CN103965973A - 发动机用富氧燃料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机用富氧燃料，由不含活泼氢的含氧有机物和添加剂混合构成：其中不含活泼氢的含量有机物包括但不限于酮类物质，醚类物质，酯类物质和缩醛类物质；其中酯类物质含量为0％到99.99％，其他物质的含量为0％到100％；其中添加剂含量0％到10％；本产品可单独使用，也可以和化石燃料以及醇基燃料按照任意比例混合使用，并且可提高其燃烧质量。本发明所涉及的富氧燃料具有燃烧充分，对环境、人体和发动机友好的特点，成本低廉，是替代现有化石能源的理想燃料。

Description

发动机用富氧燃料

所属领域

本发明涉及能源领域一种发动机用富氧燃料

背景技术

自1876年，德国科学家开发出第一台煤气四冲程内燃机开始，经过近一个半世纪的发展，民用内燃机基本形成了以柴油机为代表的压燃式发动机和以汽油机为代表的点燃式发动机。随之伴生的是石油行业的飞速发展。2012年世界五百强企业中，前十位的企业除了沃尔玛和丰田汽车，其他八家全部为能源企业，而其中七家在从事石化行业。事实上，石油企业已经控制了世界的经济发展，原油价格已经成为几乎世界所有产品价格的制约因素。

为了摆脱这种尴尬的局面，世界上每个国家都在努力原油的影响。众多煤炭企业在开展煤炭液化产业，目前中国部分船用低速柴油机已经开始以精炼煤焦油作为代替燃料；但是作为车用燃料，煤焦油还有很长的路要求，但是对于自然环境污染而言，煤焦油绝对不逊于原油，而且有过之而无不及。需要注意的是，煤炭的储量也是有限的，摆脱不了效应罪魁祸首的角色。巴西甘蔗资源丰富，利用甘蔗渣生产乙醇作为汽车燃料已经推广开来。但是并不是每个国家都具有这样的条件，而且常规汽车直接燃用乙醇难上加难；如果不进行改造，目前只能做到在燃料中少量添加，少量水存在即可引起相分离，对车辆的危害也是避免不了的因素。

理想的生物燃料应该具有以下特征：

1原材料可再生

化石能源的缺陷在于其不可再生性，如果我们获得了一种替代能源，这种能源依然是一次性能源，一旦消耗短期内不再产生，那么这种能源的替代价值就不存在。因此我们开发的能源，其原材料应该是自然界广泛存在，消耗后短期内可重新生成。其次是原材料不能是和人类生存相关的物质，例如粮油。我们可以利用风能发电，可以利用核能发电，当然也可以利用太阳能发电，但是电力作为远途运载工具的动力还需要很长的路走，而且基础设施投入也不适合迅速推广的要求。所以我们仍然需要新产品。

2生产工艺简单

炼油过程包括原油脱水、脱盐、脱蜡、脱酸、脱硫的前处理过程；之后经过初次蒸馏、催化裂解、精馏分离、二次脱硫、脱色等工艺产出半成品燃料；半成品再经过调酸，辛烷值、十六烷值、金属腐蚀性、橡胶腐蚀性、抗爆性、低温流动性、氧化安定性等调节，之后才能成为成品油销售。其中每一个步骤都需要专业的基础知识，每一批原油都需要重新调整方案。这些不是一般民营企业能够完成的工作，几千万元的资金对于合格的炼油企业而言，根本解决不了建设问题；

和目前炼油企业动辄上亿元的投入相比，替代能源应该是投资少见效快的产业。更重要的是原有的开采是一个复杂的工程，即便我们建立了合格的炼油企业，我们也不能轻易获得原料资源。新的能源必须是原材料简单易得的产品，而且应该是小规模建设即可达到合格要求的产业；是生产工艺应尽可能简单，一般经过中等教育的人员通过简单培训即可掌握必要技术参加生产的产业；应该是一个投入资金在百万级至多千万级即可规模化生产的产业

3对环境友好

化石能源燃烧往往不充分，表现为排烟，这是城市车辆集中区可吸入颗粒物的主要来源，这些颗粒物进入人体后会不能够代谢，会产生类似尘肺的影响，近似于吸烟。化石能源含硫，经过燃烧后以二氧化硫的形式排放到空气中可形成酸雨，引起建筑寿命缩短，植物枯萎等。所以欧洲排放标准从欧I到欧VI，中国排放标准从国I到国V，其主要关注的指标就是尾气硫含量。所以新能源应该具有不含硫、接近充分燃烧或者燃烧产物可自然降解。

4对车辆友好

化石燃油的硫元素的存在影响的不仅仅是大气；二氧化硫从气缸中生成，经过排气门，排气催化器才能够进入大气中；期间所经过任何部位都要接受二氧化硫的考验。所以降低硫含量对车辆的寿命具有极大地帮助，这是对新能源最主要的要求。但是我们也应该看到，和目前众多的调和燃料相比，至少在很多方面具有其优势，化石燃油对油路油耗，和润滑油混合良好。醇具有相对酸性，对有色金属和铁具有潜在的腐蚀性；醇油混合成为乳状，严重乳化会造成气缸和活塞粘附报废，所以新能源必须避免这些危害。

6对人体友好

化石燃油本身具有其不可降解性，其本身含有芳香族化合物，这些化合物是致癌的因素之一。化石燃料需要众多的添加剂，比如目前石化汽油常用的抗爆剂MMT，其本身是锰系化合物，燃烧以后锰不能消失，而是直接排放到空气中。被人吸收直接危害中枢神经系统，引起神经衰弱综合征和植物神经紊乱；严重时可引起帕金森综合征和中毒性精神病，这种影响对体质较弱者，尤其是老年人尤其明显。

6广泛适应性

化石能源主要为碳氢化合物，其自身性质和分子量决定了化石燃料必然的特征，比如随着分子量的扩大，出现十六烷值升高，冷滤点降低的趋势。所以在柴油机中燃烧的柴油，必然会出现冬季凝结的特征；而将汽油等低凝点燃料加入到柴油机，因为其十六烷值较低，必然产生低温启动性差，甚至完全不能运转的情况。所以理想的替代燃料应该是一种在任何气候条件下都可以正常使用的燃料，尤其对于柴油型燃料而言尤其明显。

目前我们所了解到的产品，比如甲醇汽油和乙醇汽油并没有脱离化石汽油的基础，尚谈不上替代能源。在这里我们需要注意到甲醇发动机，既往应用于航空模型中，目前有很多科研单位在开发大型甲醇发动机产品，因为腐蚀等原因，距离普及还为时尚早。当然我们目前市场上也出现了燃油改燃气的技术，并且在市场上推广，但是其缺点也比较明显：1动力性能差，起步慢，加速慢；2需要携带高压钢瓶，增加了车重和油耗；3使用危险，泄露不易察觉，易诱发火灾；4现有车辆必须经过改装，对车辆结构造成影响。理想的替代能源应该是一种不需要对发动机进行改装甚至更换发动机的产品。

目前国家知识产权局涉及汽油的发明专利2266篇，涉及柴油的发明专利5070篇，涉及煤油的发明专利87篇，涉及燃料的发明专利17157篇，涉及燃油的发明专利1898篇，通过逐一核对，未发现与本发明类似的燃油技术，通过中国知网、万方数据和维普数据三个主要文件检索引擎，也为发现与本发明类似的燃油技术。因此我们认为有必要对本技术进行开发。

发明内容

本发明涉及的富氧燃料，由不含活泼氢的含氧有机物和添加剂混合构成：其中不含活泼氢的含量有机物包括但不限于酮类物质，醚类物质，酯类物质和缩醛类物质；其中酯类物质含量为0％到99.99％，其他物质的含量为0％到100％；其中添加剂含量0％到10％；本产品可单独使用，也可以和化石燃料以及醇基燃料按照任意比例混合使用，并且可提高其燃烧质量；其中活泼氢是指在有机分子中和非碳原子直接连接的氢原子。

本发明涉及的富氧燃料，其特征是：其中醚类物质为结构为R1-O-R2，其中R1代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15；其中R2代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中的碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15；配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中醚类物质包括但不限于二甲醚，乙醚，丙醚，丁醚，甲乙醚，甲丙醚，甲丁醚，异丁醚，叔丁醚，MTBE，ETBE，TAME；其中优选但不限于可再生醚类物质；其中进一步优选单不限于丁醚。

本发明涉及的富氧燃料，其特征是：其中酯类物质的结构为有机酸酯和无机酸酯，其分子中的碳原子总数量为1到30；其中无机酸酯的无机酸根包括但不限于碳酸根，硝酸根、硅酸根；其中有机酸酯包括但不限于乙酸甲酯，乙酸乙酯、乙酸丙酯，乙酸丁酯，乙酸仲丁酯，草酸二乙酯，草酸二丙酯，草酸二丁酯，己酸甲酯，己酸乙酯，己酸丁酯，己酸仲丁酯；燃料配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中优选但不限于可再生酯类物质；其中进一步优选单不限于乙酸乙酯。

本发明所涉及的富氧燃料，其特征是：其中酮类物质的结构为R1-CO-R2，其中R1代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中的碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15，其中R2代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中的碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15；其中包括但不限于丙酮，丁酮，戊酮，己酮，庚酮，辛酮；燃料配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中优选但不限于可再生酮类物质；其中进一步优选但不限于丙酮。

本发明所涉及的富氧燃料，其特征是：其中缩醛物质为碳原子总数为3到30的缩醛类物质，包括但不限于为甲缩醛，乙缩醛和甲醛酯；燃料配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中优选但不限于可再生缩醛类物质；其中进一步优选但不限于乙缩醛。

本发明所涉及的富氧燃料，其特征是：防腐剂主要用于防止微生物对燃料的降解，防止燃料对金属和橡胶的腐蚀；防腐剂由苯并三氮唑，胺类物质和有机金属盐组成；其中苯并三氮唑含量为0％到10％；其中胺类物质为分子中碳原子数量为1到50到伯胺，仲胺和叔胺类物质组成，可选用其中一种或多种，其总含量为0％到10％，其中进一步优选但不限于由仲胺和叔胺组成，其中进一步优选但不限于由二异丙胺和三乙胺组成；其中有机金属盐为铁，铜和铝的羧酸盐，其含量为0％到10％；其中羧酸的碳原子数为2到20，其中优选但不限于油酸盐。

本发明所涉及的富氧燃料，其特征是：本产品可以和汽油，煤油，柴油混合使用，加入量为1％到100％，其中优选但不限于10％到50％。

本发明所涉及的富氧燃料具有以下优势：

1原材料为农业可再生资源，市场上可采购相关原材料，也可以利用秸秆生产原材料，不限制秸秆类型。

2生产投资少。日产一万吨的富氧燃油的燃油企业，基础建设只需要100到1000万元。

3环境友好。本产品在汽柴油内燃机中均可以接近充分燃烧，正常运转观察不到烟雾，不会形成可吸入颗粒物；本产品不含硫，燃烧尾气不含二氧化硫。尾气排放超过了欧VI标准，类似的国VI标准目前北京地区预计2016年起才会实施。目前排放不达标车辆采用该燃料可轻松通过尾气检验。

4引擎友好。本产品为中性产品，和润滑油混溶性良好，爆发力强，加速时间是常规柴油的三倍，是常规汽油的两倍。

5人体友好。本产品主要成分误饮后，催吐清除未吸收部分即可，被吸收部分机体可完全代谢，并以能量的形式为人体利用。本产品不含芳香族化合物或者其衍生物，不具有致癌倾向。

6适应性好。本产品应用无需变更发动机；冷滤点达到-50度以下；产品和现有化石燃油可按任意比例混用，并且具有消烟助燃功能；经过简单调整，本产品可用于柴油机也可以用于汽油机；燃油标号可根据实际需要调节。

综上所述，我们认为本发明所涉及的富氧燃料完全可替代化石能源，而且在众多方面优于化石能源，是理想的替代产品，具有广阔的市场前景，未来可解决中国甚至世界的能源紧缺问题。本发明所涉及的富氧燃料在多方面不同于化石能源，因此需要根据其自身要求重新制定国家标准。

上述所论及的富氧燃料中不含活泼氢的含氧有机物，为当前化工和能源领域的专业人士所熟知，在其中所涉及化学物质属性所涉及的化合物，其名称可不含有其化学属性名称，同样在本专利所要求权利保护范围。因化学合成工艺原因在富氧燃料中允许可残留含有活泼氢的含氧有机化合物，其允许含量为5％以下，在此范围内的富氧燃料，人工添加和化学残留含活泼氢的有机化合物同样在本专利所保护的权利范围，其中含活泼氢的有机化合物包括但不限于醇类，醛类和酸类物质。

具体实施方式

下面我们通过具体实例对我们所涉及的富氧燃料进行说明，说明内容不构成对本发明所涉及权利的限制。

具体实施方式1富氧柴油

配方为：乙酸乙酯99.0％到99.9％，丁醚0.1％到1.0％，三乙胺0.1到1.0％。富氧燃料冷滤点-80摄氏度，十六烷值为55，柴油机燃烧无烟雾生成，尾气污染物为乙醛，经过碱性溶液过滤或者三元催化器分解可达到国家要求的国V排放标准，发动机不停机运转500小时，油路无异常，既往油污被清洗干净。

具体实施方式2富氧汽油

配方为：乙酸乙酯80.0％到90.0％，甲缩醛10.0％到20.0％，三乙胺0.1到1.0％。富氧燃料研究法辛烷值为90到97，汽油机燃烧无烟雾生成，尾气污染物为乙醛，经过碱性溶液过滤或者三元催化器分解可达到国家要求的国V排放标准，发动机不停机运转500小时，油路无异常，既往油污被清洗干净。

Claims (6)

1.本发明涉及一种发动机用富氧燃料，由不含活泼氢的含氧有机物和添加剂混合构成：其中不含活泼氢的含氧有机物包括但不限于酮类物质，醚类物质，酯类物质和缩醛类物质；其中酯类物质含量为0％到99.99％，其他物质的含量为0％到100％；其中添加剂含量0％到10％；其中活泼氢是指有机分子中和非碳原子直接相连的氢原子；本产品可单独使用，也可以和化石燃料混合使用，混入量为1％到100％，混合燃料也属于本发明专利所保护范围。

2.根据权利要求(1)所描述的发动机用富氧燃料，其特征是：其中醚类物质为结构为R1-O-R2，其中R1代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15；其中R2代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中的碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15；配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中优选但不限于可再生醚类物质；其中进一步优选单不限于丁醚。

3.根据权利要求(1)所描述的发动机用富氧燃料，其特征是：其中酯类物质的结构为有机酸酯和无机酸酯，其分子中的碳原子总数量为1到30；其中无机酸酯的无机酸根可以是但不限于碳酸根，硝酸根、硅酸根；燃料配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中优选但不限于可再生酯类物质；其中进一步优选单不限于乙酸乙酯。

4.根据权利要求(1)所描述的发动机用富氧燃料，其特征是：其中酮类物质的结构为R1-CO-R2，其中R1代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中的碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15，其中R2代表有机官能团，其中包括但不限于烃类物质，醚类物质，酯类物质和酮类物质，其中的碳原子数量为1到20，其中优选但不限于1到15；燃料配制时可选用其中一种，也可以选用其中多种；其中优选但不限于可再生酮类物质；其中进一步优选但不限于丙酮。

5.根据权利要求(1)所描述的发动机用富氧燃料，其特征是：其中缩醛类物质为碳原子总数为3到30的缩醛类物质，其中包括但不限于为甲缩醛，乙缩醛和甲醛酯，可以加入其中一种，也可以加入多种，其加入量为0％到100％。

6.根据权利要求(1)所描述的发动机用富氧燃料，其特征是：添加剂用于防止燃料的自然降解和燃料对金属和橡胶的腐蚀；添加剂由苯并三氮唑，胺类物质和有机金属化合物组成。