CN1066187C - 一种燃油添加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种燃油添加剂及其制备方法，按100kg柴油或汽油计，加入H₂O₂1～5kg，KNO₃1～5kg，NaOH0.1～0.5g，(CH₃)₂CHOH0.3～0.5g，于特制的反应釜内蒸汽隔套恒温加热，柴油添加剂反应温度70～110℃，汽油添加剂反应温度50～70℃，恒温加热60min，冷却至30℃，放出，加入消烟剂异丙醇，乙醇，硝酸乙酯，制备得一种高效节能燃油添加剂。按100kg柴油或汽油添加1～3kg该高效节能烯油添加剂，可节油20～25%，发动机易于起动，加速快，车速平稳，噪音低，烟雾减少。

Description

一种燃油添加剂及其制备方法

本发明涉及一种燃油添加剂，特别是用于各种车辆及内燃机的燃油添加剂及其制备方法。

现有用于交通运输车辆及各种内燃机的燃油一般是柴油或者汽油，其主要成份是碳氢化合物。汽油含碳原子数为C₆～C₁₂之间，柴油含碳原子数在C₁₈～C₂₂之间。由于含碳量较高，在燃烧过程中仅靠空气中的氧作助燃剂是不够的，所以，一般燃烧不“完全，冒出大量黑烟，一方面造成耗油量多，浪费能源，还污染环境，另一方面，由于燃烧不完全，供给的热量不足，致使内燃机动力不高，功率因素不足。为了使汽油、柴油能够充分燃烧，国内外都在至力于研究各种燃油添加剂，如国际壳牌研究有限公司在中国的专利申请№993117284.4.公布了一种汽油组合物，中国专利申请92104969.2，公布了特效柴油添加剂，以及中国专利申请92114231.5公布的含有机过氧化物、芳香酯，烷烃混合物的燃油节能添加剂，都属于助燃添加剂，但存在着使用不便，节油效果并不很理想的问题。

本发明的目的在于提供一种能供给燃油足够的氧，使其充分燃烧，增大发热量，从而提高车辆内燃机的功率因素，增加动力，同时减少环境污染的高效节能燃油添加剂。

本发明的技术构成是将柴油或汽油，氧化剂、酸碱调节剂、催化剂等原料按比例称量放入特制的反应釜中混合，恒温加热，搅拌，冷却后加入消烟剂混匀，制备得一种高效节能燃油添加剂。

本发明所述的燃油添加剂原料为市售的柴油或汽油，酸碱调节剂用NaOH或Ca(OH)₂等碱性物质，催化剂用MnO₂、Fe₂O₃、KNO₃、Cr₂O₃等，消烟剂为(CH₃)₂CHOH、C₂H₅OH、C₂H₅ONO₂等。将所述原料按下列配比进行合成。无特殊说明，配比均为重量比。

按100kg柴油或汽油计，添加如下物质：

(1)H₂O₂    1～5kg

(2)KNO₃、MnO₂、Fe₂O₃、Cr₂O₃其中一种    1～5kg

(3)NaOH、Ca(OH)₂其中一种    0.1～0.5g

(4)(CH₃)₂CHOH、C₂H₅OH、C₂H₅ONO₂其中一种或混用，0.3g～0.5g。

混用比例为：高效节能燃油∶异丙醇∶乙醇∶硝酸乙酯=20∶1∶1∶1。按体积比。

图1是本发明所述的燃油添加剂合成装置示意图。对照图1，该装置由进水管1、温度计2、压力表3、搅拌器4、进料口5、油标尺6、固定螺栓7、回水管8、进水管9、蒸汽室10、反应室11、出油管12、贮油罐13、回水池14、水泵15、溢气管16、排水管17、垫块18、反应釜内套19、反应釜外壳20、搅拌浆21、废液池22、废液排管23、冷却水管24、蒸汽锅炉25、蒸汽管26等零部件连接而成。物料由进料口5加入到反应室11，通过蒸汽锅炉25经蒸汽管26将热蒸汽传入蒸汽室10和反应室11内的蛇形管加热物料，通过搅拌装置4进行搅拌物料，反应产物经出油管12流入贮油罐13。其合成方法步骤如下：

1、先将釜盖、温度计、压力表、搅拌器等紧固于釜的上方，并关闭出水阀、出油阀、排渣口。

2、从加料口按所述的比例称量加入原料油(柴油或汽油)、H₂O₂、KNO₃、KOH、NaOH，然后盖紧加料口，整个反应釜不能漏气。

3、通入蒸汽加热，以恒温循环加热，同时给予搅拌。

4、根据各种原料油的需要，控制恒温温度和反应时间。柴油反应温度在70～110℃，加热至110℃，恒温反应60分钟；汽油反应温度控制在50～70℃，加热至70℃，恒温反应60分钟。

5、冷却到所需温度，反应后的柴油或汽油添加剂均冷却到30℃，然后打开出油管阀，将合成得的燃油添加剂放入贮油罐中，再按比例称量加入消烟剂(CH₃)₂CHOH、C₂H₅OH、C₂H₅ONO₂，即制备得到一种高效节能燃油添加剂。

使用方法是将所述的燃油添加剂，按100kg柴油或汽油，加入1～3kg燃油添加剂，混匀即可使用。

下面将本发明的反应原理、合成机理、燃烧原理概述如下：

一、采用双氧水作氧化剂，在有机合成中，可形成有机超氧化物和有机过氧化物。在恒温加热和KNO₃、CH₃NO₃等催化作用下，在有机合成中，采用双氧水作氧化剂，可形成有机超氧化物和有机过氧化物。在柴油、汽油中可有下列反应：

根据有关文献报导， 已在低温受辐射的冰中检出，也在和Ti³⁺、Fe²⁺、Ce⁴⁺离子作用的H₂O₂水溶液中发现。 发生下列变化

生成的H⁺可用NaOH、KOH给予中和。

是一种很活泼的阴离子，可出现下列两种变化状况：

一是由过氧氢键与柴油、汽油相结合，形成有机过氧化物。即

二是得到电子转变为O₂。即

生成的O₂也有下列两种变化状况：

一是O₂在柴油，汽油中具有一定的溶解度，有部分O₂可形成O₂饱和溶液。其中溶质是O₂，溶剂是柴油、汽油。

二是有部分O₂将发生下列化学变化：

亦可写成

名称为超氧化物阴离子自由基，是O₂进行单电子还原时的产物。属性质极为活泼的物质，故又称为活性氧。在恒温加热的KNO₃、CH₃NO₃的催化作用下，

将以超氧氢键跟柴油、汽油相结合形成稳定的有机超氧化物。即：

二、KNO₃在燃油中的催化机理

KNO₃在柴油、汽油、H₂O₂中的催化作用属多相催化裂解。

1、KNO₃对H₂O₂的催化原理

在H₂O₂中，H⁺的IS轨道为空轨道。而KNO₃的

其氧原子上和氮原子之间都含有孤对电子和共用电子对。电子对偏向氧使氧原子带较多的负电荷；电子对偏离氮，使氮原子带较多的正电荷。这些电子对将进入H⁺的IS空轨道中去，互相吸引形成了电子共享。同理，H₂O₂中的氧原子带较多的负电荷，可与

中带正电荷较多的氮原子互相吸引。H₂O₂与就是通过电子共享而互相吸引，从而形成了化学吸附键。由于化学吸附键的作用，削弱了H₂O₂中的各种化学键，使之断裂成H⁺、 即

又可离解成H⁺和

H⁺使反应体系显酸性，在不加NaOH、KOH中和的状况下，用PH值计测定柴油、汽油分别与H₂O₂、KNO₃作用后的生成物，其PH值确实在3.3～5.5之间。而 将发生如下两种变化，一种是有部分 将与柴油、汽油的烷烃自由基结合，另一种是有部分将变成O₂放出。我们将3ml15％的H₂O。溶液和lgKNO₃在常温下混合做实验，确实看到有许许多多的小气泡(O₂)放出，但速度较慢，反应不剧烈。静置48h后再观察仍看到小气泡逸出。与此同时，给反应体系微热至30℃左右，吸附键获得能量而活性增强，键的断裂速度加快，即化学吸附速度加快，结果反应剧烈，有大量的气泡向上冒出。反应生成O₂的这一事实，说明了O₂在KNO₃表面上失去电子而出现了由化学吸附过程转化为化学解吸过程。

2、KNO₃对柴油、汽油的催化原理

两式中可以看出，KNO₃其表面是凹凸不平的多棱型的晶体。柴油、汽油分子靠Van der Waals引力吸附在KNO₃晶体的表面上，即物理吸附。由于K⁺的4S轨道为空轨道，柴油、汽油分子的C-C键和C-H键有孤对电子和共用电子对。所以，这些成对的电子可进入K⁺的4S空轨道中去，实现电子共享，使柴油、汽油分子与KNO₃晶体表面原子间通过电子共享方式吸附化学键。因此，C-C键和C-H键因电子对进入K⁺的4S空轨道而发生弯曲。在温度的作用下，C-C键、C-H键、化学吸附键因微振动的影响而发生断裂，形成烷烃自由基。结果如下：

一是催化均裂

二是催化异裂

烷烃自由基与

结合形成有机过氧化物。

因此，柴油、汽油的大分子可裂解形成许多小分子和含氧质量分数较高的分子。

三、KNO₃对提高发动机马力、功率的特殊作用

虽然KNO₃是催化剂，但因搅拌、沸腾等振动因素的影响下，将有一部分KNO₃扩散到燃油中去，参与形成燃油的混合物。而燃油在燃烧过程中，烷烃自由基离子、过氧阴离子、超过氧自由基离子将发生电子转移反应。同时产生电子激励状态的中性物质，从而发生辐射，放出能量。

在火焰辐照下，KNO₃将熔化并电离为K⁺和 发生了电离辐射。随之又发生了离子和电子的重合反应，产生了激发态，K⁺受激形成受激钾原子：

式中“*”为受激原子符号。K^*与

碰撞可使

受激分裂，发光闪烁，变成受激的N^*和O^*中，将有一部分因有电子转移而形成N₂和O₂，另有一部分与其他原子或离子或分子碰撞产生更多的受激原子。即

在粒子碰撞过程中，各种离子、分子、受激原子在热激活的情况下将遵守玻耳兹曼分布定律： $\frac{N_u}{N_e}=e^{-\mathrm{\ΔE}/R^{\′}r}$ 即电子受到激发，从基能态跃迁到高能态，再从高能态跃迁到低能态，将放出一定的能量，并产生一定波长的强光，使燃烧体系温度增高，发动机的马力和功率因素也将随着增大，其中△E为高能态和低能态之间的能量差，这就是高效节能燃油燃烧时观察到发光闪烁、产生蓝白色火焰现象的因素之一。这一因素必将对燃油的燃烧完全具有一定的促进作用，其中，K^-1的焰色反应为紫色。

又由于离子、分子、受激原子的相互碰撞和电子激发，具有连续性和循环性(详见图2)，其△E既有消耗又有补充，所以燃油燃烧和蓝白色火焰处于平稳状态，而发动机的运转速度也随着处于平稳状态。

图2是粒子碰撞-原子受激循环图，图中的虚线为相互碰撞线，箭头表示各种粒子受激后的生成物线(包括中间产物线)，只有在燃烧室内的高温条件下才能成立。

四、消烟剂的作用

根据有关文献记载，到目前为止用于柴油、汽油的消烟剂，大多是一些油溶性金属化合物如α-烷基脂及酸钡盐和油溶性锰盐等。而本发明是将多种液体有机物与燃油混合后，在柴油机上进行消烟实验，发现异丙醇、无水乙醇，硝酸乙酯的消烟效果最佳。其配比 高效节能燃油∶异丙醇∶无水乙醇∶硝酸乙酯=20∶1∶1∶1。

异丙醇又叫二甲基甲醇，化学式为(CH₃)₂CHOH，最简式为C₃H₈O，是一种无色透明的易燃的有流动性的液体，沸点82.5℃，蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸极限3.3～0.2％(体积)，溶于水可代替乙醇使用。无水乙醇的化学式为C₂H₅OH、易燃液体。硝酸乙酯化学式为C₂H₅ONO₂，易燃液体，是液体火箭推进剂之一。我们按照20∶1∶1∶1配比将20公升燃油与1ml异丙醇、1ml无水乙醇、1ml硝酸乙酯混合，可观察到的现象是：

①异丙醇、无水乙醇、硝酸乙酯能与燃油互溶；

②在常温下能相应作用，其作用象烧水翻腾那样剧烈；

③从液体中冒出大量的黑色的油泡，并在油面上浮游，这些黑色油泡是产生黑色烟雾的主要物质根源。

④反应结束后，静置分层，上层为黑色油末，下层为均一的、稳定的、澄清的浅棕色的体。

鉴此，将上层的黑色油沫捞起，盛于蒸发皿中，放在铜质水溶锅上蒸发、烘干，得黑色固体粉末。再将黑色粉末与CuO粉末混合均匀后置于硬质试管中，用酒精喷灯加热，生成了一种能使澄清石灰水变白色浑浊的气体。这说明消烟剂能够催化、氧化燃油，使其裂解生成游离的碳和有机小分子以减少黑烟。然后，将下层液体放入柴油机中试车检测，所得到的结果是：

①排出的烟雾比柴油燃烧放出的烟雾减少65～75％，即在加速换档时才看到极少量的淡淡的小烟，在正常行驶时几乎看不到烟雾。

②火焰颜色为蓝白色，这是钾等各种原子在一定温度下发生的焰色反应。

③柴油机的HP提高25～28％，功率因素由内燃机固定有功Cψ为70～75％提高到85～88％，这表明消烟剂的存在使燃油燃烧更完全，能量有提高。

④节油25～30％。

⑤发动机更易起动，加速快，车速更稳，噪声明显下降，爬坡更有力。

⑥将柴油机的气缸盖拆下观察，发现燃烧室内洁净，无积碳，无胶油，机油，无碳粒和无变质。又拆开供油系统的管道、滤清器、油泵、油嘴观察，可看到供油系统的各部件无油垢，清新洁净。这表明高效节能燃油添加剂可以节约机油成本，减少机械磨损，延长发动机使用期限，保证质量(燃烧室内有胶油积碳的害处：一是机油中渗有碳粒或黑烟则减少使用周期，更换数次多、用量大、成本高；二是增大机械摩擦、使机械易受损坏。供油系统有油垢的害处是：喷油不均，管道易堵，车速不稳，机车行驶力量下降)。

实验事实表明，消烟剂在高效节能燃油中主要起着催化、氧化、裂化的作用，促使燃油燃烧更加完全，因而减少黑烟，降低油量，提高发动机的马力和功率。

按本发明所提供的高效节能燃油添加剂，是由O₂饱和溶液，有机过氧化物，有机超氧化物、催化剂、消烟剂、柴油或汽油共同组成的混合物，在内燃机的燃烧室里，燃油燃烧所必需的氧将来自四个方面，一是空气中的O₂，二是燃油中溶解的O₂，三是有机过氧化物、有机超氧化物离解生成的O₂，四是KNO₃和消烟剂中的氧，由这四个方面供氧，则氧量充足，加上燃烧室内温度较高，使得燃油得以充分燃烧。所带来的结果是：①提高了燃烧效率，节约了油料，降低了消耗；②冒烟少，噪音小，减少了环境污染；③放出热量增多，增大了内燃机的马力，机械作功的功率也增大，使机车运转和爬坡都比较有力。经用于机车验测，汽车发动机力量提高接近一个排档，并且易启动，加速快，车速平稳。

实施例1

将柴油100kg、H₂O₂ 1kg，KNO₃ 1kg、NaOH 0.1g，加入反应釜中，盖紧进料口，密封，蒸汽隔套加热至60～70℃，并间断搅拌，至100℃恒温反应60min，冷却至30℃，放出反应产物，加入消烟剂C₃H₈O 2g，混匀，即制备得所述高效节能燃油添加剂。将获得的燃油添加剂按100kg柴油加入1kg添加剂，用于发电机组试验，结果，节约柴油10～15％，烟雾减少。

实施例2

将柴油100kg，H₂O₂ 3.5kg、KNO₃ 3.5kg、NaOH 0.3g加入反应釜中，蒸汽隔套加热至85～110℃，间断搅拌，至110℃恒温反应60min，冷却至30℃，放出，加入消烟剂C₃H₈O0.5g，C₂H₅ONO₂ 0.5g，C₂H₅OH 0.5g，搅拌混匀，制得一种燃油添加剂。将所述燃油添加剂2.5kg加入100kg柴油中，混匀，用于汽车试验。结果，易于起动，加速快，车速平稳，爬坡有力，燃烧室内无积碳，供油系统洁净，无油垢，节油25～30％，烟雾减少。

实施例3

将柴油100kg，H₂O₂ 4kg、KNO₃ 4kg、NaOH 0.8g，加入到反应釜中，蒸汽隔套加热至110～130℃，间断搅拌，至110℃恒温反应60min，冷却至30℃，放出，加入C₃H₈O 10g，C₃H₅ONO₂ 10g，混匀。按100kg柴油加入该燃油添加剂3kg，用于汽车试验，结果节油15～22％。

实施例4

将汽油100kg，H₂O₂ 2kg、KNO₃ 2kg、NaOH 0.1g，加入反应釜中，蒸汽隔套加热至40～50℃，至70℃时恒温反应60min，冷却至30℃，放出，加入C₃H₈O 0.3g，C₂H₅OH 0.3g，混匀。将此燃油添加剂按100kg汽油加入1kg燃油添加剂，用于汽车(汽油车)试验，结果节油8～12％。

实施例5

将汽油100kg、H₂O₂ 3.5kg、KNO₃ 3.5kg、CH₃NO₂ 3.5kg、KOH 3.5kg、NaOH 0.3g，置于反应釜内，蒸汽隔套加热至55～70℃，不搅拌，至70℃恒温反应60min，静置冷却至30℃，放出，加入C₂H₃OH 0.3g，C₃H₈O 0.5g，C₂H₅ONO₂ 0.5g，混匀。按100kg汽油加入2kg该燃油添加剂，用于汽车试验，结果节油15～29％，烟雾减少，汽车易于起动，加速快，车速平稳，爬坡有力，无积碳，供油系统洁静，无油垢。

实施例6

将汽油100kg、H₂O₂ 4kg，KNO₃ 4kg，NaOH 0.8g，加入反应釜中，蒸汽隔套加热，至70℃，恒温反应60min，静置冷却至30℃，放出，加入CH₃NO₂ 4kg，C₂H₅ONO₂ 0.8g，C₃H₈O10g，混匀。按100kg汽油加入3kg该燃油添加剂，用于汽车试验，结果，节油10～15％，烟雾减少。

Claims (2)

1．一种燃油添加剂的制备方法，包括用溶剂柴油或汽油，基特征在于将柴油或汽油、氧化剂、酸碱调节剂、催化剂原料按比例称量放入特制的合成装置中混合，恒温加热，搅拌，冷却后加入消烟剂混匀，

1．1用柴油作溶剂，所述原料比例为，100公斤柴油，添加氧化剂H₂O₂ 1-4公斤，催化剂KNO₃ 1-4公斤，酸碱调节剂NaOH 0.1-0.8克，消烟剂C₃H₈O 0.5-10克，C₂H₅OH 0-0.5克，C₂H₂ONO₂ 0-10克，

1．2用汽油作溶剂，所述原料比例为，100公斤汽油，添加氧化剂H₂O₂ 2-4公斤，催化剂KNO₃ 2-4公斤，酸碱调节剂NaOH 0.1-0.8克，消烟剂C₃H₈O 0.3-10克，C₂H₅OH 0.3-0克，C₂H₂ONO₂ 0-0.8克，

1．3将按比例称量的柴油，H₂O₂，KNO₃，NaOH加入到所述的合成装置中，加热至110℃，恒温60分钟，

1．4将按比例称量的汽油，H₂O₂，KNO₃，NaOH加入到所述的合成装置中，加热至70℃，恒温60分钟。

2．权利要求1的燃油添加剂的制备方法所用的合成装置，其特征是该装置由进水管1、温度计2、压力表3、搅拌器4、进料口5、油标尺6、固定螺栓7、回水管8、进水池9、蒸汽室10、反应室11、出油管12、贮油罐13、回水池14、水泵15、溢水管16、排水管17、垫块18、反应釜内套19、反应釜外壳20、搅拌桨21、废水池22、废液排管23、冷却水管24、蒸汽锅炉25、蒸汽管26连接而成，物料由进料口5加入到反应室11，通过蒸汽锅炉25经蒸汽管26将蒸汽送入蒸汽室10和反应室11内的蛇形管加热物料，通过搅拌装置4进行搅拌物料，反应产物经出油管12流入贮油罐13。

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