[发明专利]代用燃料

说明书

背景技术

本发明涉及基于液态烃的火花点火汽车用燃料组合物，所述液态烃是由生物起源的气体制得，并掺混有燃料级醇和该液态烃及醇的助溶剂，所述组合物的抗爆指数、热焓和干蒸气压当量(Dry Vapor Pressure Equivalent(DVPE))使其足以成为火花点火内燃机的燃料，只要该内燃机稍加改进。更具体地说，本发明涉及煤气液(CGL)或天然气液(NGLs)-乙醇掺混料，其中的助溶剂是由生物体物质制得的2-甲基四氢呋喃(MTHF)。

需要寻找一种代用汽油用于火花点火内燃机。汽油是从油田原油提取的。原油是烃的混合物，它在地下油田中以液态存在并在大气压下保持液体状态。提炼原油制造常规汽油的步骤包括蒸馏和原油组分的分离，汽油是轻的石脑油组分。

仅世界原油总储量的10％是在美国，占压倒优势的其余90％储量不仅位于美国边界以外，而且也不是处于北美自由贸易区内。超过50％的常规汽油是进口的，进入下个世纪这个数字还会持续增长。

常规的汽油是300多种化学物质的复杂复合物，它包括石脑油、烯烃、烷烃、芳族化合物和其它较易挥发的烃，其中加入或不加入少量用于火花点火发动机的添加剂。在常规汽油中含苯量可高达3-5％，含硫量可高达500ppm。再配制的汽油(reformulated gasoline，RFG)将含硫量限在330ppm，将含苯量限于1％，同时也限制了其它有毒化学物质的含量。

替代原油制得的燃料的常规代用品(如压缩天然气、丙烷和电)需要在汽车发动机改进和燃料传送基础设施上进行大量投资，更何况对技术开发还要进行大量投资。需要开发一种代用燃料，它能提供汽车汽油的燃烧性能而无需对发动机作大的改进，并能如汽车汽油那样储存和传送。要使液体代用燃料有利地替代气态代用燃料(如甲烷和丙烷)，它应满足环境保护署(EPA)关于“洁净燃料”的所有规定。

CGL和NGLs抗爆指数太低，很不合适，因此不能作为烃源材料用来替代原油用作火花点火发动机的燃料。虽为克服这种缺陷进行了改进，但这些烃流物质仍不适合于作为代用燃料。

由于在采煤过程中会发生爆炸，煤气在很久以前已为人所知。煤气被认为有害于操作，并已进行排气以确保安全操作。但是，这种排放会增加大气中的甲烷含量，而甲烷是强烈的温室气体(参见C.M.Boyer等U.S.EPA，Air andRadiation(ANR-445)EPA/400/9-90/008)。煤气可含有大量的重烃，其C2+组分可高达70％(参见Rice，Hydrocarbons from Coal，American Association ofpetroleum Geologists，Studies in Geology #38，1993，p.159)。

与常规的汽油来源相反，世界NGLs的总储量中超过70％的储量在北美。输入美国的NGLs的量小于其国内产量的10％。NGLs从天然气加工厂和在某些情况下从天然气田中回收。由分馏塔提取的NGLs也包括在NGLs的定义中。NGLs是根据气体加工者联合会(Gas Processors Association)和美国试验和材料协会(ASTM)出版的说明进行定义的。根据碳链的长度，NGLs的组分有如下分类：乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷和“戊烷以上的烃(pentanes plus)”。

“戊烷以上的烃”由气体加工者联合会和ASTM定义为包括烃(通常是戊烷和更重的烃)的混合物(从天然气中提取获得)，并包括异戊烷、天然汽油和工厂的冷凝液。戊烷以上的烃属于最低价值的NGLs。丙烷和丁烷是售给化工厂的，但是戊烷以上的烃通常输入到低附加值(low-added-value)炼油流中供制造汽油之用。戊烷以上的烃一般不用作汽油，其部分原因是由于其抗爆指数低，有损于其用作火花点火发动机燃料的性能，并且其DVPE较高，在热天将产生发动机蒸气气塞的现象。相对于其它NGLs，戊烷以上的烃的一个优点是它在室温是液态的。因此，它是能以所需的量用作火花点火发动机的燃料，无需对发动机或燃料箱作大改动的唯一一种组分。

美国专利5,004,850公开了一种用于火花点火发动机的NGLs基发动机燃料，它将天然汽油与甲苯掺混，提供一种具有令人满意抗爆指数和蒸气压的发动机燃料。但是，甲苯是一种昂贵的由原油制得的芳香烃。在1990洁净空气条例修正案关于再配制燃料的规定中，它的使用受到严格的限制。