專利名稱：一種乙炔甲醇加成替代汽油的新型燃料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬煤炭化工煤變油技術(shù)，特別涉及一種新加成方法。 技術(shù)背景我國是一個富煤貧氣少油的國家，據(jù)國家1998年統(tǒng)計資料表明，國內(nèi)的煤炭保有儲量為10070. 7億噸，可開采量為7650億噸，按當前的銷售量我開采能力每年25億噸，可開采200-300年。石油保儲量940億噸，可開采儲量為52. 6億噸，石油可開采期為30多年。 天然氣儲量為40億立方米，可開采量為2億立方米。在世界已探明的儲量中，中國的石油占2. 7 %，天然氣占0. 9 %，而煤炭占15 %左右。煤炭資源是我國的主要化石能源，如此，形成了我國特有的以煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)。我國的煤炭消費占到總能量消費的60-70%的絕對地位。據(jù)報道，2010年中國能源消費中，煤炭、石油、天然氣、水電、核電將分別占到62. 6%、29. 6%、2. 6%、0. 8%，可見我國煤炭為主的能源消費結(jié)構(gòu)在近中期不會改變。交通運輸是社會經(jīng)濟發(fā)展的大動脈，目前，內(nèi)燃發(fā)動機所使用的燃料，如汽油，柴油，煤油，都是石油產(chǎn)品，隨著石油資源的日益減少，石油產(chǎn)品價格上升，高舉不下，運輸業(yè)的不穩(wěn)定逐年增加，社會經(jīng)濟的不安全性也在逐日顯現(xiàn)。為此全世界都在尋找內(nèi)燃發(fā)動機的新燃料，以解決過分依賴石油的狀況。另一方面，石油產(chǎn)品排放的尾氣給大氣環(huán)境造成嚴重的污染，嚴重威脅人類的生存發(fā)展。而且我國是石油進口大國，更迫切需要開發(fā)新燃料， 在煤、石頭領(lǐng)域?qū)ふ倚鹿に?，新辦法。

發(fā)明內(nèi)容
乙炔，俗稱風煤、電石氣，是炔烴化合物，不飽和烴，常溫常壓下無色易然氣體，氣體相對密度0. 91 (空氣=1)，液體相對密度0. 681 (-820C )，熔點-81. 8°C,-83. 6°C時升華， 閃點-17. 78V,燃點335°C，臨界溫度35. 2°C，臨界壓力6. 45MPa,與空氣形成爆炸混合物， 爆炸極限為2. 55% _80%，與氧氣形成混合爆炸物，爆炸極限2. 3% -94. 5%，遇明火或高熱會引起燃燒或爆炸，易溶于水、醇、苯、酮，在0. IMI^a的壓力下，1單位體積的水可溶解1單位體積的乙炔，1單位體積的丙酮能溶解25個單位體積的乙炔，隨著壓力的增加，如在0. 5MPa 壓力下，1單位體積的丙酮能溶解125個單位體積的乙炔，乙炔瓶就是盛裝溶解于丙酮的乙炔壓力容器。乙炔的化學性質(zhì)活潑，可進行加成，加氫、氯化、水合、氧化及聚合等反應，分子式 CH ^ HC,化學式C2H2，結(jié)構(gòu)式是H. C ε C. H，結(jié)構(gòu)簡式HC ^ CH,空間結(jié)構(gòu)乙炔分子里的兩個碳
原子和兩個氫原子處在同一條直線上，鍵角180度，電子式HxC丨丨C. XH,分子量26. 04， 氣體比重0. 91 (Kg/m3)，火焰溫度3150°C，熱值U800 (千卡/m3)，在空氣中的燃燒2100°C左右，在氧氣中的燃燒速度7. 5，可達3600°C的高溫。生產(chǎn)乙炔的原料成本低，材料廣，工藝簡單，乙炔質(zhì)量的62%的石灰石，38%的焦炭或無煙煤相混合，在電爐中經(jīng)2000-2300°C冶煉成電石再用5-20倍的水溶解制成乙炔。
甲醇甲醇的物理性質(zhì)，是最簡單的飽和脂肪酸，分子式CH3OH,相對分子質(zhì)量32. 04，甲醇分子中的碳原子和氧原子的成鍵軌道為四面體結(jié)構(gòu)的SP3雜化軌道，相互重疊結(jié)合成 C--O鍵，而O--H鍵是氧原子的一個SP3雜化軌道和氫原子的IS軌道互重疊，氧原子的兩對未共用電子對分別占據(jù)其它兩個SP3雜化軌道。甲醇屬強極性有機化合物，具有很強的溶解能力，能與多種有機溶液互溶，并形成共沸混物，甲醇對氣體的溶解能力很強，甲醇對一氧化碳氣體的強吸附為甲醇和一氧化碳的反應體系提供了有利因素。甲醇屬劇毒化合物，對眼睛皮膚有刺激作用，操作中要加以防范。它化學反應活潑，可進行氧化，酯化，羰基化，胺化，脫水等反應。物理化學特性，相對密度0. 7913，熔點-97. 50C，沸點64. 6°C，閃點16°C (閉杯)，折射率1. 3286,臨界溫度240°C, 臨界壓力7. 85MPa蒸汽與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限6. 0% -36. 5%。元素重量組成0占50 %，C占37. 5 %，H占12. 5 %。汽化潛熱1167 (KJ/Kg) (是汽油W3的3-4倍)。燃燒熱19930 (KJ/Kg)(汽油43030)，是汽油的1/2。蒸汽壓 (38°C )239 (mmHg)(汽油 362-775)。蒸汽密度 1. 4 (Iatm. . 10°C ) / (g/L)(汽油 2-5)。自然溫度500°C，(汽油456°C )。辛烷值112-92 (汽油70-90)。理論混合進氣溫122. 4°C (汽油21. 6V )。燃燒熱值2650 (KJ/Kg)(汽油2780)。理論空燃比6. 5 (Kg/Kg)(汽油14. 8)。 層流燃燒密度52 (m/s)(汽油38)。甲醇的化學組成單一，辛烷值高，從理論上說，可以提高汽油機的壓縮比，甲醇分子中含有50%的氧，使得甲醇的燃料熱值降低，但同時也使甲醇完全燃燒時所需的空氣量減少，甲醇和空氣的理論混合氣的熱值與汽油相當，因此減少了尾氣的排放量，熱量損失也相應的減少，從而可提高發(fā)動機的總熱效果。甲醇的潛熱比汽油大2-4倍，雖然可以降低進氣溫度，提高充氣效率，但給冷啟動帶來了困難，引起汽化器結(jié)冰，燃料消耗增加等問題。甲醇的飽和蒸汽和沸點都較低，在高溫環(huán)境下易造成整個燃料的揮發(fā)性強烈增強，蒸汽壓嚴重升高，發(fā)動機系統(tǒng)易產(chǎn)生氣阻，使發(fā)動機工作不正?；蛲Ｖ构ぷ鳌＜状颊羝麎旱陀谄?， 所以高濃度甲醇的毒性機率低于汽油。甲醇的燃燒熱值僅是汽油的一半，要達到汽油燃燒的熱效率，甲醇燃料的儲存和運輸量用量是汽油的兩倍才行。甲醇燃料熱值低，冷啟動困難，會導致未完全燃燒的甲醛、甲酸、甲酯等碳氫化合物的排放。甲醇是優(yōu)良的極性有機溶劑，對橡膠、塑料具有熔脹作用，影響材料的使用性能， 如會使機械油泵的隔膜油布膨脹而造成氣密環(huán)不好，引起油路故障或漏油。甲醇極性強，電導率高，加劇了不同金屬之間的電化學腐蝕。甲醇氣化潛熱大，低溫蒸汽壓低，發(fā)動機在環(huán)境溫度較低的情況下，燃料的蒸發(fā)量難以達到可燃的低限，不能啟動，另外較大的汽化潛熱，使燃料進氣管的溫度下降，燃料蒸發(fā)量小，致使燃料霧化不良，使燃燒器在各缸的分布不均勻，形不成完全燃燒，導致效率下降。根據(jù)以上甲醇的理化特性，如果與汽油摻合的混合燃料。1.相混量，當甲醇含量小于15%時，甲醇能在汽油中很好的溶解，基本不存在相分離問題。當甲醇含量大于85%時，相當于汽油溶解于甲醇中也不存在分離問題。當甲醇含量在15% -85%之間時，易產(chǎn)生相分離。上層為富烴層，下層為富醇層，由于甲醇分子中含有一個羥基，是極性化合物，能和水以任意比例互溶。特別是有微量水分存在下，這種分層更為容易，就必須摻入高碳醇助溶劑，如異丁醇、丁醇、異丙醇來促進互溶性，提高抗水性能。助溶劑價格比較貴，增大了混合燃料的成本。2.中濃度或高濃度甲醇汽油混合燃料必須對發(fā)動機進行改裝，增加發(fā)動機壓縮比，對配氣機構(gòu)和油道做相應的調(diào)整和改造，擴大化油器孔，增大喉管流速，改善混合氣的霧化質(zhì)量，必須增加進油管的預熱裝置，對油化、汽缸蓋和排氣閥都得進行改裝，有得采用甲醇、汽油雙燃料系統(tǒng)，將甲醇和汽油分別送到化油器中進行混合，如此使得發(fā)動機結(jié)構(gòu)更加復雜，增加了操作駕駛難度。3.甲醇汽油混合燃料，汽油比例大，失去了油料的根本轉(zhuǎn)變意義，甲醇占的比例大，根本的還是解決不了燃燒熱值低，蒸汽壓低，蒸發(fā)熱量小的問題。致使高濃度甲醇燃料進入市場化步履艱難，遲遲來晚。生產(chǎn)甲醇的原料來路廣，資源豐富，主要是以煤、天然氣、煤層氣、焦爐氣等，特別是利用高硫劣質(zhì)煤和焦爐氣生產(chǎn)甲醇，既可提高資源綜合利用，又可減少環(huán)境污染，補充和替代部分石油燃料，是緩解我國石油能源緊張局勢。采用低壓法，水煤漿為原料的汽化爐已運行多年，各種低能耗的天然氣蒸餾技術(shù)已掌握，多種脫灰脫硫技術(shù)都很成熟，年產(chǎn)10-30萬噸甲醇裝置國內(nèi)完全可設(shè)計裝配。用煤生產(chǎn)甲醇每噸成本僅1100-1200元。用天然氣生產(chǎn)甲醇每噸1300-1400元。焦爐氣生產(chǎn)甲醇每噸1060-1100元。國際進口價每噸1500元-1600元，國內(nèi)甲醇生產(chǎn)是供大于求，積壓嚴重。根據(jù)資料查明，合成甲醇的原料是CO2,甲醇中碳原子來源于CO2，氧原子可以來源于CO2,也可以來源于H2O,而氫原子則來源于合成氣中的H2, CO是通過水汽逆變轉(zhuǎn)化為CO2, 進行甲醇合成的只要有CO，CO2就可以合成反應生產(chǎn)甲醇。本發(fā)明燃料所采用的技術(shù)方案1.乙炔與甲醇互溶性好，0. IMPa的壓力將乙炔摻加到甲醇液體里，方法簡單，易于相溶，不受任何溫度、水分助溶劑等條件的影響，能快速溶解，穩(wěn)定溶合，不會發(fā)生分層， 穩(wěn)定儲存，使用安全。2.因為乙炔和甲醇都是極強的烴類有機化合物。化學性質(zhì)活潑，易于加成反應，乙炔甲醇分子中的碳原子、氫原子、氧原子，能相互重疊結(jié)合，相互吸附性能，溫和密切，反應積極，熱力平衡，滲透均勻。另加一些攪動，更能快速相溶結(jié)合。3.乙炔與甲醇的有機加成結(jié)合，加強了碳原子和氫原子的成分比，成為含C、含H 的強極性分子，從而從根本上提高了燃料的燃燒熱值，提高了蒸汽壓的發(fā)熱量比值，碳氫化合形成的共沸點升高。汽化潛熱大，提高發(fā)動機容積利用率，增大功率降低壓縮過程耗能， 降低熱量損失，提高了熱機效率。所以在實驗中和使用過程中表現(xiàn)的易于起動，在行程中爆發(fā)力充足，有后勁，燃燒充分，使燃氣在各缸的分布均勻，燃燒效率高于汽油。4.乙炔、甲醇都是比較純的化合物，不含硫、磷及其它復雜有機化合物，燃燒充分， 尾氣排放用潔白的衛(wèi)生紙試驗，無黑煙，排出的污染物極少。5.在新型燃料中加成了磺酸鹽，試圖防止腐蝕和防銹，這個效果還待留有一定的時間來進行觀察和驗證。6.從理論上講，新型燃料要比汽油揮發(fā)性小，毒性小，安全性比汽油好。從物理化學特性可見，甲醇的蒸汽壓比汽油低，同樣條件下，汽油的蒸汽量是甲醇的2-4倍，甲醇蒸汽的密度較低，只略大于空氣的密度。美國能源部1991年曾指出，甲醇對人體健康的總的危害要比汽油好。但是從新加成的燃料有待進一步的化驗和實驗驗證。本發(fā)明所采用的具體實施方法1.將甲醇裝在封閉罐或桶內(nèi)，罐體可大可小，根據(jù)生產(chǎn)能力而設(shè)計，按比例先將丙酮加入甲醇液體內(nèi)后，啟動罐體轉(zhuǎn)動。2.待丙酮與甲醇兩液體混合均勻后，停止罐體轉(zhuǎn)動，從加氣口加入乙炔氣體，啟動罐體轉(zhuǎn)動。3.待乙炔氣體全部均勻溶入液體后，最后加入磺酸鹽，轉(zhuǎn)動罐體，讓磺酸鹽全部溶解，分布均勻，為成品油，裝入儲存庫備用。4.也可小規(guī)模生產(chǎn)，將甲醇裝進一個帶蓋的塑料桶，裝進丙酮后用手工搖動桶體， 再將乙炔氣體從乙炔瓶用氣管輸進甲醇液體內(nèi)，蓋緊蓋，搖動桶體，氣體混均勻后，再加入磺酸鹽，繼續(xù)搖動桶體，均勻后成為成品油。5.在操作過程中要穿戴好防護衣罩，因為甲醇有毒性，刺激眼睛、皮膚，造成傷害， 手不能直接觸摸液體。要遠離火源，在通風透氣的環(huán)境下生產(chǎn)，發(fā)生火災可用水、沙、土就地就近取材撲滅。
權(quán)利要求
1.一種由乙炔為主宰，甲醇為載體的加成汽油機新型燃料油，來替代汽油，實現(xiàn)煤變油。
2.根據(jù)權(quán)利1所述，乙炔與甲醇加成的過程中，首先甲醇與丙酮加成反應，丙酮作為乙炔與丙酮加成的調(diào)節(jié)穩(wěn)定劑，丙酮的摻入量為0. 5%-1%，然后與乙炔加成。
3.根據(jù)權(quán)利2所述，最后加入石油磺酸鹽，摻入量為0.05%-0.1%,起分散、防腐抗生銹作用。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述，所加成的新型汽油機燃料可獨立在汽油機上使用，也可與汽油任意混配使用，所摻混比例可以根據(jù)實地實際資源成本和自然環(huán)境而選擇。
全文摘要
乙炔加成甲醇一種替代汽油的新型燃料。乙炔是易燃易爆氣體，火焰溫度3150℃，熱值12800千卡/m3。易溶于丙酮、甲醇液體內(nèi)，用少量的丙酮作為調(diào)節(jié)助燃劑，用甲醇作為乙炔的儲混載體，構(gòu)成一種新型燃料。甲醇的化學組成單一，辛烷值高，甲醇分子中含有50％的氧，37.5％的碳，12.5的氫，是富氧燃料，與乙炔加成，加大了H.C的比例成分，提高了燃燒熱值，在一般低溫下，易于啟動燃燒，燃燒速度快，汽化潛力大，稀燃能力強，抗爆性能好，形不成氣阻，燃燒充分，所排放的有害氣體少。乙炔甲醇生產(chǎn)原料豐富，生產(chǎn)工藝不復雜，生產(chǎn)成本低，是汽油的1/3-1/2，在汽油發(fā)電機上易于使用，不需有任何的改動，燃料內(nèi)又加成進緩蝕防銹劑，儲、運、配制、使用都比汽油安全，是真正實現(xiàn)煤變油，替代汽油的一種新型燃料。
文檔編號C10L10/04GK102337163SQ20101023929
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者劉心靈 申請人:劉心靈, 劉碩擘