一种提高甲醇燃料能量密度的方法

本发明属于燃油领域，具体涉及甲醇燃油领域，更具体的涉及一种提高甲醇燃料能量密度的方法。

背景技术：

1、甲醇，是最简单、最安全、最容易储存和运输的液体碳氢氧化物。由于其来源的广泛性、甲醇的含氧量高、燃烧充分、动力强适用于高压缩比发动机，且可有效地降低有害气体的排放，目前国内外众多能源企业及汽车在研究开发加速研发甲醇燃用汽车。但是由于甲醇体积热值(15.8mj/l)约为汽油(31mj/l)的50％，故同体积下续航里程低于汽油。

2、为增加甲醇燃烧的能量密度，中国专利cn113308281a(上海芯苑新材料有限公司，2021年实质审查)公开了一种低碳甲醇燃料油及其制备方法，将甲醇与甘油、柴油及药剂混合、反应后，制得低碳甲醇燃油。该发明主要以甲醇与液体燃料相混合制提高甲醇能量密度，未涉及高能量密度的固体燃料。中国专利cn113265277a(国供能源(福建)有限公司，2021年实质审查)公开了一种点燃式发动机用清洁合成燃料，将甲醇与多碳醇、烃化合物及药剂调和、反应后，制得低碳甲醇燃油。该发明主要以甲醇与液体燃料相混合制提高甲醇能量密度，未涉及高能量密度的固体燃料。

3、本发明首先将甲醇和固体燃料(金属硼(32mj/l)、煤(约为37.7mj/l)、石油焦(约为40mj/l)、金刚烷(约为47.4mj/l)、石墨(约为65mj/l)、金属铝(83mj/l)等)混合制备醇燃液，不但提高了混合燃料的热值、易于点火，降低了燃料生产成本，但这类醇燃料为悬浮液，固体颗粒在存放过程由于颗粒溶胀体积增加及受重力影响而发生沉降，进而导致悬浮状态的失效，进而导致醇燃料的流动性降低及能量密度不均一，不利于的正常的使用。

4、综合上述两个专利，现有的提高甲醇燃料能量密度的方法是以甲醇与液体燃料相混合制提高甲醇能量密度，未涉及高能量密度的固体燃料，更加没有意识和涉及到如何提高碳固体颗粒在液体燃油中的悬浮能力，也完全没有意识到稳定性问题。

5、因此，如何制备保持固体颗粒在甲醇溶液中的悬浮，是提高的甲醇能量密度的重要方式，也是保持高能量密度甲醇燃料稳定性的关键。

6、为了解决以上问题，提出本发明。

技术实现思路

1、针对现有技术中固体颗粒会在甲醇溶液中沉降的问题，本发明提供了一种提高甲醇能量密度的方法，可解决现有技术中存在的技术问题。

2、本发明先利用甲醇与固体颗粒预浸泡的方式，将甲醇燃料同时作为溶胀剂，在促进剂的作用下，使固体颗粒在甲醇溶液中充分的溶胀后，在悬浮液中掺入分散剂和抗絮凝剂，后进行机械研磨，使得分散剂和抗絮凝剂可在颗粒表面稳定吸附，且降低颗粒的尺寸，将颗粒的尺寸达微纳米级，颗粒的悬浮将不受重力的影响，另一方面，分散剂和抗絮凝剂的使用还可以抑制颗粒间的团聚，从降低重力作用和减少团聚两方面可实现颗粒的稳定悬浮。

3、本发明第一方面提供一种提高甲醇燃料能量密度的方法，其包括以下步骤：

4、1)将固体颗粒经粗碎破碎后，进行筛分获得具备一定粒径的粗碎颗粒，而不符合粒度要求的粗颗粒送回粗碎步骤；

5、2)将粗碎颗粒与甲醇、促进剂按一定比例混合、搅拌处理一定时间后，获得研磨入料；

6、3)将研磨入料与分散剂按一定比例混合后进行研磨，在某一研磨时刻，加入一定比例的抗絮凝剂，在一定的总研磨时长后卸料，制得研磨出料；

7、4)将研磨出料与稳定剂按一定比例，搅拌一定时间后制得高能量密度的甲醇燃料。

8、优选地，步骤(1)中，所述固体颗粒为煤炭、活性炭、石油焦、半焦、气化残渣、石墨、金属镁、金属铝、金属铁、硼、锰、二氧化硅或生物炭中的一种或多种；所述的一定粒径为20～300um。

9、优选地，步骤(2)中，所述的促进剂为四氢化萘、四氯化氢、四氢呋喃、三卤代烷、吡啶、金刚烷、尿素、氨水、盐酸、硝酸、异丙醇、n-甲基吡咯烷酮或离子液体中的一种或多种；所述的一定比例为质量比为：粗碎颗粒：甲醇：促进剂＝100:20～3000：0～100；所述的搅拌处理一定时间为30秒～7天。

10、优选地，步骤(3)中，所述的一定的比例为质量比为：研磨入料：分散剂＝100：0～50；研磨方式为介质搅拌磨机、球磨机、行星式磨机、高速旋转磨或高速叶轮研磨机，只要是可以实现研磨的任何装置和方法都适用。所述的研磨时刻为0秒～12小时；所述的抗絮凝剂与总研磨液的质量比例为0.01～20：100；所述的总研磨时间为3秒～12小时。

11、优选地，步骤(3)中，所述的分散剂为石蜡类、低分子蜡类、萘磺酸盐甲醛缩合物、木质素磺酸钠、聚丙烯酸、聚羧酸盐、腐殖酸类、聚烯烃类、松香类、聚氧乙烯类、聚醚类、六偏磷酸钠、钛酸脂类、甜菜碱、壬基酚乙氧基硫酸类、吐温、司盘、山梨糖醇脂肪酸酯、脂肪醇乙氧基或无机盐中的一种或多种；所述的抗絮凝剂为聚乙二醇、卵磷脂、淀粉、氢化蓖麻油、曲拉通、丙烯酰胺、聚苯乙烯磺酸盐、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷三甲基氯化铵、tamol基、木质素磺酸盐、异基奈磺酸盐、琥铂酸二戊酯磺酸盐、离子液体或线性醇乙氧基中的一种或多种；

12、优选地，步骤(4)中，所述的稳定剂与研磨出料的比例为质量比为：0.01～30:100；所述的搅拌时间为30秒～30分钟。

13、优选地，步骤(4)中，所述的稳定剂为淀粉类、腐殖酸类、纤维素类、黄原胶、瓜尔胶、羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素、硬脂酸或聚丙烯酰胺中的一种或多种。

14、本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的方法制备得到的低硫高能量密度的船舶燃料。

15、本发明第三方面提供一种提高甲醇燃料稳定性的方法，所述甲醇燃料中包括固体颗粒，利用预溶胀和研磨的方法对固体颗粒进行处理，以提高所述固体颗粒在甲醇燃料中的保持悬浮的能力，以提高甲醇燃料稳定性。

16、优选地，利用预溶胀和研磨的方法对固体颗粒进行处理为：将甲醇燃料同时作为溶胀剂，在促进剂的作用下，先将固体颗粒与甲醇和促进剂进预备溶胀，使得固体颗粒充分溶胀，变得疏松，且大孔结构增加，增加了应力点，有利于后续的超细研磨；然后将经过预溶胀的固体颗粒与分散剂、抗絮凝剂混合后，进行超细研磨，使固体颗粒变成微纳米级固体颗粒，进而消除了重力对其悬浮状态的影响。

17、本发明中之所以称其为超细研磨，可以研磨的程度更细，正是因为第一步预溶胀过程，使得固体颗粒充分溶胀，变得疏松，且大孔结构增加，增加了应力点。

18、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

19、1、本发明将甲醇和固体燃料混合制备醇燃液，不但提高了混合燃料的热值、易于点火，降低了燃料生产成本。

20、2、本发明首次提出利用预溶胀和超细研磨的方法对固体颗粒进行处理，已将固体颗粒变成微纳米级固体颗粒，进而消除了重力对其悬浮状态的影响。再此基础上，本发明将甲醇燃料同时作为溶胀剂，在促进剂的作用下，使固体颗粒在甲醇溶液中充分的溶胀后，在悬浮液中掺入分散剂和抗絮凝剂，后进行机械研磨，使得分散剂和抗絮凝剂可在颗粒表面稳定吸附，且降低颗粒的尺寸，将颗粒的尺寸达微纳米级，颗粒的悬浮将不受重力的影响，另一方面，分散剂和抗絮凝剂的使用还可以抑制颗粒间的团聚，降低重力作用和减少团聚两方面可实现颗粒的稳定悬浮。

21、3、本发明中预溶胀过程非常关键，先将固体颗粒与溶胀剂进预备溶胀，使得固体颗粒充分溶胀，变得疏松，且大孔结构增加，增加了应力点，有利于后续的超细研磨，从而使其可以研磨的更细，经此处理后的固体颗粒在船油中进一步的溶胀作用小，且重力小，双重提高其悬浮能力。另外，本发明直接使用甲醇作为溶胀剂，省略了溶胀过程中溶胀剂的使用。

22、4、在本发明优选地实施方案中，本发明具体提供了溶胀剂和研磨过程中的药剂，对于最终的甲醇燃料稳定的提高很关键。

23、5、本发明接将固体燃料在燃料油中混合进行研磨，省略了固体颗粒与水分离的步骤，制备工艺简单，易行。