CN103119136A - 柴油添加剂 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种柴油添加剂及其合成方法。所述柴油添加剂可用在包括轿车与卡车的内燃机中，其降低了燃料消耗和污染物排放，同时增强了动力。

Description

柴油添加剂

相关申请的交叉引用

本申请要求以申请日为2010年7月1日的美国临时申请61/360,880为优先权，该申请的内容在此全部并入本申请。

技术领域

本发明涉及用于与柴油一起使用的添加剂，尤其涉及内燃机中使用的柴油。

背景技术

柴油的使用已有很长的时期，当在内燃机中使用时，柴油相比汽油具有许多优点。然而，柴油的性能和特点仍有待改善。柴油在燃烧时会带来明显的污染，包括微粒的排放。因此，寻求一种能最小化其负面效应、同时提高柴油的燃烧能效的方法将是有益的。

发明内容

本发明的一些实施例旨在提供一种用于与柴油一起使用的新型添加剂。该添加剂在与内燃机、包括汽车中使用的柴油化合使用时具有许多益处。这些益处包括但不限于：减少燃烧副产品的排放、例如二氧化碳、硫和其它污染物，同时降低柴油的消耗。

本发明的实施例在用作柴油添加剂时，可用于轿车、卡车、发电机和其它使用内燃机的机器。所述添加剂与普通燃料系统相兼容，无需在使用前针对某一发动机作任何调整。

附图说明

图1展示了描述用于生产本发明一个实施例的合成工艺的流程图。

具体实施方式

本发明包括使用多步骤工序而合成的一种或多种化合物。所述一种或多种化合物通过该合成工序制得，通常为粉末或凝胶形式，构成可添加至柴油中的添加剂，包括矿物柴油和生物柴油；当然，该添加剂也可添加至无铅汽油或其它类型的燃料中。如以下将详述的，与无添加剂的柴油相比，这种添加剂在柴油燃烧时提供了多种优点和益处，例如在内燃机中。

参见图1，用于合成和制备柴油添加剂的工序涉及多个步骤，且最终产物之前的多种前体化合物已生成。在一个实施例中，可根据下表I按比例添加合成工艺中使用的原料，其中所标示的百分比是基于添加至柴油添加剂中的全部原料来计算的。

所述合成工艺涉及锰化合物的使用，优选地为二氧化锰，更优选地为粉末形式的二氧化锰矿石。所述二氧化锰矿石可从多种来源获取。一种优选的来源是印度产的二氧化锰矿，其二氧化锰质量分数或纯度可达78%。矿石质量分数或纯度的差异是可以接受的，例如，±2%、 ±5%、±8%、±10%、±12%、±15%、或±20%。应当注意，矿石用量优选地应调整为能够保持表I中的二氧化锰百分比。尽管一些实施例中二氧化锰矿石的用量占43%或约43%，然而根据下表I，其它用量也是适当的，例如在约42-44%、40-46%、35-50%、25-50%、或5-60%之间的范围内。

接着，将丙二酸二乙酯（Diethyl malonate, DEM）添加至矿石中。DEM的用量可在从刚够与矿石混合的量到约占20%之间变动，当然，在一些实施例中，用量为9%、约9%、约8-10%、6-12%、或5-15%。在混合时，对混合物进行加热，在一些实施例中仅稍微加热至例如75-120°F或至95°F。这可在例如蒸汽锅炉中实现。随后继续混合以一段相对较短的时间，例如约25-105分钟，或约65分钟。所得化合物是化合物I，其可呈现浅褐色或褐色。

随后，将硅石添加至化合物I中，混合以一段相对较短的时间，例如约5到55分钟，或约25分钟。也可使用其它硅化合物，包括硅酸盐和硅。一些例子中硅石的用量可在不超过20%的范围内，或不超过10%，或者有时在约5-10%之间，或约3.5%。在混合时，优选地对混合物进行加热，例如从80 °F加热至130 °F，或至95 °F。当冷却至室温、例如60°F到75°F之间时，得到的混合物形成中性凝胶，或化合物II。该化合物II通常呈现极浅的褐色或沙土色。接着，将化合物II与碳酸盐混合，例如粉末形式的碳酸钠，并加热或不加热（例如，在室温下）以一段较短时间，例如约5到60分钟、如约15分钟，以形成化合物III，其呈现红色或带红色的色彩。所述碳酸钠可占例如约7%、5-15%之间、或不超过20%、15%或10%。

下一步，添加碱、例如氢氧化钠水溶液这样的强碱并与化合物III混合，在一些实施例中氢氧化钠水溶液的浓度为48%、45-50%、40-60%或30-70%。所述混合物优选地在相对较低的温度、例如60°F到75°F室温下混合以一段短时间，例如5到45分钟或35分钟。氢氧化钠的百分比可以是例如1%到10%之间、或1%到5%之间变化，但优选地是约2.5%。在该时刻，形成了粉末状的化合物IV，通常为微红色或带红色的色彩。

接着，将褐煤粉末添加至化合物IV中，并混合以一段相对短的时间，例如1到15分钟，或10分钟。尽管优选的是使用褐煤粉末，然而其它碳氢化合物和碳化合物、例如无烟煤或其它等级的煤也适于使用。在一些实施例中，所述混合可在室温或其它类似低温下进行，例如在60°F到75°F之间或不超过75°F。优选地，褐煤粉末的等级较高，例如高于55%、60%、65%、70%、75%或更高，可从印度获取。已发现，55% ± 1.2%等级的褐煤粉末的表现可合人意，当然也可使用其它等级的褐煤。优选地，褐煤的颜色为黑色。所添加的褐煤的重量占最终产品的1-20%，例如在5-10%之间或为3%。接着，将酶、例如一种、两种或多种氧化还原酶、包括脱氢酶或氧化酶，添加至上述混合物中。所述酶优选地包括EC 1.18酶（作用于铁硫蛋白的、用作供体的酶）和EC 1.1酶（作用于CH-OH供体团的酶）。

所述EC编号对应于酶学委员会（Enzyme Commission）建立的分类命名法，已由国际生物化学与分子生物学联盟（International Union of Biochemistry and Molecular Biology）于1992以酶命名法（Enzyme Nomenclature）出版[Academic Press, San Diego, California, ISBN 0-12-227164-5 (hardback), 0-12-227165-3 (paperback)] with Supplement 1 (1993), Supplement 2 (1994), Supplement 3 (1995), Supplement 4 (1997) and Supplement 5 (in Eur. J. Biochem. 1994, 223, 1-5; Eur. J. Biochem. 1995, 232, 1-6; Eur. J. Biochem. 1996, 237, 1-5; Eur. J. Biochem. 1997, 250; 1-6, and Eur. J. Biochem. 1999, 264, 610-650; respectively)]，其全部内容在此以引用方式并入。EC 1.1酶可包括那些以NAD或NADP为受体的酶（EC 1.1.1，例如酒精脱氢酶）、以细胞色素为受体的酶（EC 1.1.2，例如乳酸脱氢酶）、以氧为受体的酶（EC 1.1.3，例如醇氧化酶）、以二硫化物为受体的酶（EC 1.1.4，例如维生素K环氧还原酶）、以奎宁或类似化合物为受体的酶（EC 1.1.5，例如醌蛋白葡萄糖脱氢酶）、或具有其它受体的酶（EC 1.1.99）。EC 1.18酶可包括例如红素氧还蛋白-NAD+还原酶、铁氧化还原蛋白-NADP+还原酶、铁氧化还原蛋白-NAD+还原酶、红素氧还蛋白-NAD(P)+还原酶或固氮酶。这些酶可从例如供应商Advanced Enzyme Technologies Ltd. (塞恩，印度)或Microgenix Specialities Pvt. Ltd. (古吉拉特邦，印度)处购买。

在一些实施例中，EC 1.18酶占产品的9%或约9%，EC 1.1酶占产品的8%或约8%。然而，这些酶每一种都可在例如小于约25%、20%、15%、12%或10%的范围内使用。将混合物相组合，置于如室温、例如60 °F到75 °F之间或低于75 °F的相对低温中，直至充分混合。所述混合物形成粉末状化合物V，其可呈现白色、灰白色或浅黄色。在这一阶段，除其它之外，所述粉末可用作柴油添加剂。

可选地，将液态的螯合剂、例如二亚乙基三胺五乙酸（DTPA），与液态的极性非质子溶剂、例如二甲基甲酰胺（DMF）混合在一起，优选地各占的量近似相等。其它可使用的螯合剂包括乙二胺四乙酸二钠（EDTA）。其它可使用的极性非质子溶剂包括二甲亚砜（DMSO）。如下表I所列，在一个实施例中，DTPA与DMF一起优选地占最终产品的15%，其中二者各占7.5%。尽管如此，这些比例也可以改变：通过将DTPA或DMF减少2%、3%、3.5%、4%或5%，只要相应的DMF或DTPA的量增加、使两种物料的总量约占15%即可；当然，在其它实施例中，总量可在例如约12-18%、10-20%或5-25%之间。可将该DTPA/DMF混合物添加至化合物V中，并混合直至凝胶形成。得到的凝胶为柴油添加剂的另一种形式，其可以与粉末相同的方式使用。

下表I列出了可用于生成由上述工艺制得的柴油添加剂的原料的非限制性例子。其中的百分比表示添加以生成最终产品的每种原料可能优选的质量。在上述工艺中，可列出纯度或质量值，而以下所列的百分比是基于使用给定纯度的原料的。因此，如果某给定原料的纯度不同，则可调整原料的用量。也可使用说明书其它处描述的百分比或范围值，具体取决于想要的结果。最终产品也可包括一些其他化合物，例如稀释剂，而以下所列的百分比不包括那些其它化合物的比例。

表I

 在不受制于理论约束的情形下，根据上述工艺生产的柴油添加剂一旦与柴油混合后，将被认为能通过与燃油中的硫发生反应而产生作用。这形成了第一中间化合物。当该第一中间化合物与燃油中存在的酚类化合物混合后，生成了第二中间化合物。接着，当柴油燃烧时，典型地是在内燃机中，该第二中间化合物的存在使柴油更清洁地燃烧，污染物较少。同时，这些中间化合物的存在可提供额外的能量，降低燃油消耗。

为使用该柴油添加剂，将一定量的柴油添加剂加至柴油的油箱中。仅需要少量的柴油添加剂便能获得良好的效果。例如，每一美制加仑柴油中添加1克柴油添加剂便已足够。类似地，每一美制加仑柴油添加约1.2克柴油添加剂凝胶便足已够。在另一实施例中，向每一美制加仑柴油中添加不超过10克、9克、8克、7克、6克、5克、4克、3克、2克、1.8克、1.6克、1.4克、1.2克、1克或更少的柴油添加剂凝胶或粉末，以提高柴油的性能。所述柴油添加剂可以以粉末（上述工艺制得的化合物V）或凝胶形式添加。粉末和凝胶形式的产品都可提供在适于添加至柴油的释液中。

以下是证实上述柴油添加剂的使用和效果的实验结果。

实施例1

专业测试服务机构（Rod’s Truck Repair, 位于加利福尼亚州圣泉）使用上述的柴油添加剂，对一辆1992年的6.2L中型GMC柴油机卡车进行了测试。该卡车的基准燃料消耗为每加仑15.1英里。为测试该添加剂，将添加剂与两加仑雪佛龙（Chevron）柴油混合，接着添加至泵入卡车的另外25加仑柴油中。

随后，在典型的停车-行车交通路况中对该卡车进行总长419英里的测试。在该里程点上，卡车油箱中的燃料耗竭，共消耗了23加仑带添加剂的柴油。得到每加仑18.2英里的燃料消耗，燃料里程增加了20.5%。另外，还测试了排放量。一氧化氮排放量减少了26%，且排烟浊度减低了40%。

实施例2

上述测试服务处还对2005年的沃尔沃拖拉机进行了长途里程测试，该拖拉机的基准柴油消耗为每加仑5.24英里，基准排烟浊度为5.35%。该拖拉机行驶了超过6439英里（包括在山区）；在对多箱带添加剂的燃料进行计算后，得到平均燃料消耗为每加仑7.61英里。测得的排烟浊度为2.02%。这使燃料里程增加了45%，排烟浊度减低了62%。

实施例3

对一辆2007年的彼得比尔特牌（Peterbilt）拖拉机进行了类似于实施例1的测试，该拖拉机的基准燃料消耗为每加仑5.84英里，基准排烟浊度为10.6。在使用柴油添加剂后，计算得到的平均燃料消耗为每加仑8.88英里，排烟浊度为8.61。因此，燃料里程增加了52%，排烟浊度减低了19%。

尽管详细描述了本公开的特定实施例，然而特定的变形例和修改例对本领域技术人员来说都是显而易见的，包括那些未提供在此描述的全部特征和优点的实施例。本领域技术人员应当理解，本公开超出了具体公开实施例的范围，延伸至其它替代性或附加性实施例和/或使用，以及显而易见的修改例和等同方式。另外，尽管展示了描述了多个变形例的不同细节，然而，基于本公开的内容，本公开范围内的其它修改例对本领域技术人员来说都是显而易见的。还可理解，可对实施例的具体特征和各方面作出的各种组合或子组合，这些仍落在本公开的范围内。相应地，应当理解，所公开实施例的各特征和方面可相互组合或替代，以形成本公开的不同模式。因此，本公开的范围意在不被上述所公开的特定实施例而限制。对于上述所有实施例，任意方法中的步骤无需按顺序进行。

Claims (19)

1.一种合成燃料添加剂的方法，该方法包括如下步骤：

使锰化合物与丙二酸二乙酯化合，以形成第一化合物；

将硅化合物添加至第一化合物中，以形成第二化合物；

将碳酸盐添加至所述第二化合物中，以形成第三化合物；

将强碱溶液与所述第三化合物混合，以形成第四化合物；以及

将粉末状褐煤添加至所述第四化合物中，随后添加一种或多种EC 1.18酶和EC 1.1酶并混合，以形成燃料添加剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：先将螯合剂和极性非质子溶剂混合在一起，随后与所述燃料添加剂化合，以形成燃料添加剂凝胶。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述螯合剂包括二亚乙基三胺五乙酸，所述极性非质子溶剂包括二甲基甲酰胺，且所述螯合剂和所述极性非质子溶剂的量占燃料添加剂凝胶的15%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第一化合物是由二氧化锰矿石与丙二酸二乙酯混合在一起、并加热至75 °F 到120 °F之间的温度而形成的。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述二氧化锰矿石约占燃料添加剂凝胶的43%，所述丙二酸二乙酯约占燃料添加剂凝胶的9%，所述燃料添加剂凝胶是通过将所述燃料添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂相混合而制得的。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二化合物是由硅石与所述第一化合物混合在一起、并加热至80 °F到130 °F之间的温度而形成的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述硅石约占燃料添加剂凝胶的3.5%，所述燃料添加剂凝胶是通过将所述燃料添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂相混合而制得的。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第三化合物是由碳酸钠与所述第二化合物在室温下混合在一起而形成的。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述碳酸钠约占燃料添加剂凝胶的7%，所述燃料添加剂凝胶是通过将所述燃料添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂相混合而制得的。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第四化合物是由氢氧化钠水溶液与所述第三化合物在室温下混合在一起而形成的。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：所述氢氧化钠溶液约占燃料添加剂凝胶的2.5%，所述燃料添加剂凝胶是通过将所述燃料添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂相混合而制得的。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述EC 1.18酶约占燃料添加剂凝胶的2.5%，所述EC 1.1酶约占燃料添加剂凝胶的8%，所述燃料添加剂凝胶是通过将所述燃料添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂相混合而制得的。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述褐煤约占燃料添加剂凝胶的3%，所述燃料添加剂凝胶是通过将所述燃料添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂相混合而制得的。

14.一种制备改进了的柴油的方法，该方法包括如下步骤：

获取一定量的柴油；以及

将柴油添加剂与所述柴油相混合，所述柴油添加剂包括锰化合物、丙二酸二乙酯、硅化合物、碳酸盐、强碱溶液、褐煤和至少一种酶。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：每一美制加仑的柴油中添加不超过约1克的所述柴油添加剂。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：所述柴油添加剂在与所述柴油混合之前，先与额外的稀释液相混合。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于：先将柴油添加剂与螯合剂和极性非质子溶剂混合而形成凝胶形式的柴油添加剂，然后再将该凝胶形式的柴油添加剂添加至所述柴油中。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：每一美制加仑的柴油中添加不超过约1.2克凝胶形式的柴油添加剂。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于：在与柴油混合之前，先将所述凝胶形式的柴油添加剂与另外的稀释液相化合。

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