一种燃料添加剂及应用其的低碳清洁燃料

摘要

本发明所述的燃料添加剂，通过添加水结合剂、辛烷值改进剂、抗氧化剂、清洁分散剂、抗磨蚀剂、醇醚增溶剂、热值增强剂、助燃剂、消泡剂、防爆剂和催干剂，共同作用，形成的添加剂能够与二甲醚混合形成可燃烧的替代天然气、液化石油气等的燃料；解决了纯二甲醚由刚开始不能燃烧到现在能完全燃烧，同时也解决了纯二甲醚燃烧时放炮现象，且无气化不及问题，无腐蚀、无毒、无黑烟、无熏眼及刺鼻现象，燃烧稳定，点火率满足国家灶具检验标准，完全满足民用需求；本发明所述的燃料添加剂按燃气质量含量0.5~2%加入燃气中，形成的燃气与液化石油气相比，有安全性能好和综合热值高、不析碳、无残液等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及能源化工技术领域，特别涉及一种燃料添加剂及应用其的工 业用或民用的低碳清洁燃料。

背景技术

当今世界面临两大全球性问题，一是石油能源危机，二是环境污染。全 球石油已探明的储量为1421亿吨，按近10年平均年采量35.6亿吨计，最 多还可维持40年。我国石油储量有限，从1993年开始已经成为石油净进口 国，2010年全年我国进口原油2.39亿吨，是世界第二大石油进口国，仅次 于美国，能源的对外依存度高达55％，已经进入能源预警期，这种情况的加 剧将严重制约我国经济的发展，甚至会影响到我国的国防安全。2011年我 国机动车保有量为20754.6万辆，以石油成品油做燃料，尾气排放污染物达 4607.9万吨，机动车污染已经成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、 光化学烟雾污染的重要原因，机动车污染防治的紧迫性日益凸显。2012年2 月，国务院批准发布新修订的《环境空气质量标准》，对空气中细颗粒物 （PM2.5）治理工作提出更高的要求，机动车污染防治成为关键领域。因此， 发展可替代清洁能源不但有利于缓解我国石油的供需矛盾，降低石油对外依 存度，还可以有效的治理空气污染。

二甲醚（英文全称为dimethyl ether，简称为DME）作为从煤基原料转 化成的清洁燃料而日益受到重视，成为近年来国内外竞相开发的性能优越的 碳—化工产品。作为液化石油气（英文全称为Liquefied Petroleum Gas，简 称LPG）和石油类的替代燃料，二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的 化学品，而且鉴于我国煤炭储量的丰富，使得二甲醚的来源更为丰富，更优 的是DEM本身含氧，分子结构中只有C-O键合C-H键，因此DME燃烧充 分，不积碳，污染物排放量低，储罐中不留残液，能便宜而大量地生产。与 甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一，具有非常广阔的前景。

DEM及其它燃料的物化性质对比

项目 二甲醚 丙烷 丁烷 甲醇 轻油(2号) LPG 化学式 CH₃OCH₃C₃H₈C₄H₁₀CH₃OH - - 分子量 46.07 44.06 58.08 32.04 - - 沸点℃ -24.9 -42.1 -0.5 64.5 190~350 -0.5~-42 液体比重(沸点时) 0.75 0.58 0.60 - - - 液体比重(20℃时) 0.67 0.49 0.57 0.79 0.8-0.88 0.508 蒸发潜热kJ/kg 467 126 386 - - 358~372 蒸汽压MPa，20℃ 0.510 0.833 0.207 - - 0.17~0.71 爆炸极限v/v% 3.4~27 2.2~9.5 1.9~8.5 6.2~36 - 1.7~9.7 十六烷值 55 - - 5 ＜45 ＜3 低位发热量MJ/kg 28.9 46.5 45.8 21.1 42.5 31.6

截至2010年底，我国共有二甲醚生产企业60家，产能合计达1484万 吨，我国已经成为全球最大的二甲醚生产国。目前，我国对二甲醚的开发利 用非常重视。二甲醚是国家推广的新型燃料，2007年8月建设部颁布了《城 镇燃气用二甲醚》行业标准，财政部和国家税务总局在2008年6月发布了 《关于二甲醚增值税使用税率问题的通知》，宣布自2008年7月1日起，将 二甲醚增值税税率由17%下调为13%。以助于二甲醚作为民用燃料的推广， 缓解我国石油液化气供应的巨大压力，以当前液化石油气与二甲醚的市场比 价计算，二甲醚是一种经济实惠的液化石油气替代燃料。国家发改委与住建 部都曾批示表示二甲醚“能用”，但是，纯二甲醚燃烧时会产生放炮现象， 而且其蒸发潜热较高，燃烧不稳定，而且对高分子材料具有溶胀效应，因此 “如何用”的问题一直没有解决。虽然国家出台相关优惠，但是推广应用中， 二甲醚作为民用燃料的技术指标和配套设施的不完善，导致二甲醚不能真正 走向市场，企业的开工率逐减，全国的生产量只占产能的20-30%左右，而 且90%以上的二甲醚只能靠混掺于LPG中应用，如果仅靠20%的比例掺混 LPG寻找二甲醚产业的出路，对于年产近1484万吨的二甲醚产业来说，不 仅如同杯水车薪，更是大大限制了二甲醚的发展，而对于清洁能源替代传统 能源截污减排的发展更是百害而无一利。

中国专利CN101935556A公开一种低碳节能燃气，由二甲醚60-80、精 甲醇20-36、添加剂1-3、纳米镍液态悬浮液0-0.2组成，其中添加剂为丙醚 15-25、二茂铁0.3-0.7、环烷酸盐1-2、防焦化剂1-3、防腐剂1-2、清洁分 散剂1.5-2.5、稳定剂8-12、阻聚剂1.5-2.5、异辛酸镧1-1.4、纳米镍液态悬 浮液0.2-0.4。这种低碳节能燃气与DME混掺LPG相比，尽管DME的比值 已经占到60~80%，但是仍然要添加20~36%的精甲醇，一方面成本较高， 另外对二甲醚的利用依然存在不够充分的问题。

在此基础上，中国专利CN101319157B公开了一种环保节能燃料，具体 以二甲醚或二甲醚+丙酮和/或天然气和/或石油液化气的混合物为主体燃料， 再加入占燃料质量比为0.1~1.0%节能增效剂，其中节能增效剂的组分为：甲 基叔丁基醚10~20、乙酸叔丁酯5~15、环戊酮10~20、石油醚10~20、丙酮 10~20、二甲苯5~15、乙醇5~15、叔丁基二茂铁及其衍生物1~10、甲基环 戊二烯三羰基锰1~10、双氧水1-20。尽管该环保节能燃料可以增加二甲醚 的含量，但是进一步研究表明，该燃料燃烧并不完全、且燃料存在一定的腐 蚀性、燃烧有残留、而且替代乙炔用于切割时，切割面不光滑。尤其是其组 分中丙酮为易制毒药品，二甲苯也具有一定的致癌性。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中对于二甲醚的利用度 较低、燃烧不完全等的问题，提供一种新的高度利用二甲醚的低碳清洁燃料；

本发明还提供了适用于上述低碳清洁燃料的燃料添加剂，以及上述燃料 添加剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种燃料添加剂，所述燃料添加剂包括以下重量份的组分： 水结合剂2~5份、辛烷值改进剂60~75份、抗氧化剂2.25~4.1份、清洁分散 剂0.25~0.65份、抗磨蚀剂2.5~4份、醇醚增溶剂4~15.5份、热值增强剂2~16 份、助燃剂4~6.5份、消泡剂2.5~3.5份、防爆剂1.5~3.5份和催干剂2~3份。

其组分重量份优选为：水结合剂3~4份、辛烷值改进剂62~70份、抗氧 化剂2.6~3.7份、清洁分散剂0.3~0.55份、抗磨蚀剂3~4份、醇醚增溶剂4.7~9.8 份、热值增强剂3~10份、助燃剂4.2~6.3份、消泡剂2.5~3份、防爆剂2~2.3 份和催干剂2.3~3份。

其组分重量份更优选为：水结合剂3.5份、辛烷值改进剂68份、抗氧 化剂3份、清洁分散剂0.4份、抗磨蚀剂3份、醇醚增溶剂4.8份、热值增 强剂4份、助燃剂6份、消泡剂2.8份、防爆剂2.1份和催干剂2.4份。

所述水结合剂、辛烷值改进剂、抗氧化剂、清洁分散剂、抗磨蚀剂、醇 醚增溶剂、热值增强剂、助燃剂、消泡剂、防爆剂和催干剂均可以选用现有 技术中常见的产品。

优选的，所述水结合剂为烷基酚聚氧乙烯醚的复合物和/或异丙醇，

所述辛烷值改进剂为二甲醇缩甲醛和/或烷基苯；

所述抗氧化剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚或

四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯中的一种或几种的组合；

所述清洁分散剂为六甲基磷酸三酰胺和/或聚异丁烯基丁二酰亚胺；

所述抗磨蚀剂为异辛酸和/或油酸；

所述醇醚增溶剂为异丙醚和/或二丙二醇甲醚；

所述热值增强剂为异己酸和/或双戊烯；

所述助燃剂为环己烷；

所述消泡剂为硅油；

所述防爆剂为甲基环戊二烯三碳锰、环烷酸铁或羰基铁中的一种或多种组 合；

所述催干剂为环烷酸铈、环烷酸钴、环烷酸镍中的一种或多种组合。

所述硅油优选为甲基硅油。

并且，研究表明上述各个组分可选择物质之间的添加比例对所述添加剂 以及所述清洁燃料的燃烧性能并无较大影响，均可以实现本发明的目的。

本发明还提供一种制备上述燃料添加剂的方法，按照选定的重量分数分 别选取所述水结合剂、所述辛烷值改进剂、所述抗氧化剂、所述清洁分散剂、 所述抗磨蚀剂、所述醇醚增溶剂、所述热值增强剂、所述助燃剂、所述消泡 剂、所述防爆剂和所述催干剂混合均匀，即得。

本发明提供一种低碳清洁燃料，包括下述重量份的组分：燃气100份， 上述燃料添加剂0.5-2份；所述燃气为二甲醚，或混有与丙烷、天然气、石 油液化气中一种或几种的二甲醚混合物。

所述二甲醚混合物中二甲醚的质量含量为95~99.5wt%。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1、本发明所述的燃料添加剂，通过添加水结合剂、辛烷值改进剂、抗氧 化剂、清洁分散剂、抗磨蚀剂、醇醚增溶剂、热值增强剂、助燃剂、消泡剂、 防爆剂和催干剂，共同作用，并通过优选各个组分的配比，形成的添加剂能 够与二甲醚混合形成可燃烧的替代燃油、天然气、液化石油气等的燃料，与 二甲醚混合形成的燃料具有与民用燃料相近似的性能，并可高度利用二甲醚， 为二甲醚的利用开发出一种新的途径；

2、本发明所述的燃料添加剂解决了纯二甲醚由刚开始不能燃烧到现在 能完全燃烧，同时也解决了纯二甲醚燃烧时放炮现象，且无气化不及问题， 无腐蚀、无毒、无黑烟、无熏眼及刺鼻现象，燃烧时火焰的亮度高，燃烧过 程中无异味，也没有回火或火势变弱等异常现象，点火率满足国家灶具检验 标准，无需更换钢瓶软管、橡胶圈等任何配件，完全满足民用需求；

3、本发明所述的燃料添加剂优选无毒害物质，使用时安全、清洁、高 效；

4、本发明所述的燃料添加剂按燃气质量含量0.5~2%加入燃气中，形成 的燃气与液化石油气相比，有安全性能好和综合热值高、不析碳、无残液等 优点；

5、本发明所述的低碳清洁燃料烟气量低于8m³/kg，明显低于液化石油 气，燃烧温度与液化石油气相近似，可达到切割温度，而燃烧热值也高于液 化石油气，不仅可以有效替代液化石油气使用，其性能更优于液化石油气。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实 施方式作进一步地详细描述。在下述实施例中，1重量份为1千克。

下述实施例中的化合物均为常见市售产品，不同厂家生产的产品对本发 明所述的产品的性质并无影响，特别的，所述烷基酚聚氧乙烯醚的复合物选 用OP-10、所述四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯抗氧化剂选用抗氧 化剂1010。

实施例1

本实施例中燃料添加剂由以下重量份的组分组成：OP-103.5份、二甲 醇缩甲醛68份、3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸0.4份、六甲基磷酸三酰胺0.4 份、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚2.6份、异辛酸3份、异丙醚2.3份、二丙二 醇甲醚2.5份、异己酸4份、环己烷6份、甲基硅油2.8份、甲基环戊二烯 三碳锰0.9份、环烷酸铁1.2份、环烷酸铈2.4份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的1%由高压泵加入，混匀即可。

实施例2

本实施例提供的燃料添加剂的组分及配比同实施例1。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚、天然气和上述配比组分的燃料添 加剂组成，二甲醚重量占二甲醚与天然气总重量的99.5%，燃料添加剂按照 二甲醚和天然气总质量的1%由高压泵加入，混匀即可。

实施例3

本实施例中燃料添加剂包括以下重量份的组分：异丙醇2份、烷基苯 65份、3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸0.25份、聚异丁烯基丁二酰亚胺0.55 份、抗氧化剂10102.2份、油酸2.5份、异丙醚14.5份、双戊烯3份、环己 烷4份、乙基硅油2.5份、羰基铁1份、环烷酸铁0.5份、环烷酸镍2份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的1%由高压泵加入，混匀即可。

实施例4

本实施例提供的燃料添加剂的组分及配比同实施例3。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚、石油液化气和上述配比组分的燃 料添加剂组成，二甲醚的质量占二甲醚和石油液化气总质量比为95％，燃料 添加剂按照二甲醚和石油液化气总质量的1%由高压泵加入，混匀即可。

实施例5

本实施例中燃料添加剂包括以下重量份的组分：OP-101份、异丙醇2 份、二甲醇缩甲醛30份、烷基苯32份、抗氧化剂10100.6份、六甲基磷酸 三酰胺0.65份、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚2.25份、油酸4份、二丙二醇甲 醚6.5份、异己酸4.5份、环己烷6.5份、甲基硅油3.5份、羰基铁2.8份、 环烷酸钴2.7份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的0.5%由高压泵加入，混匀即可。

实施例6

本实施例中燃料添加剂包括以下重量份的组分：OP-102份、二甲醇缩 甲醛60份、聚异丁烯基丁二酰亚胺0.3份、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚3.7份、 异辛酸3.5份、异丙醚2.8份、二丙二醇甲醚7份、异己酸10份、环己烷 4.2份、甲基硅油2.7份、羰基铁1份、环烷酸铁0.8份、环烷酸铈2份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的1.5%由高压泵加入，混匀即可。

实施例7

本实施例中燃料添加剂包括以下重量份的组分：OP-101份、异丙醇1 份、二甲醇缩甲醛45份、烷基苯30份、3，5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸0.25 份、六甲基磷酸三酰胺0.25份、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚2份、油酸2.5份、 二丙二醇甲醚5份、异己酸2份、环己烷4份、甲基硅油2.5份、羰基铁2.5 份、环烷酸钴2份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的2%由高压泵加入，混匀即可。

实施例8

本实施例中燃料添加剂包括以下重量份的组分：OP-104份、二甲醇缩 甲醛70份、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸0.25份、聚异丁烯基丁二酰亚胺0.35 份、抗氧化剂10103.5份、异辛酸2.5份、异丙醚2.2份、二丙二醇甲醚2.5 份、异己酸2份、环己烷4.7份、甲基硅油2.5份、甲基环戊二烯三碳锰0.5 份、环烷酸铁2份、环烷酸铈镍份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的1%由高压泵加入，混匀即可。

实施例9

本实施例中燃料添加剂包括以下重量份的组分：OP-105份、烷基苯60 份、3,5-二叔丁基-4-羟基苯甲酸0.25份、六甲基磷酸三酰胺0.25份、2,6- 二叔丁基-4-甲基苯酚1份、抗氧化剂10101份、异辛酸2.5份、异丙醚4 份、双戊烯16份、环己烷4份、甲基硅油2.5份、羰基铁1份、环烷酸铁 0.5份、环烷酸铈2份。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚和上述配比组分的燃料添加剂组 成，燃料添加剂按照二甲醚质量的1.5%由高压泵加入，混匀即可。

实施例10

本实施例提供的燃料添加剂的组分及配比同实施例9。

将上述配比的组分混合均匀配制成溶液即为燃料添加剂。

本实施例中的低碳清洁燃料由二甲醚、天然气和上述配比组分的燃料添 加剂组成，二甲醚的质量占二甲醚和天然气总质量比为97%，燃料添加剂按 照二甲醚和石油液化气总质量的1.5%由高压泵加入，混匀即可。

对比例

所述燃料添加剂的组分及配比为：叔丁基二茂铁及其衍生物1份、甲基 叔丁基醚15份、乙酸叔丁基醚10份、丙酮13份、环戊酮20份、二甲苯5 份、石油醚8份、乙醇10份、甲基环戊二烯三羰基锰10份、双氧水10份。

燃料为纯二甲醚，节能增效剂的掺杂量为燃料质量的0.5%。

上述实施例中所制得的低碳清洁燃料与纯二甲醚、液化石油气的燃烧性 质如下表所示：

项目 烟气量（m³/kg） 燃烧温度（℃） 热值（KJ/g） 液化石油气 12.02 2055 3909 纯二甲醚 7.46 2250 4219 实施例1 6.80 2419 4320 实施例2 7.68 2319 4271 实施例3 7.23 2374 4296 实施例4 7.51 2301 4260 实施例5 7.33 2358 4279 实施例6 6.91 2410 4315 实施例7 7.12 2400 4300

实施例8 7.20 2380 4306 实施例9 7.09 2416 4310 实施例10 7.46 2334 4269 对比例 7.51 2261 4233

从表中数据可以看出，本发明提供的低碳清洁燃料，与液化石油气相比， 燃烧温度和热值更高，而且烟气量减少35%以上；与纯二甲醚相比，加入燃 料添加剂后烟气量有所下降（燃气中添加天然气或石油液化气的低碳清洁燃 料，烟气量有所上升），燃烧温度和热值并未受太大影响，且略微有所上升； 与对比例相比，本发明提供的低碳清洁燃料烟气量减少达9%以上，燃烧温 度和热值更高，而且燃烧更稳定，无黑烟、无熏眼及刺鼻现象，燃烧时火焰 的亮度高，燃烧过程中无异味，无放炮现象；不析碳、无残液，对钢瓶软管、 橡胶圈等高分子配件，无腐蚀，且不含有毒物质，具有较高的应用价值。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式 的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做 出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷 举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之 中。