專利名稱：制備壓燃式發(fā)動機燃料的方法
制備壓燃式發(fā)動機燃料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓燃燃料組合物。本發(fā)明特別是涉及由含醇的初級燃料或通過向烴類 燃料中添加醇來制備壓燃式發(fā)動機燃料的方法。
現(xiàn)在，隨著第二代含醇生物燃料的出現(xiàn)生物燃料的可持續(xù)和普遍應(yīng)用已經(jīng)成為可 能。然而，制備態(tài)的生物燃料在粗產(chǎn)品形式下品級較低且在傳統(tǒng)的壓燃式發(fā)動機中不燃燒。
具體地說，生物乙醇的高達(dá)5%或10%的高水含量和低十六烷值限制了其在運輸中 的應(yīng)用。同時，嚴(yán)格的排放法規(guī)使傳統(tǒng)的柴油燃料不適宜在沒有額外的排氣凈化系統(tǒng)的情 況下工作。
這些限制可通過使用某些提高生物乙醇的十六烷值或改善傳統(tǒng)化石柴油燃料以 更清潔地工作的添加劑來克服。已知充氧劑，例如醚，能夠提高十六烷值和無煙塵排放地燃Jyti ο
出面實用性的考慮，可用的壓燃式發(fā)動機燃料組合物的數(shù)量進(jìn)一步減少。出于存 儲安全的原因，燃料閃點必須在52°C以上。為了限制成本和使得不經(jīng)大的發(fā)動機改造就能 在柴油發(fā)動機中工作，待與燃料混合的添加劑量也優(yōu)選低，根據(jù)添加劑的價格一般在I和 5wt%之間ο
本發(fā)明基于低成本且容易獲得的添加劑，所述添加劑使得能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)已知的柴 油和非柴油烴類燃料改質(zhì)(upgrade)以在壓燃式發(fā)動機中清潔利用。
具體地說，用于制備本發(fā)明的壓燃式發(fā)動機燃料的燃料添加劑完全基于便宜、可 廣泛獲得且本身就是安全運輸燃料但在未經(jīng)進(jìn)一步處理時十六烷值低的醇。
因此，本發(fā)明一般地提供制備壓燃式發(fā)動機燃料的方法，包括步驟提供初級烴類燃料與一種或多種醇的混合物；和在所述混合物中使至少部分所述一種或多種醇脫水形成其相應(yīng)的醚和水，以獲得所述 壓燃式發(fā)動機燃料。
術(shù)語"初級燃料"在本說明書的上下文中是指填加到車輛油箱或填加到用于固定 的壓燃式發(fā)動機的油箱中且隨后在噴射到發(fā)動機中之前經(jīng)受轉(zhuǎn)化處理的燃料。
如前所述，向燃料中添加醇被認(rèn)為會降低所述燃料的十六烷值，從而使其不適合 于壓燃應(yīng)用。
本發(fā)明要求使所述醇/初級燃料混合物通過醇脫水催化劑以確保按照以下反應(yīng) 將足夠分?jǐn)?shù)的所述醇轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的醚和水Rl-0H+R2-0H->Rl-0-R2+H20其中Rl和R2是包含H、C和任選的O的分子。
上述反應(yīng)受平衡限制且所產(chǎn)生的壓燃燃料是烴、醇、醚和水的共混物。
所述初級烴類燃料優(yōu)選包括C5-C28的烴和/或生物燃料。
在本發(fā)明的一個具體實施方案中，所述初級烴類燃料包括汽油。
可用于所述初級燃料的醇為C1-Cltl的一元醇和/或多元醇。
優(yōu)選使包含在所述初級燃料混合物中的所述一種或多種醇在有脫水催化劑存在 的情況下脫水。
適合用于本發(fā)明的脫水催化劑包括所有的固體酸，如氧化鋁、二氧化硅-氧化鋁 (silica alumina)、沸石、鶴酸鹽化的氧化物(tungstated oxides)、硫酸鹽化的氧化物 (sulphated oxides)、氧化招磷酸鹽(alumina phosphates)、含磺酸官能團的材料(如磺化聚苯乙烯、磺化氟碳聚合物、磺酸官能化的氧化物材料(氧化鋁，SBA-15, 二氧化硅))及其混合物。
在本發(fā)明的一個具體實施方案中，所述脫水催化劑設(shè)置在車載的反應(yīng)器之內(nèi)。
如果所述初級燃料已經(jīng)具有適合的十六烷值，則醇的添加和催化脫水使得能夠減少顆粒排放物。根據(jù)要求的減少來調(diào)節(jié)添加的醇的重量分?jǐn)?shù)。
實施例1通過使用乙醇改善生物柴油和化石柴油的燃燒描述了此特征。
或者，如果初級燃料的十六烷值不足，添加醇和催化脫水到顯著水平使得由此制備的壓燃燃料能夠驅(qū)動壓燃發(fā)動機。必需的醇量取決于所述初級燃料的性質(zhì)。
實施例2描述了使用乙醇或丁醇作為柴油改進(jìn)劑用于含水乙醇、丁醇或傳統(tǒng)的汽油。實施例
實施例1 :醇作為用于類似柴油的燃料的清潔改進(jìn)劑對混有乙醇的兩種初級柴油燃料，即標(biāo)準(zhǔn)柴油和油菜籽油(生物柴油)，在根據(jù)本發(fā)明加以改質(zhì)(即脫水處理)之后進(jìn)行測試。在此實施例中，所述兩種初級燃料可以在不加添加劑的情況下驅(qū)動傳統(tǒng)的柴油發(fā)動機。表I給出了在此實施例中考慮的燃料混合物 ，以純化石柴油為參照。三種其它的燃料混合物包括乙醇作為所述初級燃料的添加劑。由此在噴射到發(fā)動機中之前使用車載的催化轉(zhuǎn)化器來執(zhí)行所述脫水。選擇脫水反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率為80% 以將所述乙醇部分地改質(zhì)成乙醚(DEE)和水。此步驟確保了即使高初始醇含量的所述混合物也具有類似柴油的特性。如表I所示，脫水的燃料中除DEE和所述初級燃料之外還包含一定量的醇和水。
表1:燃料組合物-脫水前后燃料柴油D70E30D50E50Bio25E75組成(重量％)脫水之前乙醇-305075水----油菜籽油---25柴油1007050-組成(重量％)脫水之后乙醇-61015DEEs-193248水-5812正丁醇----DBEs δ----油菜籽油---25柴油1007050-醇到醚的轉(zhuǎn)化率％808080§乙醚 §§ 丁醚。
出于測試目的，通過混合純組分來制備所述改質(zhì)燃料，盡管本來可以通過使所述初級燃料與適合的脫水催化劑接觸來制備它們。使用如此制備的壓燃燃料以80kW@4000rpm 驅(qū)動商用柴油發(fā)動機R4標(biāo)致1. 6升共軌發(fā)動機(DV6TED4-9HZ)。由于所述燃料不同于傳統(tǒng)的柴油燃料(較低的單位體積熱值)，所以為每種情形調(diào)整發(fā)動機設(shè)置。例如延長燃料噴射時間并更早地開始燃料噴射以保持壓力最大值在8-12° ATDC (標(biāo)準(zhǔn)柴油操作)的范圍。對于每個燃料測試，都使發(fā)動機負(fù)載與參照的柴油燃料操作相一致。
表2匯總了上述燃料在脫水處理之后在55Nm負(fù)載點的效率。
所有燃料，不管是傳統(tǒng)的柴油燃料還是改質(zhì)的燃料，都提供了與傳統(tǒng)的柴油操作非常一致的約33-35%的效率。D50E50顯示了比其它混合物和比傳統(tǒng)的柴油燃料更高的效率。此效率的提高導(dǎo)致了排氣中CO和HC輕微增多而NOx排放相當(dāng)。
總的來說，醇的添加和隨后的脫水不顯著影響排氣排放物，但使得發(fā)動機能夠使用生物燃料或部分生物燃料來驅(qū)動。此外，當(dāng)向傳統(tǒng)的柴油燃料中添加乙醇時可以看到顆粒排放物的減少。
含50重量％乙醇的混合物在保持該混合物的柴油燃料特性的同時顯示了減少的顆粒排放物。當(dāng)進(jìn)一步提高乙醇含量時，所述減少是相當(dāng)可觀的(一個數(shù)量級)，如向某些傳統(tǒng)的生物柴油中添加75w%乙醇所例示的。
結(jié)果清楚表明，醇的添加和脫水維持了燃料的柴油品質(zhì)并確保了柴油發(fā)動機提高的效率和大大減少的顆粒排放物。
表2 :在負(fù)載為55Nm的柴油發(fā)動機中的操作
權(quán)利要求
1.制備壓燃式發(fā)動機燃料的方法，步驟包括 提供包括一種或多種醇的初級烴類燃料的混合物；和 使所述混合物中的所述一種或多種醇脫水形成其相應(yīng)的醚和水，以獲得所述壓燃式發(fā)動機燃料。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述初級烴類燃料包括C5-C28的烴和/或生物燃料。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其中所述初級烴類燃料包括汽油。
4.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中所述一種或多種醇為Cl-ClO的一元醇和/或多元醇。
5.權(quán)利要求1-3中任一項的方法，其中所述一種或多種醇為通常的C1-C4的一元醇。
6.權(quán)利要求1-5中任一項的方法，其中使所述一種或多種醇在有脫水催化劑存在的情況下脫水。
7.權(quán)利要求5的方法，其中所述脫水催化劑設(shè)置在車載反應(yīng)器之內(nèi)。
8.在先權(quán)利要求中任一項的方法，其中所述一種或多種醇包含高達(dá)20重量％的水。
全文摘要
制備壓燃式發(fā)動機燃料的方法，步驟包括提供包括一種或多種醇的初級烴類燃料的混合物；和在所述混合物中使所述一種或多種醇脫水形成其相應(yīng)的醚和水，以獲得所述壓燃式發(fā)動機燃料。
文檔編號F02B51/02GK103026028SQ201180017642
公開日2013年4月3日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者C.杜維希, T.V.W.詹森斯, P.加布里爾森 申請人:赫多特普索化工設(shè)備公司