用于制备和递送燃料组合物的方法
【专利说明】用于制备和递送燃料组合物的方法
[0001] 本发明涉及用于制备燃料组合物和将燃料组合物递送至其使用地方的方法。本法 还涉及用于产生用于压燃式发动机的熏蒸剂或熏蒸剂蒸气的方法。
【背景技术】
[0002] 对常规化石燃料的燃料替代品的追求主要受对"清洁"排放燃料加之低生产成本 和广泛可用性的需要驱动。对燃料排放的环境影响给予了大量关注。对替代燃料的研宄关 注于将减少由燃料燃烧产生的颗粒物质和氧化物的量的燃料以及减少非燃烧燃料和〇) 2排 放以及其他燃烧产物的燃料。
[0003] 用于完全或部分替代传统燃料的燃料替代品尚未得到广泛应用。
[0004] 用可再生替代燃料完全替代传统燃料、并且特别是用于压燃式发动机的燃料（柴 油燃料）的一个主要缺点涉及与这些燃料的低十六烷指数相关的已知的问题。这样的燃料 提出以发动机高效运转所需的方式实现点火的问题。
[0005] 本申请人开发了用于压燃式（柴油）发动机的新的燃料组合物，其具有改善的排 放特性而对燃料效率和/或发动机性能没有不利影响。所述燃料组合物是两部分燃料组合 物，具有基于甲醇和水的主要部分，其被引入发动机的燃烧室中；以及包含点火增强剂如二 甲醚的熏蒸剂，在压缩和引入主燃料之前熏蒸到进入空气流中。
[0006] 两个燃料部分-包含甲醇和水的主燃料部分以及包含二甲醚的熏蒸剂-可通过液 体管道从制造点输送至使用点，例如使用压燃式发动机产生动力的航运码头、火车站或偏 远社区。就以最小可见影响将大量能量移动经过长距离而言，通过液体管道移动大量能量 是存在已久且成本效益好的技术。
[0007] 虽然通过液体管道移动燃料的这些技术具有其优势，但是二甲醚在大气压下不能 以液体形式在管道中输送，而需要加压以使二甲醚维持为液体形式。本申请人提出，以包含 甲醇和二甲醚的"预燃料组合物"的组分来输送用于熏蒸剂所需的二甲醚，并且使醚与甲醇 分离以产生甲醇-水主燃料部分和二甲醚的第二燃料部分或熏蒸剂。
[0008]本申请人已认识到，燃料组合物和/或能使其商业化使用的系统/过程的进一步 改进，可提供进一步的优势，使得其作为传统燃料替代品而更具吸引力。
【发明内容】
[0009] 根据本发明，提供了用于产生包含甲醇和水以及按重量计不多于20%的二甲醚的 主燃料组合物，以及包含二甲醚的熏蒸剂的方法，所述方法包括：
[0010] -提供包含甲醇或二甲醚的预燃料组合物，
[0011] -向预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸 发，
[0012] -收集从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚用作熏蒸剂，以及
[0013]-使用包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物。所述方法还 可包括步骤：
[0014]-将收集的蒸气形式的部分二甲醚引导至压燃式发动机的进入空气流中作为熏蒸 剂，以及
[0015] _将预燃料组合物的剩余部分引导至压燃式发动机中作为压燃式发动机的主燃 料。
[0016] 当以这种方式由预燃料组合物产生两种燃料组合物时，可避免从预燃料组合物中 分离二甲醚的热的过度应用以及随之产生的成本。可避免涉及复杂工程（例如电、气动力 或发动机冷却剂）的热应用技术。向甲醇和二甲醚的组合中添加水，任选地添加温水或热 水的作用在于，根据主要温度条件和水添加量，在不同程度上通过从最初的甲醇/二甲醚 组合物中蒸发二甲醚来置换二甲醚。巧妙利用该现象与以单一预燃料组合物（其随后分为 两个流）输送两种产品（主燃料和熏蒸剂）的构思的结合，能够形成非常成本有效且安全 的方式，来输送作为一种组合物的燃料，以用于压燃式发动机。此外，该过程中可方便地使 用在发动机运转和排放处理中作为副产物生成的温度高于环境的水。
[0017] 换言之，可通过使用在提供足够显热以提供所需量DME熏蒸剂的温度下的水以及 主燃料中水的目标组成来避免这样的"外部热源"。
[0018] 根据一些优选实施方案，向预燃料组合物中添加水以引起至少部分二甲醚蒸发的 步骤在某些情况下可在没有直接应用热的情况下进行。或者，温度高于环境的水足以分离 所需量的二甲醚。水可以在对主要条件特定的任何合适温度下。水温可以是例如30°c至 80°C。以下概括了另一些温度范围。外部来源的热，例如来自电、气或发动机冷却剂的热， 也可用作水添加技术的补充，以引起或帮助二甲醚从预燃料组合物中蒸发。在一些实施方 案中，不需要另外的外部热源。
[0019] 根据一些实施方案，所述方法包括以下步骤：
[0020] -将包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物从第一地方输送到远离第一地方的第二地 方。
[0021] "远离"是指所述地方与第二地方间隔开。分隔距离可以为例如约数米（例如大于 50米）或数千米（例如lkm或更远，例如至少5km或至少10km)。
[0022] 根据一个实施方案，预燃料组合物在液体管道中输送。因此，液体管道可以为数米 长（例如大于50米长）或数千米长（例如lkm或更长，例如至少5km或至少10km长）。
[0023] 在二甲醚蒸发之后包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分可在使用前调整组 成，或者可不进一步调整其组成而使用。相似地，蒸发用作熏蒸剂的二甲醚可不调整组成而 用作熏蒸剂，或者可调整包含二甲醚的熏蒸剂的组成以包含除二甲醚之外的组分。蒸发用 作熏蒸剂的二甲醚可以以蒸气形式或其他形式直接用于发动机。
[0024] 所述方法还可包括以下步骤：
[0025] -用包含二甲醚的熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；
[0026] -将熏蒸的进入空气引入发动机的燃烧室中并压缩进入空气；
[0027]-将主燃料引入燃烧室中；以及
[0028] -点燃主燃料/空气混合物，从而驱动发动机。
[0029] 根据另一个方面，还提供了使用主燃料来使压燃式发动机运转的方法，所述主燃 料包含甲醇和水以及按重量计不超过20%的二甲醚，所述方法包括：
[0030] -提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，
[0031]-向预燃料组合物中添加水以引起和帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸 发，
[0032]-收集从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚以用作熏蒸剂，
[0033]-使用包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分作为主燃料，
[0034]-将收集的蒸气形式的部分二甲醚引导至压燃式发动机的进入空气流中作为熏蒸 剂，
[0035] _将熏蒸的进入空气引导至发动机的燃烧室中并压缩进入空气；
[0036]-将主燃料引入燃烧室中；以及
[0037]-点燃主燃料/空气混合物以驱动发动机。
[0038] 根据另一个方面，提供了用于向压燃式发动机供给燃料的方法，所述方法包括：
[0039] _供给包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，
[0040]_向预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸 发，
[0041]-将从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚供给至压燃式发动机的进气口，或者供 给至与压燃式发动机的进气口流体连接的罐，以用作熏蒸剂，
[0042]-将包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分供给至与压燃式发动机的燃烧室流 体连接的第二罐，以用作主燃料组合物。
[0043] 所述方法还可包括以下步骤：
[0044]-用包含由第一罐供给的二甲醚的熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；
[0045]-将熏蒸的进入空气引入发动机的燃烧室中并压缩进入空气；
[0046] _将来自第二个罐的主燃料引入燃烧室中；以及
[0047]-点燃主燃料/空气混合物，从而驱动发动机。
[0048] 熏蒸进入空气流的步骤可包括将收集的蒸气形式的部分二甲醚引导至压燃式发 动机的进入空气流中。
[0049]由燃料燃烧产生的排气可包含低级杂质，使得其对于后续工艺而言是理想的。作 为一个实例，利用能源（其可包括可再生能源，包括太阳能），可以将co 2转化回甲醇以直接 减少温室气体co2，或者可以将高纯度co2用于有机生长（例如藻类）以用于许多终端用途， 包括甲醇生产。
[0050] 在一些实施方案中，可以回收在燃料燃烧过程中产生的水，这对于水稀缺的偏远 地方而言是一个重要优点。在另一些示例中，可以将在柴油发动机运转过程中产生的热用 于当地加热需要。因此，一些实施方案提供了动力产生系统，通过柴油发动机的运转其以合 适的方式利用发动机的水和/或热输出。
[0051] 根据另一个方面，提供了使用压燃式发动机来产生动力的方法，所述压燃式发动 机以包含甲醇和水以及按重量计不超过20%的二甲醚的主燃料组合物作为燃料，所述方法 包括：
[0052] -提供包含甲醇和二甲醚的预燃料组合物，
[0053] _向预燃料组合物中添加水以引起或帮助至少部分二甲醚从预燃料组合物中蒸 发，
[0054]-收集从预燃料组合物中蒸发的部分二甲醚以用作熏蒸剂，
[0055]-使用包含甲醇和水的预燃料组合物的剩余部分作为主燃料组合物，
[0056]-使用主燃料组合物使压燃式发动机运转以产生动力；
[0057]-用包含二甲醚的熏蒸剂熏蒸压燃式发动机的进入空气流；
[0058]-处理发动机排气以回收从发动机排除的热和/或水，以及
[0059]-再定向热和/或水用于进一步使用。
【附图说明】
[0060] 现在将通过实例并参照附图对本发明的实施方案进行描述，其中：
[0061] 图1是示出在4个不同温度下，随着增加水体积的水添加（以预燃料组合物重量 的重量％计），5 % DME :95 %甲醇（按重量计）的预燃料组合物中DME组分从液相转化为气 相的转化百分率的图。
[0062] 图2是示出在4个不同温度下，随着增加水体积的水添加（以预燃料组合物重量 的重量％计），10% DME :90%甲醇（按重量计）的预燃料组合物中DME组分从液相转化为 气相的转化百分率的图。
[0063] 图3是以三元燃料组合物的％计的蒸发的％ DME(Y轴）对温度下降（以°0计）（X 轴）的图。
[0064] 图4是说明使用本发明一个实施方案的预燃料组合物来使压燃式发动机运转的 方法的流程图。
[0065] 发明详述
[0066] 本文描述的过程和方法涉及从预燃料组合物中产生两部分燃料，其进而用于运转 压燃式（CI)发