本發(fā)明涉及醇類代用燃料領(lǐng)域，尤其涉及一種生物醇基燃油動力熱值劑。
背景技術(shù)：
：長期以來，各類機(jī)動車的燃料一直以汽油、柴油為主，這一使用模式越來越受到環(huán)境污染嚴(yán)重和資源日益緊缺的制約。為了改善這一困境，國內(nèi)外采用了多種能源替代方式，然而，這些替代方式若要大規(guī)模推廣，都存在著嚴(yán)重的缺陷。除此之外，柴油機(jī)在其排氣中含有大量顆粒，這些微粒主要是由黑色含碳物質(zhì)組成，沉降速率很低，能長期懸浮于大氣中，造成嚴(yán)重的霧霾，對人類健康造成了極大的危害。醇類燃油作為一種清潔、廉價(jià)、高效的石化燃料替代品，以其豐富的來源受到重視，被認(rèn)為是最有希望的石化燃料代用燃料。美國諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者喬治·a·奧拉經(jīng)過長期研究認(rèn)為，“甲醇經(jīng)濟(jì)”使人類不再依賴于日益減少的石油和天然氣作為替代燃料，在我國的發(fā)展前景正在逐步明朗。甲醇沸點(diǎn)比柴油低，混合氣形成速度較快，且比較均勻，有利于完全燃燒；甲醇含氧量占50％，其著火極限較柴油寬，燃燒速度高，有利于降低排煙。但是，甲醇作為柴油機(jī)代用燃料具有以下不利因素：(1)由于甲醇中含有羥基，是極性物質(zhì)，所以甲醇和柴油混合比較困難，不論是依靠壓力混合，還是加入一定量的助溶劑，都不能保證甲醇和柴油的均勻混合，混合燃料易分層，穩(wěn)定性較差；(2)甲醇的燃點(diǎn)高達(dá)470℃，比柴油燃點(diǎn)200～220℃高很多，因此甲醇既難以壓燃，也不易被點(diǎn)燃，自發(fā)著火的能力比較差；(3)甲醇的汽化潛熱大，高汽化潛熱產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)對發(fā)動機(jī)低速、低負(fù)荷時(shí)的工況會產(chǎn)生不利影響；(4)甲醇的粘度低，直接使用柴油機(jī)原有的燃油噴射系統(tǒng)時(shí)，會造成系統(tǒng)磨損，甚至卡死等故障，從而影響發(fā)動機(jī)的可靠性和耐久性。除此之外，以下原因也直接制約醇基燃油的推廣使用：(1)甲醇的熱值低：柴油的熱值為46.04mj/kg，而甲醇的熱值僅為20.09mj/kg，只有柴油的43.6％。因此，當(dāng)柴油中加入甲醇后，其混合燃料低熱值呈線性下降，當(dāng)甲醇比例增大時(shí)將明顯減小發(fā)動機(jī)的功率和扭矩；(2)醇基燃油的滯燃期要比柴油稍長：造成這種結(jié)果的主要原因：一方面是因?yàn)榧状嫉氖橹当炔裼偷?，摻混甲醇會?dǎo)致混合燃料的十六烷值降低，從而影響其著火性能；另一方面甲醇的汽化潛熱大，噴入缸內(nèi)后蒸發(fā)汽化會導(dǎo)致缸內(nèi)平均溫度降低，從而使其著火滯后。(3)醇基燃油低負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性欠佳：低負(fù)荷時(shí)燃料噴射量較少，霧化特性差，燃燒放熱量減少，但燃燒室散熱面積不變，因此，相對增大了發(fā)動機(jī)的散熱比例，氣缸內(nèi)溫度水平較低，不利于甲醇的吸熱、蒸發(fā)和著火；低負(fù)荷時(shí)氣缸內(nèi)混合氣較稀薄，燃燒溫度低，加上甲醇對火焰前鋒的激冷作用，因此容易產(chǎn)生失火和間斷著火，導(dǎo)致部分燃料延遲到遠(yuǎn)離上止點(diǎn)處燃燒，減少了發(fā)動機(jī)等容放熱的比例；因此，降低了發(fā)動機(jī)低負(fù)荷時(shí)摻燒甲醇的熱效率和經(jīng)濟(jì)性。因而醇類燃油熱值低、動力不足、著火滯后、低負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性欠佳等存在問題是推廣醇類燃料的重大難題。與其說醇類助溶冷啟、高溫氣阻、遇水分層、金屬腐蝕、橡膠溶脹、泥炭沉積、油醇穩(wěn)定是影響醇類燃料受阻的原因，到不如說甲醇汽油的低熱值、動力不足、著火滯后、經(jīng)濟(jì)性欠佳才是造成醇類燃料受阻的最根本的原因，意義重大可見一斑。為了解決醇基燃油的低熱值、動力不足等問題，近年來出現(xiàn)了很多成果專利技術(shù)。專利號為cn1948443a，公開了一種“代替柴油的燃料及其制備方法和應(yīng)用”以及專利號為cn101955814a，公開了一種“二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制備方法”，其中均使用了成本高、閃點(diǎn)低、易吸入中毒、制作工藝復(fù)雜、常溫儲存危險(xiǎn)的二甲醚作為提高動力的主原料；專利號為cn1285711c，公開了一種“柴油用助燃添加劑及其制備方法”，使用了膠束狀鈣離子，其制作工藝復(fù)雜，且含有易導(dǎo)電電離的碳酸鈣微粒，加速了油箱和油泵的電腐蝕；專利號為cn103911191a，公開了一種“柴油的添加劑及其制備方法”，使用的工業(yè)純水需要磁激共振處理，這樣做無形之中增加了成本，且發(fā)動機(jī)用燃油體系中，水的混入會直接破壞機(jī)油組分，造成機(jī)油變性，嚴(yán)重的造成發(fā)動機(jī)損毀。由于動力劑和促進(jìn)劑的價(jià)格都很高，而且用量很大，限制了其在市場燃料中的推廣使用。因而研發(fā)一種用量少、成本低、效果好、具有生物可降解性、不含危害成分、不會對環(huán)境造成二次污染的新型環(huán)保動力熱值劑變得迫在眉睫。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種生物醇基燃油動力熱值劑。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：本發(fā)明是在項(xiàng)目eam(低溫厭氧發(fā)酵微生物菌群)研究中，從油田深部油層中，分離得到的一株高產(chǎn)油脂的兼性石油酵母菌eam-ac16un，于2016年12月26日保藏于中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，地址：北京市朝陽區(qū)北辰西路1號院3號，保藏編號：cgmccno.13501，分類命名為毛孢子菌屬粘性絲孢酵母(trichosporonmucoidessp.)。本發(fā)明的添加劑所使用的酵母脂肪酸皂是通過皂化酵母不飽和脂肪酸而得到的，其脂肪酸提取技術(shù)、皂化工藝技術(shù)如下：脂肪酸提取技術(shù)：取定量的酵母發(fā)酵液(采用常規(guī)發(fā)酵方法)，3000r/min離心30min，去上清液，加入等體積的20％naoh水溶液，120℃皂化30min，冷卻至60～70℃，加等體積的95％酒精搖勻。將上述加酒精的皂化物趁熱加固體石蠟屑少許，冷卻。此時(shí)，皂化液中的殘烴與固體石蠟?zāi)淘谝黄?，可連同酵母渣一起過濾。用50％酒精清洗濾渣。將洗液與濾液合并，蒸發(fā)酒精。用hcl酸化至ph3.0，用乙醚提取二次。用水洗乙醚層，用無水硫酸鈉干燥，蒸發(fā)乙醚，稱重即得酵母c16～c18不飽和脂肪酸。通過脂肪酸提取技術(shù)，獲得以c16～c18不飽和脂肪酸為主的酵母脂肪酸，其脂肪酸主要成份為：棕櫚酸(c16:0)、亞油酸(c18:2)、γ-亞麻酸(c18:3)和反油酸(c18:3)。以軟脂酸、油酸為主的酵母脂肪酸與三乙醇胺經(jīng)部分皂化得到的c16～c18不飽和單脂肪酸皂具有增加燃料熱值、提高動力、提高十六烷值、改善燃燒性能、縮短著火時(shí)間、消煙減排等作用。皂化工藝過程：先把酵母c16～c18不飽和脂肪酸溶入基礎(chǔ)油中，加溫脫水，然后以體積比2:1比例將三乙醇胺加入，在常溫下反應(yīng)15～30min。至脂肪酸三乙醇胺皂全部溶入油中，全部溶入均勻后即得成品。為了實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明運(yùn)用如下原理：⒈微爆理論：⑴微爆作用：對于油包水型的微乳液，由于甲醇的沸點(diǎn)低于燃油的沸點(diǎn)(130℃以上)，當(dāng)油表面燃燒時(shí)，內(nèi)部甲醇受熱并氣化，體積急劇膨脹，產(chǎn)生的巨大壓力使油滴爆破，油滴進(jìn)一步微?；纬伞岸戊F化”，柴油和空氣的接觸面積大幅度增加，提高了燃燒效率，達(dá)到節(jié)能的效果。⑵加速燃燒反應(yīng)：甲醇在氣化過程中，分子中的—oh基活性大大增強(qiáng)，一氧化碳盡可能完全燃燒，相當(dāng)于“水煤氣反應(yīng)”，從而加速燃油裂解所形成焦炭的燃燒，抑制了煙塵的生成。⒉著火特性：甲醇的十六烷值只有3，在柴油中加10～15％甲醇后，柴油醇十六烷值將下降6～9個(gè)單位，它帶來了柴油機(jī)工作過程的著火落后期變長，壓力升高率增大以及冷啟動困難。因此，為了保證柴油機(jī)的著火性能，在柴油醇中加入十六烷值提高劑也是必要的。目前國內(nèi)外使用的醇柴油的十六烷值提高劑主要是有機(jī)硝酸酯類和有機(jī)過氧化物，此外醚類物質(zhì)也是很好的十六烷值提高劑，例如乙基醚的十六烷值是126，丁基醚的十六烷值是100。有機(jī)硝酸酯類物質(zhì)比柴油容易分解，在較低的活化能下一次分解形成烷氧自由基(r·)，這個(gè)(r·)在著火落后期內(nèi)進(jìn)一步二次分解，生成新的自由基和醛類物質(zhì)，它加速了柴油的焰前反應(yīng)過程的冷焰向藍(lán)焰的轉(zhuǎn)變，起到縮短柴油著火落后期的作用。由alistair的經(jīng)驗(yàn)公式，有機(jī)硝酸酯類和有機(jī)過氧化物添加到柴油里后，其十六烷值的提高值可以用下式計(jì)算：c1＝a×c20.36×g0.57×ln(1+17.5c)式中：c1——為加入提高劑后十六烷值的提高值；c2——為原柴油的十六烷值；a——為組分常數(shù)，有機(jī)硝酸酯類a＝0.16，有機(jī)過氧化物a＝0.119；g——為原柴油的美制重度，重質(zhì)原油g＝31.4，輕質(zhì)原油g＝34.5，柴油g＝40～50；c——為提高劑的容積百分百；⒊環(huán)保機(jī)理：一般柴油機(jī)中產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏闹饕蚴腔旌喜痪鶆蚣叭紵涣妓?。一氧化碳是一種不完全燃燒產(chǎn)物，生成柴油機(jī)碳煙，概括地說是由烴類燃料在高溫缺氧條件下裂解生成。乳化柴油能發(fā)生“二次霧化”，其霧化質(zhì)量使任何柴油噴油嘴都難以達(dá)到的，它使柴油分子與高溫空氣的混合更均勻，燃燒環(huán)境的改善能顯著減少煙塵排放。同時(shí)，乳化燃料能夠抑制nox的生成。根據(jù)捷里道維奇機(jī)理，nox生成速率為：d[nox]/dt＝a×exp[-e/rt]×[n2]×[o2]1/2可見無論在內(nèi)燃機(jī)還是其他燃燒裝置上，nox生成量與反應(yīng)溫度呈指數(shù)關(guān)系增加，如果空燃比高，燃燒強(qiáng)度大，反應(yīng)溫度高，停留時(shí)間長，nox則急劇增加。燃燒乳化油時(shí)，由于氣化、產(chǎn)生微爆均需要吸收熱量，由此可以降低氣缸工作的溫度，防止燃燒焰局部高溫，縮短燃燒時(shí)間，而且甲醇柴油燃燒改善了空、燃混合比例，可以用較小的過量空氣系數(shù)，即n2、o2濃度大幅度降低，從而顯著降低nox的生成，抑制nox對環(huán)境的污染。為了解決上述問題和克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，其生物醇基燃油動力熱值劑—m8510是由三種功能組分組成：提高動力組分(脂肪胺、脂肪皂)、十六烷值改進(jìn)組分(脂肪烷、脂肪酯)、縮短滯燃組分(脂肪酯、有機(jī)金屬化合物)。一種穩(wěn)定的高性能大比例生物醇基燃油動力熱值劑由以下體積百分比功能組分構(gòu)成：提高動力組分：脂肪胺、脂肪皂22.0～26.0％十六烷值改進(jìn)組分：脂肪烷、脂肪酯24.0～27.0％縮短滯燃組分：脂肪酯、有機(jī)金屬化合物50.0～53.0％提高動力組分，所述的脂肪胺是c1～c7胺類物質(zhì)組成，優(yōu)選n-甲基苯胺和甲酰胺中的一種或多種，或n-甲基苯胺和甲酰胺以1:1比例(體積分?jǐn)?shù))的混合物；所述的脂肪皂，是c16～c18石油酵母脂肪酸(rcooh)或油酸(c18h34o2)與有機(jī)胺(三乙醇胺)以2:1(體積比)在常溫下經(jīng)皂化形成的脂肪酸皂(rconhr1)。十六烷值改進(jìn)組分，所述的脂肪烷是c16正構(gòu)飽和烷烴，優(yōu)選正十六烷；所述的脂肪酯是c5硝酸酯，優(yōu)選硝酸戊酯?？s短滯燃組分，所述的脂肪酯是c2～c7硝酸酯，優(yōu)選硝酸乙酯和硝酸異辛酯中的一種或多種，或硝酸乙酯和硝酸異辛酯以1:3比例(體積分?jǐn)?shù))的混合物；所述的有機(jī)金屬化合物，是環(huán)戊二烯基化合物，優(yōu)選二茂鐵。動力熱值劑，其制備方法如下：將22.0～26.0％的提高動力組分、24.0～27.0％的十六烷值改進(jìn)組分及50.0～53.0％的縮短滯燃組分加入到攪拌釜中，在常溫下攪拌均勻即可得到透明、清亮、顯油黃色的生物醇基燃油動力熱值劑—m8510成品。本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明是一種生物醇基燃油動力熱值劑，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用以上技術(shù)方案主要優(yōu)點(diǎn)為：(1)本發(fā)明選擇了能夠清潔、環(huán)保、可再生、可降解的石油酵母脂肪酸作為廉價(jià)的添加劑，既節(jié)能又減排，為進(jìn)一步開發(fā)利用工業(yè)廢油脂和地溝泔水油等開辟了新的途徑，具有變廢為寶、利廢為能的積極作用。(2)本發(fā)明的動力熱值劑與現(xiàn)有技術(shù)相比，用量少、成本低、效果好、具有生物可降解性、不含危害成分、不會給環(huán)境帶來次生污染。(3)本發(fā)明的動力熱值劑，外觀顯透明狀，略顯油黃色，顏色與柴油相當(dāng)，易被人們接受，溶入油珠直徑小。(4)本發(fā)明的醇基燃油，通過優(yōu)化油品碳鏈結(jié)構(gòu)，使油品在保證原有的熱值和十六烷值的基礎(chǔ)上，燃燒火焰明顯變亮、變短，油品燃燒更加充分，有效的解決了醇基燃料存在的十六烷值低、動力不足、著火落后期長、低負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性欠佳以及尾氣煙塵排放大等技術(shù)難題。(5)本發(fā)明制備簡單、使用方便，具有增加燃料熱值、提高動力、提高十六烷值、改善燃燒性能、縮短著火時(shí)間、消煙減排、無腐蝕性、具備生物可降解性、不含危害成分、不會對環(huán)境造成二次污染等特點(diǎn)，為解決醇基燃油十六烷值低、動力不足、低負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)性欠佳等難題開辟了一種新途經(jīng)，具有廣泛的推廣價(jià)值。具體實(shí)施方式下面對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：生物醇基燃油動力熱值劑—m8510實(shí)施案例(見表)。生物醇基燃油動力熱值劑—m8510實(shí)施案例表本發(fā)明實(shí)例中各試劑原料的作用：(1)酵母脂肪酸皂(rconhr1)：是由c16～c18石油酵母脂肪酸(rcooh)與有機(jī)胺(三乙醇胺)以2:1在常溫下經(jīng)皂化形成的脂肪酸皂；燃燒熱值42000kj/kg，在添加劑中起到增加燃燒熱值、提高動力及增溶穩(wěn)定的作用。(2)n-甲基苯胺(c7h9n)：沸點(diǎn)196.0℃，閃點(diǎn)78.0℃，凝點(diǎn)-57.0℃，比重0.989；在添加劑中起到增加燃燒熱值、提高動力的作用。(3)甲酰胺(ch3no)：沸點(diǎn)210.0℃，閃點(diǎn)154.0℃，引燃溫度>500.0℃，比重1.133；在添加劑中起到提高動力的作用。(4)正十六烷(c16h34)：沸點(diǎn)286.8℃，閃點(diǎn)135.0℃，引燃溫度202.0℃，比重0.773；在添加劑中起到提高動力、提高醇基燃油十六烷值的作用。(5)硝酸戊酯(c5h11no3)：沸點(diǎn)157.0℃，閃點(diǎn)52.0℃，比重0.990；最佳十六烷值改進(jìn)劑，在添加劑中起到提高十六烷值、提高抗爆性、清凈分散、改善動力等作用。(6)硝酸乙酯(c2h5no3)：沸點(diǎn)88.7℃，引燃溫度85.0℃，比重1.110；在添加劑中起到提高十六烷值、改善動力、縮短滯燃期等作用。(7)硝酸異辛酯(c8h17no3)：閃點(diǎn)76.0℃，比重0.964；最佳十六烷值改進(jìn)劑，在添加劑中起到提高十六烷值、改善燃燒性能、縮短著火時(shí)間、提高動力、節(jié)約燃油等作用。(8)二茂鐵(c10h10fe)：熔點(diǎn)173.0℃，沸點(diǎn)249.0℃，閃點(diǎn)100.0℃，比重2.69；具有非常好的熱穩(wěn)定性、可減少尾氣黑煙的排放，在添加劑中起到縮短滯燃、消煙助燃、減少積碳的作用。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證以上功能組分及原料間相互匹配、相互促進(jìn)、相互增效、取長補(bǔ)短，共同起到縮短滯燃、提高熱值的作用，解決醇基燃料十六烷值低的問題。試驗(yàn)測試生物醇基燃油動力熱值劑—m8510效果(20℃)：項(xiàng)目0#柴油m10m15m20m25m30理論熱值(kj/kg)46040.043611.042383.541147.039902.038648.0實(shí)測熱值(kj/kg)45809.045277.044576.544306.043589.043458.5十六烷指數(shù)46.546.345.043.743.442.9m8510用量(％)00.10.150.200.200.15生物醇基燃油動力熱值劑—m8510效果(20℃)：項(xiàng)目0#柴油m10m15m20m25m301000r/min(ml/h)1447.51500.01565.01605.01643.51670.01500r/min(ml/h)2165.02330.02402.52463.52505.02554.5替代比(1000r/min)—1:1.0361:1.0811:1.1091:1.1351:1.154替代比(1500r/min)—1:1.0761:1.1101:1.1381:1.1571:1.180上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果所用發(fā)動機(jī)臺架參數(shù)：品牌型號95系列柴油機(jī)車輛型號k4100d發(fā)動機(jī)排量(l)3.61整臺架質(zhì)量(kg)380進(jìn)氣方式自然吸氣以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。當(dāng)前第1頁12