阅读说明：本技术 一种适合用于柴油机的abe/水/柴油混合燃料 (ABE/water/diesel oil mixed fuel suitable for diesel engine ) 是由 金超 耿振龙 张曦媛 刘海峰 马梦醒 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适合用于柴油机的ABE/水/柴油混合燃料,由丙酮-正丁醇-乙醇(A:B:E为3:6:1)、柴油和水组成。本发明提供的一种ABE/水/柴油混合燃料,通过ABE(3:6:1)调和柴油与水不互溶的特性,改善混合燃料的燃料特性,使混合燃料不仅保留了含氧燃料的优点,而且还降低了ABE(3:6:1)燃料回收的成本,从而实现该混合燃料在柴油机中的应用。因乙醇具有强吸水能力再结合调和剂ABE(3:6:1)的高氧含量,有利于降低燃烧过程中的污染物排放,且混合燃料中的所有组分均具有生物质能的背景,可再生且方便获得,在一定程度上能缓解能源危机。(The invention discloses an ABE/water/diesel oil mixed fuel suitable for a diesel engine, which consists of acetone-n-butanol-ethanol (A: B: E is 3:6:1), diesel oil and water. According to the ABE/water/diesel mixed fuel provided by the invention, the fuel property of the mixed fuel is improved by the characteristic that the ABE (3:6:1) is mixed with the diesel and water to be immiscible, so that the mixed fuel not only retains the advantages of the oxygenated fuel, but also reduces the cost for recovering the ABE (3:6:1) fuel, thereby realizing the application of the mixed fuel in a diesel engine. Because the ethanol has strong water absorption capacity and is combined with the high oxygen content of the blender ABE (3:6:1), the emission of pollutants in the combustion process is favorably reduced, and all components in the mixed fuel have the background of biomass energy, can be regenerated and conveniently obtained, and can relieve the energy crisis to a certain extent.)

一种适合用于柴油机的ABE/水/柴油混合燃料

技术领域

本发明涉及内燃机可再生替代能源领域，具体涉及一种适合用于柴油机的新型混合燃料。

背景技术

近年来，由于化石燃料的短缺，全球环境的持续恶化以及对能源安全和多样性的需求不断增加，这使得人们对开发清洁和可持续能源的兴趣大大增加。生物柴油和生物丁醇等可再生燃料因其可以由生物质生产和相对较低的污染排放水平而引起了极大的关注。其中，含氧燃料燃烧得更充分，排放量更低。大量实验已经研究了以含氧化合物为燃料的柴油发动机的排放和能量性能，这种含氧化合物包括甲醇，乙醇，丙醇，丁醇，戊醇和酮类或醚类等，利用其可再生且污染物排放少的性能，对于缓解世界化石能源压力，降低发动机排气污染，促进生物质能的有效利用具有重要的意义。

最近，丙酮-丁醇-乙醇(ABE)作为生物丁醇生产的中间产物受到了广泛关注，因为它可以作为替代燃料且有可能消除各种生产成本。例如，Zhou等人研究了ABE和柴油混合物在恒定容积室中的燃烧特性。在ABE发酵形成过程中，丙酮，丁醇和乙醇的典型比例为3：6：1，但这在一定程度上是可调节的。随着分子生物学和相关技术手段的不断发展，基因工程已被用于遗传修饰细菌菌株，直接改变或优化菌株的遗传性状，为工业生产提供优良的高产菌株。同时，发酵产物及其形成比例也随pH、温度和养分等发酵条件而变化。比如Tashiro等人研究了一种连续的丙酮-丁醇-乙醇(ABE)生产系统，该系统具有高细胞密度，并大大提高了ABE的生产力。随着先进ABE发酵技术的发展，生物溶剂中丙酮，丁醇和乙醇的体积百分比可以根据生物燃料需求的变化进行精确控制。本发明中使用ABE燃料的典型比例为3:6:1。

柴油燃料在世界上具有大量消耗，即柴油燃料占总石油消耗量的60％。如果ABE(3:6:1)可与柴油混合并用于柴油发动机，则传统的石油消耗和二氧化碳排放量将减少。然而，很少有研究系统地研究柴油燃料和ABE(3:6:1)之间的溶解度。同时，乙醇具有很强的吸水能力，ABE(3:6:1)比柴油更具吸湿性。因此，如果在储存和运输期间罐没有充分密封，ABE(3:6:1)和柴油混合系统可以从环境湿度中吸收水，过量的水浓度会引起相分离。为了避免相分离，重要的是测试ABE(3:6:1)和柴油的混合物的水容量。同时，如果ABE(3:6:1)可以直接与柴油一起使用，它将节省每个单一组分的分离过程的成本。此外，如果ABE(3:6:1)和柴油的混合物可以含有部分水，则可以节省ABE(3:6:1)生产过程的能量。这对于寻找合适的生物发酵替代燃料、未来混合燃料的储存和运输以及降低发酵过程中各个组分的燃料回收成本具有重要的参考价值。

但是，目前的研究未见到柴油/水/ABE(3:6:1)混合燃料的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合用于柴油机的ABE/水/柴油混合燃料，不通过蒸馏分离和除水反应直接使用含水的ABE(3:6:1)，节省了每个单一组分的分离过程的成本和除水的能耗。该燃料保留了含氧燃料的优点，有利于降低燃烧过程中的污染物排放。

本发明提供的一种适合用于柴油机的ABE/水/柴油混合燃料，由以下体积分数的成分组成：

水1％～10％，柴油9％～89％和ABE10％～84％；

所述的柴油的标号不大于-10#；

所述ABE由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％；所述丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均大于等于99.5％。

本发明提供的适合用于柴油机的新型混合燃料具有以下优点：

1、ABE(3:6:1)具有较高的热值、十六烷值和较低的蒸气压，且自身氧含量较高。ABE(3:6:1)不仅能提高混合燃料的整体十六烷值，且较高的氧含量能有效降低污染排放量。ABE(3:6:1)作为调和剂有效解决了柴油与水不互溶的问题。ABE(3:6:1)作为可再生能源，具有广泛的生物质能来源，它的应用在一定程度上缓解了能源危机以及环境污染问题所带来的压力。

2、含水的ABE(3:6:1)直接和柴油混合使用，节省了生物发酵过程中每个单一组分的分离成本和除水的能耗。ABE(3:6:1)比柴油更具吸湿性，因此，含水的ABE(3:6:1)对未来混合燃料的储存和运输具有重要的参考价值。

附图说明

图1为在0℃下不同比例的柴油/水/ABE(3:6:1)的互溶情况图；

图2为在20℃下不同比例的柴油/水/ABE(3:6:1)的互溶情况图；

图3为在40℃下不同比例的柴油/水/ABE(3:6:1)的互溶情况图；

图4为在60℃下不同比例的柴油/水/ABE(3:6:1)的互溶情况图。

具体实施方式

以下实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供的一种适合用于柴油机的ABE/水/柴油混合燃料，由以下体积分数的成分组成：

水1％～10％，柴油9％～89％和ABE 10％～84％；

所述的柴油为市售柴油，所述的柴油的标号不大于-10#；

所述ABE(3:6:1)为丙酮、正丁醇和乙醇的混合物。所述ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％；所述丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均大于等于99.5％。

优选的以体积分数计各组分含量为：水1％，柴油79％，ABE(3:6:1)20％；优点是在此配比下，体系整体接近传统柴油燃料性能，包括更高的热值和十六烷值，更高的含氧量和更低的蒸气压。

优选的以体积分数计各组分含量为：水6％，柴油30％，ABE(3:6:1)64％；在此配比下，整个燃料体系的各项数据更平均，价格相对经济合理。

优选的以体积分数计各组分含量为：水10％，柴油10％，ABE(3:6:1)80％；在此配比下，整个燃料体系的含氧量更高。

本发明上述燃料的制备方法包括以下步骤：按照体积配比量取各成分，先将ABE(3:6:1)加入柴油中形成完全互溶的混合液，之后在搅拌下将水加入混合液中，直到混合液中的水容量达到最大值停止，避免分层或者混浊现象发生，即得调和混合燃料。

通过测试本发明提供的含ABE(3:6:1)和水的新型混合燃料的运动粘度为1.52-3.23mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

由图1—图4可知，当ABE(3:6:1)掺混比例在10％-90％之间，在0-60℃下柴油与ABE(3:6:1)都可以良好互溶，温度越高掺入的水越多，即温度越高水容量越大。同时，随着ABE(3:6:1)掺混比例的增大，水容量也越来越大。图1—图4中的互溶区代表柴油/水/ABE(3:6:1)三者之间可以相互均匀溶解；分层区代表柴油/水/ABE(3:6:1)三者之间不可以相互溶解，出现分层或者混浊现象。本混合燃料推荐在0-60℃下掺混，所用柴油的标号不大于-10#，避免柴油在0℃下凝固导致混合燃料的状态不稳定，影响混合燃料的均一性。本发明提供的新型混合燃料，柴油/水/ABE(3:6:1)具有良好的互溶性，所得混合燃料长期存放无分层。

显然，柴油/水/ABE(3:6:1)的各自比例需满足互溶的原则。

实施例1

水1.8L，柴油158.2L，ABE(3:6:1)39.8L。

所述柴油为市售柴油，所述的柴油的标号为-20#，本混合燃料推荐在0℃～60℃温度范围下掺混。

所述的ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％。ABE(3:6:1)燃料中的三种成分：丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均等于99.5％。

通过测试本混合燃料的运动粘度为3.00mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

配置方法：先将ABE(3:6:1)加入柴油中形成完全互溶的混合液，之后在搅拌下将水加入混合液中，直到混合液中的水容量达到最大值停止，避免分层或者混浊现象发生，即得调和混合燃料。

实施例2

水11.8L，柴油56.6L，ABE(3:6:1)131.6L。

所述柴油为市售柴油，所述的柴油的标号为-10#，本混合燃料推荐在0℃～60℃温度范围下掺混。

所述的ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％。ABE(3:6:1)燃料中的三种成分：丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均为99.8％。

通过测试本混合燃料的运动粘度为1.92mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

配置方法同实施例1

实施例3

水18.2L，柴油19.2L，ABE(3:6:1)162.6L。

所述柴油为市售柴油，所述的柴油的标号为-20#，本混合燃料推荐在0℃～60℃温度范围下掺混。

所述的ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％。ABE(3:6:1)燃料中的三种成分：丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均等于99.5％。

通过测试本混合燃料的运动粘度为1.58mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

配置方法同实施例1

实施例4

水23L，柴油17.8L，ABE(3:6:1)159.2L。

所述柴油为市售柴油，所述的柴油的标号为-10#，本混合燃料推荐在0℃～60℃温度范围下掺混。

所述的ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％。ABE(3:6:1)燃料中的三种成分：丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均等于99.5％。

通过测试本混合燃料的运动粘度为1.52mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

配置方法同实施例1

实施例5

水1.8L，柴油176.4L，ABE(3:6:1)21.8L。

所述柴油为市售柴油，所述的柴油的标号为-20#，本混合燃料推荐在0℃～60℃温度范围下掺混。

所述的ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％。ABE(3:6:1)燃料中的三种成分：丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均等于99.8％。

通过测试本混合燃料的运动粘度为3.19mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

配置方法同实施例1

实施例6

水11.2L，柴油19.2L，ABE(3:6:1)169.6L。

所述柴油为市售柴油，所述的柴油的标号为-10#，本混合燃料推荐在0℃～60℃温度范围下掺混。

所述的ABE燃料由以下体积分数的成分组成：丙酮30％，正丁醇60％和乙醇10％。ABE(3:6:1)燃料中的三种成分：丙酮、正丁醇和乙醇的质量百分比浓度均等于99.5％。

通过测试本混合燃料的运动粘度为1.66mm²/s，满足适用于传统柴油机的燃料粘度范围。

配置方法同实施例1

将实施例1-6中三种不同比例的混合燃料进行运动粘度测定，结果表明本发明提供的新型混合燃料在水的低、中、高比例下，调和剂ABE(3:6:1)的添加量呈现出越来越高的趋势，所获得的混合燃料的粘度随水比例的提高呈现出单调递减的趋势且得到显著改善。在加入调和剂ABE(3:6:1)之后燃料体系的粘度降低幅度高达7.71％-56.57％，且在ABE(3:6:1)比例相对较高的体系下，粘度改善的更为明显。

以上的实施例仅仅是对本发明的部分实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。