CN100448959C - 生化燃料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生化燃料，主要由蓖麻油或生物柴油及甲醇和/或二甲醚组成。本发明根据资源情况合理调配，不需复杂供油系统和专门气体加注站就能使用，润滑性好。

Description

生化燃料

技术领域：

本发明涉及一种清洁替代燃料。

背景技术：

进入21世纪，石油后备资源不足的问题进一步显现。目前，我国汽车保有量已达2382万辆，车用燃料消费快速增长对能源的需求，以及尾气排放造成大气污染的现实，已成为两个严重的社会问题。多元化新型能源体系并举，已成不可逆转之势。而开发和利用国内外资源，以适宜的产品替代汽、柴油已十分紧迫。最有可能替代汽、柴油的是氢以及甲醇、乙醇、二甲醚(醇醚燃料)和生物柴油等。

氢是气体。气体的运输、储存和加注都需昂贵的设备和专门技术。虽然氢的效率比汽、柴油高2倍，但储运费使它的价格要高于汽、柴油4到6倍。美国通用汽车公司和壳牌石油公司正在联手推动氢燃料汽车在美国的普及，其中最大障碍就是气体储运供给网络的建设问题。据美国汽车工程师学会统计，美国花费了100年的时间才建成目前用来运输、储存和销售液体汽、柴油的网络。而建立遍布全美各地的气体“加氢站”网络，预计需耗资3000亿美元。二甲醚是最近被世界上普遍看好的发动机理想超清洁替代燃料。其价格为3000元/吨左右，成本和污染都低于人们近年来致力开发的液态丙烷和压缩天然气等低污染的气体燃料。但二甲醚在常温下是气体，20℃下加压0.53Mpa才能液化，由于供油系统包括油箱必须密封并保持一定压力，造成供油系统复杂成本高，必须设置专门的加注站(方式似LPG)才能使用。所以，直接使用气体燃料氢和二甲醚不是我国的最佳产业机遇。

2004年7月12日，全国人大法律委员会向国务院提交了一份《发展煤基醇醚燃料是我国替代石油的根本出路》的建议书，温家宝总理对此非常重视，7月15日批示国家发改委和科技部对此问题提出意见。科技部对发展甲醇燃料表示支持，而发改委则出具了甲醇燃料热值低、成本高、经济性低、腐蚀性大、毒性大等相反的意见。

甲醇、乙醇、二甲醚等“醇醚燃料”已有30多年历史，其经济性、环保性和可持续发展性已被能源和化工领域广泛认知，也被汽车界的认同。据专家论证，在目前全球车用燃料向多元化方向发展的形势下，无论从经济、安全、环保，还是从技术成熟的角度考虑，用醇醚燃料替代汽、柴油即“醇醚代油”，是适合我国国情之首选。按目前的投入计算，用250亿美元可建成年产1亿吨的甲醇装置，替代2亿吨石油，能确保我国100年能源安全，投资只需进口石油所用外汇1/10。醇醚燃料既可用国内的生物秸秆或煤炭又可用国外的天然气制造，可根据原料的供应和价格波动灵活调整原料配比，即在国外天然气来源受阻或国内煤炭价格偏高的情况下，可多用秸秆，少用或不用天然气和煤炭；反之，则多用天然气和煤炭少用秸秆。从而达到：更好地利用海外天然气资源，大幅度提高可再生能源的经济效益，增加农民收入，强化国家石油和煤炭战略储备的目的。

煤基甲醇和生物乙醇都是液体，虽然同属醇醚燃料但各有优劣。

2004年2月10日，国家发改委联合八部委共同印发了《关于印发<车用乙醇汽油扩大试点方案>和<车用乙醇汽油扩大试点工作实施细则>的通知》。通知要求，黑龙江、吉林、辽宁、河南、安徽5省及湖北襄樊等9个地市、山东济南等7个地市、河北石家庄等6个地市、江苏徐州等5个城市的范围内逐步扩大试点。并计划于2005年年底在8个试点省基本实现车用乙醇汽油醇替代其他汽油(军队特需、国家和特种储备用油除外)，形成全国推广的局面。国家发改委明确指出：推广使用车用乙醇汽油是我国的一项战略性举措。

一些专家认为，虽说生物乙醇是一种可再生资源，但富煤少油是我国的基本国情，各种石化资源总和也仅占煤炭资源总量7％左右。从我国能源发展的条件做出预测，煤炭可供我国使用200年，煤是我国乃至全世界化石能源中惟一可开采百年以上的资源，在百年内，煤势必成为我国乃至全世界基本的能源。在这样的形势下，我国能源以石油(烃类)和煤化燃料(甲醇、甲醚)并举已成为不争的事实。更何况甲醇燃料经过多年实践研究，在燃料甲醇和甲醇汽车技术开发、应用和推广、发动机制造、政策配套等方面已取得系统成果和经验，显示了在技术、经济、环境等方面的优势。深一层看，我国各种优质煤仅是一部分，大量的高硫高灰劣质煤需要寻求出路，采用多联产工艺发展煤化工，用高硫高灰劣质煤制备醇醚燃料是完全可能实现的。乙醇燃料是以玉米、蔗糖等农作物为原料，采用生物发酵方法生产，具有可再生性，排放也优于汽柴油。但每生产1吨乙醇，需要3吨以上的粮食，这就需要有大量的富余粮食；另一方面是生产成本高。据测算，按以3.5吨粮食生产1吨乙醇计算，在玉米价格952元/吨时，乙醇生产成本为3897元/吨。而依靠大量财政补贴，地方政府难以承受，也难以持久。而煤制甲醇技术成熟，工艺路线多样化(焦炉气制甲醇，高硫煤多联供制甲醇，小化肥联产甲醇，煤层气制甲醇等)，且生产成本低廉，按照目前市场售价2100元～2200元/吨，即使按等热值计算，价格相当于汽柴油的80％～90％，完全具备低于汽油市场价格的竞争力。如果把甲醇生产的规模搞大，甲醇售价可以稳定在1500～1600元，大量代替汽油就不会有任何问题(相当汽油价的50％～60％)。其输配系统建设周期短，投资少，占地小，投资20万～25万元就可以在现有汽柴加油站添建一套加甲醇设备。液体的甲醇与气体二甲醚完全互溶，并可调配成质优价廉的液体“醇-醚”燃料。另外，醇醚氢(甲醇重整富氢气)性能与“醇-醚”燃料相近，能与任意比例的甲醇、二甲醚互溶，实现低微排放、高效、廉价替代汽、柴油。

“醇-醚”与“醇-醚-氢”燃料参考组成

我国生物化工领域先行者、南京工业大学校长欧阳平凯院士指出：我国目前工业经济发展很快，但随之而来的能耗高、环境污染严重等问题已经引起越来越多人的重视，很多科学家也在尝试利用生物技术来改造传统工业，降低污染、减少能源消耗，甚至找到能源替代品。眼下世界上的石油只能用100年，煤的储量也不多了，但是根据科学家估算全球每年产生的生物质能的储量为1800亿吨，是取之不尽、用之不竭的资源，目前燃料酒精技术和生物柴油生产工艺已取得重大突破，生物制氢技术正在研究开发阶段。中石化闵恩泽院士指出：发展生物柴油具有重要的战略意义。首先有利于保障石油安全，对发生战争时保障石油供应也很有好处。目前国内外都在花大力气使柴油脱硫、脱芳并提高十六烷值，但技术难度很高，投资巨大。如果将生物柴油和常规柴油混配使用，可以很好地解决这些问题，大大降低改造成本。

基于以上情况，应创建一个生化燃料及清净剂(生物油+醇醚氢)和军民多用(调配加油、保障供电、重整制氢)生化柴油-甲醇燃料电池车的开发平台，以促进生物燃料、醇醚氢和燃料电池走向市场，走出一条中国资源特色的替代能源和汽车科学发展之路。

一、发展生化燃料和军民多用燃料电池车，近期能提高中国加油站的对外竞争力，长期可大量替代石油进口，是提高我国新能源和汽车自主开发能力的关键选择。

——随着中国开放成品油市场，国际石油寡头不断抛售中石油、中石化股票，退出上游，大做下游加油站。壳牌继退出“西气东输”、南海1200万吨炼油厂后又退出东海气田。与此同时，BP、壳牌、美孚等投入巨资抢占华南、华东两个“最肥”的加油站市场。中石化“十五”期间斥资313亿元发展成品油流通市场，其中251亿用于收购加油站，62亿用于储油设施。可截至2003年末仅在收购新建加油站方面已花费400多亿。为了提升对外竞争力，中石化总裁王基铭透露，将关闭1527座加油站和1000多座经营状况不良的油库。市场分析家指出：要提高中国加油站的对外竞争力，除了建立一套高效的销售运作机制外，销售高品位和低价格的油品也十分关键。

——由于世界各大汽车商的抵制、甲醇加油站和国际燃油规范等问题，甲醇汽油在国外成了“弃儿”。国内加油站在93#、97#汽油中偷加甲醇，极大地影响了油品质量和甲醇汽油的形象。国家发改委不赞成推广甲醇汽油，认为国家目前鼓励发展再生能源，甲醇主要通过高硫煤转化，不是鼓励方向。所以，还应通过属于再生能源的生化燃料以及发电、制氢等途径销售利用甲醇。

——燃料电池汽车对性能的要求非常高，相比之下燃料电池发电机就简单多了。美国每年有高达百亿美元的“保障供电”市场。中国也有众多经不起停电的用户，包括数据库、军队、医院、使用连续作业的厂矿企业以及电信部门等。生化柴油和甲醇燃料电池保障电有巨大的消费市场。氢的性质决定其应该使用在能制备的地方，瓶装或大型烃类及煤制氢不仅供应困难而且成本高，中国有为数众多的100～3000Nm³/h精细化工、制药、炼油、合成氨等氢的用户，甲醇能在汽车上低成本重整制氢，可缓解氢的运输和安全问题，车载甲醇重整制氢有巨大的销售市场。

二、生物燃料之美在于它的高品位；醇醚氢之美在于它的低价格；燃料电池之美在于氢经济。假如通过“平台战略”相统一，也就找到了它们的科学发展之路。

1、生化燃料及清净剂

——推广高品位低价格的生化柴油和生化机油(蓖麻油或生物柴油+常规柴油或机油)。一汽·大众实施清洁化柴油机发展战略，继推出全国市场销售量最高的捷达SDI后，宝来TDI也已上市。由于国产柴油的品质差，捷达车在国外不冒烟，可在中国却冒黑烟和超标排放。蓖麻油和生物柴油不含硫，十六烷值＞55，能与任意比例的石油柴油或机油混配，无需对现有柴油机改动和添加设备；既可作为清净剂改进润滑促进燃烧，也可作为燃料，具有双重效果。我国0#柴油3.60元/升，而蓖麻油仅3600～4000元/吨。北京将于2005年起实施欧III标准，新标准实施后，炼油成本也相应提高。98号汽油目前已4.53元/升。中石油推出98号汽油时，曾将价格定在4.20元/升，有关人士表示，这个价格已接近成本价，几乎不赚什么钱，一旦北京从明年起全面实施欧III标准，98号汽油大规模销售后不排除价格上调的可能。欧美生物柴油已占成品油的5％，一般是在石油柴油中加入10％-20％的生物柴油。近年，美国又在深度加氢精制的石油柴油中加5％生物柴油以改良其润滑性能。

——开发低价格高品位的生化燃料清净剂及生化柴油和汽油(生物柴油和蓖麻油+醇醚氢)。

甲醇几乎不溶于柴油，但加入足够的蓖麻油等助溶剂可形成稳定的液体燃料。甲醇每吨2000元左右，97#汽油3.90元/升。假如使用蓖麻油，与甲醇、二甲醚调配成——生化燃料添加剂，价格2.10～3.90元/升。将其与常规柴油或汽油混配，则有可能在降低近1/3成本的同时使汽油脱硫、降烯烃；柴油脱硫、脱芳，提高十六烷值。从而推动我国油品全面向《世界燃油规范》和欧III排放标准靠拢，促进生物燃料的既快又好发展

2、军民多用生化柴油-甲醇燃料电池车

——美军的Smar Truck II柴油-燃料电池多用车与通用汽车公司的Hy-wire氢燃料电池车。SmarTruck II车的主要特征是灵活性和模块化(快速更换功能部件以完成不同任务)，一个车辆平台要搭载1到6个不同任务的模块，美军有25万辆卡车，战争中要用掉3/4的油料，柴油-燃料电池并联燃油经济性比柴油机提高20％，这使美军物资运输负担更小、费用更低、对油料的依赖性也更少。现代军队对电脑、通讯和生存设备的用电要求越来越高，发动机的噪音会引来敌军的注意，此刻，可关闭柴油发动机快速更换到燃料电池动力“静音待命”使用。

Hy-wire氢燃料电池车的主要特征是有一个“滑板”式底盘，其中装有燃料电池、驱动电机、储氢罐、电子装置和热交换器等。车身成了可更换的部分，其可以有不同的前端、内部布局和底盘接合，设计一次就足以应付多种不同型式车身需要。车主可以请汽车经销商把新的个性化车身“插入”已用过的底盘上，改装成箱式货车或豪华轿车。

——军民多用(调配加油、保障供电、重整制氢)生化柴油-甲醇燃料电池车的主要特征是“一个平台；两种动力；三型底盘”即一个与现今各种货车相仿的平台；由用户选择的普通柴油或燃料电池两种动力；满足不同车身和任务的(小型、中型和大型)三型底盘。军民多用车的底盘中设有可插接或拆卸不用的“燃料电池插件”，插件中装有燃料电池组、驱动电机、储氢罐、电子装置和热交换器等。“插入”燃料电池插件，便是一辆柴油-燃料电池车，“取出”燃料电池插件(安装在轮毂上的驱动电机)便是一辆底盘(轮毂)留空的普通柴油车。在底盘平台构件上装有可更换模块化的车身，以搭载调配加油、保障供电、重整制氢、军事装备等各种各样不同任务的模块。

蓖麻油是一种经植物蓖麻籽压榨而成的非食用生物油，蓖麻油具有优良的润滑性能、粘度高、比重大，凝固点低，闪点高，-18℃不凝；500℃不起变化。目前用作飞机、导弹、海轮、汽车的高级润滑油。

蓖麻是一种耐盐碱、无病虫害的经济作物，是替代石油的重要原料，我国从南到北，从东到西均能种植，被有关专家视为能保国家能源安全，潜力巨大的可再生“石油”资源。美国将蓖麻油列为八大战略物资之一；法国将用蓖麻油生产尼龙11树脂列为国家一级机密。国际市场上，蓖麻价格居高不下，供不应求。国内蓖麻油的市场价格为4000-11000元/吨左右，年收购超过2000吨的有新疆、内蒙、辽宁、河北、湖南、山东、安徽等。蓖麻的加工技术成熟，利用价值极高。蓖麻籽含油可达48-58％，从石油中得到的系列产品大多可从蓖麻油深加工中获得，利用蓖麻油生成的化学衍生物有175种之多。开发重点涉及能源、环境、医药、化工和高科技等领域，蓖麻还可用作农药、锦纶等原料。蓖麻脱水后成为很好的干性油，用于油漆工业。医学上用为泻药。蓖麻的饼粕是制造照相软片的原料，既可做肥料又是优质饲料。蓖麻叶可养蚕，茎的韧皮纤维可制绳索和造纸。根、茎、叶、籽均可入药，祛湿通络、消肿拔毒。

生物柴油是一种以动植物油脂(如菜籽油、猪油)为原料，经与甲醇脂交换裂解加工而成的生物油。生物柴油与甲醇和二甲醚互溶，具有优良的润滑性能，与零号柴油相近，能与任意比例的石油柴油掺烧，生物柴油的主要优点是：十六烷值较高，抗爆性能优于石化柴油；无毒性，不含芳香族烃类成分而不具致癌性，并不含硫、铅、卤素等有害物质，黑烟、碳氢化物、微粒子以及SO2、CO排放量少；具有较高的运动粘度，在不影响燃油雾化的情况下，更容易在汽缸内壁形成一层油膜，从而提高运动机件的润滑性，降低机件磨损；无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无需另添设加油设备、储存设备及人员的特殊技术训练；闪点较石化柴油高，有利于安全运输、储存；既可作为添加剂促进燃烧效果，其本身也可作为燃料，具有双重效果；不含石蜡，低温流动性好，适用范围广等。

我国的生物质资源丰富，有大量不适宜农耕的土地，用这些发展蓖麻、生物柴油和生物质醇醚燃料，具有十分重要的战略意义。

中国富煤、缺油、少气，发展高硫煤制甲醇、二甲醚、甲醇重整富氢气(简称醇醚氢)有利于确保我国的能源安全。

问题是甲醇、乙醇、二甲醚等醇醚燃料的粘度很低，润滑性很差，用于压燃式发动机喷射压力远远高于汽油机，容易造成油泵柱塞和喷油器针阀等精密器件磨损、卡死及泄漏，这是限制醇醚燃料实用化的最大障碍。而使用蓖麻油、生物柴油与甲醇、乙醇、二甲醚等为原料调配燃料油具有很重要的实用价值，值得推广使用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种根据资源情况合理调配，不需复杂的供油系统和专门的气体加注站就能使用，润滑性好的生化燃料。

本发明的技术解决方案是：

一种生化燃料，其特征是：主要由下列重量成份组成：

蓖麻油或生物柴油    0.1～50％；

甲醇和/或二甲醚     50～99.9％；

所述的生化燃料，还含有0～15％重量份的燃料添加剂；所述的燃料添加剂是异丙醇、异丁醇、异戊醇、正丁醇或有机硝酸脂化合物；所述的生化燃料，还含有乙醇0～49％重量份，各组份之和为100％。

制造时：利用现有石油、燃气生产销售系统油库、加油加气站、油槽油罐车及管道或炼油企业、化工厂基础设施或清洁燃料生产销售企业基础设施和专用车辆、设备等作为调配设备。由计算机计量，通过管道调和、搅拌或强制循环或直接把各组份加入混合设备之中，加入的同时完成调配。用管道或罐车或槽车分送供给网络加注站点销售。

本发明的优点：本发明是一种与石油汽、柴油相近的液体清洁燃料，可与石油汽、柴油混配使用，润滑性好，既可作为燃料也可作为添加剂，具有双重效果，并可以充分利用国内现有资源和目前在全国各地形成的方便、快捷、服务周到的汽、柴油生产销售网络进行生产和销售，由于使用本发明消费者不感到陌生，成本低，简单易行，实用性强，有利于清洁替代燃料的大规模推广。本发明使用低价甲醇与价格相对较高，性能相对较好二甲醚、润滑性较好的蓖麻油或生物柴油调配使用，优势互补，提高了燃料总体动力性、清洁性和经济性。

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例1：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

蓖麻油  20％；    二甲醚  18％；

甲醇    62％。

由计算机计量，通过管道调和、搅拌或强制循环或直接加入混配设备中，加入的同时完成了调配。用管道或罐车或槽车分送各供给网络加注站点销售。

实施例2：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

蓖麻油  0.1％；   甲醇  88.9％；

乙醇    11％。                      其余同实施例1。

实施例3：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

生物柴油    0.1％；    甲醇 99.9％。其余同实施例1。

实施例4：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

生物柴油  50％；    二甲醚  3％；

甲醇      47％；    其余同实施例1。

实施例5：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

蓖麻油    15％；    甲醇 85％；

其余同实施例1。

实施例6：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

生物柴油    3％；    甲醇 72％；

二甲醚      25％；   其余同实施例1。

实施例7：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

蓖麻油    5％；    甲醇  70％；

异丙醇(或异丁醇、异戊醇、正丁醇、有机硝酸脂化合物)15％；

乙醇      10％；   其余同实施例1。

实施例8：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

生物柴油    10％；    二甲醚  51％；

异丙醇(或异丁醇、异戊醇、正丁醇、有机硝酸脂化合物)8.5％；

乙醇        30.5％；  其余同实施例1。

实施例9：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

蓖麻油    14.9％；    二甲醚  60％；

异丙醇(或异丁醇、异戊醇、正丁醇、有机硝酸脂化合物)0.1％；

乙醇      25％；      其余同实施例1。

实施例10：

一种生化燃料，由下列重量成份组成：

生物柴油    0.5％；    二甲醚  50.2％；

异丙醇(或异丁醇、异戊醇、正丁醇、有机硝酸脂化合物)0.3％；

乙醇        49％；     其余同实施例1。

当然，本发明还可以有其它合适的实施例。

Claims (4)

1、一种生化燃料，其特征是：主要由下列重量成份组成：

蓖麻油或生物柴油    0.1～50％；

甲醇和/或二甲醚     50～99.9％。

2、根据权利要求1所述的生化燃料，其特征是：还含有0～15％重量份的燃料添加剂。

3、根据权利要求2所述的生化燃料，其特征是：燃料添加剂是异丙醇、异丁醇、异戊醇或正丁醇。

4、根据权利要求1、2或3所述的生化燃料，其特征是：还含有乙醇0～49％重量份。