一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料及其生产工艺

摘要

本发明提供了一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方包括如下组分：（1）纳米煤 20-40%；（2）甲烷气体或液化天然气 50-80%；（3）抗爆添加剂 0.08-2.5%；（4）清净分散剂 0.05-2.5%；（5）抗氧剂 0.1-1%。本发明还提供了一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料的生产工艺。本发明以纳米煤和甲烷为主经过加工处理制备成复合柴油或重油燃料，其生产工艺合理，成本低廉，生产的复合燃料可以很好的替代机动车用柴油燃料或锅炉用燃烧油，替代优势明显，同时减少环境污染，以及缓解能源危机。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合燃料及其生产工艺，具体涉及一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料及其生产工艺。 

背景技术

石油工业堪称世界经济发展的命脉。随着人类年复一年地开采石油，常规原油的可采储量仅剩1500亿吨，而目前全球原油年产量己达30亿吨，如此算来，常规油的枯竭之日己不十分遥远，能源危机已经成为一个世界性的问题。 

柴油是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。它的主要成分是含10到22个碳原子的链烷、环烷或芳烃。它的化学和物理特性位于汽油和重油之间，沸点在170℃至390℃间，比重为0.82~0.845kg/l。目前柴油广泛用于大型车辆、船舰、发电机等。主要用作柴油机的液体燃料，由于高速柴油机（汽车用）比汽油机省油，柴油需求量增长速度大于汽油。目前一些小型汽车甚至高性能汽车也改用柴油。虽然柴油不像汽油般会产生有毒气体，所以在一定程度上比汽油更环保和健康，但是，比起汽油来，柴油含更多的杂质，它燃烧时也更容易产生烟尘，造成空气污染。 

重油是石油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。重油的比重一般在0.82~0.95 kg/l，重油中的可燃成分较多，含碳86%～89%，含氢10%～12%,其余成分氮、氧、硫等很少,重油的发热量很高，一般为40000～42000kJ/kg。目前在钢铁工业等方面的锅炉用燃烧油基本为重油。由于重油的勘探、开发、炼制技术比较复杂，资金投入大，而且容易造成环境污染。 

由于柴油与重油的高污染性，同时由于在20世纪70年代二次石油危机之后，油价上涨，因此需要采取措施使用新能源来替代柴油与重油。 

天然气甲烷含量一般在90%以上，是一种很好的汽车发动机燃料。目前，天然气被世界公认为是最为现实和技术上比较成熟的车用汽油、柴油的代用燃料。使用天然气作为汽车燃料，可以大大降低汽车的排放污染，天然气的价格比汽油和柴油低得多因此其运营成本也大大降低，同时天然气的辛烷值高，可达130，比目前最好的96号汽油辛烷值高得多，抗爆性能好。 

虽然天然气的辛烷值在122-130之间，是良好的车用燃料，但在使用过程中发现该燃料驱动的车辆在爬坡时动力明显不足，用馏程的90%点含量分析，燃料中重组分含量几乎没有，所以需要采取措施来改善燃料的不足。 

发明内容

发明目的：本发明的目的就是提供一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料及其生产工艺，替代机动车用柴油燃料或锅炉用燃烧油，降低环境污染，同时缓解能源危机。 

技术方案：为实现上述目的，本发明采取了如下的技术方案： 

一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，它包括甲烷气体或液化天然气和抗爆添加剂，其特征在于：所述复合柴油或重油燃料还包括纳米煤、清静分散剂以及抗氧剂，以质量百分比计，其原料配方包括如下组分： 

（1）纳米煤  20-40%；

（2）甲烷气体或液化天然气  50-80%；

（3）抗爆添加剂  0.08-2.5%；

（4）清净分散剂  0.05-2.5%；

（5）抗氧剂  0.1-1%。

虽然天然气的辛烷值在122-130之间，比目前最好的96号汽油辛烷值高得多，是良好的车用燃料，但在使用过程中发现该燃料驱动的车辆在爬坡时动力明显不足，用馏程的90%点含量分析，燃料中重组分含量几乎没有，因此采用在燃料中加入用纳米煤粉来提高燃料的重组分含量，同时在辅助添加剂如抗爆添加剂、清静分散剂、抗氧剂等的共同作用下，改善燃料的不足。 

优选的，所述复合柴油或重油燃料的原料配方包括如下组份： 

（1）纳米煤  20-30%；

（2）甲烷气体或液化天然气  68-80%；

（3）抗爆添加剂  0.1-2%；

（4）清净分散剂  0.05-2%；

（5）抗氧剂  0.1-1%。

优选的，所述复合柴油或重油燃料以甲烷气体为原料时，还可以加入0.1-0.2%抗静电添加剂，所述抗静电添加剂可以为聚铵盐或甲基异丁烯酸酯。气体与固体颗粒混合时比较容易产生静电，加入抗静电添加剂可以迅速导走油品中的静电荷，从而确保油品使用的安全。 

优选的，所述纳米煤的粒径为20-500nm。 

优选的，所述甲烷气体在常温常压下经过脱硫处理，含量大于99%，所述液化天然气中甲烷的含量大于99%，经过脱硫脱氮处理。天然气中的硫主要是硫化氢，还有少量有机硫化物，有机硫化物在燃烧过程中会产生硫氧化物，天然气中还含有氮物质，在燃烧过程中会产生氮氧化物，无论是硫化氢、硫氧化物还是氮氧化物都对环境造成了严重的污染，同时还会腐蚀设备，脱硫脱氮处理时都是需要的。 

优选的，所述抗爆添加剂为醚类物质或者醇类物质。醚类物质和醇类物质都是常用的燃料抗爆添加剂，其添加到燃料中,能提供更完全的燃烧,减少CO等排放。其抗爆机理为:在燃烧过程中,与燃料如汽油中的不饱和烃发生化学反应,生成环氧化合物,使整个燃烧过程中生成的过氧化物浓度减少,避免多火焰中心生成,使向未燃区传播活性燃烧核心的作用减弱。常用的醚类物质和醇类物质抗爆剂有甲基叔丁基醚、二丁基醚、乙醇等，都非常廉价易得。 

优选的，所述清净分散剂为聚异丁烯基丁二酰亚胺。清净分散剂为有机化合物，一般由非极性基团和极性基团联接而成，比如聚异丁烯基丁二酰亚胺就是常用的清净分散剂。清净分散剂能减少油中沉积物，保持燃料系统清洁，分散燃料中已形成的沉渣，使微小的颗粒保持悬浮状态，以抑制或减少沉积物的产生。其作用机理为：清净分散剂的非极性基团延伸到燃料油中，能有效地屏蔽积碳和胶状物相互聚集，可使粒子被胶溶，分散于油中，其极性基团整齐排列在金属表面上，增加其表面活性，阻止了沉积物的母体物质沉积在金属表面。 

优选的，所述抗氧剂为N，N-二仲丁基苯二胺。可以改善燃料的贮存稳定性，因为燃料在贮存过程中会氧化生成的胶质沉渣，在使用过程中溶在燃料中的胶质因燃料汽化与雾化而沉积吸入系统，影响发动机的正常运转。N，N-二仲丁基苯二胺就是一种常用的芳胺类抗氧剂，其作用机理是其分子中所含的较活泼的氢原子可供给在氧化过程中生成的过氧化物自由基，使其失活，从而中断氧化链反应，使氧化诱导期大大延长。 

一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料的生产工艺，其特征在于：常压下经过加工的纳米煤、抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂与甲烷气体按比例混合，制成气溶胶体，纳米煤颗粒均匀悬浮于甲烷气体中，由静电捕集纳米煤颗粒，在甲烷气体容器中释放静电，与甲烷气体混合，再增压或液化即制得所述复合汽油燃料；还可以在高压下将经过加工的纳米煤、抗爆添加剂、清净分散剂、抗氧剂与液化天然气，按比例混合，纳米煤颗粒均匀悬浮于液化天然气中，由静电捕集纳米煤颗粒，在液化天然气容器中释放静电，与液化天然气混合，制备的液体浆料即为所述复合汽油燃料。 

优选的，所述增压和高压所用的压强为15-25MPa。 

有益效果：采用上述技术方案的本发明具有以下优点：本发明以纳米煤和甲烷为主经过加工处理制备成复合柴油或重油燃料，其生产工艺合理，成本低廉，生产的复合燃料可以很好的替代机动车用柴油燃料或锅炉用燃烧油，替代优势明显，同时减少环境污染，以及缓解能源危机。 

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明进行详细说明，但同时说明本发明的保护范围并不局限于本实施例的具体范围，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 

实施例1： 

按照本实施例的一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：纳米煤 25.0%；甲烷气体72.5%；抗爆添加剂 1.0%；清净分散剂 1.0%；抗氧剂 0.5%。

其生产工艺如下： 

将粒径在20-500nm的纳米煤2.5kg充入10.8m³的调和罐中，静电捕集，捕集场强4~9kV/cm，调和罐气体进出口使用多层无纺布过滤，将罐中空气置换为7.25kg甲烷（常压、CH4﹥99%、经过脱硫处理），释放静电，颗粒与气体充分混合，然后在罐内首先喷入抗爆添加剂二丁基醚雾状液体0.1kg，再喷入清净分散剂聚异丁烯基丁二酰亚胺雾状液体0.1kg，最后喷入抗氧剂N，N-二仲丁基苯二胺雾状液体0.05kg，雾化（雾粒直径＜2.9μm），搅拌混合为气溶胶体，复配为复合燃料，增压或液化后储存备用。

实施例2： 

按照本实施例的一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：纳米煤 25.0%；液化天然气72.5%；抗爆添加剂 1.0%；清净分散剂 1.0%；抗氧剂 0.5%。

其生产工艺如下： 

将纳米煤2.5kg充入0.2m³的调和罐中，静电捕集，捕集场强4~9kV/cm，雾化（雾粒直径＜2.9μm）喷入抗爆添加剂二丁基醚0.1kg、清净分散剂聚异丁烯基丁二酰亚胺0.1kg、抗氧剂N，N-二仲丁基苯二胺0.05kg，释放静电；直接注入7.25kg液化天然气（20MPa、CH4﹥99%、经过脱硫脱氮处理），混合搅拌均匀，制成高压液体浆料，即为复合燃料。 

实施例3： 

按照本实施例的一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：纳米煤 20.9%；甲烷气体76.5%；抗爆添加剂 1.0%；清净分散剂 1.0%；抗氧剂 0.5%；抗静电添加剂：0.1%。

其生产工艺如下： 

将粒径在20-500nm的纳米煤2.09kg充入10.8m³的调和罐中，静电捕集，捕集场强4~9kV/cm，调和罐气体进出口使用多层无纺布过滤，将罐中空气置换为7.65kg甲烷（常压、CH4﹥99%、经过脱硫处理），释放静电，颗粒与气体充分混合，然后在罐内首先喷入抗爆添加剂甲基叔丁基醚雾状液体0.1kg，再喷入清净分散剂聚异丁烯基丁二酰亚胺雾状液体0.1kg，最后喷入抗氧剂N，N-二仲丁基苯二胺雾状液体0.05kg及0.01kg的抗静电添加剂甲基异丁烯酸甲酯的雾化液体，雾化（雾粒直径＜2.9μm），搅拌混合为气溶胶体，复配为复合燃料，增压或液化后储存备用。

实施例4： 

按照本实施例的一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：纳米煤 21.0%；液化天然气76.5%；抗爆添加剂 1.0%；清净分散剂 1.0%；抗氧剂 0.5%。

其生产工艺如下： 

将纳米煤2.1kg充入0.2m³的调和罐中，静电捕集，捕集场强4~9kV/cm，雾化（雾粒直径＜2.9μm）喷入抗爆添加剂甲基叔丁基醚0.1kg、清净分散剂聚异丁烯基丁二酰亚胺0.1kg、抗氧剂N，N-二仲丁基苯二胺0.05kg，释放静电；直接注入7.65kg液化天然气（20MPa、CH4﹥99%、经过脱硫脱氮处理），混合搅拌均匀，制成高压液体浆料，即为复合燃料。

实施例5： 

按照本实施例的一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：纳米煤 28.9%；甲烷气体68.5%；抗爆添加剂 1.0%；清净分散剂 1.0%；抗氧剂 0.5%；抗静电添加剂：0.1%。

其生产工艺如下： 

将粒径在20-500nm的纳米煤2.89kg充入10.8m³的调和罐中，静电捕集，捕集场强4~9kV/cm，调和罐气体进出口使用多层无纺布过滤，将罐中空气置换为6.85kg甲烷（常压、CH4﹥99%、经过脱硫处理），释放静电，颗粒与气体充分混合，然后在罐内首先喷入抗爆添加剂乙醇雾状液体0.1kg，再喷入清净分散剂聚异丁烯基丁二酰亚胺雾状液体0.1kg，最后喷入抗氧剂N，N-二仲丁基苯二胺雾状液体0.05kg及0.01kg的抗静电添加剂聚季铵盐的雾化液体，雾化（雾粒直径＜2.9μm），搅拌混合为气溶胶体，复配为复合燃料，增压或液化后储存备用。

实施例6： 

按照本实施例的一种新型甲烷的复合柴油或重油燃料，以质量百分比计，其原料配方为：纳米煤 29.0%；液化天然气68.5%；抗爆添加剂 1.0%；清净分散剂 1.0%；抗氧剂 0.5%。

其生产工艺如下： 

将纳米煤2.9kg充入0.2m³的调和罐中，静电捕集，捕集场强4~9kV/cm，雾化（雾粒直径＜2.9μm）喷入抗爆添加剂乙醇0.1kg、清净分散剂聚异丁烯基丁二酰亚胺0.1kg、抗氧剂N，N-二仲丁基苯二胺0.05kg，释放静电；直接注入6.85kg液化天然气（20MPa、CH4﹥99%、经过脱硫脱氮处理），混合搅拌均匀，制成高压液体浆料，即为复合燃料。 

上述实施例中，由于在常压下的甲烷气体的体积要远远大于高压下的液化天然气的体积，因此，制备过程中，用甲烷气体制备时所用的调和罐的体积要大于用液化天然气制备时所用的调和罐的体积。