本發(fā)明涉及一種壓燃機(jī)燃料，具體涉及一種用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇。

背景技術(shù)：

我國石油資源匱乏自給率嚴(yán)重不足，對(duì)外依存度逐年增加。自2009年以來，連續(xù)多年的石油進(jìn)口量已經(jīng)超過一半以上，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，石油的對(duì)外依存度還將會(huì)進(jìn)一步增大，預(yù)計(jì)2020年有可能突破70％，成為世界上最大的石油凈進(jìn)口國，國家的石油能源安全存在很大的壓力。重載柴油機(jī)是國家物流、客運(yùn)、工農(nóng)業(yè)機(jī)械以及國防等主流動(dòng)力，每年消耗的柴油量超過全年消耗總量80％以上。此外，有研究表明，由于柴油機(jī)的燃燒特性決定，其排放的氮氧化物(NOx)以及顆粒物(PM)是機(jī)動(dòng)車向大氣中霧霾的重要成因之一。因此，尋求清潔替代柴油的燃料減小石油對(duì)外依存度、保障國家能源安全；減少有害氣體排放，治理霧霾，實(shí)現(xiàn)“環(huán)境就是民生，青山就是美麗，藍(lán)天也是幸?！钡娜嗣衿谕哂兄匾膽?zhàn)略意義。

甲醇生產(chǎn)資源豐富，生產(chǎn)技術(shù)成熟，輸運(yùn)方便，是很有前景的柴油替代燃料。甲醇是可再生、可持續(xù)發(fā)展的清凈燃料之一，不僅可用煤、天然氣、煤層氣、焦?fàn)t氣等作原料，特別是還可利用高硫劣質(zhì)煤生產(chǎn)甲醇，即可提高資源綜合利用又可減少環(huán)境污染。甲醇只含一個(gè)碳原子，含50％的氧和34.8％的氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，不含硫等，其化學(xué)組成決定了在內(nèi)燃機(jī)等熱力裝置中燃燒后，生成的排放物要比含多碳原子及含硫等的汽油及柴油明顯低。

相比柴油，甲醇汽化潛熱大、十六烷值低、著火極限(空氣中容積比)為6.7～36％(柴油1.58～8.2％)；甲醇對(duì)金屬有腐蝕，對(duì)橡膠和塑料有溶脹作用；柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)不能滿足燃料甲醇的需要。因此，甲醇在壓燃式柴油機(jī)上應(yīng)用是一個(gè)重大的技術(shù)難題。國內(nèi)外研究多種方法，如甲醇和柴油乳化法、添加著火添加劑法、甲醇點(diǎn)燃法等等。以上方法或由于改動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)、或是不能穩(wěn)定著火及實(shí)現(xiàn)較好的工作過程、或是燃料替代成本高等諸多原因，一直沒有得到實(shí)際應(yīng)用。近年來，采用甲醇熏蒸法在進(jìn)氣道形成混合氣，然后在氣缸內(nèi)和柴油混燒的方法得到大家關(guān)注。該方法可以避免甲醇和柴油混合后的分層以及著火添加劑致使燃料價(jià)格失去市場競爭性等缺陷，雖然該方法采用各自獨(dú)立的燃料供應(yīng)系統(tǒng)，但甲醇和柴油在實(shí)時(shí)變化的工況條件下的控制、發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)運(yùn)行及尾氣排放污染物等方面問題，由于其技術(shù)性、局限性和應(yīng)用性，已不再作為主要研究方向。

各種燃用甲醇燃料方式是基于在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)方面的加、改裝技術(shù)和設(shè)備，并未結(jié)合甲醇燃料性質(zhì)調(diào)整技術(shù)方面做研究。共置系統(tǒng)燃燒法是在發(fā)動(dòng)機(jī)組另外加裝一套供醇系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃料甲醇和柴油供給系統(tǒng)共置。例如，中國專利文獻(xiàn)CN1470752A公開的柴油機(jī)進(jìn)氣噴醇裝置及其控制方法，其主要原理是：在氣缸進(jìn)氣道上加裝噴醇器，在進(jìn)氣沖程時(shí)間段通過噴醇器霧化甲醇并噴入進(jìn)氣道，與空氣混合后入缸，再與柴油霧化氣體混燃；該文獻(xiàn)中的供醇系統(tǒng)構(gòu)成包括：甲醇箱、甲醇過濾器、甲醇泵、耐腐甲醇管線、控制線束、ECU電控單元及軟件，壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、油門行程傳感器，甲醇限壓閥、噴醇器、控制面板。這種方法理論上可摻燒70％的甲醇，有效規(guī)避上述各研究方法的不足，但是常規(guī)燃料甲醇經(jīng)噴醇器噴入進(jìn)氣道時(shí)往往由于霧化不好，與空氣不能充分混合，導(dǎo)致甲醇不能充分燃燒，最終帶來甲醇、甲醛等非常規(guī)排放升高的弊端。因此，有必要根據(jù)這類發(fā)動(dòng)機(jī)的需要對(duì)甲醇物性作相應(yīng)的調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述需要，本發(fā)明的目的在于，在雙燃料供油系統(tǒng)法及內(nèi)燃機(jī)替代燃料燃燒學(xué)的基礎(chǔ)理論上，在加裝獨(dú)立供醇系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的條件下，根據(jù)其燃燒方式的特點(diǎn)和要求，調(diào)整甲醇燃料性質(zhì)，改善現(xiàn)有的雙燃料燃燒系統(tǒng)中甲醇燃料的霧化性與混合燃燒充分性，進(jìn)而有效提升甲醇摻燒比例，節(jié)省柴油消耗，減少有害氣體排放，達(dá)到國Ⅳ排放標(biāo)準(zhǔn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

提供一種用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，它由以下質(zhì)量百分比的組分組成：甲醇94～96％、復(fù)合改性劑4～6％；

所述的復(fù)合改性劑，按復(fù)合改性劑質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：潤滑劑7-18％、助溶劑5-11％、抗氧防腐蝕劑0.3-0.8％，余量為復(fù)合霧化改性劑；

所述的復(fù)合霧化改性劑由戊烷、乙基叔丁基醚(ETBE)、甲縮醛和丙酮混配組成。

本發(fā)明優(yōu)選的方案中，所述的復(fù)合霧化改性劑中的戊烷、ETBE、甲縮醛和丙酮重量比為20～50:8～15:12～21:8～15。

本發(fā)明優(yōu)選的方案中，所述的潤滑劑選自四聚蓖麻油酸酯、油酸乙二醇酯或苯三唑脂肪酸胺鹽中的任意一種；最優(yōu)選四聚蓖麻油酸酯。

本發(fā)明優(yōu)選的方案中，所述的助溶劑選自乙酸叔丁酯、辛醇或異丁醇中的任意一種；最優(yōu)選乙酸叔丁酯。

本發(fā)明優(yōu)選的方案中，所述的抗氧劑選自N-苯基-α萘胺、辛基二苯胺、N,N’-二亞水楊丙二胺、2,6-二叔丁基對(duì)甲酚、2,6-二叔丁基混合酚中的一種或兩種以上的混合物；最優(yōu)選N-苯基-α萘胺、辛基二苯胺和N,N’-二亞水楊丙二胺的混合物。

本發(fā)明一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：甲醇94～96％、復(fù)合改性劑4～6％；所述的復(fù)合改性劑按質(zhì)量百分比計(jì)，進(jìn)一步由以下組分組成：戊烷20～50％、ETBE8～15％、甲縮醛12～21％、丙酮8～15％、四聚蓖麻油酸酯7～18％、乙酸叔丁酯5～11％、N-苯基-α萘胺0.1～0.2％、辛基二苯胺0.1～0.3％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.1～0.3％。

本發(fā)明的一種更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：甲醇96％、復(fù)合改性劑4％；所述的復(fù)合改性劑按質(zhì)量百分比計(jì)，進(jìn)一步由以下組分組成：戊烷20％、ETBE 15％、甲縮醛21％、四聚蓖麻油酸酯18％、丙酮15％、乙酸叔丁酯10.2％、N-苯基-α萘胺0.2％、辛基二苯胺0.3％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.3％。

本發(fā)明的另一種更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：甲醇95％、復(fù)合改性劑5％；所述的復(fù)合改性劑按質(zhì)量百分比計(jì)，進(jìn)一步由以下組分組成：戊烷36％、ETBE12％、甲縮醛17％、四聚蓖麻油酸酯14％、丙酮12％、乙酸叔丁酯8.5％、N-苯基-α萘胺0.1％、辛基二苯胺0.2％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.2％。

本發(fā)明的再一種更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述的用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：甲醇94％、復(fù)合改性劑6％；所述的復(fù)合改性劑按質(zhì)量百分比計(jì)，進(jìn)一步由以下組分組成：戊烷50％、ETBE 9％、甲縮醛14％、四聚蓖麻油酸酯10％、丙酮9％、乙酸叔丁酯7.7％、N-苯基-α萘胺0.1％、辛基二苯胺0.1％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.1％。

本發(fā)明所述的甲醇符合GB/T 23510-2009《車用燃料甲醇》國家標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明所述的改性燃料甲醇可以通過將所述的組分按照所述的比例簡單混合而制得。

本發(fā)明所述的改性燃料甲醇可以用于車用壓燃機(jī)甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)。所述的車用壓燃機(jī)甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)尤其指通過加裝獨(dú)立供醇系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將甲醇噴入氣缸進(jìn)氣道與空氣混合后再進(jìn)入缸內(nèi)與柴油霧化氣體混燃的車用燃燒系統(tǒng)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的車用改性燃料甲醇的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

1.本發(fā)明改善甲醇的霧化性、擴(kuò)散燃燒性，進(jìn)一步提高缸內(nèi)混合氣燃燒效率。

本發(fā)明的改性燃料甲醇中，所述的復(fù)合改性劑能夠以較小的添加量顯著改善甲醇燃料的物性，特別是戊烷、ETBE、甲縮醛和丙酮四種物質(zhì)混配后可以顯著改善甲醇燃料的霧化性；此外，乙酸叔丁酯、辛醇或異丁醇等組分可以對(duì)各種改性組分起到良好的助溶作用，其中尤以乙酸叔丁酯的助溶效果為最佳；最終多種改性成分共同作用，使改性后的燃料甲醇能很容易地通過噴醇器進(jìn)入氣缸進(jìn)氣道被霧化，并且順利地與空氣形成均質(zhì)氣體，以此滿足上述共置燃燒系統(tǒng)的需要，避免共置系統(tǒng)中不做任何處理而噴入進(jìn)氣管的甲醇，在一些特殊工況下部分呈液態(tài)沿管壁進(jìn)入氣缸進(jìn)氣道以及缸體內(nèi)，稀釋缸內(nèi)潤滑油；避免未完全燃燒的甲醇以及生成的甲醛造成有害尾氣排放，污染環(huán)境。

2.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體腐蝕性低。

本發(fā)明的改性燃料甲醇中，四聚蓖麻油酸酯、油酸乙二醇酯或苯三唑脂肪酸胺鹽等潤滑劑組分可以改善甲醇的潤滑性，其中尤以四聚蓖麻油酸酯的潤滑效果為最佳；同時(shí)N-苯基-α萘胺、辛基二苯胺、N,N’-二亞水楊丙二胺等抗氧防腐蝕劑組分可有效抑制甲醇的金屬腐蝕性；因此解決了燃料甲醇對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的腐蝕性問題。

3.本發(fā)明改性甲醇的提出，為甲醇/柴油共置系統(tǒng)智能化摻比燃燒提供了保障，可進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)加速性和燃料經(jīng)濟(jì)性、全面改善廢氣排放質(zhì)量。本發(fā)明的改性燃料甲醇在所述的車用壓燃機(jī)甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)，可節(jié)省柴油40％～45％。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1、

一種用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，按質(zhì)量百分比計(jì)，它由以下組分組成：甲醇96％、復(fù)合改性劑4％；

復(fù)合改性劑按其質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：戊烷20％、ETBE 15％、甲縮醛21％、四聚蓖麻油酸酯18％、丙酮15％、乙酸叔丁酯10.2％、N-苯基-α萘胺0.2％、辛基二苯胺0.3％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.3％。

將所述的組分按照所述的比例簡單混合而制得適合夏季使用的車用改性燃料甲醇I。

對(duì)改性燃料甲醇I和未改性燃料甲醇進(jìn)行常規(guī)性能檢測，結(jié)果見表1:

表1.改性前后燃料甲醇的常規(guī)性能檢測結(jié)果對(duì)比

從表1中可以看出，改性燃料甲醇I主要在銅片腐蝕級(jí)別和蒸氣壓兩方面相對(duì)未改性的燃料甲醇發(fā)生了明顯變化，其中銅片腐蝕級(jí)別從1b變?yōu)?a，說明改性降低了燃料甲醇的腐蝕性；而蒸氣壓從32.01kPa升高到67.5kPa，說明改性顯著提高了燃料甲醇的霧化性。

采用相同的甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在柴油分別摻燒改性前的常規(guī)燃料甲醇(改性前)和摻燒改性燃料甲醇I(改性后I)時(shí)進(jìn)行油耗及排放檢測；其中，檢測使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為改裝的濰柴WP10發(fā)動(dòng)機(jī)，增加了如CN1470752A所述的單獨(dú)的供醇系統(tǒng)；結(jié)果見表2、表3:

表2.甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料甲醇改性前后的全負(fù)荷時(shí)比燃油消耗特性對(duì)比

在全負(fù)荷特性時(shí)的油耗與原純柴油相比，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用改性后的燃料甲醇I時(shí)在從轉(zhuǎn)速800r/min到1800r/min范圍，其折合油耗普遍低于燃用未改性燃料甲醇的共置燃燒系統(tǒng)。表明柴油甲醇共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用改性甲醇具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

表3.甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料甲醇改性前后的排放特性檢測對(duì)比

對(duì)比結(jié)果可以看出，甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒本發(fā)明的改性燃料甲醇可以顯著降低有害氣體的排放。

實(shí)施例2、

一種用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，按質(zhì)量百分比計(jì)，它由以下組分組成：甲醇95％、復(fù)合改性劑5％；

復(fù)合改性劑按其質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：戊烷36％、ETBE 12％、甲縮醛17％、四聚蓖麻油酸酯14％、丙酮12％、乙酸叔丁酯8.5％、N-苯基-α萘胺0.1％、辛基二苯胺0.2％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.2％。

將所述的組分按照所述的比例簡單混合而制得適合春、秋季使用的車用改性燃料甲醇II。

對(duì)改性燃料甲醇II和未改性燃料甲醇進(jìn)行常規(guī)性能檢測，結(jié)果見表4:

表4.改性前后燃料甲醇的常規(guī)性能檢測結(jié)果對(duì)比

從表5中可以看出，改性燃料甲醇II主要在銅片腐蝕級(jí)別和蒸氣壓兩方面相對(duì)未改性的燃料甲醇發(fā)生了明顯變化，其中銅片腐蝕級(jí)別從1b變?yōu)?a，說明改性降低了燃料甲醇的腐蝕性；而蒸氣壓從32.01kPa升高到71.8kPa，說明改性顯著提高了燃料甲醇的霧化性。

采用相同的甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在柴油分別摻燒改性前的常規(guī)燃料甲醇(改性前)和摻燒改性燃料甲醇II(改性后II)時(shí)進(jìn)行油耗及排放檢測；其中，檢測使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為改裝的濰柴WP10發(fā)動(dòng)機(jī)，增加了如CN1470752A所述的單獨(dú)的供醇系統(tǒng)；結(jié)果見表5、表6:

表5.甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料甲醇改性前后的全負(fù)荷時(shí)比燃油消耗特性對(duì)比

在全負(fù)荷特性時(shí)的油耗與原純柴油相比，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用改性燃料甲醇II時(shí)在從轉(zhuǎn)速800r/min到1800r/min范圍，其折合油耗普遍低于燃用未改性燃料甲醇的共置燃燒系統(tǒng)。表明柴油甲醇共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用改性甲醇具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

表6.甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料甲醇改性前后的排放特性檢測對(duì)比

對(duì)比結(jié)果可以看出，甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒本發(fā)明的改性燃料甲醇可以顯著降低有害氣體的排放。

實(shí)施例3、

一種用于甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)的車用改性燃料甲醇，按質(zhì)量百分比計(jì)，它由以下組分組成：甲醇94％、復(fù)合改性劑6％；

復(fù)合改性劑按其質(zhì)量百分比計(jì)，由以下組分組成：戊烷50％、ETBE 9％、甲縮醛14％、四聚蓖麻油酸酯10％、丙酮9％、乙酸叔丁酯7.7％、N-苯基-α萘胺0.1％、辛基二苯胺0.1％、N,N’-二亞水楊丙二胺0.1％。

將所述的組分按照所述的比例簡單混合而制得適合冬季使用的車用改性燃料甲醇III。

對(duì)改性燃料甲醇III和未改性燃料甲醇進(jìn)行常規(guī)性能檢測，結(jié)果見表7:

表7.改性前后燃料甲醇常規(guī)性能檢測結(jié)果對(duì)比

從表7中可以看出，改性燃料甲醇III主要在銅片腐蝕級(jí)別和蒸氣壓兩方面相對(duì)未改性的燃料甲醇發(fā)生了明顯變化，其中銅片腐蝕級(jí)別從1b變?yōu)?a，說明改性降低了燃料甲醇的腐蝕性；而蒸氣壓從32.01kPa升高到75.60kPa，說明改性顯著提高了燃料甲醇的霧化性。

采用相同的甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在柴油分別摻燒改性前的常規(guī)燃料甲醇(改性前)和摻燒改性燃料甲醇III(改性后III)時(shí)進(jìn)行油耗及排放檢測；其中，檢測使用的發(fā)動(dòng)機(jī)為改裝的濰柴WP10發(fā)動(dòng)機(jī)，增加了如CN1470752A所述的單獨(dú)的供醇系統(tǒng)；結(jié)果見表8、表9:

表8.甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料甲醇改性前后的全負(fù)荷時(shí)比燃油消耗特性對(duì)比

在全負(fù)荷特性時(shí)的油耗與原純柴油相比，發(fā)動(dòng)機(jī)燃用改性燃料甲醇III時(shí)在從轉(zhuǎn)速800r/min到1800r/min范圍，其折合油耗普遍低于燃用未改性燃料甲醇的共置燃燒系統(tǒng)。表明柴油甲醇共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃用改性甲醇具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

表9.甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在燃料甲醇改性前后的排放特性檢測對(duì)比

對(duì)比結(jié)果可以看出，甲醇/柴油共置燃燒系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)摻燒本發(fā)明的改性燃料甲醇可以顯著降低有害氣體的排放。