能和水自由混合，对亲油性物质的溶解能力比乙醇强，可用于生产涂料、油墨、萃取剂、气溶胶剂，还可用作防冻剂、清洁剂，汽油添加剂、脱水剂等。
[0027]
12、甲基叔丁基醚：主要用于汽油添加剂，与极微量的四乙基铅共同增强抗爆性，提高汽油的辛烷值，对汽油的冷启动和加速性也有明显的作用。
[0028]
因此，本发明采用上述结构的一种氢能环保复合燃料及其制备方法，具有以下有益效果：
[0029]
1、本发明中使用的硝酸异辛酯属于硝基酯化物，其对甲醇改性催化燃烧具有重要的作用，其促使甲醇在燃烧前反应范围扩大加速，致使燃料的燃烧性能大幅改善，燃烧效率提高，燃烧充分自然久减少污染物排放。
[0030]
2、碳酸二甲酯及脂肪酸甲酯均属于羰基酯化物，一方面，羰基酯化物对甲醇燃料催化燃烧具有突出作用，特别是同时含有羰基、羧基和甲基等多种官能团化合物，能与醇类发生甲基化反应和碳基化反应，生成多种衍生物，降低了甲醇燃烧的汽化潜热，提高了能量转化率，致动力性能明显提高；另一方面羰基酯化物是较好的润滑添加剂，一定数量的碳基酯化物可改变甲醇燃料的润滑性，减少发动机磨损和摩擦并避免未汽化部分的甲醇流入缸壁，从而将低能损失，提高能量转化率，达到给发动机减少和延缓磨损的目的。
[0031]
3、过氧化锌是一种过氧化物，过氧化锌晶体键具有明显的共价键性质。爆震现象是汽油在气缸内燃烧过程中，随着缸体内温度和压力的升高会产生大量的有机过氧化物聚集，这种聚集造成火花塞火焰未传到气缸之前，缸内混合气已形成多点燃烧，并导致燃烧速度提数十倍甚至上百倍，使得缸内压力骤然增加，从而形成爆震，因此消除气缸内的过氧化物是减轻爆震的关键。过氧化锌具有高温150℃以上或遇酸分解的作用，故可作硫化促进剂、防腐剂和热收敛剂使用，其热解后所生成的氧化锌可以清除甲醇燃料燃烧时所生成的有机过氧化物，并产生微量氧，从而促进甲醇充分燃烧，降低能量释放速度，对燃料抗爆性有促进作用，另外过氧化锌的防腐作用降低了甲醇对金属机件的硫化腐蚀，对橡塑件的溶胀有抑制作用。
[0032]
4、甲基叔丁基醚和微量的四乙基铅及乙基二茂铁的混合物，对抑制抗爆震、增加发动机动力、提高汽油的辛烷值和发动机冷启动效率有明显的作用。
[0033]
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
[0034]
以下将对本发明进行进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明并不限于本实施例。
[0035]
实施例1
[0036]
一种氢能环保复合燃料，复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂 25％和烃醚类添加剂75％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂6％和精甲醇94％，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃6.5％、二甲苯6.5％、三甲苯22％、烷基化油20％、mtbe 7.5％、石脑油15.5％、抽余油6.5％和碳五 15.5％，核心剂按照重量份包括异丙醇54.3份、环己胺12份、脂肪酸甲酯7.7 份、硝酸异辛酯7份、2号喷气燃料6.5份、碳酸二甲酯5份、甲基叔丁基醚 5份、过氧化锌1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.8份、乙基二茂铁0.6份、四乙基铅0.1份。改性甲醇添加剂也称为燃油清净增效剂。
[0037]
一种氢能环保复合燃料的制备方法，包括以下步骤：
[0038]
(1)将环己胺与2,6-二叔丁基对甲酚混合得到防腐阻溶胀剂；
[0039]
(2)将脂肪酸甲酯与异丙醇混合得到活性剂；
[0040]
(3)将过氧化锌和2号喷气燃料、碳酸二甲酯、硝酸异辛酯混合得到催化燃烧剂；
[0041]
(4)将活性剂和催化燃烧剂、防腐阻溶胀剂、甲基叔丁基醚、四乙基铅、乙基二茂铁混合得到核心剂；
[0042]
(5)按照重量百分比称取核心剂和精甲醇混合形成改性甲醇添加剂，之后改性甲醇添加剂和烃醚类添加剂混合均匀得到复合燃料。
[0043]
实施例2
[0044]
本实施例除了复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂15％和烃醚类添加剂85％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂8％和精甲醇92％，其余原料及制备方法同实施例1。
[0045]
实施例3
[0046]
本实施例除了复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂30％和烃醚类添加剂70％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂7％和精甲醇93％，其余原料及制备方法同实施例1。
[0047]
实施例4
[0048]
本实施例除了复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂20％和烃醚类添加剂80％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂10％和精甲醇90％，其余原料及制备方法同实施例1。
[0049]
实施例5
[0050]
一种氢能环保复合燃料，复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂 24％和烃醚类添加剂76％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂7％和精甲醇93％，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃7％、二甲苯6％、三甲苯 18.6％、烷基化油20％、mtbe 8％、石脑油17.5％、抽余油8.3％和碳五14.6％，核心剂按照重量份包括异丙醇50份、环己胺15份、脂肪酸甲酯8份、硝酸异辛酯6份、2号喷气燃料5份、碳酸二甲酯6份、甲基叔丁基醚4份、过氧化锌1份、2,6-二叔丁基对甲酚1份、乙基二茂铁0.4份、四乙基铅0.08份。
[0051]
实施例6
[0052]
一种氢能环保复合燃料，复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂 23.5％和烃醚类添加剂76.5％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂 6.5％和精甲醇93.5％，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃6.5％、二甲苯 6.5％、三甲苯22％、烷基化油20％、mtbe 7.5％、石脑油15.5％、抽余油6.5％和碳五15.5％，核心剂按照重量份包括异丙醇54.3份、环己胺12份、脂肪酸甲酯7.7份、硝酸异辛酯7份、2号喷气燃料6.5份、碳酸二甲酯5份、甲基叔丁基醚5份、过氧化锌1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.8份、乙基二茂铁0.6 份、四乙基铅0.1份。
[0053]
实施例7
[0054]
一种氢能环保复合燃料，复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂 21％和烃醚类添加剂79％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂8.5％和精甲醇91.5％，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃6.5％、二甲苯6.5％、三甲苯22％、烷基化油20％、mtbe 7.5％、石脑油15.5％、抽余油6.5％和碳五 15.5％，核心剂按照重量份包括异丙醇50份、环己胺15份、脂肪酸甲酯8.6 份、硝酸异辛酯6.6份、2号喷气燃料5.7份、碳酸二甲酯5.5份、甲基叔丁基醚4.3份、过氧化锌1.3份、2,6-二叔丁基对甲酚1.1份、乙基二茂铁0.2 份、四乙基铅0.11份。
[0055]
对比例1
[0056]
本对比例除了未加入乙基二茂铁外，其余原料及制备方法同实施例1。
[0057]
对比例2
[0058]
本对比例除了未加入四乙基铅外，其余原料及制备方法同实施例1。
[0059]
对比例3
[0060]
本对比例除了烃醚类添加剂外，其余原料及制备方法同实施例1。
[0061]
对比例4
[0062]
本对比例除了2号喷气外，其余原料及制备方法同实施例1。
[0063]
对比例5
[0064]
本对比例的原料同实施例1，区别在于直接将各原料进行混合。
[0065]
为了验证实施例与对比例的实际使用效果，将上述实验例1-7和对比例 1-5制备的复合燃料进行检测，其测定值见表1-2。
[0066]
其中研究法辛烷值的检测标准依据gb/t5487-2015，铜片腐蚀的检测依据 gb/t5096-1985(2004)，水溶性酸碱的检测标准为gb/t259-88(2004)，硫含量的检测标准为gb/t11140-2008，博士试验的检测标准为sh/t0174-1992(2000)，氧化性的检测依据gb/t8018-87(2004)，石油热值测定法依据gb/t384，石油产品残炭测定法依据gb/t268。
[0067]
表1
[0068][0069]
从表1可见与实验例1-7相比，对比例1-5的辛烷值和硫含量较高，氧化性也有所上升，稳定性较差。
[0070]
表2
[0071][0072]
从表2中可以看出实施例1相对于对比例1-5的总热值较高，残碳较少。
[0073]
将实施例1制成的复合燃料分别应用于汽油车和柴油车，与市售的汽油成品和柴油成品做对比。测试结果见表3。
[0074]
表3
[0075][0076]
注：表中的升降百分比指的是(复合燃料测试数据与成品油料测试数据的差值)和成品油料测试数据的比值。
[0077]
从表3可以看出将实施例1制成的复合燃料应用于汽油车和柴油车上，汽油车和柴油车的污染物排放量和烟度均有明显下降。
[0078]
因此，本发明采用上述结构的一种氢能环保复合燃料及其制备方法，将甲醇自然燃烧变成了催化燃烧，燃烧更充分，油耗量减少，动力增加，尾气排放明显减少。
[0079]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：

1.一种氢能环保复合燃料，其特征在于：复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂15-30％和烃醚类添加剂70-85％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂6-10％和精甲醇90-94％，烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃5-10％、二甲苯5-10％、三甲苯10-30％、烷基化油10-30％、mtbe 5-10％、石脑油10-20％、抽余油1-10％和碳五10-20％，核心剂包括异丙醇、环己胺、脂肪酸甲酯、硝酸异辛酯、2号喷气燃料、碳酸二甲酯、甲基叔丁基醚、过氧化锌、2,6-二叔丁基对甲酚、乙基二茂铁、四乙基铅。2.根据权利要求1所述的一种氢能环保复合燃料，其特征在于：烃醚类添加剂按照重量百分比包括芳烃6.5％、二甲苯6.5％、三甲苯22％、烷基化油20％、mtbe 7.5％、石脑油15.5％、抽余油6.5％和碳五15.5％。3.根据权利要求1所述的一种氢能环保复合燃料，其特征在于：核心剂按照重量份包括异丙醇40-60份、环己胺5-20份、脂肪酸甲酯5-10份、硝酸异辛酯5-10份、2号喷气燃料1-10份、碳酸二甲酯1-8份、甲基叔丁基醚1-10份、过氧化锌0.5-2份、2,6-二叔丁基对甲酚0.1-1.5份、乙基二茂铁0.1-1.0份、四乙基铅0.05-0.2份。4.根据权利要求3所述的一种氢能环保复合燃料，其特征在于：核心剂按照重量份包括异丙醇54.3份、环己胺12份、脂肪酸甲酯7.7份、硝酸异辛酯7份、2号喷气燃料6.5份、碳酸二甲酯5份、甲基叔丁基醚5份、过氧化锌1份、2,6-二叔丁基对甲酚0.8份、乙基二茂铁0.6份、四乙基铅0.1份。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种氢能环保复合燃料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)将环己胺与2,6-二叔丁基对甲酚混合得到防腐阻溶胀剂；(2)将脂肪酸甲酯与异丙醇混合得到活性剂；(3)将过氧化锌和2号喷气燃料、碳酸二甲酯、硝酸异辛酯混合得到催化燃烧剂；(4)将活性剂和催化燃烧剂、防腐阻溶胀剂、甲基叔丁基醚、四乙基铅、乙基二茂铁混合得到核心剂；(5)按照重量百分比称取核心剂和精甲醇混合形成改性甲醇添加剂，之后改性甲醇添加剂和烃醚类添加剂混合均匀得到复合燃料。

技术总结

本发明公开了一种氢能环保复合燃料及其制备方法，复合燃料按照重量百分比包括改性甲醇添加剂15-30％和烃醚类添加剂70-85％，改性甲醇添加剂按照重量百分比包括核心剂6-10％和精甲醇90-94％，改性甲醇添加剂也称为燃油清净增效剂，烃醚类添加剂包括芳烃、二甲苯、三甲苯、烷基化油、MTBE、石脑油、抽余油和碳五，核心剂包括异丙醇、环己胺、脂肪酸甲酯、硝酸异辛酯、2号喷气燃料、碳酸二甲酯、甲基叔丁基醚、过氧化锌、2,6-二叔丁基对甲酚、乙基二茂铁、四乙基铅。本发明采用上述结构的一种氢能环保复合燃料及其制备方法，将甲醇自然燃烧变成了催化燃烧，燃烧更充分，油耗量减少，动力增加，尾气排放明显减少。排放明显减少。