佔小玲發明綠色甲醇甲醚系列燃料助力碳中和

一種以甲醇和二甲醚為原料的綠色甲醇甲醚系列燃料，由海南省海洋油氣研究所佔小玲發明成功。該綠色系列燃料可分為家用甲醇甲醚液化氣、車用甲醇甲醚汽油、車用甲醇甲醚柴油、氣輪機用甲醇甲醚燃料、爐用甲醇甲醚燃料等五項創新產品。這是佔小玲繼液態陽光綠色甲醇燃料、水解制氫綠氫燃料、綠色生物燃料、綠氨系列燃料之後又一次發明的綠色甲醇甲醚系列燃料。

1998年，世界第12屆醇醚燃料會議在我國北京召開，肯定並促進了我國醇醚燃料的進一步開發研究和示範應用。2006年，國家發改委工業司在一份報告中指出：“根據我國能源結構特點和醇醚替代燃料研究示範成果，將煤基甲醇和二甲醚作為今後20～30年過渡性車用替代燃料，是基本可行的，對我國實施能源多元化和能源替代戰略具有積極意義。”2006年7月25日，國家發改委等八部門聯合釋出發改環資［2006］1457號文：提出“發展醇醚燃料代油，……推廣大比例甲醇催化燃燒技術和醇醚燃料尾氣淨化技術。”今年9月，國家工業和資訊化部以及國家能源局就曾表示要探索綠氫、甲醇、氨能替代化石能源的新方式、新途徑。……而除了綠氫，甲醇也被認為是一種理想的能源新模式。由此可見，甲醇已引起國家的高度重視。我國醇醚燃料透過全行業的共同努力，經過不斷髮展，形成了“困中求進、創新驅進、協同推進”的發展態勢，甲醇甲醚產能、產量和產業化規模均位居世界第一，醇醚燃料在車用、工業、生活領域等的應用正在起步。目前國內在醇醚燃料方面的研究開發，多集中於甲醇和汽油的混合燃料——甲醇汽油，在現行車上使用的多為M20～M50；二甲醚摻燒柴油多在D20～D50，對節能減碳起到積極作用。

混合燃料是在目前國內外汽車內燃機應用和發展過程中的主要研究內容之一。無論是傳統石油燃料還是代用燃料都無法很好適應車用發動機工況變動的問題。車輛在執行過程中會遇到起動、怠速、急加速、高速行駛、負荷增加、路況變化等諸多情況，單一燃料由於加註後就無法改變其理化性質而無法很好地適應不同的變化。目前傳統汽油或柴油發動機透過改變點火提前角、噴油脈寬及時刻、EGR、可變正時氣門等方式對不同工況下的執行狀況進行調整。但隨著排放法規的日益嚴格以及能源短缺問題的日益嚴峻，混合燃料由於其能夠實現理化性質的改變而得到了廣泛的研究和使用。目前車用發動機混合燃料的使用主要分為兩種情況：一種是透過在混合燃料中新增一定比例的效能改進新增劑，以使得燃料的燃燒更加充分並降低有害物的排放；另一種方式就是將兩種燃料在進氣道或者缸內進行摻合燃燒，透過改變不同燃料的噴入量來調整燃料的性質。由於醇醚燃料在現有汽車上使用存在諸多問題，國內外又提出開發醇醚燃料汽車發動機。純二甲醚發動機的研究開發是一個重要而長遠的研究方向，需要較長時間的研究，以及對現有汽油和柴油發動機及加油系統進行逐步改造方能見效。在混合燃料的研究方面，世界各國的研究機構都對不同性質的燃料進行混合燃燒以此驗證燃燒及排放效果，並取得了一定的研究成果。有關醇醚混合燃料，佔小玲在1987年自己申請的授權發明專利《混合柴油-一種醇基柴油機燃料》中就曾使用過低碳醇甲醇與農林煤副產下腳料中經復蒸提純的分子量在240以上的分支形狀為Ⅱ形或T形的異構烷烴液，加入必要的新增劑按比例混合而成，用這種混合柴油兩份做運載試驗，行車2000噸/公里，執行正常；用混合柴油試樣送機械工業部上海內燃機研究所檢驗均合格符合國標。這些都記載在該發明專利文獻中。研究開發甲醇甲醚混合燃料，可以完全擺脫石油的依賴，意義非常重大。這方面國內也進行過多年的研究，但至今還未取得令人滿意的效果，其原因是在應用方面出現了不少的技術瓶頸。

高辛烷值的甲醇110，十六烷值4，高十六烷值的二甲醚60，辛烷值20，而當兩者成為混合燃料時，例如各佔比例50%計算，其辛烷值只有65，十六烷值32，這就變成了低辛烷值、低十烷值燃料了，既不能用於汽油機，又不可用於柴油機。對於甲醇甲醚燃料的這一矛盾，佔小玲曾在1988年自己申請的另一個授權發明專利《內燃機通用燃料》中這樣描述過：“燃料不能很好的燃燒，已經發現醇/醚為主的燃料另一個方面，即醚和醇的火焰燃燒速度不同，在燃料貧乏區，就是燃料比理論上與燃燒記憶體在的空氣所需的燃料相比不足，這時醚比醇更易燃燒，就形成了不連續的焰鋒，這就導致內燃機功率損失和車輛振動。”對於解決這一矛盾，在該發明專利中進一步闡述了方法：透過變換劑來調整辛烷值和十六烷值的關係。根據這一規律來變換比例，可得到所需不同類別的汽油、煤油、柴油通用燃料。因此，要解決好這一矛盾不是單純

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依靠甲醇、甲醚簡單的勾兌，而是要創新一種甲醇與甲醚之間的燃料調節劑，來協調和調節這一矛盾，使矛盾的雙方對立統一起來。佔小玲經過多年的實驗研究和探索，終於實現了新型“燃料調節劑”這一願望。這種燃料調節劑，可化解燃料中甲醇甲醚兩組分的對抗矛盾融為一體，達到協和共同促進使燃料更好

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燃燒產生相互效應的效果。雖然它快速氣化，但是其經歷燃燒熱很長時間仍然存在。儘管它燃燒緩慢，但是其爆震分裂大量圍繞它的燃料碎片，從而改變了甲醇甲醚結合後低辛烷值、低十六烷值的燃燒效能。還包括燃料調節劑可促進燃料的更好氣化，進而導致更多的週轉量，不但提高週轉量，而且減少汙染並使發動機壽命延長。主要是這種燃料調節劑還存在提高混有改進新增劑的燃料系統中，提供微團簇分子的形成，以促進處理過的燃料其燃燒效能協同提高。

甲醚能改善甲醇的冷起動和燃燒效能，兩者結合確實有很多難得的互補優勢。但甲醚粘度只有柴油的1/30，正因如此在甲醚中工作的金屬摩擦（如燃料系統中的油泵柱塞副、噴油器偶件等）在負荷的作用下，由於其低粘度而不能形成一層“油膜”，相互之間產生摩擦、失效。甲醚楊氏模量小，容易造成洩漏，並且潤滑能力差，會使發動機的精密偶件產生很大磨損。甲醚是一種很強的溶劑，當與燃料噴射系統的塑膠和彈性部件接解時，會產生一系列溶脹及腐蝕等問題。因此，燃油噴射系統的零件的磨損以及噴射時間的嚴格控制都有新的問題需要解決。甲醚的蒸汽壓隨溫度升高急劇上升，但是壓力一高，對燃料的穩定噴射就會產生很大的影響。由於甲醚燃料的氣化而在燃料中混入氣泡，在配管或高壓泵內產生氣穴，從而發動機的旋轉變得不穩定。由於甲醚的成分和物化性質與柴油不盡相同，甲醚在壓燃式發動機中的燃料供給與噴射系統，以及燃燒過程的組織也就與柴油有較大的區別。所以，為了保證甲醚燃燒的可靠性和耐久性，需要尋找一種甲醇甲醚綜合性能燃燒改進新增劑，從而使這些問題最終得以解決。為此，佔小玲經過逐年研究、多年實驗、長期累積，終於完成了在甲醇甲醚混合燃料中使用的“改進新增劑”。這種改進新增劑按效能區分為燃料調節劑、潛溶穩定劑、氣液平衡劑、拋射增強劑、氣化攜帶劑、燃效活化劑、氣液包合劑、磨損抑制劑、金屬腐蝕抑制劑、橡膠溶脹抑制劑等10種綜合功能劑，以使甲醇甲醚混合燃料在現有汽車上使用。

甲醇甲醚燃料罐中餘留殘液現象，是應用中的攔路虎，會帶來系列問題，這個看似簡單，其實是很複雜，這得從兩者的物理化學性質上找原因。眾所周知，甲醇甲醚混合燃料是氣-液的結合。氣體中單個運動微粒產生的力疊加起來，能夠形成相當大的壓力。因為氣體中的微粒沒有被束縛在一起，所以氣體並不像液體那樣有一個固定的體積，微粒不斷向外推擠。這樣，氣體會不斷膨脹，充滿所有開放空間。氣體膨脹時，它的壓力變小，在任意給定區域內相互碰撞的微粒數減少，所以壓力同時變小。當氣體被壓縮排相對較小的空間時，能夠產生很大壓力，因為這時在一定區域記憶體在更多運動微粒。簡單地講，若溶質微粒和溶劑微粒間相互作用與原先溶質微粒間、溶劑微粒間作用相近，則溶解的就會較多。根據這一原理，為使甲醇在甲醚中或者甲醚在甲醇中溶解更多更穩定，研究和開發了潛溶穩定劑。甲醇甲醚燃料罐裝也是利用這一原理達到一個簡單的目的：將甲醇液體推擠出去，甲醚起到拋射劑作用，主要是噴射的動力，其次還兼有溶劑的作用，與甲醇混溶。甲醚作拋射劑為氣體，在常壓下沸點低於常溫，加壓狀態下才為液體。壓力下甲醇和甲醚拋射劑混合成均相溶液。雖然甲醇甲醚互溶，但液態時甲醇的密度比甲醚大很多，為了穩定性不至使罐底留有殘液，必須加入適量的潛溶穩定劑和氣液平衡劑用來製成壓力下的均相穩定溶液。這樣當閥門開啟，罐內液相物質在氣相拋射劑壓力的作用下透過引液管向上壓送到閥體內，然後再由閥芯計量孔進入閥芯至促動器後由噴嘴噴出。噴出物離開噴嘴時的霧化過程是一個綜合作用的結果，當它從噴嘴高速噴出時因拋射劑的急劇汽化而形成霧滴，然後包含在霧滴中的液相拋射劑的壓力消失，即刻蒸發為氣相。在排出液體後，罐內減少的體積可以由甲醚汽化來補充，這樣不斷迴圈直到液體全部噴盡為止，其應用原理是借甲醚拋射劑的壓力將甲醇噴出，混合燃料噴出時多呈細煙霧狀，粒子直徑在20微米以下。潛溶穩定劑和氣液平衡劑使甲醇-甲醚的相互包容，甲醚氣體和甲醇液體在壓力下形成溶液雙結合，甲醚氣體溶解在甲醇液體中，溶於液體中的氣體，或溶於氣體中的液體，作為溶質，必然產生一定的分壓。當溶質產生的分壓和氣相中該氣體的分壓相等時，達到氣液平衡。兩相平衡的建立，標誌著傳質達到極限，吸收過程也就停止。對於大多數氣體的稀溶液，氣液間的平衡關係可用亨利定律表示。這樣的氣液平衡穩定了氣液飽和後的逸出，有效

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解決了儲罐殘留甲醇的問題。氣液包合劑可使混合燃料形成包合物，這種包合物存在斷裂鍵，這些鍵也會與甲醇分子的極性鍵相連線，將甲醇分子整個懸掛於二甲醚氣氛之中，所以特定的定量包合物，一定量的甲醇就將會更容易變成氣態，與二甲醚分子一起生成混合態的氣相，這種協同效應，大大加速了甲醇甲醚混合物協調一致的氣化程序。

精製的高純甲醚含量高達99。9～99。99%，燃料級的甲醚通常有一些甲醇和極微量的水，其含量多為98-99%，用這兩種含量不同的甲醚配製相同比例的甲醇甲醚混合燃料，釆用加改進新增劑和不加改進新增劑的兩種方法，用液化氣小鋼瓶灌裝兩組燃料，每組燃料又區分加劑和不加劑兩種，分別在175型6馬力柴油機上對比試驗。試驗表明，加劑的一組兩種燃料的油耗、效率和NOx排放基本一樣，使用燃料級的在中高負荷排煙要比高純級低，鋼瓶底部沒有餘留殘液。而不加劑的一組兩種燃料都產生柴油機運轉不穩定，有斷火現象產生，鋼瓶底部有餘留殘液，排放冒白煙，燃料級的比高純級的燃燒性要差，柴油機工作粗暴，噪音大，不加劑的一組耗油量兩種燃料都明顯大於加劑的一組。結果證明，加劑的一組明顯好於不加劑的一組，證實了改進新增劑的改進作用，實驗結果與理論研究基本吻合。在成本上，使用含量99。9～99。99%高純甲醚，比燃料級甲醚成本要高得多，因高純級甲醚主要用於替代有害的氟利昂作氣霧劑和致冷劑，其市場價格是燃料級甲醚的兩倍。因此，使用燃料級工業甲醚更有利於降低成本。透過對改進後的綠色甲醇甲醚燃料試驗證明，高辛烷值甲醇和高十六烷值甲醚相結合，可使甲醇燃料在低負荷區域的適用範圍並提高其燃燒經濟性。同時透過試驗拓寬了代用燃料的使用範圍，實現了高辛烷值與高十六烷值代用燃料在汽油機和柴油機上的混合燃燒。透過將燃料進行結合擴大了甲醇、甲醚等代用燃料發動機的工作範圍，使其更加適應車用發動機不同工況下執行的要求。因此，改進新增劑對甲醇甲醚燃料的綜合性能提高，有利於該發明專案在推廣應用上具有以下優勢是顯而易見。

1。工藝簡單。該發明製備工藝如下：先將改進新增劑溶於甲醇中，然後注入壓力容器內，其壓力和家用石油液化氣罐裝相同，再將二甲醚注入壓力容器內，透過石油液化氣泵或二甲醚泵或壓縮機與低壓管線連線，打迴圈反應20～30min即可。

2。用途廣泛。該發明的用途主要有以下兩個方面：

（1）熱力燃料：

替代液化氣、天然氣、煤氣、重油、煤炭等化石燃料，用於餐飲爐、工業鍋爐、民用爐、供暖爐等作爐用燃料；

（2）動力燃料：

①替代汽油直接用於現有汽油車作燃料。

②替代柴油直接用於現有柴油車作燃料。

③替代燃氣直接用於現有氣輪機作燃料。

④替代船用油直接用於現有船發動機及動力鍋爐作燃料。

3。應用基礎。

（1）凡原直接燃用石油液化氣、天然氣等氣體燃料的爐窯、汽車及發電熱力裝置，可直接換用該發明甲醇甲醚燃料。

（2）凡原直接燒油的爐窯、汽車，只要按現行燃用石油液化氣或天然氣的方法，對燃料系統稍作改造即可使用該發明甲醇甲醚燃料。

（3）凡原儲運天然氣、石油液化氣、煤氣的系統，包括車船運輸、管道輸送、氣庫儲存等系統全部適合甲醇甲醚燃料，無需改裝。

（4）凡原天然氣、石油液化氣加氣站全部適合甲醇甲醚燃料，無需改裝。

（5）凡原加油站，只要變換氣罐及加氣系統就可直接用於甲醇甲醚燃料的加註。

4。使用安全。

（1）甲醇甲醚燃料易貯運。普通石油液化氣鋼瓶即可加裝甲醇甲醚燃料，安全係數高，而氫則需高壓特殊材料和特殊裝置。罐裝壓力：氫壓力80MPa、天然氣壓力20MPa、石油液化氣壓力0。8MPa、甲醇甲醚燃料壓力0。8MPa。

5。成本低廉。根據【生意社】2022年10月03日～11月04日的價格快訊：甲醇2790～3060元/噸、二甲醚4230～4660元/噸，按最高價格估算，甲醇甲醚系列燃料價格3600～4500元/噸左右，成本低於甲醇汽油，比國六汽油、柴油更低。

7。原料豐富。二甲醚是由甲醇脫水製成，我國煤制甲醇產量高，液態陽光甲醇後起之秀也正在發展壯大，可再生能源甲醇是綠色發展之本，將取之不盡，用之不竭。

8。前景廣闊。

（1）技術可行。經改進的甲醇甲醚燃料具有較好的理化特性，儲運容易、安全，也具有發動機常用燃料的主要特點，在現行車上和爐上使用，可利用現行爐用或車用已成熟的天然氣和石油液化氣的技術積累，實現相對容易，因此，有望率先被大眾接受。

（2）應用基礎。甲醇、甲醚已在我國生產、儲運、供給等各方面已積累了豐富的經驗並已形成體系，各種安全措施較為完善，具有良好的推廣應用基礎。

（3）經濟環保。甲醇和甲醚是屬於化工產品，使用甲醇甲醚燃料可避免由某一特定能源的供求失衡而引起的價格衝擊，可始終保持其經濟性。甲醇甲醚燃料是低碳能源，有利於碳中和，其環保性好。

透過加強低碳清潔能源技術創新，加快能源體制機制改革，提高能源利用效率，努力實現低碳能源的規模化，降低低碳能源使用成本，緩解化石燃油價格上漲壓力。加大超低排放和節能改造力度，加快向低碳、清潔化轉型。我們有很多潛在的技術，有些技術都已經很成熟了，但是我們這些技術的利用率還不高。如果我們用好市場機制，雙碳目標可以推動更多的創新，增強我們的國際競爭力，提高經濟的韌性實現高質量的發展。從辯證的角度看，“雙碳”目標的實現過程，也是催生全新行業和商業模式的過程，我們要順應科技革命和產業變革大趨勢，抓住綠色轉型帶來的巨大發展機遇，從綠色發展中尋找發展的機遇和動力。綠色發展意味著未來經濟社會發展的一個全面深刻的轉型，一定會不斷湧現新的生產消費模式、新的業態、新的技術。

甲醇甲醚燃料採用獨特的創新技術，佔小玲經過30多年的研究-試製-實驗-磨合-改進-提高-再提高，這種“鐵棒磨成針”的韌勁，將為消費者帶來低價、環保、節能的燃料選擇，和以往產品相比有著明顯的優勢，將會贏得廣大消費者的信賴。甲醇甲醚燃料突破原創技術的功能特點，創新再生能源健康概念。該發明原創、創新、再創新技術，這使傳統的化石燃料根本無法與之相比。因此，甲醇甲醚燃料的應用，將開創一個劃時代的高科技產品世界，引領未來清潔燃料應用新潮流。突破目前市場上的“汽油、燃油、天然氣、柴油”等的不足和價格直線攀升。完善地體現它的節能性、安全性、穩定性、環保性和適用性，是能源替代的優質選擇。甲醇甲醚燃料是“十四五”規劃重點能源戰略部署，更是深入推進能源綠色低碳轉型、推動能源生產消費升級、加快“雙碳”目標實現、構建“一帶一路”可持續發展、引領實現能源邁入高質量發展的重要引擎。節能減碳更應將目光投向更遠，跨越油氣年代、甲醇經濟、醇醚時代，正在發揮影響力。社會在發展，人類在前進，可以預見，市場化將基於“甲醇甲醚燃料”為載體，打造集“研、產、銷、存、建、培”為一體的“科工貿”綜合性新能源產業鏈。同時，國家也已經出臺了“城鎮燃氣用二甲醚”和“車用燃料二甲醚”等國家標準，結合國家能源改革政策，積極推動綠色清潔能源的利用，為市場提供“一站式【綠色甲醇甲醚系列燃料】加註站解決方案”。

鑑於此，業內人士普遍認為，佔小玲發明的綠色甲醇甲醚燃料成本低廉、使用簡單方便、安全可靠，可助力碳中和，將具有廣闊的市場前景。

當下是能源搶錢的時代，再生能源領域裡的技術創新將引發一場劃時代的行業鉅變，你準備好了嗎？