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CN101827919B - 液化气组合物的用途 - Google Patents

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Abstract

一种家用液化气组合物，包含甲醚或DME与至少一种具有3个碳原子的烃和至少一种具有四个碳原子的烃的混合物，其中储存之后释放的气体混合物包含浓度固定为不超过40重量％的值的DME。

Description

液化气组合物的用途
本发明涉及液化气和液化气组合物用于家用的用途。
为了该家用用途，气体混合物组合物必须设置为，对于不知情的家庭主妇而言，能够在作为锅炉或者家用炊具的燃烧器所需的燃料混合条件下燃烧。
由于化石气体的量在减少中，并且其有长期短缺的风险，所以需要找到能够替代这些化石气体的化合物。但是，气体燃料的新来源的开发以及由此用于化石液化气的替代组合物，需要这些来源不会在液化气组合物的性能中带来很大变化，并且需要这些组合物仍能在现有的装置中直接使用。因此这些新组合物必须在储存时是稳定的，如同现有的组合物，首先必须能够连续燃烧，对于瓶售气体的家用，旨在用于常规燃烧器或任何类型的燃烧器，来供应加热装置。
国际申请WO 99/00466描述了用于内燃机的替代燃料，包含几种可混合燃料的混合物，其中至少一种具有高辛烷值，并且至少一种具有高十六烷值。这些替代燃料之一包含至少两种气体的液化混合物，一种通过压缩能够自燃，另一种是好的氧化剂。根据一个实施方案，该燃料包含液化石油气(LPG)的混合物，即含不超过4个碳原子的烃的混合物、和具有高十六烷值的甲醚(DME)。与常规燃料相比，所述燃料的使用可限制通过不完全燃烧所引起的微粒排放和污染物排放。
欧洲专利EP 928,326描述了燃料组合物在干的低NOx燃烧系统中的用途，该燃料组合物包含三种组分的混合物：15～93重量％的甲醚、7～85重量％的至少一种醇和不超过50重量％的选自水和C1～C6烷烃的组分。根据一个特定实施方案，第三种组分选自水、甲烷、丙烷和液化石油气。该燃烧室旨在供给涡轮用于发电。
专利US 6,202,601描述了将两种气体燃料注入内燃机汽缸的方法，一种是主要燃料，另一种是比主要燃料更易自燃的引燃燃料。主要燃料选自天然气、液化石油气、沼气、填埋气体和氢气，引燃燃料是甲醚。根据本方法的一个特定实施方案，主要燃料和引燃燃料分别加入到发动机中，在第一阶段加入主要燃料，在第二阶段加入引燃燃料，这些阶段对应于发动机的不同负荷运行模式。
日本专利申请JP 60086195描述了通过将甲醚(DME)引入到含3～4个碳原子的烷烃和烯烃的混合物中而获得的气体燃料组合物，比例为5～30重量份的DME相对于100重量份的烃：该混合物具有高的储存稳定性和好的燃烧特性。根据一个特定实施方案，2种组分在分别液化之后混合在一起，然后加入到气瓶中。气体组合物包含丙烷、正丁烷或异丁烷，但是优选丙烷单独与甲醚或乙醚。该后一混合物具有显著改善的储存稳定性和显著改善的燃烧特性。其甚至指出该混合物是均匀的，并且能够不间断地持续燃烧，其因此被用作用于工业或家用应用的燃料。
现在已经发现，也是本发明的目的，含有甲醚或DME与至少一种具有3个碳原子的烃化合物和至少一种4个碳原子的烃化合物的混合物的液化气，可以改善储存稳定性，同时保持燃烧特性接近于液化LPG气的燃烧特性。与日本专利JP 60086195相反的是，DME不能单独与丙烷一起使用，这是因为丙烷先消耗，当丙烷消耗掉后，DME变为主要成分，火焰熄灭。当与丁烷单独使用时，DME首先蒸发，点燃和火焰稳定性存在问题。另外，为获得正常燃烧，优选气体中DME的最大浓度不超过40％，从而在空气中的燃烧完全并且正常。但是，如果可以调节空气量的燃烧器可以用于家用，则优化参数可以允许引入更多的DME，在蒸发相中最高达59％或60％。
因此本发明的一个目的是可储存的液化气组合物的用途，所述液化气组合物包含甲醚或DME与烃混合物的混合物，所述烃混合物包含至少一种具有3个碳原子的烃或丙烷和至少一种具有4个碳原子的烃或丁烷，其中储存之后释放的气体混合物包含恒定的DME浓度，固定为不超过50重量％的DME的值，直到已经释放了所储存组合物的超过50重量％。
因此所述组合物可以在所有现有的燃烧器中替代目前市售的用于家用的化石液化气，甚至用于保持恒定和稳定燃烧的发动机。
优选地，在本发明的用途中，释放的气体混合物中DME的含量固定为在5～30重量％之间的值。
优选地，在本发明的用途中，DME的浓度保持恒定，直到已经释放了所储存气体混合物的超过60重量％。
优选地，在本发明的用途中，初始气体混合物包含10～30重量％的DME、20～50％的丙烷和50～20％的丁烷。
优选地，在本发明的用途中，液化气组合物在初始液体混合物中的DME/丁烷比不超过7。
优选地，在本发明的用途中，液化气组合物在初始液体混合物中的DME/丙烷比不超过6。
优选地，在本发明的用途中，液化气组合物的DME/丙烷比和DME/丁烷比为0.5～2。
优选地，在本发明的用途中，初始液体混合物包含5～40重量％的DME、5～91％的丙烷和90～4％的丁烷。
优选地，在本发明的用途中，液化气组合物得自市售DME、丁烷、丙烷类型的液化气。
优选地，根据本发明的液化气组合物的用途旨在用于家用器具、锅炉、炊具和加热器，尤其是无论使用何种燃烧器都通过在空气存在下的燃烧而进行操作的。
优选地，液化气组合物储存在瓶或罐类的加压外壳中。
具有3个碳原子的烃表示正丙烷和异丙烷，下文称为丙烷。具有4个碳原子的烃表示正丁烷和异丁烷，下文称为丁烷。
在本发明的一个优选实施方案中，从储存器释放时保持气体混合物中的DME浓度恒定表示保持该浓度直到消耗掉超过60重量％的气体混合物。
丙烷的功能是确保燃烧的开始和确保其稳定性，通常丙烷在DME和丁烷之前优先燃烧。
在DME之后燃烧的丁烷的功能是确保DME的持续蒸发，直到其从储存器中完全消除，丁烷确保火焰的维持。
明显地，本发明的液化气可包含其他组分如DME合成的副产物，其是水和甲醇。因此“市售”DME表示含有至少95％DME的产品。
“市售”丙烷表示比例为大约90％的丙烷和丙烯的烃混合物，剩余的是乙烷、乙烯、丁烷和丁烯。
“市售”丁烷表示主要由丁烷和丁烯组成的烃混合物，并且包含少于19体积％的丙烷和丙烯。
为了获得气体混合物的恒定DME浓度，并且为了保持整体的高燃烧稳定性和好的热值，必须调节气体混合物，即储存容量中的液化气混合物中的DME/丙烷比例和DME/丁烷比例。
优选地，在初始液体混合物中选择不超过7的DME/丁烷比例和不超过6的DME/丙烷比例。优选地，DME/丁烷比例和DME/丙烷比例为0.5～2。
在本发明的一个优选实施方案中，处于储存器中的气体混合物包含5～40重量％的DME、5～91重量％的丙烷和4～90重量％的丁烷。优选地，其包含10～30重量％的DME、20～50重量％的丙烷和50～20重量％的丁烷。
根据本发明所用的液化气的液体组合物的一个优点是它们的储存稳定性。在52天的周期中对不同比例的混合物进行的测量显示组成没有变化。
根据本发明所用的液化气的储存可以使用常规方法，例如用于储存压缩气体和/或液体的瓶、筒、容器、储槽或罐。填充遵循常用方法进行。
根据一个优选实施方案，上述液化气和组合物用于供给家用装置，尤其是锅炉、炊具和加热器，无论使用何种燃烧器都通过在空气存在下的燃烧进行操作。
也可以考虑使用上述的液化气和液化气组合物用于供给内燃机，尤其是使用车载储存液化气的车辆。
下列实施例说明本发明。
实施例1
测试了含有DME的五种液化气组合物，描述如下表1：
表1.
  (重量％)   E1   E2   E3   E4   E5
  正丙烷(nC3)   66.2   73.5   4.8   5.8   21
  正丁烷(nC4)   0.5   2.5   40.9   50.1   49
  异丁烷   0.6   2.0   14.8   17.1
  DME   32.2   22   39.4   26.4   30
  其他(水/甲醇...)   0.5   0   0.1   0.6   0
它们通过仅称量每种添加产品的重量而制备在用于家用的13kg气瓶中，其中在起始时间通过将瓶子的减压器连接到气相色谱仪来分析以测量DME、丁烷和丙烷在瓶子翻转时的液相或者在瓶子直立放置时的气相中的各自浓度。
分析在储存条件下没有任何气体释放的液体组合物的变化。将结果一起分组示于下表2中：
表2
  (重量％)   E1   E2   E3   E4
  第10天   DME   31.7   21.5   37.9   31.2
  i-C4   1.9   2.0   15.0   16.6
  n-C4   2.4   2.5   42.4   46.6
  n-C3   63.4   72.9   4.5   5.3
  第52天   DME   31.7   21.6   38.2   31.1
  i-C4   1.9   2.1   15.0   16.7
  n-C4   2.4   2.5   42.1   46.8
结果显示在储存条件下没有观察到液相组成的显著变化(也见图1)。
实施例2
该实施例涉及使用过程中气体组合物中DME组成的变化。
具有高丁烷含量的组合物
A/E3混合物的释放。气体释放速率：0.9kg/h。
气相组成(图2)
  初始气体组成(重量％)   最终气体组成(重量％)
  丙烷(C3)   9.1   0.4
  甲醚DME   54.3   8.5
  异丁烷(i-C4)   11.9   17.3
  正丁烷(n-C4)   24.7   73.7
表3：E3气相的组成
液相的组成(图3)
  初始液体组成(重量％)   最终液体组成(重量％)
  丙烷(C3)   4.8   0.04
  甲醚DME   39.4   0.20
  异丁烷(i-C4)   14.8   9.30
  正丁烷(n-C4)   40.9   90.40
表4：E3液相的组成
B/E4混合物的释放。气体释放速率：0.9kg/h.
气相的组成(图4)
  初始气体组成(重量％)   最终气体组成(重量％)
  丙烷(C3)   3.9   0.07
  甲醚DME   41.8   0.12
  异丁烷(i-C4)   13.9   7.20
  正丁烷(n-C4)   40.4   92.60
表5：E4气相的组成
液相的组成(图5)
  初始液体组成(重量％)   最终液体组成(重量％)
  丙烷(C3)   5.8   3.1
  甲醚DME   26.4   5.1
  异丁烷(i-C4)   17.7   16.3
  正丁烷(n-C4)   50.1   75.5
表6：E4液相的组成
具有高丙烷含量的组合物
A/E1混合物的释放。气体释放速率：1.2kg/h，最后2kg时为0.6kg/h。
气相的组成(图6)
  初始气体组成(重量％)   最终气体组成(重量％)
  丙烷(C3)   73.2   15.5
  甲醚DME   26.8   60.2
  异丁烷(i-C4)   ＜1   5.6
  正丁烷(n-C4)   ＜1   18.7
表7：E1气相的组成
液相的组成(图7)
  初始液体组成(重量％)   最终液体组成(重量％)
  丙烷(C3)   66.2   20
  甲醚DME   32.7   70.9
  异丁烷(i-C4)   0.6   3.8
  正丁烷(n-C4)   0.5   5.3
表8：E1液相的组成
B/E2混合物的释放。气体释放速率：1.2kg/h，最后2kg时为0.6kg/h。
气相的组成(图8)
  初始气体组成(重量％)   最终气体组成(重量％)
  丙烷(C3)   81   50
  甲醚DME   17.4   32
  异丁烷(i-C4)   0.7   8
  正丁烷(n-C4)   0.9   10
表9：E2气相的组成
液相的组成(图9)
  初始液体组成(重量％)   最终液体组成(重量％)
  丙烷(C3)   73.50   24.3
  甲醚DME   22.00   34.9
  异丁烷(i-C4)   2.02   11.4
  正丁烷(n-C4)   2.50   29.4
表10：E2液相的组成
具有平均丙烷和丁烷含量的组合物
这些是组合物如对应于图10的E5。
气相的组成：
  初始气体组成(重量％)   最终＊气体组成(重量％)
  丙烷(C3)   50   0
  甲醚DME   32   14
  丁烷(总)(C4)   18   86
表11：E2气相的组成
液相的组成：
  初始液体组成(重量％)   最终＊液体组成(重量％)
  丙烷(C3)   30   0
  甲醚DME   30   6
  丁烷(总)(C4)   40   94
表12：E2液相的组成
＊当已经消耗12kg气体时。
结果分析
无论这些不同混合物的初始组成如何，在气体释放过程中，观察到两相的组成有非常不同的变化。在最好的情况下，根据本发明，E5，首先观察到丙烷浓度的降低，然后是DME的浓度降低，最后是丁烷浓度增加。但是，当希望保持离开瓶子的气体混合物中的DME浓度小于40重量％时，立刻确定一些高丁烷含量的组合物如E3不能满足这个限制(见表3)，其中气体中的起始DME浓度大于50％，该浓度在混合物中非常缓慢地减小(见图2)，并且气体中还包含少量的丙烷(在起始混合物中为约4.8重量％)。为满足这个限制，需要E4型混合物，其中丙烷浓度为大约6重量％。
为满足关于气体中DME浓度的相同限制，不论是起始混合物或最终混合物，在高丙烷含量的混合物例如E1中，必须向气体混合物中加入最少量的丁烷。如果E1中的液体中的丁烷含量小于4重量％，则在蒸发结束时气体混合物增加到DME浓度高达60％，这不能促进安全燃烧。另一方面，E2中丁烷含量大于4％时，气相包含小于40重量％的DME。

Claims (11)

1.一种可储存的液化气组合物的用途，所述可储存的液化气组合物包含甲醚与烃混合物的混合物，所述烃混合物包含至少丙烷和至少丁烷，其中初始液体混合物包含5～40重量％的DME、5～91重量％的丙烷和4～90重量％的丁烷，并且其中调节所述液化气组合物中DME/丙烷和DME/丁烷比例，以在所述组合物离开储存器时释放包含恒定的DME浓度的气体混合物，所述DME浓度固定为不超过50重量％的DME的值，直到已经释放所储存组合物的超过50重量％。
2.权利要求1所述的用途，其中所释放的气体混合物中的DME含量固定为5～30重量％的值。
3.根据权利要求1的用途，其中DME的浓度保持恒定直到已经释放了所储存的气体混合物的超过60重量％。
4.根据权利要求1的用途，其中初始气体混合物包含10～30重量％的DME、20～50重量％的丙烷和20～50重量％的丁烷。
5.根据权利要求1的用途，其中所述液化气组合物在初始液体混合物中的DME/丁烷比不超过7。
6.根据权利要求1的用途，其中所述液化气组合物在初始液体混合物中的DME/丙烷比不超过6。
7.根据权利要求1的用途，其中所述液化气组合物的DME/丙烷比和DME/丁烷比为0.5～2。
8.根据权利要求1的用途，其中所述液化气组合物得自市售DME、丁烷、丙烷类的液化气。
9.根据权利要求1的用途，用于家用器具，无论使用何种燃烧器都是通过在空气存在下的燃烧而操作的。
10.根据权利要求1的用途，其中所述液化气组合物储存在瓶或罐类的加压外壳中。
11.根据权利要求9的用途，其中所述家用器具选自锅炉、炊具和加热器。
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