CN101962583A

CN101962583A - 一种大比例甲醇催化燃烧剂

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Publication number: CN101962583A
Application number: CN2010105295631A
Authority: CN
Inventors: 占小玲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: CN101962583B

Abstract

一种大比例甲醇催化燃烧剂，属于醇醚燃料代油添加剂领域，它由引发剂3-50％、氧化剂4-90％、活化剂1-20％、清洁剂0.5-10％、减摩剂2-30％组成。本发明具有克服甲醇冷起动和自发火困难、提高甲醇燃速和发动机功率及节油效果。由于催化燃烧剂的强催化氧化分解能力，促进甲醇快速燃烧充分，改善了燃烧室积炭，对发动机起到清洁润滑作用，减少甲醇燃烧引起的发动机磨损，降低燃烧废气排放。其综合催化功能相互效应，还可有效的抑制金属腐蚀和橡胶溶胀，进一步强化和提高了大比例甲醇催化燃烧效果，为大比例甲醇燃料：甲醇汽油、微乳醇汽油、甲醇生物汽油、甲醇柴油、微乳醇柴油、甲醇生物柴油及醇基燃料的推广应用，开辟了一条大比例甲醇催化燃烧技术的新途径。

Description

一种大比例甲醇催化燃烧剂

一、技术领域

本发明属于一种醇醚燃料代油添加剂，特别涉及大比例甲醇催化燃烧剂。

二、背景技术

国家“十一五”十大重点节能工程中明确指出：发展醇醚燃料代油，推广大比例甲醇催化燃烧技术……。要推广大比例甲醇催化燃烧技术，关键在于研发出一种专用的高效大比例甲醇催化燃烧剂，这在国内外还是一个崭新的研发领域，尚属刚起步阶段，还未出现有类似专利和论文及文献报道。虽然目前还未出现大比例甲醇的专用催化燃烧剂技术，但在提高甲醇燃料的燃烧效率方面，出现过一些专利。如公告号CN1326979C的“一种车用甲醇燃料”和公告号CN100453625C的“合成环保甲醇燃料”这二项发明专利中，都公开了为提高燃烧性分别添加混苯、苯等芳烃，这在提高发动机的热效率方面产生了重要作用，但苯是剧毒致癌物，在汽油的国家标准中已受到严格限制；又如公告号CN100532512C的“合成甲醇燃料”和公开号CN1908131A的“甲醇燃料油”二项发明专利中，都公开了提高甲醇的燃烧效率而添加二茂铁，二茂铁对发动机提高热功效能产生很好的效果，但这些金属化合物会造成二次重金属颗粒排放的污染，这在甲醇汽油和无铅汽油的国家标准中都已受到限制，规定不得人为的加入含铁金属添加剂；又如公告号CN1314452A的“汽油醇”发明专利中，公开了变性剂中含有强碱氢氧化钠成分，可有效的提高发动机燃烧性能，但燃烧产物中的碱金属对发动机造成腐蚀；又如公告号CN100491506C的“高性能高含量甲醇汽油”发明专利，公开了为提高燃烧性的动力增进剂中使用煤油和无水肼，对动力和燃烧效率有促进作用，可有效的提高发动机功率，但无水肼剧毒，腐蚀性极强，添加在甲醇汽油中对人和环境有害；再如公告号CN1108358C的“醇基液体燃料”和公开号CN1667094A的“醇基液体燃料”这二项发明专利中，都公开了提高甲醇燃料的热值和火焰温度，添加了高锰酸钾等金属化合物，这对甲醇燃烧具有很好的助燃作用，但据《化工辞典》介绍，高锰酸钾遇甲醇、乙酸即分解。另外高锰酸钾的燃烧产物对金属腐蚀，对环境和人有害，因此这些有灰金属化合物在使用上已受到严格限制。

三、发明内容

本发明旨在克服以上现有甲醇燃料燃烧技术的不足，提供一种对环境不产生二次污染、对发动机能起到缓蚀保护作用的高效、无灰、无金属化合物的专用大比例甲醇催化燃烧剂。

解决上述技术问题所采用的一种大比例甲醇催化燃烧剂技术方案，是由以下重量百分比组分组成：

引发剂 3-50％

氧化剂 4-90％

活化剂 1-20％

清洁剂 0.5-10％

减摩剂 2-30％

所述的引发剂由过氧化物中的引发剂A、引发剂C、引发剂TBHP、引发剂DTAP、引发剂DCP组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

所述的氧化剂由硝化物中的硝酸Y-甲基丁酯、硝酸2-乙基己酯、硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

所述的活化剂由乳化剂中的氟碳表面活性剂、吐温80、乳酸丁酯、斯盘80、脂肪酸甲酯组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

所述的清洁剂由清净分散剂中的氨基酰胺、聚异丁烯琥珀酰胺、聚异丁烯胺、聚异丁烯基丁二酰亚胺、聚醚胺组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

所述的减摩剂由润滑剂中的氧化大豆油、氧化棉籽油、氧化蓖麻油、氧化菜籽油、氧化茶籽油组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

本发明的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其制备和使用方法如下：

可按以上各组分重量百分比，将引发剂、氧化剂、活化剂、清洁剂、减摩剂分别加入到由大比例甲醇制成的甲醇燃料中；也可先将各组分按重量百分比制成混合物的燃烧剂成品，然后再按0.1-15％的重量加剂比例添加到由大比例甲醇制成的甲醇燃料：甲醇汽油、微乳醇汽油、甲醇生物汽油、甲醇柴油、微乳醇柴油、甲醇生物柴油及醇基燃料中。

以上引发剂A、引发剂C、引发剂TBHP、引发剂DTAP、引发剂DCP是过氧化物的国家统一商品名，国内已大量生产，在国内化工市场均可购到。其它氧化剂、活化剂、清洁剂、减摩剂中的各组分原料均属国家正规化工产品，在国内化工厂、化工公司均有生产的成品出售。

本发明的技术方案其主要优点如下：

(1)、克服甲醇冷点火和自发火困难。解决这一问题的方法是甲醇燃料中添加了具有催化燃烧功能的过氧化物引发剂和硝化物。过氧化物引发剂有弱的-O-O-键，硝化物存在弱的RO-NO₂键，二者分解速率相似，较低温度下均可分解产生具有催化燃烧的活性自由基，使甲醇催化燃烧反应在较低温度下引发，进而改善发动机着火性能，其反应机理如下。

甲醇的分解与氧化机制其链引发反应有：

①、CH₃OH+M＝CH₃+OH+M

②、O₂+M＝O+O+M

③、CH₃OH+O₂＝CH₂OH+HO₂

由于反应③的速率比其它两个反应高出5个量级以上，因而是主要的链引发反应，其链传递反应主要有：

CH₃OH+HO₂＝CH₂OH+H₂O₂

CH₂OH+O₂＝CH₂O+HO₂

CH₂O+HO₂＝HCO+H₂O₂

HCO+O₂＝CO+HO₂

因此，甲醇在800-900K温度范围内的热点火是由链反应动力学支配，在毫秒级延迟期内进行着具有化学反馈的自催化反应，其反应路线是：

计算结果也表明CH₂O、H₂O₂、CO是点火延迟期内反应的主要产物。

过氧化物引发剂和硝化物的热分解特性与甲醇有很明显的区别，在500K时便开始分解，750K时的半衰期仅有13μs，甲醇中加入微量的过氧化物引发剂和硝化物，与空气混合物便可自发点火。因此引发剂匹配硝化物的热效应是对甲醇点火过程的一种明显的贡献，以引发剂为例，其分解反应式为：

(CH₃)₃COOC(CH₃)₃→2(CH₃)₂CO+2CH₃

甲基与甲醇的反应

CH₃OH+CH₃＝CH₂OH+CH₄

引发剂之速率远远大于甲醇氧化的链引发反应。因此能使链反应在明显低的温度下进行而大大降低冷点火和自发火的温度。

(2)、提高甲醇燃速和动力，具有节油功效。氧化剂中的硝化物，其分子结构由R、NO₂两个功能团组成，化学反应活性高，在甲醇催化燃烧过程中易产生自由基，促进连锁反应，提高甲醇催化燃烧反应速度和火焰传播速度，增加每一循环燃烧过程中的发热量，使甲醇催化燃烧的化学能释放得更完全、彻底，从而显示很好的节油效果。过氧化物引发剂在低温下可分解生成能起催化燃烧反应的甲基自由基和羟基自由基，并同时释放出热量，因此加速甲醇催化燃烧干净，能缩短燃烧时间，提高燃烧效率。使得过氧化物引发剂只在不足微秒的时间内便分解、氧化完毕。这种双向高效催化甲醇燃烧技术，可使发动机油耗降低，功率和动力性及扭矩得到提高。

(3)、降低甲醇燃烧废气，有利保护环境。甲醇中加入过氧化物引发剂和氧化剂中的硝化物后，汽缸内某些燃烧点的温度能达到NOx的分解温度1000℃以上，因此，NO₂和NO都存在转化为无害的H₂O、CO₂、N₂和O₂的条件，燃烧废气排放的有害成分NOx总趋势是减少的。由于引发剂和硝化物的高热值和强氧化性特征，HC和CO的排放也减少。另外过氧化物引发剂和氧化剂中的硝化物在甲醇催化燃烧中，有着帮助燃料氧化燃烧的作用，这种氧化助燃的功能，进一步促进催化HC和CO在燃气的高温下充分燃烧，从而降低其排放。

(4)、减少甲醇对金属腐蚀和橡胶溶胀。活化剂中的乳化剂能有效的降低甲醇燃料的表面张力，增强甲醇的表面活性，改善燃料的分散性，使甲醇燃料雾化更充分，进一步促进催化燃烧提高燃烧速率和燃烧效率。在实现提高引擎动力和节约燃料的同时，还可在极低的浓度下有效的抑制金属腐蚀和橡胶溶胀。这是因为活化剂中的乳化剂具有两性基因，通过亲醇极性基团和亲油非极性基团的协同作用，对金属和固体橡胶表面能产生很强的吸咐作用，形成一层牢固的保护膜。吸咐时，极性端在金属和橡胶表面吸附，非极性端向外，与甲醇燃料相连接，这样就阻止了甲醇燃料的侵入，能有效的减少金属腐蚀和橡胶溶胀。

(5)、改善燃烧室积炭，对发动机起到清洁作用。清洁剂中的清净分散剂为含极性基团和非极性基团的双性化合物，其非极性基团(如聚异丁烯基团等)优先吸附在金属或离子表面，防止了粒子的集聚沉积或在金属表面粘附，清洁剂主要起清净作用，而分散剂烃基还有屏蔽作用，使细小粒子吸附其中进入燃烧室与甲醇一同燃烧。清洁剂能将已吸附在部件表面的积炭洗涤下来，分散和悬浮在甲醇燃料中，并通过过滤器除去，从而使发动机活塞及其它零部件的金属表面保持清洁。

(6)、增强甲醇的润滑性，减少发动机磨损。减摩剂组分中的氧化植物油具有高度的润滑分散和节能减摩作用。同时高温燃烧时充分完全，不易产生积炭。这种特性能有效的减少和克服甲醇自身缺乏润滑性产生对燃烧室的磨擦、磨损，尤其是有助于减少排气阀的磨损，提高气缸的密封性。同时又可避免目前普遍使用的甲醇润滑剂蓖麻油高温燃烧时产生积炭的问题。

(7)、无灰催化燃烧，燃烧后清洁干净无残留。现有助燃剂技术中，普遍使用有灰的金属化合物，存在着燃烧后金属氧化物残留在燃烧室内，对发动机造成磨损。同时还增加了重金属颗粒的排放，造成二次污染。而本发明的催化燃烧剂是属于无灰型的，不含有任何金属化合物及造成危害发动机的硫、磷、氯等非金属化合物，燃烧后无残留，是一种绿色环保新型的大比例甲醇催化燃烧剂，在极大的起到对大比例甲醇催化燃烧的同时，又能产生节能减排的积极效果。

以上各组分达到相互匹配、相互效应、互相促进，共同起到对大比例甲醇催化燃烧的理想效果。

四、具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明不局限于这些实施例。

实施例1

一种大比例甲醇催化燃烧剂，其组分及重量百分比如下：

引发剂 3％

氧化剂 90％

活化剂 1％

清洁剂 4％

减摩剂 2％

其中：引发剂为引发剂A；氧化剂为硝酸Y-甲基丁酯；活化剂为氟碳表面活性剂；清洁剂为氨基酰胺；减摩剂为氧化大豆油。

一种大比例甲醇催化燃烧剂其制备和使用方法如下：

可按以上各组分重量百分比，将引发剂A、硝酸Y-甲基丁酯、氟碳表面活性剂、氨基酰胺、氧化大豆油分别加入由大比例甲醇制成的甲醇燃料中；也可先将各组分按重量百分比制成混合物的燃烧剂成品，然后再按0.1％的重量加剂比例添加到由大比例甲醇制成的甲醇燃料：甲醇汽油、微乳醇汽油、甲醇生物汽油、甲醇柴油、微乳醇柴油、甲醇生物柴油及醇基燃料中。

实施例2

一种大比例甲醇催化燃烧剂，其组分及重量百分比如下：

引发剂 17％

氧化剂 70％

活化剂 5％

清洁剂 2％

减摩剂 6％

其中：引发剂为引发剂C；氧化剂为硝酸2-乙基己酯；活化剂为吐温80；清洁剂为聚异丁烯琥珀酰胺；减摩剂为氧化棉籽油。

制备和使用方法同实施例1，加剂比例为1％。

实施例3

一种大比例甲醇催化燃烧剂，其组分及重量百分比如下：

引发剂 9.5％

氧化剂 40％

活化剂 20％

清洁剂 0.5％

减摩剂 30％

其中：引发剂为引发剂TBHP；氧化剂为硝基甲烷；活化剂为乳酸丁酯；清洁剂为聚异丁烯胺；减摩剂为氧化蓖麻油。

制备和使用方法同实施例1，加剂比例为3％。

实施例4

一种大比例甲醇催化燃烧剂，其组分及重量百分比如下：

引发剂 30％

氧化剂 20％

活化剂 15％

清洁剂 10％

减摩剂 25％

其中：引发剂为引发剂DTAP；氧化剂为硝基乙烷；活化剂为斯盘80；清洁剂为聚异丁烯基丁二酰亚胺；减摩剂为氧化菜籽油。

制备和使用方法同实施例1，加剂比例为5％。

实施例5

一种大比例甲醇催化燃烧剂，其组分及重量百分比如下：

引发剂 50％

氧化剂 4％

活化剂 10％

清洁剂 8％

减摩剂 28％

其中：引发剂为引发剂DCP；氧化剂为硝基丙烷；活化剂为脂肪酸甲酯；清洁剂为聚醚胺；减摩剂为氧化茶籽油。

制备和使用方法同实施例1，加剂比例为8％。

实施例6

一种大比例甲醇催化燃烧剂，其组分及重量百分比如下：

引发剂 40％

氧化剂 30％

活化剂 12％

清洁剂 6％

减摩剂 12％

其中：引发剂为引发剂A、引发剂C、引发剂TBHP、引发剂DTAP、引发剂DCP以1∶1∶1∶1∶1均等比例的混合物；氧化剂为硝酸Y-甲基丁酯、硝酸2-乙基己酯、硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷以1∶1∶1∶1∶1均等比例的混合物；活化剂为氟碳表面活性剂、吐温80、乳酸丁酯、斯盘80、脂肪酸甲酯以1∶1∶1∶1∶1均等比例的混合物；清洁剂为氨基酰胺、聚异丁烯琥珀酰胺、聚异丁烯胺、聚异丁烯基丁二酰亚胺、聚醚胺以1∶1∶1∶1∶1均等比例的混合物；减摩剂为氧化大豆油、氧化棉籽油、氧化蓖麻油、氧化菜籽油、氧化茶籽油以1∶1∶1∶1∶1均等比例的混合物。

制备和使用方法同实施例1，加剂比例为15％。

将本发明的大比例甲醇催化燃烧剂产品，用于甲醇汽油中，经国家石油产品监督检验中心检验，其质量达到中华人民共和国GB/T23799-2009M85车用甲醇汽油国家标准；用于甲醇柴油中，经中国矿井采掘机械质量监督检验中心台架试验，其节油5-15％，发动机尾气HC、CO、NOx等有害物质减少10-64％，烟度值降低1.1波许单位，功率、油耗与天然柴油相比无明显变化，结论为：该甲醇混合柴油研制成功的，可以推广使用；用于醇基燃料中，经河南省节能及燃气具产品质量监督检验站检验，其质量达到中华人民共和国GB16663-1996醇基液体燃料国家标准。因此，本发明的一种大比例甲醇催化燃烧剂，对大比例甲醇催化燃烧效果显著，其配方科学合理、配比适中、加剂比例得当，对推广大比例甲醇催化燃烧技术起到重要作用，具有普遍推广意义。

Claims

1.一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是由以下重量百分比组分组成：

引发剂乳3-50％

氧化剂乳4-90％

活化剂乳1-20％

清洁剂乳0.5-10％

减摩剂乳2-30％

2.根据权利要求1所述的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是所述的引发剂由过氧化物中的引发剂A、引发剂C、引发剂TBHP、引发剂DTAP、引发剂DCP组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是所述的氧化剂由硝化物中的硝酸Y-甲基丁酯、硝酸2-乙基己酯、硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是所述的活化剂由乳化剂中的氟碳表面活性剂、吐温80、乳酸丁酯、斯盘80、脂肪酸甲酯组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是所述的清洁剂由清净分散剂中的氨基酰胺、聚异丁烯琥珀酰胺、聚异丁烯胺、聚异丁烯基丁二酰亚胺、聚醚胺组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

6.根据权利要求1所述的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是所述的减摩剂由润滑剂中的氧化大豆油、氧化棉籽油、氧化蓖麻油、氧化菜籽油、氧化茶籽油组成，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

7.根据权利要求1所述的一种大比例甲醇催化燃烧剂，其特征是制备和使用方法如下：

可按以上各组分重量百分比，将引发剂、氧化剂、活化剂、清洁剂、减摩剂分别加入到由大比例甲醇制成的甲醇燃料中；也可先将各组分按重量百分比制成混合物的燃烧剂成品，然后再按0.1-15％的重量加剂比例，添加到由大比例甲醇制成的甲醇燃料：甲醇汽油、微乳醇汽油、甲醇生物汽油、甲醇柴油、微乳醇柴油、甲醇生物柴油及醇基燃料中。