本發(fā)明涉及新能源制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種甲醇燃料添加劑的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)的經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，尤其是工業(yè)迅猛發(fā)展，致使城鄉(xiāng)鍋爐保有量急劇增加，鍋爐燃油的需求量也隨之大幅攀升。但是，我國(guó)原油儲(chǔ)量嚴(yán)重不足，供需矛盾十分突出。面對(duì)國(guó)內(nèi)成品油的旺盛需求，不得不大量進(jìn)口原油、成品油供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。2014年，我國(guó)成品油消耗13480萬(wàn)噸，2014年石油凈進(jìn)口量達(dá)到2.1億噸，進(jìn)口的依存度51.29％。如不采取積極有效的措施，到2020年，預(yù)計(jì)我國(guó)對(duì)石油進(jìn)口的依存度將達(dá)到62％左右。國(guó)際市場(chǎng)原油供需關(guān)系的變化、價(jià)格的波動(dòng)，時(shí)時(shí)刻刻都在影響我國(guó)的成品油市場(chǎng)供應(yīng)，能源危機(jī)隨時(shí)都可能出現(xiàn)，并且會(huì)影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和嚴(yán)重威脅到我國(guó)的能源安全。因此，積極推廣使用替代能源燃料是解決我國(guó)石油資源短缺，緩解石油供需矛盾，保障國(guó)家能源安全、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略措施，開(kāi)發(fā)使用新型替代能源已經(jīng)迫在眉睫。
另一方面國(guó)內(nèi)前期大量的燃煤鍋爐支撐著整個(gè)地區(qū)的生產(chǎn)與運(yùn)行，2015年后這批鍋爐短期內(nèi)必須全部淘汰，大量的市場(chǎng)需求等待著新型的燃料替換，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，年內(nèi)將近980萬(wàn)臺(tái)套10噸以下的燃煤鍋爐需要更換低碳環(huán)保燃料鍋爐，部分大企業(yè)可以依托天然氣能源作為替換，但是存在著大筆的開(kāi)戶費(fèi)和改造費(fèi)用，這些開(kāi)支是這些改造企業(yè)的很大一筆投入，加之近期國(guó)內(nèi)很多的企業(yè)效益很差，為了減少企業(yè)的過(guò)大開(kāi)支，降低投入成本，改造新型醇烴生物燃料的燃燒設(shè)備市場(chǎng)很受歡迎，配套供應(yīng)新型高清潔醇烴生物燃料勢(shì)在必得，我國(guó)的各大中城市中，鍋爐排放已成為大氣的主要污染源之一。據(jù)有關(guān)部門提供的我國(guó)城市環(huán)境狀況公告顯示，在監(jiān)測(cè)的338個(gè)城市中63.5％的城市超過(guò)國(guó)家大氣質(zhì)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。其中超過(guò)三級(jí)的有112個(gè)，占監(jiān)測(cè)城市的33％。目前，我國(guó)大氣污染已由工業(yè)廢物、煤煙氣型向光化學(xué)煙霧型轉(zhuǎn)變，污染物(CH、CO、CO2、NOx、顆粒物等)已經(jīng)成為我國(guó)城市空氣污染的主要污染源之一。據(jù)有關(guān)部門提供的資料，2014年我國(guó)鍋爐排放污染已占空氣污染源的64％。因此，減少鍋爐污染物排放量已經(jīng)成為保護(hù)環(huán)境的迫切需要，而開(kāi)發(fā)使用清潔環(huán)保的新型鍋爐燃料，減少鍋爐排放污染已經(jīng)刻不容緩。
從煤炭中可制備出甲醇，我國(guó)在煤制甲醇中處于技術(shù)領(lǐng)先地位。如何將甲醇用于汽車燃料或者鍋爐燃料，以替代傳統(tǒng)的化石燃油或者煤炭就具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)利益或者市場(chǎng)價(jià)值。在現(xiàn)有技術(shù)中，甲醇作為燃料存在熱值較低、閃電過(guò)低、碳排放稍高的問(wèn)題。
申請(qǐng)?zhí)枮?01410576522.6的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種M30甲醇汽油添加劑，由以下重量份數(shù)的組分制成：金屬腐蝕抑制劑16～24份、抑制橡膠溶脹劑10～20份、助溶增標(biāo)劑22～33份、助燃劑48～60份。申請(qǐng)?zhí)枮?01610027356.3的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種甲醇汽油復(fù)合添加劑，其是由以下重量份數(shù)的組分制成：異戊醇13～16份、乙醇4～6份、丙二醇單甲醚乙酸酯6～8份、叔丁基甲基醚5～7份、辛基酚聚氧乙烯醚3～5份、異丙醇胺3～4份、三羥甲基丙烷三辛酸酯2～3份、甲基苯并三氮唑4～6份、甲基異丁基酮5～6份。上述現(xiàn)有技術(shù)中均存在合成路線復(fù)雜，合成成本較高，甲醇燃料的熱值無(wú)法明顯提高的缺陷，同時(shí)現(xiàn)有技術(shù)中的添加劑無(wú)法在改善甲醇燃料排放的效果的同時(shí)提高甲醇燃料的閃點(diǎn)等諸多理化指標(biāo)。
有鑒于此，有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的甲醇燃料添加劑予以改進(jìn)，以解決上述問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于公開(kāi)一種甲醇燃料添加劑的制備方法，用以提高添加劑對(duì)甲醇燃料的熱值的提升，減少甲醇燃料的碳排放，同時(shí)提高甲醇燃料的閃點(diǎn)與粘度。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種甲醇燃料添加劑的制備方法，包括以下步驟：
S1、將氫氧化鎂在裂解裝置中加入氫氣進(jìn)行液化裂解，并提取富含鎂離子的溶液；
S2、將步驟S1制得的溶液與碳鏈長(zhǎng)度小于9的化石燃料混合后，重新使用步驟S1中的裂解裝置再次進(jìn)行裂解反應(yīng)，并在離心萃取裝置中通入飽和蒸汽，以分離出富含鎂離子的混合溶液；
S3、將混合溶液與叔丁醇、異丙醇充分溶合。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S1中，所述裂解裝置包括依次連接的一級(jí)裂解爐、二級(jí)裂解爐、加氫裂解爐以及高壓裂解裝置；
所述氫氧化鎂依次通過(guò)一級(jí)裂解爐及二級(jí)裂解爐于480℃～490℃進(jìn)行兩次裂解反應(yīng)；然后加入氫氣，從而在加氫裂解爐以及高壓裂解裝置中于490℃～500℃進(jìn)一步裂解反應(yīng)，以制得富含鎂離子的溶液。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2中，溶液與化石燃料的重量百分比為5wt％:95wt％～10wt％～90wt％。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述離心萃取裝置包括依次連接的離心裝置、萃取裝置及分子篩。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S3中，混合溶液與叔丁醇、異丙醇混合時(shí)的體積比為：0.1:0.35:0.55。
作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述分子篩的平均孔徑為200目。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：在本發(fā)明中，將含有鎂離子的溶液與叔丁醇及異丙醇按照設(shè)定比例混合，以實(shí)現(xiàn)將鎂離子高效地溶于叔丁醇與異丙醇中，由此制得的添加劑可顯著提高甲醇的熱值，減少了甲醇燃料的碳排放，并提高了甲醇燃料的閃點(diǎn)與粘度。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，這些實(shí)施方式并非對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
本實(shí)施方式所示出的添加劑主要用于作為甲醇燃料的添加劑，用于改善甲醇燃料的碳排放量，更重要的是可顯著提高甲醇燃料的熱值，并提高甲醇燃料在其的他物理化學(xué)指標(biāo)，提高甲醇燃料的安全性與穩(wěn)定性。
該甲醇燃料添加劑的制備方法，通過(guò)以下步驟制備得到。
首先，執(zhí)行步驟S1、將氫氧化鎂在裂解裝置中加入氫氣進(jìn)行液化裂解，并提取富含鎂離子的溶液。裂解裝置包括依次連接的一級(jí)裂解爐、二級(jí)裂解爐、加氫裂解爐以及高壓裂解裝置。氫氧化鎂依次通過(guò)一級(jí)裂解爐及二級(jí)裂解爐于480℃～490℃進(jìn)行兩次裂解反應(yīng)；然后加入氫氣，從而在加氫裂解爐以及高壓裂解裝置中于490℃～500℃進(jìn)一步裂解出富含鎂離子的溶液。
氫氧化鎂難溶于水及化石燃料。鎂是一種極其活潑的金屬，鎂的純凈物在空氣中極易氧化呈氧化鎂，氧化鎂遇水則變成氫氧化鎂。氫氧化鎂在上述裂解裝置中首先在一級(jí)裂解爐與二級(jí)裂解爐中失去一個(gè)水分子變成氧化鎂。然后，加入氫氣，以在加氫裂解爐及高壓裂解裝置中形成大量的鎂離子(Mg2+)與少量的氫氧根離子(OH-)。具體的，在本實(shí)施方式中，步驟S1制備中所制備得到的溶液中，鎂離子與氫氧根離子的比例約為9:3。
然后，執(zhí)行步驟S2、將步驟S1制得的溶液與碳鏈長(zhǎng)度小于9的化石燃料混合后，重新使用步驟S1中的裂解裝置再次進(jìn)行裂解反應(yīng)，并在離心萃取裝置中通入飽和蒸汽，以分離出富含鎂離子的混合溶液。
其中，溶液與化石燃料的重量百分比為5wt％:95wt％～10wt％～90wt％，并最優(yōu)選為5wt％:95wt％。該離心萃取裝置包括依次連接的離心裝置、萃取裝置及分子篩。具體的，該分子篩的平均孔徑為200目。
步驟S1制備中所制備得到的溶液在裂解裝置中進(jìn)行若干次裂解反應(yīng)后，會(huì)形成包含鎂離子、碳鏈長(zhǎng)度小于9的化石燃料及碳鏈長(zhǎng)度小于12的化石燃料。
當(dāng)步驟S1制得的溶液與碳鏈長(zhǎng)度小于9的化石燃料所組成的混合物在裂解裝置中進(jìn)行一次裂解反應(yīng)后所得到產(chǎn)物，重新通過(guò)原料泵泵入管道混合器中。此時(shí)，溫度為101℃的飽和蒸汽通入油水分離器在上述管道混合器中進(jìn)行充分混合，依次通過(guò)離心裝置及萃取裝置分別執(zhí)行離心處理及萃取處理，并通過(guò)離心裝置可將富含鎂離子的混合溶液中呈游離狀態(tài)的氫氧根離子與鎂離子所形成的氫氧化鎂(固態(tài))執(zhí)行分離處理，以保證重新輸入萃取裝置的物料中不含有氫氧根離子。
最后，執(zhí)行步驟S3、將混合溶液與叔丁醇、異丙醇充分溶合。具體的，在本實(shí)施方式中，上述混合溶液與叔丁醇、異丙醇混合時(shí)的體積比為：0.1:0.35:0.55，從而完成該甲醇燃料添加劑的制備工藝。需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施方式中，如無(wú)特殊說(shuō)明，各原料、組分的純度均為分析純級(jí)別(99.99％以上)。
將使用本實(shí)施方式所制備得到的甲醇燃料添加劑(以下簡(jiǎn)稱“添加劑”)與甲醇燃料按照1:4(重量比)的比例進(jìn)行混合，可顯著地改善甲醇燃料的燃燒特性及碳排放指標(biāo)。甲醇燃料的熱值約為5200大卡左右，而按照上述比例添加了添加劑的甲醇燃料的熱值可達(dá)到7500大卡左右。同時(shí)，可提高甲醇燃料的閃電230％～250％，并使甲醇燃料的粘度從0.4mm2/s(23℃)提升至1.35mm2/s(23℃)。當(dāng)然，在步驟S3之后，還可包括對(duì)添加劑進(jìn)行剪切攪拌、分散混合，并泵入罐體中靜置陳化1～2天，即可制得合格的添加劑。
本是實(shí)施例所示出的添加劑適用于商用灶、家用灶使用，經(jīng)過(guò)質(zhì)上海市金山站和西北大學(xué)檢測(cè)分析，添加了本實(shí)施方式所述的添加劑的甲醇燃料完全符合GB-16663《醇基民用燃料》的相關(guān)要求。
以下結(jié)合本實(shí)施方式所示出的添加劑與甲醇燃料進(jìn)行熱值，并得到如下表一所示的數(shù)據(jù)。
1、熱值檢測(cè)分析
表一
同時(shí)，本實(shí)施方式所示出的添加劑與甲醇燃料按照1:4或者其他任意比例混合后(添加劑小于甲醇燃料的比例)作為發(fā)動(dòng)機(jī)(尤其適合F1賽車燃料或者工業(yè)鍋爐)的燃料。添加了20wt％的甲醇燃料，可通過(guò)該添加劑顯著的改善甲醇燃料的燃燒特性，并可降低甲醇的腐蝕性。
上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。