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)：
近年來的經(jīng)濟飛速發(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，我國原油儲量嚴(yán)重不足，供需矛盾十分突出。面對國內(nèi)成品油的旺盛需求，不得不大量進口原油、成品油供應(yīng)國內(nèi)市場。2014年，我國成品油消耗13480萬噸，2014年石油凈進口量達到2.1億噸，進口的依存度51.29％。如不采取積極有效的措施，到2020年，預(yù)計我國對石油進口的依存度將達到62％左右。國際市場原油供需關(guān)系的變化、價格的波動，時時刻刻都在影響我國的成品油市場供應(yīng)，能源危機隨時都可能出現(xiàn)，并且會影響我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和嚴(yán)重威脅到我國的能源安全。因此，積極推廣使用替代能源燃料是解決我國石油資源短缺，緩解石油供需矛盾，保障國家能源安全、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大戰(zhàn)略措施，開發(fā)使用新型替代能源已經(jīng)迫在眉睫。
另一方面國內(nèi)前期大量的燃煤鍋爐支撐著整個地區(qū)的生產(chǎn)與運行，2015年后這批鍋爐短期內(nèi)必須全部淘汰，大量的市場需求等待著新型的燃料替換，據(jù)不完全統(tǒng)計，年內(nèi)將近980萬臺套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戶費和改造費用，這些開支是這些改造企業(yè)的很大一筆投入，加之近期國內(nèi)很多的企業(yè)效益很差，為了減少企業(yè)的過大開支，降低投入成本，改造新型醇烴生物燃料的燃燒設(shè)備市場很受歡迎，配套供應(yīng)新型高清潔醇烴生物燃料勢在必得，我國的各大中城市中，鍋爐排放已成為大氣的主要污染源之一。據(jù)有關(guān)部門提供的我國城市環(huán)境狀況公告顯示，在監(jiān)測的338個城市中63.5％的城市超過國家大氣質(zhì)量的二級標(biāo)準(zhǔn)。其中超過三級的有112個，占監(jiān)測城市的33％。目前，我國大氣污染已由工業(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)成為保護環(huán)境的迫切需要，而開發(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)濟利益或者市場價值。在現(xiàn)有技術(shù)中，甲醇作為燃料存在熱值較低、閃電過低、碳排放稍高的問題。
申請?zhí)枮?01410576522.6的中國發(fā)明專利公開了一種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?zhí)枮?01610027356.3的中國發(fā)明專利公開了一種甲醇汽油復(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，甲醇燃料的熱值無法明顯提高的缺陷，同時現(xiàn)有技術(shù)中的添加劑無法在改善甲醇燃料排放的效果的同時提高甲醇燃料的閃點等諸多理化指標(biāo)。
有鑒于此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)中的甲醇燃料添加劑予以改進，以解決上述問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于公開一種甲醇燃料添加劑的制備方法，用以提高添加劑對甲醇燃料的熱值的提升，減少甲醇燃料的碳排放，同時提高甲醇燃料的閃點與粘度。
為實現(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)明的進一步改進，所述步驟S1中，所述裂解裝置包括依次連接的一級裂解爐、二級裂解爐、加氫裂解爐以及高壓裂解裝置；
所述氫氧化鎂依次通過一級裂解爐及二級裂解爐于480℃～490℃進行兩次裂解反應(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)明的進一步改進，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)明的進一步改進，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)明的進一步改進，所述步驟S3中，混合溶液與叔丁醇、異丙醇混合時的體積比為：0.1:0.35:0.55。
作為本發(fā)明的進一步改進，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與粘度。
具體實施方式
下面結(jié)合各實施方式對本發(fā)明進行詳細(xì)說明，但應(yīng)當(dāng)說明的是，這些實施方式并非對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
本實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裂解爐、二級裂解爐、加氫裂解爐以及高壓裂解裝置。氫氧化鎂依次通過一級裂解爐及二級裂解爐于480℃～490℃進行兩次裂解反應(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裂解爐與二級裂解爐中失去一個水分子變成氧化鎂。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行若干次裂解反應(yīng)后，會形成包含鎂離子、碳鏈長度小于9的化石燃料及碳鏈長度小于12的化石燃料。
當(dāng)步驟S1制得的溶液與碳鏈長度小于9的化石燃料所組成的混合物在裂解裝置中進行一次裂解反應(yīng)后所得到產(chǎn)物，重新通過原料泵泵入管道混合器中。此時，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行充分混合，依次通過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，在本實施方式中，上述混合溶液與叔丁醇、異丙醇混合時的體積比為：0.1:0.35:0.55，從而完成該甲醇燃料添加劑的制備工藝。需要說明的是，在本實施方式中，如無特殊說明，各原料、組分的純度均為分析純級別(99.99％以上)。
將使用本實施方式所制備得到的甲醇燃料添加劑(以下簡稱“添加劑”)與甲醇燃料按照1:4(重量比)的比例進行混合，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到7500大卡左右。同時，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，還可包括對添加劑進行剪切攪拌、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。
本是實施例所示出的添加劑適用于商用灶、家用灶使用，經(jīng)過質(zhì)上海市金山站和西北大學(xué)檢測分析，添加了本實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)合本實施方式所示出的添加劑與甲醇燃料進行熱值，并得到如下表一所示的數(shù)據(jù)。
1、熱值檢測分析
表一
同時，本實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)動機(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)說明僅僅是針對本發(fā)明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
對于本領(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現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實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，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(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施方式。