CN107353951B - 一种柴油十六烷值改进剂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柴油十六烷值改进剂，其组分由2,2‑二硝基烷基酸酯、硝酸异辛酯及其他助剂组成。各组分重量份为：2,2‑二硝基烷基酸酯50~90；硝酸异辛酯10~40；助剂2~30；所述2,2‑二硝基烷基酸酯为短链烷基酸酯的二硝基化合物。所述助剂为溶剂、表面活性剂、清净分散剂中的一种或几种的混合物。本发明生产工艺简单，价格低廉，在柴油中添加0.5～4‰（重量百分比）后，可提高柴油十六烷值2～20个单位，可实现节油5～20％，可在降低柴油机油耗的同时有效降低尾气中有害物质的排放，使用效果良好。

Description

一种柴油十六烷值改进剂

技术领域

本发明属于燃料添加剂领域，涉及一种柴油十六烷值改进剂配方，特别涉及一种2,2-二硝基烷基酸酯的新型柴油十六烷值改进剂组分的使用。

背景技术

近年来，随着柴油机的广泛使用，柴油的消耗量正逐年增长，而有限的柴油资源却日趋减少。同时由于柴油组分的烷烃分子量较大，在内燃机工作时柴油的燃烧率不够高，燃烧性能不够好，这不仅增大了耗油量，而且加深了排气对空气的污染程度。因此柴油的使用与环境保护等问题，受到人们的关注。国内外燃油科技产业界纷纷加大对柴油添加剂的研究开发力度，以改善发动机燃料的燃烧特性，达到节能和环保的目的。

我国第五阶段车用柴油国家标准要求，轻柴油的十六烷值不低于51。世界各国柴油十六烷值的主要因素是柴油调合的组分构成。直馏柴油的十六烷值比较高，因原油不同而异。馏程相同时，大庆直馏柴油十六烷值高达63，而辽河直馏柴油只有43。我国柴油的二次加工处理量占原油加工量的60-70wt%，二次加工柴油特别是重油催化裂化柴油的十六烷值很低，一般只有30-40。随着加工重质原油比例的增加，十六烷值整体水平将呈现下降的趋势。过去，我国轻柴油标准中规定柴油的十六烷值不低于45以及47，大部分炼油企业可以满足这个标准。但到2016年以后，我国实行了新的柴油规格标准，规定柴油的十六烷值应达到51以上，这样，许多炼油企业的柴油将达不到这个标准。因此，如何提高柴油十六烷值成了部分炼油企业所面临的比较迫切的问题。

柴油的十六烷值与柴油的化学组成有关：碳原子数相同或分子量相近的烃类中，正构烷烃的十六烷值最高，无侧链的芳香烃十六烷值最低，环烷烃和烯烃、异构烷烃居中。含有侧链的芳香烃和环烷烃，其链越长，分支越少，十六烷值就越高。提高柴油十六烷值的方法有三种：（1）将高十六烷值的直馏柴油与低十六烷值的二次加工柴油调配。但直馏柴油的产量有限，同时高十六烷值的直馏柴油被用作乙烯裂解原料，也会影响以直馏柴油为原料的乙烯的生产；（2）采用溶剂抽提和加氢处理、重整等工艺加以改善以提高其十六烷值，但是通过这些工艺的处理，加工成本是比较高的，对部分企业来说在经济上是不合算的；（3）添加十六烷值改进剂。这种方法具有工艺简单，成本低廉，灵活多样的特点。

国内外都对柴油十六烷值改进剂进行了广泛的研究，涉及到节油、降污、减少尾气烟度排放等方面，常见的十六烷值改进剂主要有烷基硝酸酯、过氧化物、醚、酯、胺等。存在的不足是添加量较少时，油品的十六烷值提高不够明显，添加较多量时 ，合格产品油的生产成本明显提高，经济型降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生产工艺简单，价格低廉，性能较好、可降低柴油机油耗的柴油十六烷值改进剂。

本发明的技术方案包括2,2-二硝基烷基酸酯、硝酸异辛酯及其他助剂，各组分重量份为：

2,2-二硝基烷基酸酯 50~90；

硝酸异辛酯 10~40；

助剂 2~30。

本发明各组分优选重量份为：

2,2-二硝基烷基酸酯 60~80；

硝酸异辛酯 15~30；

助剂 5~20。

本发明所述2,2-二硝基烷基酸酯为C3~C8的烷基酸酯的二硝基化合物。

本发明所述2,2-二硝基烷基酸酯为2,2-二硝基烷基酸与碳原子个数为C1~C4脂肪醇的酯化合物。

本发明所述2,2-二硝基烷基酸酯为2,2-二硝基丙酸酯、2,2-二硝基丁酸酯、2,2-二硝基戊酸酯、2,2-二硝基异戊酸酯、2,2-二硝基烷基酸甲酯、2,2-二硝基烷基酸乙酯、2,2-二硝基烷基酸丙酯、2,2-二硝基烷基酸异丙酯。

本发明所述助剂为溶剂、表面活性剂、清净分散剂中的一种或几种的混合物。

本发明所述溶剂为航空煤油或柴油。

本发明所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚。

本发明所述清净剂分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺或丁二酰亚胺。

本发明中2,2-二硝基烷基酸酯为主要和最重要的组分。所述2,2-二硝基烷基酸酯类化合物是硝基烷烃酯的衍生物。是一种同时含硝基和酯基的含能化合物，其分子内含有2个硝基基团和1个酯基团，其结构如下式所示。由于其分子结构中存在含能基团，在较低的能量（热能）刺激下就会迅速分解，产生大量的自由基，放出大量的热能，有助于引发柴油中烃类化合物的燃烧分解。

本发明的柴油十六烷值改进剂的制备方法为：将上述组分按照所述比例直接搅拌混合均匀即可。

为了表明本发明的效果，以市售国IV柴油作为对照，当本发明添加量为0.8‰时，柴油十六烷值由49提高60，使用依维柯柴油动力车进行道路实验，结果表明，使用本发明的柴油十六烷值改进剂后，节油12%，并且在柴油燃烧过程中没有黑烟；在船用柴油机上进行测试，节油率最大可达8%，氮氧化物NOx排放降低10～20％，一氧化碳CO排放降低10～25%，碳氢化合物CH排放降低20～30%。

2,2-二硝基烷基酸酯类化合物是硝基烷烃酯的衍生物，硝基醇的应用最为广泛。硝基醇适宜用作各种纤维酯、聚丙烯腈及它们的共聚物、改性氨基塑料的溶剂，还可用作乳化剂和高分子化合物的增塑剂。偕二硝基能量高，安定性适宜，而且单个分子中具有两个硝基，属于多硝基化合物，在分解时可以产生更多的RO·和NO₂·自由基来引发燃烧过程中所需要的链氧化反应。因此多硝酸酯的十六烷值改进效果要好于单硝酸酯，多硝基酯提高十六烷值的效率通常是单硝酸酯的2-5倍，而用量约为单硝酸酯用量的1/5-1/2。目前2,2-二硝基烷基酸主要作为含能粘合剂的单体使用，有成熟和低成本的合成方法和路线，在与脂肪醇反应后，就可低成本的合成2,2-二硝基烷基酸酯类化合物，因此是一种更吸引人的高效十六烷值改进剂 。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：生产工艺简单，价格低廉，在柴油中添加0.5‰～4‰（重量百分比）后，可提高柴油十六烷值2～20个单位，可实现节油5～20％，并可在降低柴油机油耗的同时有效降低尾气中有害物质的排放，使用效果良好。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明（以下各组分均为重量份）。

具体实施方式

实施例1

2,2-二硝基丙酸丁酯80份，硝酸异辛酯15份，航空煤油5份。将2,2-二硝基丙酸甲酯和硝酸异辛酯直接混合，再加入航空煤油，常温、常压下进行搅拌，混合均匀即可。

实施例2

2,2-二硝基丁酸丙酯70份，硝酸异辛酯20份，聚异丁烯丁二酰亚胺5份，脂肪醇聚氧乙烯醚3份，柴油2份。将2,2-二硝基丁酸乙酯、硝酸异辛酯，聚异丁烯丁二酰亚胺和脂肪醇聚氧乙烯醚直接加入到柴油中，常温常压下进行搅拌，混合均匀即可。

实施例3

2,2-二硝基戊酸甲酯65份，硝酸异辛酯15份，丁二酰亚胺5份，烷基酚聚氧乙烯醚2份，航空煤油13份。将2,2-二硝基戊酸甲酯、硝酸异辛酯、丁二酰亚胺和烷基酚聚氧乙烯醚直接加入到航空煤油中，常温、常压直接混合搅拌均匀即可。

实施例4

2,2-二硝基异戊酸乙酯60份，硝酸异辛酯30份，丁二酰亚胺5份，烷基酚聚氧乙烯醚5份。将2,2-二硝基异戊酸乙酯、烷基酚聚氧乙烯醚和丁二酰亚胺直接加入到硝酸异辛酯中，常温、常压下进行搅拌，混合均匀即可。

Claims (8)

1.一种柴油十六烷值改进剂，其特征在于：各组分重量份为：

2,2-二硝基烷基酸酯 50~90；

硝酸异辛酯 10~40；

助剂 2~30；

所述助剂为溶剂、表面活性剂、清净分散剂中的一种或几种的混合物。

2.根据权利要求1所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：各组分优选重量份为：

2,2-二硝基烷基酸酯 60~80；

硝酸异辛酯 15~30；

助剂 5~20。

3.根据权利要求1所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：所述2,2-二硝基烷基酸酯为C₃~C₈的烷基酸酯的二硝基化合物。

4.根据权利要求1或2所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：所述2,2-二硝基烷基酸酯为2,2-二硝基烷基酸与碳原子个数为C₁~C₄脂肪醇的酯化合物。

5.根据权利要求1所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：所述2,2-二硝基烷基酸酯为2,2-二硝基丙酸酯、2,2-二硝基丁酸酯、2,2-二硝基戊酸酯、2,2-二硝基异戊酸酯、2,2-二硝基烷基酸甲酯、2,2-二硝基烷基酸乙酯、2,2-二硝基烷基酸丙酯、2,2-二硝基烷基酸异丙酯。

6.根据权利要求1所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：所述溶剂为航空煤油或柴油。

7.根据权利要求1所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚或脂肪醇聚氧乙烯醚。

8.根据权利要求1所述的柴油十六烷值改进剂，其特征在于：所述清净剂分散剂为聚异丁烯丁二酰亚胺或丁二酰亚胺。