Способ питания двигателя с воспламенением от сжатия и топливо для него

Способ питания двигателя с воспламенением от сжатия и топливо для него

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к новой топливной композиции и к способу для питания двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.

Данная заявка испрашивает приоритет австралийских патентных заявок AU 2010905226 и AU 2010905225. Данная заявка также связана с международной заявкой, озаглавленной "Топливо и способ питания двигателя с воспламенением от сжатия", поданной тем же заявителем в этот день с общими притязаниями на приоритет. Описание соответствующей международной заявки включено в настоящий документ посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Потребность в топливных альтернативах традиционным видам ископаемого топлива вызвана в основном необходимостью в топливе с "чистыми" выбросами при сгорании в сочетании с низкой себестоимостью производства и широкой доступностью. Большое внимание уделяется воздействию на окружающую среду выбросов топлива. Исследования в области альтернативных видов топлива фокусируются на таких топливах, которые приведут к сокращению количества твердых частиц и окислов, образуемых при сгорании топлива, а также на таких топливах, которые уменьшают выбросы несгоревшего топлива и двуокиси углерода и других продуктов горения.

Усилия по получению экологически чистых топливных композиций для транспортных применений были сосредоточены на этаноле. Биоматериалы, такие как органические вещества растений, могут быть преобразованы в этанол, и производимый с помощью таких процессов этанол был использован в качестве частичной замены топлива для двигателей с искровым зажиганием. В то время как это уменьшает зависимость от невозобновляемых ресурсов для топлива, экологические последствия, связанные с использованием этих видов топлива в двигателях, не были существенно улучшены в общем смысле, поскольку выгоды чистого сгорания сводятся на нет продолжением использования таких видов топлива в низкоэффективных двигателях с искровым зажиганием и отрицательным воздействия на окружающую среду, связанным с использованием энергии, пахотных земель, удобрений и воды для полива, чтобы создать топливо.

Другие топливные альтернативы для полной или частичной замены традиционных видов топлива не стали широко используемыми.

Один из основных недостатков полной замены традиционных видов топлива и, в частности, видов топлива для двигателей с воспламенением от сжатия (дизельных топлив), на возобновляемые альтернативные виды топлива связан с проблемами, проистекающими из низкого цетанового числа таких видов топлива. Такие виды топлива имеют серьезные проблемы с достижением воспламенения таким образом, который требуется для эффективной работы двигателя.

Авторы настоящей заявки также признали, что в некоторых отдаленных местах или средах вода является дефицитным ресурсом, и в таких местах может возникнуть потребность в генерации электроэнергии (например, с использованием дизель-генератора) в сочетании с улавливанием образующейся при сгорании топлива воды для ее использования населением. В дополнение к этому перемещение объемной энергии через жидкостные трубопроводы является давно используемым и экономически эффективным способом перемещения больших количеств энергии на большие расстояния с минимальным визуальным влиянием на окружающую среду, по сравнению с воздушными линиями электропередачи.

Авторы настоящей заявки также признали потребность в некоторых местах в том, чтобы тепло, образующееся в таких промышленных процессах, было уловлено и использовано повторно населением. В некоторых случаях эта потребность сочетается с потребностью в улавливании воды для ее повторного использования, что описано выше.

Таким образом, существует постоянная потребность в альтернативных видах топлива для использования в двигателях внутреннего сгорания. Особый интерес представляют виды топлива, которые могут уменьшить выбросы, особенно там, где улучшенный профиль выбросов получается без значительного отрицательного воздействия на эффективность топлива и/или характеристики двигателя. Существует также потребность в таких способах питания двигателей с воспламенением от сжатия, которые позволяли бы таким двигателям работать на альтернативном дизельном топливе, содержащем компоненты, которые традиционно не считаются подходящими для использования в таких применениях. Существует также потребность в таких дизельных моторных топливах и способах работы двигателя, которые подходят для использования в отдаленных местах или в экологически чувствительных средах (например, в высокоширотной морской среде, особенно в портовых районах с точки зрения выбросов), или в других районах, таких как удаленные сухие, но холодные внутренние районы, которые могут максимально использовать все побочные продукты работы двигателя, в том числе, например, образующиеся тепло и воду. Желательно также, чтобы эти цели достигались при минимально возможных потерях в топливной экономичности и мощности двигателя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с настоящим изобретением предлагается топливная композиция для дизельного двигателя, включающая в себя:

- метанол в количестве по меньшей мере 20% от массы топлива;

- воду в количестве по крайней мере 20% от массы топлива;

- соотношение воды и метанола в пределах от 20:80 до 80:20;

- общее количество воды и метанола по меньшей мере 60% от массы топливной композиции, и

- одну или более добавок, в общем количестве по меньшей мере 0,1% от массы топлива, при этом количество хлорида натрия, если он присутствует в качестве добавки, составляет от 0 до 0,5% от массы топлива, а количество ароматизатора, если он присутствует в качестве добавки, составляет от 0 до 1,5% от массы композиции.

В соответствии с настоящим изобретением также предлагается способ питания двигателя с воспламенением от сжатия, использующего топливо, содержащее метанол и воду, включающий в себя:

предварительный нагрев входящего потока воздуха, введение предварительно нагретого воздуха в камеру сгорания двигателя и сжатие предварительно нагретого воздуха, и

введение топлива в камеру сгорания и воспламенение смеси топлива/воздуха для приведения двигателя в действие.

Настоящее изобретение может привести к упрощению и снижению стоимости производства топлива и уменьшению воздействия на окружающую среду путем устранения необходимости в производстве компонентов высокой чистоты и побочных компонентов, путем включения смеси таких компонентов в топливо в соответствии со способами, описанными в данном документе. Стоимостные и экологические выгоды также могут быть получены в результате использования топлива в холодном климате, так как температура замерзания топлива может быть ниже любой вероятной низкой температуры окружающей среды.

Выхлопы, образующиеся в результате сжигания топлива, могут содержать мало загрязняющих веществ, что делает их идеальными для последующей обработки. В качестве одного примера двуокись углерода может быть преобразована обратно в метанол, чтобы непосредственно уменьшить выброс двуокиси углерода в качестве парникового газа, или двуокись углерода высокой чистоты может быть использована для органического роста, например, для выращивания водорослей для нескольких конечных применений, включая производство метанола, используя источники энергии, которые могут включать в себя возобновляемые источники, в том числе солнечную энергию.

В соответствии с одним вариантом осуществления добавка включает в себя эфир в количестве до 20% от массы топлива. Эфир может быть диметиловым эфиром.

В некоторых вариантах осуществления вода, образующаяся при сгорании топлива, может быть восстановлена, что является основным преимуществом для удаленных районов, где воды не хватает. В других случаях тепло, образующееся при работе дизельного двигателя, может быть использовано для нужд местного отопления. Некоторые варианты осуществления, как описано ниже, соответственно обеспечивают системы для выработки электроэнергии посредством работы дизельного двигателя, которые используют воду и/или тепло, образуемые при работе двигателя, подходящим образом.

В соответствии с настоящим изобретением дополнительно предложена система производства электроэнергии, включающая в себя:

питание двигателя с воспламенением от сжатия с использованием метанольно-водяного топлива для производства электроэнергии;

подогрев потока воздуха, входящего в двигатель с воспламенением от сжатия, и/или предварительный впрыск усилителя воспламенения во входной воздушный поток;

обработку выхлопных газов двигателя для получения тепла и/или воды из выхлопных газов двигателя, и

перенаправление тепла и/или воды для дальнейшего использования.

В некоторых вариантах осуществления тепло и/или вода могут быть возвращены обратно в двигатель для повторного использования. Альтернативно или дополнительно к этому, тепло и/или вода могут быть локально перенаправлены для использования в другом месте. В одном примере тепло может подаваться через контур рециркуляции горячей воды в близлежащий населенный пункт для его обеспечения энергией в виде тепла, например для обогрева жилых или коммерческих помещений. Двигатель в этом примере может быть использован для выработки электроэнергии для населенного пункта, что может быть особенно полезно для удаленных населенных пунктов.

В других вариантах осуществления система может быть приспособлена для транспортных средств, в том числе железнодорожных и морских транспортных средств. В этих применениях выхлопные газы обрабатываются для удаления частиц и рекуперации тепла и воды для повторного использования в двигателе и для других целей в соответствии с требованиями железнодорожных или морских транспортных средств.

В соответствии с настоящим изобретением дополнительно предлагается способ транспортировки предварительной топливной композиции из двух частей, включающей в себя метанол и эфир, включая транспортировку предварительной топливной композиции из первого местоположения во второе местоположение, удаленное от первого местоположения, и отделение эфира от метанола с получением первой части топлива, представляющей собой метанол, и второй части топлива, представляющей собой эфир.

В соответствии с настоящим изобретением дополнительно предлагается предварительная топливная композиция, включающая в себя метанол и до 10% по массе эфира.

В соответствии с настоящим изобретением дополнительно предлагается использование дизельной топливной композиции, описанной выше, в системе или процессе производства электроэнергии, описанных выше.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее посредством примеров будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ питания двигателя с воспламенением от сжатия в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой график зависимости изменения температуры сжатой смеси топлива/фумиганта/воздуха от концентрации (% мас.) диметилового эфира (DME) как усилителя воспламенения, впрыскиваемого в двигатель (по сравнению с массой топлива), для трех топливных композиций (100% метанола, 70% метанола и 30% воды и 40% метанола и 60% воды). График относится к одному способу, который может быть использован для поддержки способов усиления воспламенения, описанных ниже;

Фиг.3A представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ питания двигателя с воспламенением от сжатия и обработки выхлопных газов двигателя, с использованием их тепла в качестве отдельного источника тепла через контур рециркуляции горячей воды;

Фиг.3B представляет собой блок-схему, похожую на фиг.3A, но исключая стадию предварительного впрыска фумиганта в воздух, поступающий в двигатель;

Фиг.4A представляет собой более подробный вид блок-схемы обработки выхлопных газов, изображенной на фиг.3А и фиг.3В;

Фиг.4B представляет собой вид, аналогичный фиг.4A, но без окончательного конденсатор выхлопного воздуха;

Фиг.5A представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ питания двигателя с воспламенением от сжатия для использования на железнодорожном транспортном средстве и обработки выхлопных газов двигателя;

Фиг.5B представляет собой блок-схему, похожую на фиг.5A, но исключая стадию предварительного впрыска фумиганта в воздух, поступающий в двигатель;

Фиг.6A представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ питания двигателя с воспламенением от сжатия для использования на морском транспортном средстве и обработки выхлопных газов двигателя;

Фиг.6B представляет собой блок-схему, похожую на фиг.6A, но исключая стадию предварительного впрыска фумиганта в воздух, поступающий в двигатель;

Фиг.7 представляет собой график, иллюстрирующий термический эффективный коэффициент полезного действия двигателя с воспламенением от сжатия с предварительным впрыском диметилового эфира с использованием топлива, содержащего различные количества воды и метанола, диметилового эфира и диэтилового эфира в жидкой фазе;

Фиг.8 представляет собой график, иллюстрирующий термический эффективный коэффициент полезного действия двигателя с воспламенением от сжатия с использованием топлив, содержащих различные количества эфира в качестве усилителя воспламенения, и с использованием диметилового эфира в качестве фумиганта;

Фиг.9 представляет собой график, иллюстрирующий содержание окиси азота в выхлопных газах двигателя с воспламенением от сжатия с использованием топлив, содержащих различные количества воды и с использованием диметилового эфира в качестве фумиганта;

Фиг.10 представляет собой схематическую диаграмму процесса и оборудования испытательной установки, использованной при получении результатов примера 1;

Фиг.11 представляет собой график, иллюстрирующий снижение содержания окиси азота в выхлопных газах двигателя с воспламенением от сжатия при увеличении количества воды в метанольно-водяном топливе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Топливо и способ, описанные в настоящем документе, подходят для питания двигателей с воспламенением от сжатия (CI). В частности, данные топливо и процесс являются наиболее подходящими для, не ограничиваясь этим, двигателей с воспламенением от сжатия, работающих на низких скоростях, таких как 1000 об/мин или меньше. Частота вращения двигателя может быть даже 800 об/мин или меньше, например 500 об/мин или меньше. Частота вращения двигателя может быть даже 300 об/мин или меньше, например 150 об/мин или меньше.

Данное топливо, следовательно, подходит для больших дизельных двигателей, таких как те, которые работают на судах и поездах, а также на электростанциях. Более медленные скорости в больших двигателях с воспламенением от сжатия дают достаточно времени для того, чтобы сгорание выбранной топливной композиции было завершено, и для того, чтобы достаточно большой процент топлива успел испариться для достижения эффективной работы.

Следует, однако, понимать, что топливо и процесс, описанные в настоящем документе, могут работать с меньшими двигателями с воспламенением от сжатия, работающими на более высоких скоростях. Фактически, предварительные испытания проводились на небольшом двигателе с воспламенением от сжатия, работающем на скоростях 2000 об/мин и 1000 об/мин, что свидетельствует о том, что данное топливо также способно питать такие двигатели с более высокой скоростью. В некоторых случаях использованию данного топлива и процесса на меньших (с более высокими скоростями вращения) двигателях с воспламенением от сжатия могут помочь корректировки, и некоторые из них рассматриваются ниже.

Топливная композиция

Топливная композиция для процесса включает в себя метанол и воду. Топливо является топливом для двигателя с воспламенением от сжатия, то есть топливом для дизельного двигателя.

На сегодняшний день метанол не нашел коммерческого применения в двигателях с воспламенением от сжатия. Недостатки использования метанола в качестве моторного топлива, в чистом виде либо в смеси, обусловлены его низким цетановым числом, которое находится в диапазоне от 3 до 5. Такое низкое цетановое число делает метанол трудновоспламенимым в двигателе с воспламенением от сжатия. Смешивание воды с метанолом дополнительно снижает цетановое число топлива, делая сгорание метанольно-водяной топливной смеси еще более трудным, и поэтому казалось бы нелогичным пытаться совместить воду с метанолом для использования в двигателях с воспламенением от сжатия. Одним из эффектов наличия воды в топливной композиции является охлаждение после впрыска топлива, поскольку вода нагревается и испаряется, что еще более снижает эффективное цетановое число.

Тем не менее, было обнаружено, что метанольно-водяная топливная комбинация может быть использована в двигателе с воспламенением от сжатия эффективным образом и с более чистым выхлопом, при условии, что поток воздуха, введенный в камеру сгорания двигателя, является достаточно предварительно нагретым. Дополнительные факторы, подробно рассматриваемые ниже, также способствуют максимизации эффективной работы двигателя с воспламенением от сжатия с этим топливом. В качестве дополнительной меры, в поток входящего воздуха может быть дополнительно впрыснут фумигант, содержащий усилитель воспламенения.

Топливо может быть гомогенным топливом или однофазным топливом. Топливо, как правило, не является эмульсионным топливом, включающим в себя отдельные органическую и водную фазы, эмульгированные вместе. Топливо, следовательно, может не содержать эмульгатор. Добавлению присадок к топливу способствует взаимная растворимость метанола и воды, что позволяет растворять более широкий диапазон материалов при различных соотношениях воды и метанола, которые могут быть использованы.

К удивлению было обнаружено, что конкретная новая топливная композиция на основе метанола и относительно высокого содержания воды может быть использована в качестве топлива для двигателей с воспламенением от сжатия. Топливо может упоминаться как дизельное топливо. Хотя некоторые топливные композиции на основе метанола и воды были описаны ранее, не было показано, что топлива этого типа с высоким содержанием воды способны работать в двигателе с воспламенением от сжатия. В частности, метанольные топлива с водным компонентом были описаны лишь для использования в качестве топлива для обогрева или для приготовления пищи, где топливо сгорает с выделением тепла. Принципы, применяемые к топливам для дизельного двигателя, очень разные, так как топливо должно воспламеняться при сжатии в двигателе с воспламенением от сжатия. Очень мало, если не совсем ничего, можно почерпнуть из ссылок на использование метанола и других компонентов в качестве топлива для обогрева или для приготовления пищи. Однако способы, описанные в настоящем документе, позволяют новым видам топлива, описанным в настоящем документе, работать в двигателе с воспламенением от сжатия.

Одна новая дизельная топливная композиция включает в себя:

- метанол в количестве по меньшей мере 20% от массы топлива;

- воду в количестве по меньшей мере 20% от массы топлива;

- соотношение воды и метанола в пределах от 20:80 до 80:20;

- общее количество воды и метанола по меньшей мере 60% от массы топливной композиции, например по меньшей мере 70%, по меньшей мере 80% или по меньшей мере 85% от массы топливной композиции, и

- одну или более добавок, в общем количестве по меньшей мере 0,1% от массы топлива, при этом количество хлорида натрия, если он присутствует в качестве добавки, составляет от 0 до 0,5% от массы топлива, а количество ароматизатора, если он присутствует в качестве добавки, составляет от 0 до 1,5% от массы композиции.

В соответствии с одним вариантом осуществления добавка включает в себя эфир в количестве до 20% от массы топлива. Эфир может быть диметиловым эфиром или диэтиловым эфиром.

Содержание воды в некоторых вариантах осуществления может быть более 20% от массы топливной композиции. Минимальное содержание воды некоторых вариантов осуществления описано ниже. Например, минимальное содержание воды может быть больше чем 25%, больше чем 30%, больше чем 35%, больше чем 40%, больше чем 45%, больше чем 50%, больше чем 55%, больше чем 60%, больше чем 65% или даже больше чем 70% от массы топлива.

До настоящего времени не было установлено, что метанольно-водяные дизельные топливные композиции с таким высоким содержанием воды способны работать в двигателе с воспламенением от сжатия. Однако эти метанольно-водяные топливные композиции с высоким содержанием воды, описанные в настоящем документе, могут работать в двигателе с воспламенением от сжатия, особенно когда этот двигатель работает в соответствии со способом, описанным в настоящем документе. Это может включать в себя предварительный нагрев входящего воздуха или предварительный впрыск фумиганта во входящий поток воздуха.

Все количества, упомянутые в настоящем документе, относятся к массе, если не указано иное. Если описано процентное содержание компонента в основной топливной композиции, оно выражено в процентах этого компонента от массы топливной композиции. Когда используется фумигант, он не рассматривается как часть топливной композиции, так что топливная композиция в данном контексте читается как не включающая фумигант.

Хотя данная конкретная новая дизельная топливная композиция образует один аспект настоящего изобретения и может быть использована в осуществлении способа по настоящему изобретению, метанольно-водяные топлива, содержащие более низкие количества воды также могут быть использованы в этом способе. Далее описаны особенности более общих метанольно-водяных топлив. Следует отметить, что особенности этих видов топлива могут присутствовать в новых дизельных топливах, описанных в данной заявке.

В целом, количество воды относительно метанола в топливной композиции может находиться в диапазоне от 0,2:99,8 до 80:20 по массе. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления минимальное содержание воды (относительно метанола) составляет 1:99, а также 2:98, 3:97, 5:95, 7:93, 10:90, 15:95, 19:81; 21:79. Верхний предел содержания воды (по отношению к метанолу) в композиции в соответствии с некоторыми вариантами осуществления составляет 80:20, а также 75:25, 70:30, 60:40, 50:50 или 40:60. Относительное количество воды в композиции может рассматриваться как диапазон уровней "от низкого до среднего", или как диапазон уровней "от среднего до высокого". Диапазон уровней "от низкого до среднего" охватывает диапазон от любого из минимальных уровней, указанных выше, до максимума, представляющего собой любой из следующих уровней - 18:82, 20:80, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50 или 60:40. Диапазон уровней "от среднего до высокого" охватывает диапазон от любого из следующих уровней - 20:80, 21:79, 25:75, 30:70, 40:60, 50:50, 56:44 или 60:40 - до максимума, представляющего собой любой из верхних пределов, указанных выше. Типичный низкий/средний уровень содержания воды находится в диапазоне от 2:98 до 50:50, а типичный средний/высокий уровень содержания воды находится в диапазоне от 50:50 до 80:20. Типичный низкий уровень содержания воды составляет от 5:95 до 35:65. Типичный средний уровень содержания воды находится в диапазоне от 35:65 до 55:45. Типичный высокий уровень содержания воды находится в диапазоне от 55:45 до 80:20. Новое дизельное топливо с более высоким содержанием воды по настоящему изобретению может содержать вышеприведенные относительные количества воды и метанола при условии, что топливо содержит особенности топлива, описанные ранее (такие, как минимум 20% содержания воды).

Если рассматривать с точки зрения процентного содержания воды во всей (основной) топливной композиции по массе, относительное количество воды в основной топливной композиции может быть минимумом из по меньшей мере 0,2%, по меньшей мере 0,5%, по меньшей мере 1%, по меньшей мере 2%, по меньшей мере 3%, по меньшей мере 4%, по меньшей мере 5%, по меньшей мере 6%, по меньшей мере 7%, по меньшей мере 8%, по меньшей мере 9%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 11%, по меньшей мере 12%, по меньшей мере 13%, по меньшей мере 14%, по меньшей мере 15%, по меньшей мере 16%, по меньшей мере 17%, по меньшей мере 18%, или по меньшей мере 19%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 22% по массе, по меньшей мере 25%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 45%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65% или по меньшей мере 70% воды по массе топливной композиции. По мере увеличения массы воды в основной топливной композиции становится все более удивительно, что предварительный впрыск фумиганта во входящий воздух преодолевает негативное влияние воды в топливе на воспламенение, обеспечивая плавную работу с точки зрения коэффициента вариации (COV) индикаторного среднего эффективного давления (IMEP) и производимой полезной выходной мощности. Максимальное количество воды в топливной композиции может составлять 68%, 60%, 55%, 50%, 40%, 35%, 32%, 30%, 25%, 23%, 20%, 15% или 10% по массе. Любой из минимальных уровней может быть объединен с максимальным уровнем без ограничений при сохранении требования того, что минимальный уровень содержания воды меньше максимального уровня содержания воды.

На основании результатов испытаний, представленных в Примерах, для желаемого термического эффективного коэффициента полезного действия (brake thermal efficiency, BTE) количество воды в топливной композиции в некоторых вариантах осуществления составляет от 0,2% до 32% по массе. Оптимальная зона пика термического эффективного коэффициента полезного действия для метанольно-водяного топлива для двигателя с воспламенением от сжатия составляет от 12% до 23% воды в основной топливной композиции по массе. Диапазон может быть постепенно сужен от более широкого к более узкому из этих двух диапазонов. В некоторых вариантах осуществления это сочетается с некоторым количеством усилителя воспламенения в топливной композиции, которое составляет не более 15% по массе основной топливной композиции. Подробная информация об усилителях воспламенения изложена ниже.

На основе других результатов испытаний, представленных в примерах, для максимального снижения выбросов окислов азота количество воды в топливной композиции в некоторых вариантах осуществления составляет от 22% до 68% по массе. Оптимальная зона максимального снижения выбросов окислов азота составляет от 30% до 60% воды по массе основной топливной композиции. Диапазон может быть постепенно сужен от более широкого к более узкому из этих двух диапазонов. Так как окись азота NO является основным компонентом выбросов окислов азота, выбросы окиси азота могут упоминаться как основная часть выбросов окислов азота или указывать на общую степень выбросов окислов азота.

В некоторых вариантах осуществления для достижения желаемого баланса свойств топлива и величины выбросов топливная композиция включает в себя от 5% до 40% воды по массе основной топливной композиции, например, от 5% до 25% воды, или от 5% до 22% воды. Эти уровни основаны на комбинации результатов испытаний, представленных в примерах.

В общих топливах для использования в процессе, описанном в настоящем документе, количество метанола в общей топливной композиции предпочтительно составляет по меньшей мере 20% по массе топливной композиции. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления (такими, как вариант осуществления новой метанольно-водяной дизельной топливной композиции с высоким содержанием воды), количество метанола в топливной композиции составляет по меньшей мере 30%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 60% или по меньшей мере 70% топливной композиции. В общих топливах для использования в процессе, описанном в настоящем документе, количество воды в общей топливной композиции может составлять по меньшей мере 0,2%, по меньшей мере 0,5%, по меньшей мере 1%, по меньшей мере 2%, по меньшей мере 3%, по меньшей мере 4%, по меньшей мере 5%, по меньшей мере 6%, по меньшей мере 7%, по меньшей мере 8%, по меньшей мере 9%, по меньшей мере 10%, по меньшей мере 11%, по меньшей мере 12%, по меньшей мере 13%, по меньшей мере 14%, по меньшей мере 15%, по меньшей мере 16%, по меньшей мере 17%, по меньшей мере 18%, по меньшей мере 19%, по меньшей мере 20%, по меньшей мере 25%, по меньшей мере 30%, по меньшей мере 35%, по меньшей мере 40%, по меньшей мере 45%, по меньшей мере 50%, по меньшей мере 55%, по меньшей мере 60%, по меньшей мере 65% и по меньшей мере 70%. Для варианта осуществления новой метанольно-водяной дизельной топливной композиции с высоким содержанием воды содержание воды составляет по меньшей мере 20% по массе топливной композиции. Воспламенение такого топлива при более высоком содержании воды может быть достигнуто путем увеличения температуры воздуха, поступающего в двигатель. Дальнейшее улучшение свойств воспламенения может быть получено с помощью фумиганта, который может воспламеняться перед впрыском топлива, создавая тем самым благоприятные условия повышенной температуры после того, как топливо впрыснуто, чтобы произошло воспламенение. По мере увеличения массы воды в основной топливной композиции становится все более удивительно, что описанные выше способы улучшения воспламенения преодолевают негативное влияние воды в топливе на воспламенение.

Суммарное количество метанола и воды в общей топливной композиции может составлять по меньшей мере 75%, например, по меньшей мере 80%, по меньшей мере 85%, или по меньшей мере 90% по массе топливной композиции. Топливная композиция может содержать одну или несколько добавок, в суммарном количестве до 25% или до 20% и до 15% или до 10% по массе топливной композиции. В некоторых вариантах осуществления общее или комбинированное содержание добавок составляет не более 5% топливной композиции. В некоторых вариантах осуществления, таких как новая дизельная топливная композиция с высоким содержанием воды, добавка составляет по меньшей мере 0,1% от массы топлива. В новой дизельной топливной композиции с высоким содержанием воды, если присутствует хлорид натрия, содержание этой добавки составляет не более 0,5% от массы топлива, а если присутствует ароматизатор, то содержание ароматизатора составляет не более 1,5% от массы композиции.

Метанол для использования в производстве данной топливной композиции может поступать из любого источника. В качестве одного примера, метанол может быть промышленным метанолом или метанольными отходами, или грубым или частично очищенным метанолом или неочищенным метанолом. Грубый метанол или метанольные отходы или частично очищенный метанол обычно может содержать главным образом метанол, причем оставшуюся часть составляет вода и некоторые количества высших спиртов, альдегидов, кетонов или других молекул, состоящих из водорода, углерода и кислорода, возникающих при нормальном ходе производства метанола. Метанольные отходы могут или не могут быть пригодны в зависимости от степени и типа загрязнения. Ссылки в предыдущих разделах на соотношение метанола и воды или количество метанола в топливной композиции по массе относятся к количеству собственно метанола в источнике метанола. Таким образом, если источником метанола является метанол-сырец, содержащий 90% метанола и другие компоненты, и количество этого метанола-сырца в топливной композиции составляет 50%, то фактическое количество метанола составляет 45%. Водный компонент в источнике метанола принимается во внимание при определении количества воды в топливной композиции, а другие примеси рассматриваются в качестве добавки при оценке относительных количеств компонентов в продуктах, если не указано иное. Высшие спирты, альдегиды и кетоны, которые могут присутствовать в метаноле-сырце, могут функционировать как растворимые добавки - наполнители топлива.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления топливо состоит из метанола-сырца. Термин "метанол-сырец" охватывает источники метанола низкой чистоты, такие как источники метанола, содержащие метанол, воду и возможно до 35% неводных примесей. Содержание метанола в метаноле-сырце может составлять 95% или менее. Метанол-сырец может быть использован непосредственно в топливе без дальнейшей очистки. Типичные неводные примеси включают в себя высшие спирты, альдегиды, кетоны. Термин "метанол-сырец" включает в себя метанольные отходы, грубый метанол и полуочищенный метанол. Особым преимуществом этого варианта осуществления является то, что метанол-сырец, содержащий примеси в высоких концентрациях, может быть использован непосредственно в топливе для двигателя с воспламенением от сжатия без дорогой очистки. В этом случае содержание добавок (т.е. примесей в метаноле-сырце и других добавок к топливной композиции за исключением воды) может составлять до 60% топливной композиции (включая примеси в метаноле-сырце). Для топливных композиций, использующих метанол высокой чистоты (такой как чистый метанол с концентрацией 98%мас. или выше) в качестве источника, общее содержание добавок может быть ниже, например, не более 25%, не более 20%, не более 15% или не более 10%.

Любая вода подходящего качества может быть использована в качестве источника воды для производства топливной композиции. Источником воды может быть вода, входящая составной частью в недистиллированный грубый метанол, или оборотная вода или сырая или загрязненная вода (например, морская вода, содержащая соли), очищенная с помощью обратного осмоса, очищенная с помощью активированного вещества, такого как активированный уголь, или с помощью дополнительной химической обработки, деионизации, дистилляции или испарительных способов. Вода может поступать из комбинации этих источников. В качестве одного примера, источником воды может быть вода, извлекаемая из богатого водой выхлопа двигателя внутреннего сгорания. Эта вода может быть извлечена посредством теплообменников и распылительных камер или других подобных операций. Этот способ восстановления и повторного использования обеспечивает очистку выхлопных газов. Вода в этом случае возвращается обратно в двигатель с или без захваченных частиц несгоревшего топлива. Углеводороды или частицы или другие продукты сгорания возвращаются в двигатель и циркулируют до их исчезновения посредством повторяющихся стадий сгорания, либо обрабатываются известными способами очистки. Вода может в некоторых вариантах осуществления быть соленой водой, такой как морская вода, которая была очищена, чтобы удалить из нее соль. Этот вариант осуществления подходит для морского применения, например, в корабельных двигателях с воспламенением от сжатия, или для работы двигателей с воспламенением от сжатия на отдаленных островах.

Качество воды влияет на коррозию по всей цепи ее подачи вплоть до точки впрыскивания в двигатель и на характеристики отложений в двигателе, и в этих обстоятельствах может потребоваться соответствующая обработка топлива антикоррозионными добавками или с помощью других способов.

Количество добавок, включенных в топливо, может учитывать любые последующие эффекты разбавления, вызванные добавлением воды (например) к топливу.

Добавки, которые могут присутствовать в топливной композиции, могут быть выбраны из одной или более из следующих категорий, но это не исключительно так:

1. Добавки улучшителей воспламенения. Они могут также упоминаться как усилители воспламенения. Улучшитель воспламенения является компонентом, который способствует началу горения. Молекулы этого типа нестабильны, и эта неустойчивость приводит к "самопроизвольно начинающейся" реакции, приводящей к сгоранию других компонентов топлива (например, метанола). Улучшитель воспламенения может быть выбран из материалов, которые известны в данной области техники как имеющие свойства улучшения воспламенения, таких как простые эфиры (в том числе эфиры C1-C6, такие как диметиловый эфир), алкилнитраты, алкилпероксиды, летучие углеводороды, кислородсодержащие углеводороды и их смеси.

В дополнение к типичным усилителям воспламенения мелкодисперсные частицы углеводов, присутствующие в зоне горения после испарения жидких компонентов топлива до воспламенения, могут играть или не игр