CN105156209A - 一种除积碳药剂及其除碳方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种除积碳药剂，包括如下重量组分：分散剂20～40份、水10～30份、金属氧化物催化剂35～65份；所述金属氧化物催化剂为钛、锡、锆、铌中的一种或多种的氧化物。所述金属氧化物催化剂包括如下重量组分：二氧化钛14～22份、氧化锡11～20份、二氧化锆5～13份、五氧化二铌14～25份；本发明还提供了该除积碳药剂的除碳方法。本发明旨在解决现有的积碳消除技术中存在的积碳清除不彻底，以及易对发动机和锅炉造成损伤的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种除积碳药剂及其除碳方法。
背景技术
燃料的不充分燃烧在发动机中产生一种半流体的树枝状胶质，粘附在发动机零件上，在高温的作用下，胶质又聚合成更复杂的聚合物，呈硬质胶结碳，即积碳，积碳的组成成分有易挥发的物质(油、羟基酸)和不易挥发的物质(沥青质、油焦质和碳青质、灰分等)，主要集中在活塞和气门，发动机温度越高，形成的积碳也越紧密。积碳不但占据空间，而且在高温下易产生炙热点，引起早燃和爆震，影响发动机寿命，进一步导致燃料的不充分燃烧，尾气中污染物增多。同理，一些生产厂家的加热锅炉中也会发生积碳的问题，影响燃料燃烧效率和加热效率。
目前，积碳的清除方法主要有：物理清除法，将发动机上的积碳刮除，此种方法很难将积碳清除干净，而且易在金属表面形成划痕；化学清洗法，主要通过化学药剂对发动机进行浸泡，但多数化学清洗剂对发动机本身的金属表面有一定的腐蚀性，而且对积碳也只能产生有限的溶解，浸泡时间较长；汽油添剂：在汽油中添加促进燃烧的添加剂，使汽油充分燃烧，该方法能有效预防积碳的产生，但对于已有积碳的消除效果不明显。
发明内容
针对现有的积碳消除技术中存在的积碳清除不彻底，以及易对发动机造成损伤的问题，提供一种除积碳药剂及其除碳方法，通过金属氧化物催化积碳反应裂解成小分子物质，达到消除积碳的效果，提高发动机的燃烧效率，降低污染物的排放。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
提供一种除积碳药剂，所述除积碳药剂包括如下重量组分：
分散剂20～40份、水10～30份、金属氧化物催化剂35～65份；
所述金属氧化物催化剂为钛、锡、锆、铌中的一种或多种的氧化物。
进一步的，所述金属氧化物催化剂包括如下重量组分：二氧化钛14～22份、氧化锡11～20份、二氧化锆5～13份、五氧化二铌14～25份。
进一步的，所述分散剂为乙二醇。
一种除积碳药剂的除碳方法，包括以下步骤：
步骤一：配制除积碳药剂，通过液体泵使药剂进入加热器；
步骤二：使除积碳药剂雾化；
步骤三：燃烧室处于工作状态，将雾化的除积碳药剂通过进气管通入燃烧室中，进行除积碳反应；
步骤四：停止输送除积碳药剂，燃烧室停止工作，完成除积碳过程。
进一步的，所述步骤三中，开启发动机，使发动机处于怠速运行状态，将雾化的除积碳药剂通入发动机的进气管中，除积碳药剂通过进气管进入到发动机的燃烧室中，进行除积碳反应，积碳经过反应后从排气管排出。
进一步的，所述步骤一中，加热除积碳药剂的温度为230～250℃。
进一步的，所述步骤二中，除积碳药剂雾化的速度为每小时10毫升～30公升。
进一步的，所述步骤三中，除积碳反应持续的时间为10～60min。
本发明公开了一种除积碳药剂，主要成分包括分散剂、水和金属氧化物催化剂，水进入发动机中形成的水蒸气在高温下能够与积碳中的碳氢化合物反应，生成气态可燃分子，加入金属氧化物作为催化剂，提高了水蒸气与积碳的反应速度。同时，本发明通过将该除积碳药剂加热雾化，使得该除积碳药剂拥有初始反应活性，从发动机的进气管接入，有利于进气管的积碳消除，雾化的除积碳药剂有更大的反应接触面积，加快了积碳与除积碳药剂的反应速度，使得积碳清除更加彻底，克服了现有积碳清除技术的局限性，避免了对发动机本身造成损伤，降低了发动机污染物排放。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种除积碳药剂，所述除积碳药剂包括如下重量组分：
分散剂20～40份、水10～30份、金属氧化物催化剂35～65份；
所述金属氧化物催化剂为钛、锡、锆、铌中的一种或多种的氧化物。
本除积碳药剂中包括10～30份的水，水在高温下生成的水蒸气与积碳接触能够促进积碳发生裂解反应，积碳主要包括油、羟基酸和沥青质、油焦质、碳青质、灰分等成分，其中大多数碳氢化合物成分在高温下均能与水蒸气发生反应裂解，其反应机理与通过煤或石油炼制后残留的重质油制取水煤气的反应机理一致，发动机在怠速运行的状态下，燃烧室进行汽油的燃烧产生高温，积碳经过与水蒸气高温反应裂解为分子质量较小的化合物，该化合物再进一步裂解成更小分子质量的物质，最终形成H2和CO，H2和CO为可燃气体，参与到燃烧室的燃烧过程中，达到消除积碳的目的。
在上述反应中，需要加入催化剂来降低反应活化能，推动反应向生成H2和CO小分子气体的方向进行，本发明采用了钛、锡、锆、铌中的一种或多种的氧化物作为催化剂，在金属氧化物的催化下，CO朝生成CO2的方向进行，同时提高H2的生成率，从而推动积碳裂解的进行。
作为进一步的优选方案，所述金属氧化物催化剂包括如下重量组分：二氧化钛14～22份、氧化锡11～20份、二氧化锆5～13份、五氧化二铌14～25份。
二氧化钛，化学式：TiO2，白色固体或粉末状的两性氧化物，二氧化钛具有光催化活性，对大多数有机化合物有催化降解的能力，具有较好的分散能力，比表面积大，化学性质稳定。
氧化锡，化学式：SnO2，是一种重要的半导体材料，具有独特的气敏、光学、电学、催化性质。在水溶液中具有优良的化学稳定性，常用于催化氧化一氧化碳。
二氧化锆，化学式：ZrO2，是锆的主要氧化物，通常状况下为白色无臭无味晶体，难溶于水、盐酸和稀硫酸。可作为碳氢化合物的加氢反应、裂解反应、脱氢反应、加氢脱硫过程的催化剂，表现出较高的活性和选择性，是一种两性催化剂。
五氧化二铌，化学式：Nb2O5，不溶于水，难溶于酸，能溶于熔融硫酸氢钾或碱金属的碳酸盐、氢氧化物中，具备一定的氧化还原能力，能增强用其掺杂或负载的氧化物催化剂的催化氧化活性。
本发明采用了多种不同的金属氧化物来作为积碳清除反应的催化剂，促进了水蒸汽和积碳的反应速度，需要说明的是，本发明采用的二氧化钛、氧化锡、二氧化锆和五氧化二铌本身具备较高的催化活性，在实际操作中，作为进一步优选，还可在金属氧化物催化剂中加入金、钌等金属元素，所述二氧化钛、氧化锡、二氧化锆和五氧化二铌可作为金属元素的载体，载体的结晶性质能够促进金属元素的催化活性，两者相互作用共同促进催化剂活性和稳定性的提高。
本除积碳药剂的分散剂为乙二醇，乙二醇同时具有亲油性和亲水性两种性质，可将上述难溶于水的金属氧化物均一分散到溶液中，形成稳定和悬浊物，避免金属氧化物颗粒的沉降和凝聚。
本发明公开了一种除积碳药剂的除碳方法，包括以下步骤：
步骤一：配制除积碳药剂，通过液体泵使药剂进入加热器，加热除积碳药剂，加热温度为230～250℃；
步骤二：使除积碳药剂雾化，除积碳药剂雾化的速度为每小时10毫升～30公升；
步骤三：开启发动机，使发动机处于怠速运行状态，将雾化的除积碳药剂通入发动机的进气管中，除积碳药剂与进气阀中的积碳进行反应，除积碳药剂通过进气管进入到发动机的燃烧室中，除积碳药剂与燃烧室内的积碳进行反应，积碳松脱消除，积碳经过反应后从排气管排出，除积碳反应持续10～60min；
步骤四：停止输送除积碳药剂，关闭发动机，完成除积碳过程。
与传统将添加剂加入到汽油中不同，本发明将除积碳药剂通过加热和通入气体使其雾化，在气流的带动下从发动机的进气管中进入到发动机中进行反应，将除积碳药剂雾化有利于除积碳药剂的运输，同时增大了除积碳药剂与积碳的接触面积，使除积碳药剂更易于发动机中各个角落的积碳进行反应，除积碳效果更充分，从进气管进入还能消除进气管内部的积碳，积碳清除彻底。本发明公开的除积碳方法易于控制，反应时间可控，根据不同排量的发动机选择不同的反应持续时间，节约能源。
需要说明的是，本除积碳药剂不仅适用于发动机的积碳清除，同种除积碳原理也可用于锅炉的燃烧室的积碳清除，经过积碳清除的发动机或锅炉能够提高燃料的利用率，避免燃料的不充分燃烧，减少燃烧尾气中硫化物、氮化物、一氧化碳以及微小颗粒物的排放。
以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
本实施例用于说明本发明公开的一种除积碳药剂及其除碳方法，除碳的本体为汽车发动机，本实施例采用的样车具体参数为：
| 品牌型号 | 华普 | 车辆型号 | 朗风 |
| 最大总质量(kg) | 1480 | 发动机排量(L) | 1.8 |
| 整备质量(kg) | 1100 | 进气方式 | 自然吸气 |
| 变速器型式 | 自动变速 | 驱动形式 | 前置前驱 |
| 燃料类型及标号 | 92# |
除碳过程包括以下步骤：
步骤一：配制除积碳药剂，所述除积碳药剂包括以下重量组分：
乙二醇30份、水20份、二氧化钛18份、氧化锡15份、二氧化锆10份、五氧化二铌20份；
开启加热器加热除积碳药剂，加热温度为230～250℃；
步骤二：开启气泵，往除积碳药剂中通入空气，使除积碳药剂雾化，除积碳药剂雾化的速度为每小时10公升；
步骤三：开启发动机，使发动机处于怠速运行状态，将雾化的除积碳药剂通入发动机的进气管中，除积碳药剂与进气阀中的积碳进行反应，除积碳药剂通过进气管进入到发动机的燃烧室中，除积碳药剂与燃烧室内的积碳进行反应，积碳松脱消除，反应产生的尾气从排气管排出，除积碳反应持续15min；
步骤四：停止输送除积碳药剂，关闭发动机，完成除积碳过程。
实施例2
本实施例用于说明本发明公开的一种除积碳药剂及其除碳方法，除碳的本体为蒸汽锅炉，本实施例采用的蒸汽锅炉的具体参数为：
除碳过程包括以下步骤：
步骤一：配制除积碳药剂，所述除积碳药剂包括以下重量组分：
乙二醇30份、水20份、二氧化钛18份、氧化锡15份、二氧化锆10份、五氧化二铌20份；
开启加热器加热除积碳药剂，加热温度为230～250℃；
步骤二：开启气泵，往除积碳药剂中通入空气，使除积碳药剂雾化，除积碳药剂雾化的速度为每小时30公升；
步骤三：开启蒸汽锅炉，通过锅炉的鼓风机将雾化后的药剂吸入燃烧室进行燃油燃烧，除积碳药剂与燃烧室内的积碳进行反应，积碳松脱消除，反应产生的尾气采用旋风分离器A002进行处理，除积碳反应持续60min；
步骤四：停止输送除积碳药剂，保证进气管正常进气，完成除积碳过程。
实施例3
本实施例用于说明本发明公开的一种除积碳药剂及其除碳方法，除碳的本体为热媒锅炉，本实施例采用的热媒锅炉的具体参数为：
除碳过程包括以下步骤：
步骤一：配制除积碳药剂，所述除积碳药剂包括以下重量组分：
乙二醇30份、水20份、二氧化钛18份、氧化锡15份、二氧化锆10份、五氧化二铌20份；
开启加热器加热除积碳药剂，加热温度为230～250℃；
步骤二：开启气泵，往除积碳药剂中通入空气，使除积碳药剂雾化，除积碳药剂雾化的速度为每小时30公升；
步骤三：开启蒸汽锅炉，通过锅炉的鼓风机将雾化后的药剂吸入燃烧室进行燃油燃烧，除积碳药剂与燃烧室内的积碳进行反应，积碳松脱消除，反应产生的尾气采用旋风分离器A002进行处理，除积碳反应持续60min；
步骤四：停止输送除积碳药剂，保证进气管正常进气，完成除积碳过程。
对比例1
本对比例用于与本发明公开的实施例1作对比说明，除碳的本体为汽车发动机，本对比例采用的样车具体参数为：
| 品牌型号 | 华普 | 车辆型号 | 朗风 |
| 最大总质量(kg) | 1480 | 发动机排量(L) | 1.8 |
| 整备质量(kg) | 1100 | 进气方式 | 自然吸气 |
| 变速器型式 | 自动变速 | 驱动形式 | 前置前驱 |
| 燃料类型及标号 | 92# |
本对比例不进行除碳处理。
对比例2
本对比例用于与本发明公开的实施例2作对比说明，除碳的本体为蒸汽锅炉，本对比例采用的蒸汽锅炉的具体参数为：
本对比例不进行除碳处理。
对比例3
本对比例用于与本发明公开的实施例3作对比说明，除碳的本体为热媒锅炉，本对比例采用的热媒锅炉的具体参数为：
本对比例不进行除碳处理。
性能测试
使对比例1中未进行除碳操作的发动机和实施例1经除碳操作之后的发动机处于怠速运行状态，依据GB/T14951-2007汽车节油技术评定方法、15010001-A-01技术协议对实施例1和对比例1的发动机尾气进行污染物检测，检测结果如表1：
表1
从表1的测试结果可以看出，相比于未进行除积碳处理的对比例1，实施例1中的发动机经过采用除积碳药剂的处理之后，其发动机的燃油效率明显提高，在主要污染物CO、HC和NO的排放上都有明显的下降，燃料燃烧充分，证明实施例1中发动机的积碳得到了有效地消除。
将实施例2中除碳操作之后的蒸汽锅炉和对比例2中未进行除碳操作的蒸汽锅炉进行正常蒸汽加热作业，对蒸汽锅炉产生的尾气进行污染物检测，检测结果如表2：
表2
从表2的测试结果可以看出，相比于未进行除积碳处理的对比例2，实施例2中的蒸汽锅炉经过除积碳处理后，其排放气体中的粒状污染物明显减少，从0.71kg/hr降低到0.26kg/hr，证明通过除积碳处理后的蒸汽锅炉中的燃油燃烧更为充分，同时，从实施例2和对比例2中产量和燃料的比例可以看出，经过除积碳处理的蒸汽锅炉的热交换效率更高，单位燃料产生的水蒸气量更多。
将实施例3中除碳操作之后的热媒锅炉和对比例3中未进行除碳操作的热媒锅炉进行热媒加热作业，对热媒锅炉产生的尾气进行污染物检测，检测结果如表3：
从表3的测试结果可以看出，相比于未进行除积碳处理的对比例3，实施例3中的热媒锅炉经过除积碳处理后，其排放气体中的粒状污染物明显减少，从0.32kg/hr降低到0.29kg/hr，通过除积碳处理后的蒸汽锅炉中的燃油燃烧更为充分，本发明公开的一种除积碳药剂具有良好的除积碳能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种除积碳药剂，其特征在于，所述除积碳药剂包括如下重量组分：
分散剂20～40份、水10～30份、金属氧化物催化剂35～65份；
所述金属氧化物催化剂为钛、锡、锆、铌中的一种或多种的氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种除积碳药剂，其特征在于，所述金属氧化物催化剂包括如下重量组分：二氧化钛14～22份、氧化锡11～20份、二氧化锆5～13份、五氧化二铌14～25份。
3.根据权利要求1所述的一种除积碳药剂，其特征在于，所述分散剂为乙二醇。
4.一种除积碳药剂的除碳方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：配制如权利要求1～3所述的一种除积碳药剂，通过液体泵使药剂进入加热器；
步骤二：使除积碳药剂雾化；
步骤三：燃烧室处于工作状态，将雾化的除积碳药剂通过进气管通入燃烧室中，进行除积碳反应；
步骤四：停止输送除积碳药剂，燃烧室停止工作，完成除积碳过程。
5.根据权利要求4所述的一种除积碳药剂的除碳方法，其特征在于，所述步骤三中，开启发动机，使发动机处于怠速运行状态，将雾化的除积碳药剂通入发动机的进气管中，除积碳药剂通过进气管进入到发动机的燃烧室中，进行除积碳反应，积碳经过反应后从排气管排出。
6.根据权利要求4所述的一种除积碳药剂的除碳方法，其特征在于，所述步骤一中，加热除积碳药剂的温度为230～250℃。
7.根据权利要求4所述的一种除积碳药剂的除碳方法，其特征在于，所述步骤二中，除积碳药剂雾化的速度为每小时10毫升～30公升。
8.根据权利要求4或5所述的一种除积碳药剂的除碳方法，其特征在于，所述步骤三中，除积碳反应持续的时间为10～60min。
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