《甲醇柴油微乳剂的合成研究》项目立项可行性研究报告

编号： 甲醇柴油微乳 剂 的 合成 研究 项目立项可行性研究报告 项目名称：甲醇柴油微乳剂的合成研究 所属领域：煤化工及精细化工 申请单位： 协作单位： 起止时间： 2007 年 11 月至 2008 年 12 月 太 原 市 科 学 技 术 局 填报时间：二七年十月 2 一、 总论 1、项目概述 国内外对柴油 油 于甲醇与柴油的相溶性极差（室温， 1%），柴油与甲醇的乳化比柴油 使柴油 甲醇能形成 稳定均匀的混合液必须加入添加剂，目前研究者选用的添加剂价格昂贵、添加量大、成分复杂、稳定性差，制得的甲醇柴油仅原料成本已远高于国标普通柴油，而且混合燃料储存期短、不能适应多种气候环境和储存条件，不可能担负柴油机替代燃料的角色。 本课题目的在于合成一种新型微乳剂，在其作用下使甲醇与柴油形成均匀稳定的甲醇柴油混合燃料。与乳化柴油不同，该甲醇柴油属热力学稳定体系，呈均相透明的混合液，可以直接用于柴油车辆。本微乳剂是由 级脂肪酸与乙二醇反应生成聚合物 梨醇酐 脂肪酸酯复合制得。该微乳剂具 有添加量少、价格适宜、降低极性分子表面张力能力强等优点，与烃、醇有良好的互溶性，燃烧性能好、不会带来新的尾气污染物。 国内外对柴油 子量与分子量分布是聚合物的重要特性，同种聚合物分子量不同，其应用性能差异极大，有时甚至失去目标效用。对于脂肪酸与聚 3 乙二醇聚合得到的微乳剂，分子量是决定其能否具有良好表面活性的关键因素。现有的合成研究仅限于对摩尔比、反应温度、时间等的选择，对于目标产物的分子量缺乏有效的控制手段，盲目性较大，所得产物的分子量相差很大，许多产物不具备微乳 化柴油 能作为微乳剂使用。 本项目应用调聚反应原理，选用自制的催化剂，控制聚合反应程度，制得一定分子量范围的 较少的添加量解决甲醇与柴油的互溶问题，形成透明稳定经济可行的甲醇柴油。 2、社会经济意义、目前的进展情况 石油是一种不可再生的能源，现有的石油储量只够再开采 50 年，所以必须找到能够代替石油的其它燃料，有些代用燃料可以由植物提炼而得到，具有可再生的性质，所以又被称作生物质燃料或可再生能源，比如醇类和植物油等。从环境保护方面来看，内燃机排放出的大量废气严重危害了人体的健康 ，所以各国政府相继提出了日益严格的内燃机排放标准。 我国汽车数量以每年 100 万辆的速度增加，如果按传统的汽车发展模式，我国的能源和环境将不堪重负，我国车用石油能源后备资源状况以及由此引起的能源安全问题已引起国家的高度重视，每年大量增加的进口石油数量已经直接影响到国民经济的发展。 经过长期的试验研究，在已发现的甲醇、乙醇、压缩天然气和液 4 化石油气等主要汽车发动机代用燃料中，甲醇无论从长期供应的可能性，还是满足汽车动力性能的要求以及生产技术和使用成本等诸多方面，都被公认为是极有发展前途的。许多国家的能源政策中确定 甲醇是 21 世纪汽车的主要代用燃料。作为 物燃料的补充，在内燃机中掺烧醇类具有长远的意义，特别是甲醇，它不仅可以通过我国丰富的煤炭资源转化获得，还可以由再生资源制备。 目前国内外对甲醇与柴油混合的研究可分为两部分：一部分研究乳化柴油的配方和乳化技术及其应用性能。另一部分研究使甲醇与柴油形成稳定均匀透明混合液。从大量的文献上看，对乳化柴油配方及其应用的研究很多，后者的研究涉及较少，主要问题在于没有适宜稳定、经济合理的添加剂。 3、项目目标 2007 年 11 月至 2008 年 12 月，本项目计划投资 120 万元，建 成500 吨 /年微乳剂的中试装置，调配甲醇柴油混合燃料，进行不少于 8万公里的车辆道路行驶试验；建设 5000 吨 /年混合燃料调配设施，新增就业人数 10 13 人。 项目实施期可累计销售添加剂及混合燃料 500 吨，销售收入 1500万元，净利润 250 万元。 5 微乳剂质量指标： 固含量 （ %） 离单体（ %） 性黏度（ 30） g dl/g （ 1%醇溶液） 二、申报企业情况 业 基本情况 山西华顿实业有限公司成立于 2001 年 8 月， 通讯地址： 太原市长治路 266 号科祥大厦 6 层 ， 是一个高科技、产业化、开创型的现代化品牌企业，注册资金 2,055 万元，总资产 元 ，企业登记注册类型为有限责任公司 。 公司成立以来，在董事长孙 晓珍 的带领下，面向知识经济，瞄准市场需求，以促进科技创新和成果转化为己任，秉承“诚信、超越、发展无极限，品牌、团队、创新无极限”的企业理念，坚持标准兴业，品牌立业，外塑形象，内强素质，与时俱进，开拓创新，使企业在短时间内迅速发展壮大，由创业初期的单一经营模式，发展成为以煤基生物清洁燃料为主导产业的多元化 经营格局，成为山西省规模较大、实力较强的高科技民营企业，成为全国甲醇燃料研发、示范、产业化的龙头企业，承担了国家 醇汽油标准的制定，编著出版了全 6 国首部甲醇燃料。公司拥有多项专利技术和科技成果，具有自主知识产权的“华顿高清洁甲醇汽柴油及其添加剂与配制技术”通过山西省科技厅组织的成果鉴定，处于国内领先和国际先进水平，获得山西省 2003 年科技进步二等奖，被列入 2004 年国家火炬计划项目。 华顿公司是专门从事煤基醇醚燃料研发、生产、流通、服务的经营实体，拥有同行业一流的专业技术人才、经营服务理念和运营管理经验，承担着山西省醇醚清洁燃料产业化示范运营和封闭式推广运营的重要工作，出色地完成了各项任务，受到了山西省甲醇燃料与甲醇汽车领导组的表彰，被列为山西省醇醚清洁燃料产业化示范和封闭运营示范研发产供的指定单位。目前，华顿公司研究制定了全国第一套甲醇燃料系列行业技术标准和管理规范，并已颁布实施，参加了山西省多项甲醇燃料技术标准的制定，现正在参加制定 醇汽油国家标准和参与制定 比例甲醇汽油国家标准。 焦炉气、高硫煤生产燃料甲醇是华顿公司的又一高科技项目，正在与中宁公司和日本三井矿山 株式会社开展 合作，开发 新技术，拓展新市场。实现节能减排。高比例甲醇车改装与燃料供应已进入示范运营阶段，预计 2008 年将伴随奥运火炬的传递，传向大江南北。“两村三地”建设项目已进入项目审批和土地规划阶段。 企业法定代表人孙晓珍，男， 1957 年 8 月出生， 1982 年毕业于山西农业大学农学系，本科学历，高级经济师。先后在晋中农校、太 7 原市农业区划办、中共山西省委办公厅工作， 1998 年 8 月辞职下海经商，先后自创山西盛通石料厂、山西邦洁实业有限公司等经济实体，现任山西华顿实业有限公司董事长兼总经理。 孙晓珍果断决策，抓 住机遇，从 2001 年开始，先后投入巨资，联合科研院所，对醇醚燃料在应用存在的问题，进行攻关，取得了丰硕的成果。在他主持下研究的一项自主知识产权的专利技术（甲醇柴油助溶剂），两项科技成果（华顿高清洁甲醇汽油 其添加剂与配制技术，车用甲醇柴油 其助溶剂与配制技术），经专家鉴定，分别处于国内领先地位和国际先进水平。在他主持下建立了十二个甲醇汽柴油产业化示范标准，六个应急预案，填补了国内空白。从2002 年到 2004 年，在他主持下的华顿高清洁甲醇汽柴油产业化示范工程项目建设分别获得 “山西省技术 创新项目”、“高新区十佳技术创新项目”、“山西省科技进步二等奖”、“山西省科技厅火炬计划项目”和“国家级 2004 年火炬计划项目”等奖项。 2007 年孙晓珍编著出版了全国首部甲醇燃料 从公司开始盈利的那天起，孙晓珍领导的华顿公司就按时足额缴纳各种税款，到目前为止，公司已累计缴纳税款一千余万元，两年被太原市高新技术开发区评为缴税大户。 孙晓珍在经营好企业的同时，积极投身社会活动，先后参加各种慈善事业，累计捐款捐物一百余万元，得到了各界的好评。 孙晓珍同志 2004 年被太原市高新技术开发区授予优秀企业家称号。 8 项目负责人基本情况 吴耀曲，男，出生于 1962 年 3 月，学士，高级工程师，华顿公司总工程师。 1984 年 在太原化学工业集团太原化肥厂工作，负责甲醇生产及开发的技术和研究工作。 2001 年开始在山西华顿公司工作，主要负责甲醇燃料的研发工作和产业化试点工作，对产品的调配、销售、售后服务、产品适应性能试验的整个过程都进行了全面的跟踪和资料的收集，承担了甲醇的研发、技术标准制定等任务，作为课题人员，先后参与了“华顿高清洁甲醇汽油、添加剂与配制技术”和“车用清洁甲醇柴油（ 助溶剂与配制技术”的研发和试验 、成果资料的整理及鉴定工作。特别是对甲醇汽油产业化实践过程遇到的实际问题进行处理，针对性地解决了部分车辆、加油机、储存设施材料适应性能，并对甲醇汽油饱和蒸气压偏高等共性问题进行了大胆尝试，寻找到了有效的解决方法，目前正在申请专利技术保护。 近年来主持并执笔编写了华顿公司甲醇燃料系列技术标准，提出了 用甲醇汽油等 8 项产品标准及 4 项储运、安全等标准，以此系列标准作为山西省地方标准的基础，提交给国家标准委进行审议；同时负责了标准项目的检测方案制定和指标限值的确定。围绕全省甲醇燃料产业化进程，执笔编写了指 导全省产业化应用的甲醇燃料培训教材、甲醇燃料技术使用手册，并主持制定系统的甲醇燃料产业化示范各项操作规范、售后服务规范、故障应急处理预案等工作，为华顿公司形成“甲醇燃料产业化系统集成工艺技术”综合成果做出了很大的贡献。在此期间，具体负责实施了国家火炬计划项目“高 9 清洁甲醇汽柴油”及山西省技术创新项目“醇醚燃料研发中心建设和山西省甲醇燃料系列标准制订”项目。近年来，先后在山西汽车杂志第 10 届和第 11 届国家醇燃料会议上发表 醇汽油适应性的研究解析、山西省应加大甲醇燃料共性、关键技术的研究 、甲醇燃料产业化成套技术研究、山西省甲醇燃料标准制订解析论文4 篇，且具体承办了“山西省醇醚清洁燃料行业技术中心”成立工作，目前正在承办“山西省醇醚清洁燃料行业技术联盟”组织的成立工作。 2004 年被太原国家高新技术开发区评为“先进工作者”， 2005 年被评为“劳动模范”，被太原市经委评为“技术创新先进工作者”。 企业人员基本情况 山西华顿实业有限公司 现有员工 110 人，其中大专以上人员 86人；主要管理人员 9 人，全部具有大专以上文化水平；大专以上科技人员 32 人，其中 24 人专门从事科研开发工作。 三、 项目 的技术可行性和成熟性分析 1、技术创新性 在柴油机中掺烧甲醇，甲醇与柴油须均匀混合，最好是均匀互溶。如果醇油分层，则对燃烧的均匀性和发动机工作过程的均匀性有明显影响 ， 造成热效率下降，排污增加，同时增加了发动机的振动和噪声， 10 使机件早期损坏。 甲醇与柴油的物化性质差异极大，从某种程度上看甲醇与柴油的乳化较柴油与水乳化更困难，现有的各类乳化剂都不能适应甲醇与柴油的乳化，部分乳化剂有一定的效果，但形成的混合燃料稳定期短、适应性差，乳化剂用量太大、成本高没有产业推广意义。 乳剂能够较好地解决柴油与甲醇的均匀 混合问题，形成的甲醇柴油混合燃料稳定透明，可以直接用于柴油发动机。由于微乳剂在混合燃料中所占比例很小，大大降低了燃料成本，解决了甲醇柴油产业化实施的关键问题。 国内外对柴油 子量与分子量分布是聚合物的重要特性，同种聚合物分子量不同，其应用性能差异极大，有时甚至失去目标效用。对于脂肪酸与聚乙二醇聚合得到的微乳剂，分子量是决定其能否具有良好表面活性的关键因素。现有的合成研究仅限于对摩尔比、反应温度、时间等的选择，对于目标产物的分子量缺乏有效的控制手段，盲目性较大，所 得产物的分子量相差很大，许多产物不具备微乳化柴油 能作为微乳剂使用。 本项目应用调聚反应原理，选用自制的催化剂，控制聚合反应程度，制得一定分子量范围的 合物，以较少的添加量解决甲醇与柴油的互溶问题，形成透明稳定经济可行的甲醇柴油。 11 2、项目成熟性与可靠性 具有一流的专家队伍和技术群体，在醇醚燃料方面积累了比较丰富的研究开发和生产经验，具有国内领先水平。在总结甲醇燃料助溶剂、腐蚀抑制剂等研发经验基础上，我们已对 乳剂的聚合合成、应用性能等作了大量的调研工作，进行了小量的探索 性试验，制备的聚合物经红外色谱和旋光度检测符合国外文献值，使用性能优于美国专利提出的指标值。 四、主要研究方案和工艺路线 本项目以 种高级脂肪酸的混合物与乙二醇反应生成聚合物 山梨醇酐 脂肪酸酯复合制得微乳剂。选用混合脂肪酸的目的在于调整聚合物 油基的碳链长度，解决国外专利中用单一脂肪酸使得产物活性偏低、功能单一问题。另外 备的关键在于控制反应进行程度，使其分子量在确定范围内，发挥其优异的表面活性。应用调聚反应原理，加入自制的催化剂适时中止聚合反应，将 分子量控 制在适当范围内。 五、项目实施分阶段计划进度 2007 年 11 月 2007 年 12 月 总结前期探索性试验结果，掌握柴油 12 提出完整的科研开发计划。 2008 年 01 月 2008 年 03 月 进入聚合物合成实验阶段。不断优化聚合反应条件，合成的三元共聚物达到德国类似聚合物的结构和基团排列。 2008 年 04 月 2008 年 06 月 用自制的引发剂，引入分子量调节剂（调聚剂），较为准确地控制聚合物的平均分子量。考察共聚物分子量与其阻垢性能之间的关系 。 2008 年 07 月 2008 年 11 月 改造公司现有生产 装置，进行日产 500合物的扩大试验，及时反馈扩