CN106800954B - 一种清洁燃油添加剂及使用其的燃油 - Google Patents

一种清洁燃油添加剂及使用其的燃油 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种清洁燃油添加剂及使用其的燃油。所述添加剂包括C1～C4的脂肪族醇和聚合物，所述C1～C4的脂肪族醇为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种。所述燃油包括上述添加剂和内燃机式燃油。发动机使用本发明所述的燃油可延长发动机工作时间，减少废气排放，增加燃烧强度。

Description

一种清洁燃油添加剂及使用其的燃油
技术领域
本发明涉及石油化学领域，具体而言，本发明涉及燃油添加剂和使用其的燃油。
背景技术
随着国民经济的高速发展和人民生活水平的日益提高，对能源的需求量越来越大，原油、煤等一次性能源大幅涨价。因此，解约能源和开发新能源已经成为国策。开发新能源主要是推广太阳能发电、风力发电、沼气利用等。解约能源，主要体现在对燃烧装置结构改进或工艺改进，隔热材料的研究和使用等。也由在柴油或汽油里添加适量水，制备乳化柴油、生物柴油或清洁汽油等。因此，节约油资源和解决尾气排放的污染问题并提高能源利用度的问题是人们探索的热点技术，燃油添加剂正式在此基础上应运而生，它能促使燃油充分燃烧，提高其利用率，减少尾气排放，减轻噪音的影响，适应人们对现代燃油的要求。例如现有技术中有通过在燃油里添加盐类物质作为催化剂激发燃油的活性成分，但盐类物质是离子型化合物，在溶液中能分离出金属正离子和酸根离子，虽然离子之间的静电吸引而产生的离子键相对牢固，但在燃烧时其产生的高温足以有打开键的能量，使其分离出金属离子和酸根离子，而酸根离子会侵蚀金属部件，且打开化学键的同时分子总是要吸收能量，所以，使用盐类物质作为催化剂会有一定的能量损耗及缩短工作设备的使用寿命，也有通过添加纳米金属颗粒来激活燃油同时降低燃油挥发物中有毒的成分，这些都只是激活燃油的活性成分，并没有解决燃烧不充分而排放出大量有毒气体，通过使燃油充分燃烧而提高其有效利用率问题。
炼油工业今年来采用更高效的催化裂化和深度减粘裂化的炼油方法，已经提高轻油出油率，导致燃油的品质下降，同时在燃油中存在许多有害杂质，致使燃烧不完全，热能下降，而且产生大量有毒气体和烟雾，对环境污染及对地球大气层的臭氧层的破坏，构成不可低估的威胁。但根据美国有关方面对市场18种燃油添加剂进行分析试验，对比、筛选，由于它们受工作机理的限制，多数燃油添加剂对环保有一定效果，但在台架测试的节油率多数的仪表误差范围内，既无明显的节油效果，而市场却需求高节油率的环保添加剂。美国专利No.4048963描述了掺水的添加剂，制成含水10～50％的燃油。通过超声波激励，形成极细的水珠，在内燃机中燃烧的功能率未能与乳化前的燃油相当，但能够较大降低有毒气体排放。
因此，急需开发一种既能减少污染又能增加燃烧强度的清洁燃油添加剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种清洁燃油添加剂。
本发明的另一目的在于提供一种清洁燃油。
本发明还有一目的在于提供一种用于能源领域的添加剂。
为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：
一种清洁燃油添加剂，其包括C1～C4的脂肪族醇和式I所示的聚合物：
其中R1为C1～C8的烷基，R2为C1～C3的烷基，n为10～100的整数，Mw为104～106，分子量分布指数为1.5～3.1。
优选地，清洁燃油添加剂中，所述C1～C4的脂肪族醇为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种。
优选地，清洁燃油添加剂中，C1～C4的脂肪族醇的质量百分比为75％～90％，式I所示的聚合物的质量百分比为10％～25％。
本发明所述的清洁燃油含有上述的清洁燃油添加剂和内燃发动机燃油。
优选地，所述内燃发动机燃油为汽油、柴油、生物柴油、液化天然气或压缩天然气。
优选地，所述汽油为90#、92#、95#、98#汽油。
当所述燃油为柴油时，优选加入聚甲氧基二甲醚。
优选地，所述的清洁燃油添加剂与内燃发动机燃油的质量比为0.001～0.003:100。
用于添加剂和清洁燃油的是式I所示的聚合物，如下式所示：
其中R1为C1～C8的烷基，R2为C1～C3的烷基，n为10～100的整数，Mw为104～106，分子量分布指数为1.5～3.1。
式I所示的聚合物可用于在能源使用方面。
发明人惊讶的发现，使用本发明的添加剂，使得燃油意外获得了减少的废气排放和增强的燃烧强度，发明人推测的作用机理如下：
机理一：所述聚合物具有多个杂环，其环形结构具有高度络合能力。由于这种性能，燃油燃烧时，因为离子的扩散现象，可以使燃烧室里面过剩的离子迅速积蓄，使得互相排斥的同性电荷形成面向活塞的静电压力。这种压力的形成正是因为燃烧产物分子的部分热能转换成体电荷静电场离子势能而引起的。活塞工作时，随着工作体积的增加，这种势能充分转换成有效工作。转换成工作累计热量大于在无离子扩散条件下膨胀过程所产生的热量。在燃油里面添加具有上述性能的有机物质，即添加剂，可以保障发动机热效率的提高从而因为气缸工作温度的下降以减少有毒气体的排放。除此之外，因为燃烧产物没有硬杂质和卤素，再加上低温燃烧条件，可以减少发动机的磨损和促使延长催化滤清器的寿命。
机理二：燃油添加剂包括有机化合物组成。加入燃油后，能迅速吸附并包裹胶质物，在燃烧室高温作用下，混合体便发生气体性微爆，使燃油二次雾化，充分燃烧，从而达到提高热效率，节省燃油，减少排放等效果。添加剂具有清洗、分散、破乳、抗氧、促燃、防腐、防锈、润滑、保洁功能。添加剂对于已粘附在受热面等部位的油垢、胶质及燃烧室中的积炭有松化清洁作用。凭借活化分子，使小分子迅速扩散，直接攻击油分子中的长链碳键，从而引发完全燃烧，使引擎的动力性提高，油耗降低。
发明人通过正交试验，确定了燃油添加剂中各分的添加质量百分比。其中，C1～C4的脂肪族醇的质量百分比为75％～90％，式I所示的聚合物的质量百分比为10％～25％。清洁燃油添加剂与内燃发动机燃油的质量比为0.001～0.003:100。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、可增加内燃机的输出功率，提高热效率，降低燃油效果，增加燃烧强度。
2、可有效减少有毒气体的排放。
实施例
下面通过实施例对本发明作进一步说明。应该理解的是，本发明实施例所述方法仅仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制，在本发明的构思前提下对本发明制备方法的简单改进都属于本发明要求保护的范围。如无特别说明，实施例中用到的所有原料和溶剂均为普通商购产品。
实施例1：式Ic聚合物的制备
在无氧环境下，Ia单体(1mmol)(购自上海药明康德新药开发有限公司)，Ib单体(1mmol)(购自上海药明康德新药开发有限公司)，六甲基二硅基氨钠(2.1mmol)，NiI2(dppf)催化剂(2mol％)，2-氨基环己醇(30ml)，丙酸(0.1mmol)到100毫升单口反应瓶中。反应液在回流反应下反应48h。将冷却至室温的反应液缓慢的滴加到大量的乙腈中，使其所制备的聚合物在乙腈中析出。将沉淀过滤，抽提沉淀物，再用三氯甲烷将聚合物溶解，去除大量溶剂后重新滴加到200mL乙腈中，重新析出，过滤得到聚合物Ic，其中R1＝-C3H7，R2＝-CH3，Mw＝1.56×104，分子量分布指数＝2.1。
核磁数据：
1H NMR(500MHz,CDCl3,ppm)δ:9.07(s–CH 1H),8.93(t–CH 1H),8.85(t–CH 1H),8.72(q–CH 1H),8.44(s–CH 1H),8.40(s–CH 1H),8.39(m–CH 3H),8.33(m–CH 2H),8.32(m–CH 1H),8.25(m–CH 1H),8.23(m–CH 1H),8.16(d–CH 1H),8.09(d–CH 1H),8.05(t–CH 3H),7.96(q–CH 3H),7.74(d–CH 1H),7.67(d–CH 1H),7.62(d–CH 1H),7.39(q–CH 1H),7.21(d–CH 1H),2.57(s–CH3 3H),2.39(d–CH3 3H),1.63(t–CH2 2H),1.45(s–CH3 6H),1.30(m–CH33H),0.89(t–CH3 3H).
实施例2：式Id和Ie聚合物的制备
根据实施例1相似的方法，选用R1和R2取代基不同的单体获得聚合物Id和Ie。
其中Mw＝1.96×104，分子量分布指数＝2.2。
核磁数据：
1H NMR(500MHz,CDCl3,ppm)δ:9.07(s–CH 1H),8.93(t–CH 1H),8.85(t–CH 1H),8.71(q–CH 1H),8.44(s–CH 1H),8.40(s–CH 1H),8.39(m–CH 3H),8.33(m–CH 2H),8.32(m–CH 1H),8.25(m–CH 1H),8.22(m–CH 1H),8.18(d–CH 1H),8.12(d–CH 1H),8.09(d–CH 1H),8.07(t–CH 1H),8.05(t–CH 1H),7.96(q–CH 3H),7.75(d–CH 1H),7.67(d–CH1H),7.62(d–CH 1H),7.39(q–CH 1H),7.22(d–CH 1H),2.71(s–CH24H),1.63(t–CH2 2H),1.45(s–CH36H),1.29(s–CH2 2H),1.28(s–CH24H),1.18(t–CH3 6H).0.88(t–CH3 3H).
其中Mw＝1.01×105，分子量分布指数＝2.5。
核磁数据：
1H NMR(500MHz,CDCl3,ppm)δ:9.07(s–CH 1H),8.93(t–CH 1H),8.85(t–CH 1H),8.72(q–CH 1H),8.44(s–CH 1H),8.40(s–CH 1H),8.39(m–CH 3H),8.33(m–CH 2H),8.32(m–CH 1H),8.25(m–CH 1H),8.23(m–CH 1H),8.16(d–CH 1H),8.09(d–CH 1H),8.05(t–CH 3H),7.96(q–CH 3H),7.74(d–CH 1H),7.67(d–CH 1H),7.62(d–CH 1H),7.39(q–CH 1H),7.21(d–CH 1H),2.57(s–CH3 3H),2.39(d–CH3 3H),1.63(t–CH2 2H),1.45(s–CH3 6H),1.29(s–CH22H),1.26(s–CH2 10H),0.88(t–CH3 3H).
实施例3：
将75克甲醇与25克聚合物Ic混合，在无氧条件下加热至约60℃，保温24小时，冷却至室温，浓缩，分离除去杂质得到燃油助剂。
将燃油助剂与95#汽油按质量比0.001:100混和制备燃油。
实施例4：
将80克乙醇与20克聚合物Ic混合，在无氧条件下加热至约50℃，保温24小时，冷却至室温，浓缩，分离除去杂质得到燃油助剂。
将燃油助剂与95#汽油按质量比0.002:100混和制备燃油。
实施例5：
将90克异丙醇与10克聚合物Ic混合，在无氧条件下加热至约60℃，保温24小时，冷却至室温，浓缩，分离除去杂质得到燃油助剂。
将燃油助剂与95#汽油按质量比0.003:100混和制备燃油。
实施例6：性能测试
选用帕萨特轿车，排量1.8T，座位数5个，已经行驶12850公里，规定使用95#以上油品。
试验车未添加实施例3的燃油，仅仅加入95#汽油时：按照GB18285-2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限量指及测量方法(双怠速法及简易工况法)》的方法进行汽车污染物排放检测，并按照GB/T 12545.1-2008《汽车燃料消耗量试验方法第1部分：乘用车燃料消耗量试验方法》进行90km/h等速工况行驶燃料消耗量试验，设为状态a。
将试验车添加实施例3的燃油时：仍然按照上述所述方法进行检测，此时设为状态b。
测试地点：山东省淄博市滨博高速淄博段，沥青混凝土路面，道路长度50公里。
表1 90km/h等速工况行驶燃料消耗量试验检测结果表
注：R--等速工况运行百公里节油率；E1--90km/h等速工况行驶燃料消耗量试验(状态a)的燃油消耗量；E2--90km/h等速工况行驶燃料消耗量试验(状态b)的燃油消耗量。
按照公式R＝(E1-E2)/E1*100进行计算。
表2 汽车排气污染物含量检测结果表

Claims (10)

1.一种清洁燃油添加剂，其特征在于：包括C1～C4的脂肪族醇和式I所示的聚合物：
其中R1为C1～C8的烷基，R2为C1～C3的烷基，n为10～100的整数，Mw为104～106，分子量分布指数为1.5～3.1。
2.根据权利要求1所述的清洁燃油添加剂，其特征在于：所述C1～C4的脂肪族醇为甲醇、乙醇或异丙醇中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的清洁燃油添加剂，其特征在于：C1～C4的脂肪族醇的质量百分比为75％～90％，式I所示的聚合物的质量百分比为10％～25％。
4.一种清洁燃油，其特征在于：含有权利要求1-3任一所述的清洁燃油添加剂和内燃发动机燃油。
5.根据权利要求4所述的清洁燃油，其特征在于：所述内燃发动机燃油为汽油、柴油、生物柴油、液化天然气或压缩天然气。
6.根据权利要求5所述的清洁燃油，其特征在于：所述汽油为90#、92#、95#、98#汽油。
7.根据权利要求5所述的清洁燃油，其特征在于：当所述燃油为柴油时，还可加入聚甲氧基二甲醚。
8.根据权利要求4所述的清洁燃油，其特征在于：所述的清洁燃油添加剂与内燃发动机燃油的质量比为0.001～0.003:100。
9.一种式I所示的聚合物，其特征在于如下式所示：
其中R1为C1～C8的烷基，R2为C1～C3的烷基，n为10～100的整数，Mw为104～106，分子量分布指数为1.5～3.1。
10.权利要求9所示的式I聚合物在清洁燃油使用方面的用途。
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