用于制備和遞送燃料組合物的方法
【專利說明】用于制備和遞送燃料組合物的方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于制備燃料組合物和將燃料組合物遞送至其使用地方的方法。本法 還涉及用于產(chǎn)生用于壓燃式發(fā)動機的熏蒸劑或熏蒸劑蒸氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對常規(guī)化石燃料的燃料替代品的追求主要受對"清潔"排放燃料加之低生產(chǎn)成本 和廣泛可用性的需要驅(qū)動。對燃料排放的環(huán)境影響給予了大量關(guān)注。對替代燃料的研宄關(guān) 注于將減少由燃料燃燒產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)和氧化物的量的燃料以及減少非燃燒燃料和〇) 2排 放以及其他燃燒產(chǎn)物的燃料。
[0003] 用于完全或部分替代傳統(tǒng)燃料的燃料替代品尚未得到廣泛應(yīng)用。
[0004] 用可再生替代燃料完全替代傳統(tǒng)燃料、并且特別是用于壓燃式發(fā)動機的燃料（柴 油燃料）的一個主要缺點涉及與這些燃料的低十六烷指數(shù)相關(guān)的已知的問題。這樣的燃料 提出以發(fā)動機高效運轉(zhuǎn)所需的方式實現(xiàn)點火的問題。
[0005] 本申請人開發(fā)了用于壓燃式（柴油）發(fā)動機的新的燃料組合物，其具有改善的排 放特性而對燃料效率和/或發(fā)動機性能沒有不利影響。所述燃料組合物是兩部分燃料組合 物，具有基于甲醇和水的主要部分，其被引入發(fā)動機的燃燒室中；以及包含點火增強劑如二 甲醚的熏蒸劑，在壓縮和引入主燃料之前熏蒸到進入空氣流中。
[0006] 兩個燃料部分-包含甲醇和水的主燃料部分以及包含二甲醚的熏蒸劑-可通過液 體管道從制造點輸送至使用點，例如使用壓燃式發(fā)動機產(chǎn)生動力的航運碼頭、火車站或偏 遠社區(qū)。就以最小可見影響將大量能量移動經(jīng)過長距離而言，通過液體管道移動大量能量 是存在已久且成本效益好的技術(shù)。
[0007] 雖然通過液體管道移動燃料的這些技術(shù)具有其優(yōu)勢，但是二甲醚在大氣壓下不能 以液體形式在管道中輸送，而需要加壓以使二甲醚維持為液體形式。本申請人提出，以包含 甲醇和二甲醚的"預(yù)燃料組合物"的組分來輸送用于熏蒸劑所需的二甲醚，并且使醚與甲醇 分離以產(chǎn)生甲醇-水主燃料部分和二甲醚的第二燃料部分或熏蒸劑。
[0008]本申請人已認(rèn)識到，燃料組合物和/或能使其商業(yè)化使用的系統(tǒng)/過程的進一步 改進，可提供進一步的優(yōu)勢，使得其作為傳統(tǒng)燃料替代品而更具吸引力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明，提供了用于產(chǎn)生包含甲醇和水以及按重量計不多于20%的二甲醚的 主燃料組合物，以及包含二甲醚的熏蒸劑的方法，所述方法包括：
[0010] -提供包含甲醇或二甲醚的預(yù)燃料組合物，
[0011] -向預(yù)燃料組合物中添加水以引起或幫助至少部分二甲醚從預(yù)燃料組合物中蒸 發(fā)，
[0012] -收集從預(yù)燃料組合物中蒸發(fā)的部分二甲醚用作熏蒸劑，以及
[0013]-使用包含甲醇和水的預(yù)燃料組合物的剩余部分作為主燃料組合物。所述方法還 可包括步驟：
[0014]-將收集的蒸氣形式的部分二甲醚引導(dǎo)至壓燃式發(fā)動機的進入空氣流中作為熏蒸 劑，以及
[0015] _將預(yù)燃料組合物的剩余部分引導(dǎo)至壓燃式發(fā)動機中作為壓燃式發(fā)動機的主燃 料。
[0016] 當(dāng)以這種方式由預(yù)燃料組合物產(chǎn)生兩種燃料組合物時，可避免從預(yù)燃料組合物中 分離二甲醚的熱的過度應(yīng)用以及隨之產(chǎn)生的成本?？杀苊馍婕皬?fù)雜工程（例如電、氣動力 或發(fā)動機冷卻劑）的熱應(yīng)用技術(shù)。向甲醇和二甲醚的組合中添加水，任選地添加溫水或熱 水的作用在于，根據(jù)主要溫度條件和水添加量，在不同程度上通過從最初的甲醇/二甲醚 組合物中蒸發(fā)二甲醚來置換二甲醚。巧妙利用該現(xiàn)象與以單一預(yù)燃料組合物（其隨后分為 兩個流）輸送兩種產(chǎn)品（主燃料和熏蒸劑）的構(gòu)思的結(jié)合，能夠形成非常成本有效且安全 的方式，來輸送作為一種組合物的燃料，以用于壓燃式發(fā)動機。此外，該過程中可方便地使 用在發(fā)動機運轉(zhuǎn)和排放處理中作為副產(chǎn)物生成的溫度高于環(huán)境的水。
[0017] 換言之，可通過使用在提供足夠顯熱以提供所需量DME熏蒸劑的溫度下的水以及 主燃料中水的目標(biāo)組成來避免這樣的"外部熱源"。
[0018] 根據(jù)一些優(yōu)選實施方案，向預(yù)燃料組合物中添加水以引起至少部分二甲醚蒸發(fā)的 步驟在某些情況下可在沒有直接應(yīng)用熱的情況下進行?；蛘?，溫度高于環(huán)境的水足以分離 所需量的二甲醚。水可以在對主要條件特定的任何合適溫度下。水溫可以是例如30°c至 80°C。以下概括了另一些溫度范圍。外部來源的熱，例如來自電、氣或發(fā)動機冷卻劑的熱， 也可用作水添加技術(shù)的補充，以引起或幫助二甲醚從預(yù)燃料組合物中蒸發(fā)。在一些實施方 案中，不需要另外的外部熱源。
[0019] 根據(jù)一些實施方案，所述方法包括以下步驟：
[0020] -將包含甲醇和二甲醚的預(yù)燃料組合物從第一地方輸送到遠離第一地方的第二地 方。
[0021] "遠離"是指所述地方與第二地方間隔開。分隔距離可以為例如約數(shù)米（例如大于 50米）或數(shù)千米（例如lkm或更遠，例如至少5km或至少10km)。
[0022] 根據(jù)一個實施方案，預(yù)燃料組合物在液體管道中輸送。因此，液體管道可以為數(shù)米 長（例如大于50米長）或數(shù)千米長（例如lkm或更長，例如至少5km或至少10km長）。
[0023] 在二甲醚蒸發(fā)之后包含甲醇和水的預(yù)燃料組合物的剩余部分可在使用前調(diào)整組 成，或者可不進一步調(diào)整其組成而使用。相似地，蒸發(fā)用作熏蒸劑的二甲醚可不調(diào)整組成而 用作熏蒸劑，或者可調(diào)整包含二甲醚的熏蒸劑的組成以包含除二甲醚之外的組分。蒸發(fā)用 作熏蒸劑的二甲醚可以以蒸氣形式或其他形式直接用于發(fā)動機。
[0024] 所述方法還可包括以下步驟：
[0025] -用包含二甲醚的熏蒸劑熏蒸壓燃式發(fā)動機的進入空氣流；
[0026] -將熏蒸的進入空氣引入發(fā)動機的燃燒室中并壓縮進入空氣；
[0027]-將主燃料引入燃燒室中；以及
[0028] -點燃主燃料/空氣混合物，從而驅(qū)動發(fā)動機。
[0029] 根據(jù)另一個方面，還提供了使用主燃料來使壓燃式發(fā)動機運轉(zhuǎn)的方法，所述主燃 料包含甲醇和水以及按重量計不超過20%的二甲醚，所述方法包括：
[0030] -提供包含甲醇和二甲醚的預(yù)燃料組合物，
[0031]-向預(yù)燃料組合物中添加水以引起和幫助至少部分二甲醚從預(yù)燃料組合物中蒸 發(fā)，
[0032]-收集從預(yù)燃料組合物中蒸發(fā)的部分二甲醚以用作熏蒸劑，
[0033]-使用包含甲醇和水的預(yù)燃料組合物的剩余部分作為主燃料，
[0034]-將收集的蒸氣形式的部分二甲醚引導(dǎo)至壓燃式發(fā)動機的進入空氣流中作為熏蒸 劑，
[0035] _將熏蒸的進入空氣引導(dǎo)至發(fā)動機的燃燒室中并壓縮進入空氣；
[0036]-將主燃料引入燃燒室中；以及
[0037]-點燃主燃料/空氣混合物以驅(qū)動發(fā)動機。
[0038] 根據(jù)另一個方面，提供了用于向壓燃式發(fā)動機供給燃料的方法，所述方法包括：
[0039] _供給包含甲醇和二甲醚的預(yù)燃料組合物，
[0040]_向預(yù)燃料組合物中添加水以引起或幫助至少部分二甲醚從預(yù)燃料組合物中蒸 發(fā)，
[0041]-將從預(yù)燃料組合物中蒸發(fā)的部分二甲醚供給至壓燃式發(fā)動機的進氣口，或者供 給至與壓燃式發(fā)動機的進氣口流體連接的罐，以用作熏蒸劑，
[0042]-將包含甲醇和水的預(yù)燃料組合物的剩余部分供給至與壓燃式發(fā)動機的燃燒室流 體連接的第二罐，以用作主燃料組合物。
[0043] 所述方法還可包括以下步驟：
[0044]-用包含由第一罐供給的二甲醚的熏蒸劑熏蒸壓燃式發(fā)動機的進入空氣流；
[0045]-將熏蒸的進入空氣引入發(fā)動機的燃燒室中并壓縮進入空氣；
[0046] _將來自第二個罐的主燃料引入燃燒室中；以及
[0047]-點燃主燃料/空氣混合物，從而驅(qū)動發(fā)動機。
[0048] 熏蒸進入空氣流的步驟可包括將收集的蒸氣形式的部分二甲醚引導(dǎo)至壓燃式發(fā) 動機的進入空氣流中。
[0049]由燃料燃燒產(chǎn)生的排氣可包含低級雜質(zhì)，使得其對于后續(xù)工藝而言是理想的。作 為一個實例，利用能源（其可包括可再生能源，包括太陽能），可以將co 2轉(zhuǎn)化回甲醇以直接 減少溫室氣體co2，或者可以將高純度co2用于有機生長（例如藻類）以用于許多終端用途， 包括甲醇生產(chǎn)。
[0050] 在一些實施方案中，可以回收在燃料燃燒過程中產(chǎn)生的水，這對于水稀缺的偏遠 地方而言是一個重要優(yōu)點。在另一些示例中，可以將在柴油發(fā)動機運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱用 于當(dāng)?shù)丶訜嵝枰?。因此，一些實施方案提供了動力產(chǎn)生系統(tǒng)，通過柴油發(fā)動機的運轉(zhuǎn)其以合 適的方式利用發(fā)動機的水和/或熱輸出。
[0051] 根據(jù)另一個方面，提供了使用壓燃式發(fā)動機來產(chǎn)生動力的方法，所述壓燃式發(fā)動 機以包含甲醇和水以及按重量計不超過20%的二甲醚的主燃料組合物作為燃料，所述方法 包括：
[0052] -提供包含甲醇和二甲醚的預(yù)燃料組合物，
[0053] _向預(yù)燃料組合物中添加水以引起或幫助至少部分二甲醚從預(yù)燃料組合物中蒸 發(fā)，
[0054]-收集從預(yù)燃料組合物中蒸發(fā)的部分二甲醚以用作熏蒸劑，
[0055]-使用包含甲醇和水的預(yù)燃料組合物的剩余部分作為主燃料組合物，
[0056]-使用主燃料組合物使壓燃式發(fā)動機運轉(zhuǎn)以產(chǎn)生動力；
[0057]-用包含二甲醚的熏蒸劑熏蒸壓燃式發(fā)動機的進入空氣流；
[0058]-處理發(fā)動機排氣以回收從發(fā)動機排除的熱和/或水，以及
[0059]-再定向熱和/或水用于進一步使用。
【附圖說明】
[0060] 現(xiàn)在將通過實例并參照附圖對本發(fā)明的實施方案進行描述，其中：
[0061] 圖1是示出在4個不同溫度下，隨著增加水體積的水添加（以預(yù)燃料組合物重量 的重量％計），5 % DME :95 %甲醇（按重量計）的預(yù)燃料組合物中DME組分從液相轉(zhuǎn)化為氣 相的轉(zhuǎn)化百分率的圖。
[0062] 圖2是示出在4個不同溫度下，隨著增加水體積的水添加（以預(yù)燃料組合物重量 的重量％計），10% DME :90%甲醇（按重量計）的預(yù)燃料組合物中DME組分從液相轉(zhuǎn)化為 氣相的轉(zhuǎn)化百分率的圖。
[0063] 圖3是以三元燃料組合物的％計的蒸發(fā)的％ DME(Y軸）對溫度下降（以°0計）（X 軸）的圖。
[0064] 圖4是說明使用本發(fā)明一個實施方案的預(yù)燃料組合物來使壓燃式發(fā)動機運轉(zhuǎn)的 方法的流程圖。
[0065] 發(fā)明詳述
[0066] 本文描述的過程和方法涉及從預(yù)燃料組合物中產(chǎn)生兩部分燃料，其進而用于運轉(zhuǎn) 壓燃式（CI)發(fā)