CN108546574A - 生物醇基燃油动力热值剂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物醇基燃油动力热值剂，包括如下重量配比的原料：燃烧催化剂2～4份，引出剂2～4份，微乳热值剂3～15份，甲醇热值剂70～80份，汽油热值剂5～10份，改性剂2～4份，动力提高剂10～15份，十六烷值改进剂10～15份，缩短滞燃剂20～30份。

Description

生物醇基燃油动力热值剂

技术领域

本发明涉及醇类代用燃料领域，特别是一种生物醇基燃油动力热值剂。

背景技术

长期以来，各类机动车的燃料一直以汽油、柴油为主，这一使用模式越来越受到环境污染严重和资源日益紧缺的制约。为了改善这一困境，国内外采用了多种能源替代方式，然而，这些替代方式若要大规模推广，都存在着严重的缺陷。除此之外，柴油机在其排气中含有大量颗粒，这些微粒主要是由黑色含碳物质组成，沉降速率很低，能长期悬浮于大气中，造成严重的雾霾，对人类健康造成了极大的危害。

醇类燃油作为一种清洁、廉价、高效的石化燃料替代品，以其丰富的来源受到重视，被认为是最有希望的石化燃料代用燃料。美国诺贝尔化学奖获得者乔治·A·奥拉经过长期研究认为，“甲醇经济”使人类不再依赖于日益减少的石油和天然气作为替代燃料，在我国的发展前景正在逐步明朗。甲醇沸点比柴油低，混合气形成速度较快，且比较均匀，有利于完全燃烧；甲醇含氧量占50％，其着火极限较柴油宽，燃烧速度高，有利于降低排烟。但是，甲醇作为柴油机代用燃料具有以下不利因素：

(1)由于甲醇中含有羟基，是极性物质，所以甲醇和柴油混合比较困难，不论是依靠压力混合，还是加入一定量的助溶剂，都不能保证甲醇和柴油的均匀混合，混合燃料易分层，稳定性较差；

(2)甲醇的燃点高达470℃，比柴油燃点200～220℃高很多，因此甲醇既难以压燃，也不易被点燃，自发着火的能力比较差；

(3)甲醇的汽化潜热大，高汽化潜热产生的冷却效应对发动机低速、低负荷时的工况会产生不利影响；

(4)甲醇的粘度低，直接使用柴油机原有的燃油喷射系统时，会造成系统磨损，甚至卡死等故障，从而影响发动机的可靠性和耐久性。

除此之外，以下原因也直接制约醇基燃油的推广使用：

(1)甲醇的热值低，柴油的热值为46.04MJ/kg，而甲醇的热值仅为20.09MJ/kg，只有柴油的43.6％，因此，当柴油中加入甲醇后，其混合燃料低热值呈线性下降，当甲醇比例增大时将明显减小发动机的功率和扭矩；

(2)醇基燃油的滞燃期要比柴油稍长，造成这种结果的主要原因：一方面是因为甲醇的十六烷值比柴油低，掺混甲醇会导致混合燃料的十六烷值降低，从而影响其着火性能；另一方面甲醇的汽化潜热大，喷入缸内后蒸发汽化会导致缸内平均温度降低，从而使其着火滞后；

(3)醇基燃油低负荷下经济性欠佳，低负荷时燃料喷射量较少，雾化特性差，燃烧放热量减少，但燃烧室散热面积不变，因此，相对增大了发动机的散热比例，气缸内温度水平较低，不利于甲醇的吸热、蒸发和着火；低负荷时气缸内混合气较稀薄，燃烧温度低，加上甲醇对火焰前锋的激冷作用，因此容易产生失火和间断着火，导致部分燃料延迟到远离上止点处燃烧，减少了发动机等容放热的比例；因此，降低了发动机低负荷时掺烧甲醇的热效率和经济性。

因而醇类燃油热值低、动力不足、着火滞后、低负荷下经济性欠佳等存在问题是推广醇类燃料的重大难题。与其说醇类助溶冷启、高温气阻、遇水分层、金属腐蚀、橡胶溶胀、泥炭沉积、油醇稳定是影响醇类燃料受阻的原因，到不如说甲醇汽油的低热值、动力不足、着火滞后、经济性欠佳才是造成醇类燃料受阻的最根本的原因，意义重大可见一斑。

为了解决醇基燃油的低热值、动力不足等问题，近年来出现了很多成果专利技术。专利号为CN1948443A，公开了一种“代替柴油的燃料及其制备方法和应用”以及专利号为CN101955814A，公开了一种“二甲醚甲醇柴油混合燃料及其制备方法”，其中均使用了成本高、闪点低、易吸入中毒、制作工艺复杂、常温储存危险的二甲醚作为提高动力的主原料；专利号为CN1285711C，公开了一种“柴油用助燃添加剂及其制备方法”，使用了胶束状钙离子，其制作工艺复杂，且含有易导电电离的碳酸钙微粒，加速了油箱和油泵的电腐蚀；专利号为CN103911191A，公开了一种“柴油的添加剂及其制备方法”，使用的工业纯水需要磁激共振处理，这样做无形之中增加了成本，且发动机用燃油体系中，水的混入会直接破坏机油组分，造成机油变性，严重的造成发动机损毁。由于动力剂和促进剂的价格都很高，而且用量很大，限制了其在市场燃料中的推广使用。因而研发一种用量少、成本低、效果好、具有生物可降解性、不含危害成分、不会对环境造成二次污染的新型环保动力热值剂变得迫在眉睫。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种生物醇基燃油动力热值剂。

本发明采用的技术方案是：

一种生物醇基燃油动力热值剂，包括如下重量配比的原料：燃烧催化剂2～4份，引出剂2～4份，微乳热值剂3～15份，甲醇热值剂70～80份，汽油热值剂5～10份，改性剂2～4份，动力提高剂10～15份，十六烷值改进剂10～15份，缩短滞燃剂20～30份。

优选地，所述的燃烧催化剂由有机酸或无机酸的金属盐组成，包括锂、锌、镁、铍、钡、镍在内的甲酸盐、乙酸盐、脂肪酸盐、环烷酸盐、碳酸盐、硝酸盐，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

优选地，所述的引出剂由有机卤化物组成，包括二氯甲烷、二溴甲烷、二氯乙烷、二溴乙烷，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

优选地，所述的微乳热值剂由醇、金属盐、有机酸、胺和铵组成；其中所述的醇由C1～C5正构、异构低中碳醇组成，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、异戊醇，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的金属盐包括铁、锌、镁、钛、锂、钡、锰、镍在内的甲酸盐、乙酸盐、环烷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、碘化盐、溴化盐，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的有机酸包括二聚酸、硬脂酸、软脂酸、松香酸、辛酸、油酸、月桂酸，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的胺和铵由有机胺和无机铵组成，所述的有机胺包括乙醇胺、乙二胺、异丙胺、二乙胺、三乙胺、异丁胺，任选其中一种或多种均等比例的混合物，所述的无机铵包括氢氧化铵、碳酸氢铵，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

优选地，所述的甲醇热值剂由有机胺或无机铵组成；其中所述的有机胺包括甲基苯胺、甲酰胺、硝基苯胺、六亚甲基四胺，任选其中一种或多种均等比例的混合物；所述的无机铵包括碳酸铵、硝酸铵，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

优选地，所述的汽油热值剂由20％的樟脑乙醇溶液和20％的萘乙醇溶液，以均等比例混合后，再与异丙苯、甲基环己烷、三氟甲苯、十氢萘以均等比例的混合组成。

优选地，所述的改性剂包括如下重量份组分：无水乙醇25～35份、异丙醇15～25份，乙醇乙酯25～35份、叔丁醇15～20份、吐温800.2～0.4份、石油磺酸钠0.2～0.4份、苯骈三氮唑0.2～0.4份、吡唑酮0.05～0.15份。

优选地，所述的动力提高剂由脂肪胺和脂肪皂组成；其中所述的脂肪胺由C1～C7胺类物质组成，包括N-甲基苯胺和甲酰胺中的一种或多种，或N-甲基苯胺和甲酰胺以体积比1:1比例的混合物；其中所述的脂肪皂，是C16～C18石油酵母脂肪酸RCOOH或油酸C18H34O2与三乙醇胺以体积比2:1在常温下经皂化形成的脂肪酸皂RCONHR1。

优选地，所述的十六烷值改进剂由脂肪烷和脂肪酯组成；其中所述的脂肪烷是C16正构饱和烷烃，优选正十六烷；其中所述的脂肪酯是C5硝酸酯，优选硝酸戊酯。

优选地，所述的缩短滞燃剂包括脂肪酯和有机金属化合物；其中所述的脂肪酯是C2～C7硝酸酯，优选硝酸乙酯和硝酸异辛酯中的一种或多种，或硝酸乙酯和硝酸异辛酯以体积分数1:3比例的混合物；所述的有机金属化合物，是环戊二烯基化合物，优选二茂铁。

本发明的有益效果是：

1、克服了高比例甲醇汽油冷起动困难。燃烧催化剂含有多种金属盐化合物，在发动机运转温度下的汽缸里，具有发生剧烈分解催化功能。进入发动机汽缸里的高比例甲醇汽油，在金属盐化合物作用下，开始燃烧前爆裂成微小油雾，瞬间使空气与雾化的甲醇汽油接触的表面积增加，形成均匀的混合气，这些更细更小的雾化混合气很容易被火花点火，促使发动机易起动。

2、增加热值、提高功率。燃烧催化剂中的金属盐化合物，对甲醇具有均相催化分解作用，在发动机运转温度下的汽缸里，通过与价态可变的中心金属离子提供电子的传递，活化甲醇分子键，以至分解部分甲醇生成H2和CO，有利于甲醇汽油在发动机汽缸里的稀薄燃烧和热效率提高，使得燃料燃烧完全，提高了燃烧效率。

3、解决了金属盐燃烧产物的残留问题。燃烧催化剂中的金属盐化合物，燃烧后生成高沸点的金属氧化物，不易随废气排出，残留在发动机的气缸壁、缸盖及火花塞与气门组件上，从而破坏了发动机的正常工作并增大了机械磨损。本发明配方中的引出剂卤化物，在燃烧过程中与金属氧化物反应，生成一种能在高温下气化并容易挥发的金属卤化物，在气体状态随废气排出缸外，从而解决了沉积难题。

4、改变现有技术掺水乳化柴油热值低的现状。水是没有热值的，现有技术掺水在10％以下具有节能、减排效果。如超过此值，热值就会大幅度降低，影响发动机动力性。本发明含有热值剂，主要成分是水裂解催化剂，它们都以燃烧后的金属氧化物形式起催化作用，这些金属化合物均有d电子，其所催化的水裂解反应为氧化还原反应，d电子易于转移循环，促进了氧化还原反应的进行。同时，这些金属的d轨道易于形成络合催化，增强了其表面吸附与反应的能力。为增大催化活性，本发明使用了混合金属为催化剂主体。水直接受热分解所需温度很高，大于2500℃，但经过水热解催化剂的一系列氧化还原反应，可大大地降低水的热解温度，从而使热值得到有效的提高。

5、加剂少、掺水多，弥补现有微乳化柴油技术的加剂多、掺水少的不足。目前，普通存在着微乳化柴油加水和加剂同等量，如20％的水，必须加入20％的乳化剂，由于加入这么多低于柴油热值的乳化剂，使乳化柴油热值进一步下降。另外，这些大分子的乳化剂，过量的加入对燃烧不利，容易产生积炭，造成机械磨损。本发明加入20％的水仅加剂8％，加入35％的水仅加剂11％即可使水形成纳米尺寸的颗粒、清亮透明、可与柴油互溶、稳定期达半年以上的高含水微乳化柴油。

6、微乳热值剂是将微乳剂与水裂解催化剂结合在一起，融为一剂，使光解水和热解水的催化剂同时使用，起到各取其长、相互促进、互相效应作用，催化效率明显提高。所选用的水裂解催化剂，均可使水裂解时所吸收的热量小于H2和O2燃烧所释放出的热量，因此，有利于提高燃烧热值。

8、本发明选择了能够清洁、环保、可再生、可降解的石油酵母脂肪酸作为廉价的添加剂，既节能又减排，为进一步开发利用工业废油脂和地沟泔水油等开辟了新的途径，具有变废为宝、利废为能的积极作用。

9、本发明的动力热值剂与现有技术相比，用量少、成本低、效果好、具有生物可降解性、不含危害成分、不会给环境带来次生污染。

10、本发明的动力热值剂，外观显透明状，略显油黄色，颜色与柴油相当，易被人们接受，溶入油珠直径小。

11、本发明的醇基燃油，通过优化油品碳链结构，使油品在保证原有的热值和十六烷值的基础上，燃烧火焰明显变亮、变短，油品燃烧更加充分，有效的解决了醇基燃料存在的十六烷值低、动力不足、着火落后期长、低负荷下经济性欠佳以及尾气烟尘排放大等技术难题。

12、制造易、成本低、既节油又省钱更环保。由于本发明加剂少，微乳化剂和热值剂制备在一起，使用起来简化工序、十分方便，并且剂的成本和柴油相当或略高，比现有乳化柴油技术中采用的比柴油价格还要高4倍以上的表面活性剂为乳化剂(每吨价格2-3万元以上)，极大的降低了造价，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益；具有增加燃料热值、提高动力、提高十六烷值、改善燃烧性能、缩短着火时间、消烟减排、无腐蚀性、具备生物可降解性、不含危害成分、不会对环境造成二次污染等特点，为解决醇基燃油十六烷值低、动力不足、低负荷下经济性欠佳等难题开辟了一种新途经，具有广泛的推广价值。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

一种生物醇基燃油动力热值剂，包括如下重量配比的原料：燃烧催化剂2～4份，引出剂2～4份，微乳热值剂3～15份，甲醇热值剂70～80份，汽油热值剂5～10份，改性剂2～4份，动力提高剂10～15份，十六烷值改进剂10～15份，缩短滞燃剂20～30份。

在其中一个实施例中，所述的燃烧催化剂由有机酸或无机酸的金属盐组成，包括锂、锌、镁、铍、钡、镍在内的甲酸盐、乙酸盐、脂肪酸盐、环烷酸盐、碳酸盐、硝酸盐，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

在另外一个实施例中，所述的引出剂由有机卤化物组成，包括二氯甲烷、二溴甲烷、二氯乙烷、二溴乙烷，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

在另外一个实施例中，所述的微乳热值剂由醇、金属盐、有机酸、胺和铵组成；其中所述的醇由C1～C5正构、异构低中碳醇组成，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、异戊醇，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的金属盐包括铁、锌、镁、钛、锂、钡、锰、镍在内的甲酸盐、乙酸盐、环烷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、碘化盐、溴化盐，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的有机酸包括二聚酸、硬脂酸、软脂酸、松香酸、辛酸、油酸、月桂酸，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的胺和铵由有机胺和无机铵组成，所述的有机胺包括乙醇胺、乙二胺、异丙胺、二乙胺、三乙胺、异丁胺，任选其中一种或多种均等比例的混合物，所述的无机铵包括氢氧化铵、碳酸氢铵，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

在另外一个实施例中，所述的甲醇热值剂由有机胺或无机铵组成；其中所述的有机胺包括甲基苯胺、甲酰胺、硝基苯胺、六亚甲基四胺，任选其中一种或多种均等比例的混合物；所述的无机铵包括碳酸铵、硝酸铵，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

在另外一个实施例中，所述的汽油热值剂由20％的樟脑乙醇溶液和20％的萘乙醇溶液，以均等比例混合后，再与异丙苯、甲基环己烷、三氟甲苯、十氢萘以均等比例的混合组成。

在另外一个实施例中，所述的改性剂包括如下重量份组分：无水乙醇25～35份、异丙醇15～25份，乙醇乙酯25～35份、叔丁醇15～20份、吐温800.2～0.4份、石油磺酸钠0.2～0.4份、苯骈三氮唑0.2～0.4份、吡唑酮0.05～0.15份。

在另外一个实施例中，所述的动力提高剂由脂肪胺和脂肪皂组成；其中所述的脂肪胺由C1～C7胺类物质组成，包括N-甲基苯胺和甲酰胺中的一种或多种，或N-甲基苯胺和甲酰胺以体积比1:1比例的混合物；其中所述的脂肪皂，是C16～C18石油酵母脂肪酸RCOOH或油酸C18H34O2与三乙醇胺以体积比2:1在常温下经皂化形成的脂肪酸皂RCONHR1。

在另外一个实施例中，所述的十六烷值改进剂由脂肪烷和脂肪酯组成；其中所述的脂肪烷是C16正构饱和烷烃，优选正十六烷；其中所述的脂肪酯是C5硝酸酯，优选硝酸戊酯。

在另外一个实施例中，所述的缩短滞燃剂包括脂肪酯和有机金属化合物；其中所述的脂肪酯是C2～C7硝酸酯，优选硝酸乙酯和硝酸异辛酯中的一种或多种，或硝酸乙酯和硝酸异辛酯以体积分数1:3比例的混合物；所述的有机金属化合物，是环戊二烯基化合物，优选二茂铁。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，包括如下重量配比的原料：燃烧催化剂2～4份，引出剂2～4份，微乳热值剂3～15份，甲醇热值剂70～80份，汽油热值剂5～10份，改性剂2～4份，动力提高剂10～15份，十六烷值改进剂10～15份，缩短滞燃剂20～30份。

2.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的燃烧催化剂由有机酸或无机酸的金属盐组成，包括锂、锌、镁、铍、钡、镍在内的甲酸盐、乙酸盐、脂肪酸盐、环烷酸盐、碳酸盐、硝酸盐，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

3.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的引出剂由有机卤化物组成，包括二氯甲烷、二溴甲烷、二氯乙烷、二溴乙烷，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

4.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的微乳热值剂由醇、金属盐、有机酸、胺和铵组成；其中所述的醇由C1～C5正构、异构低中碳醇组成，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、戊醇、异戊醇，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的金属盐包括铁、锌、镁、钛、锂、钡、锰、镍在内的甲酸盐、乙酸盐、环烷酸盐、碳酸盐、硝酸盐、碘化盐、溴化盐，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的有机酸包括二聚酸、硬脂酸、软脂酸、松香酸、辛酸、油酸、月桂酸，任选其中一种或多种均等比例的混合物；其中所述的胺和铵由有机胺和无机铵组成，所述的有机胺包括乙醇胺、乙二胺、异丙胺、二乙胺、三乙胺、异丁胺，任选其中一种或多种均等比例的混合物，所述的无机铵包括氢氧化铵、碳酸氢铵，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

5.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的甲醇热值剂由有机胺或无机铵组成；其中所述的有机胺包括甲基苯胺、甲酰胺、硝基苯胺、六亚甲基四胺，任选其中一种或多种均等比例的混合物；所述的无机铵包括碳酸铵、硝酸铵，任选其中一种或多种均等比例的混合物。

6.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的汽油热值剂由20％的樟脑乙醇溶液和20％的萘乙醇溶液，以均等比例混合后，再与异丙苯、甲基环己烷、三氟甲苯、十氢萘以均等比例的混合组成。

7.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的改性剂包括如下重量份组分：无水乙醇25～35份、异丙醇15～25份，乙醇乙酯25～35份、叔丁醇15～20份、吐温800.2～0.4份、石油磺酸钠0.2～0.4份、苯骈三氮唑0.2～0.4份、吡唑酮0.05～0.15份。

8.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的动力提高剂由脂肪胺和脂肪皂组成；其中所述的脂肪胺由C1～C7胺类物质组成，包括N-甲基苯胺和甲酰胺中的一种或多种，或N-甲基苯胺和甲酰胺以体积比1:1比例的混合物；其中所述的脂肪皂，是C16～C18石油酵母脂肪酸RCOOH或油酸C18H34O2与三乙醇胺以体积比2:1在常温下经皂化形成的脂肪酸皂RCONHR1。

9.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的十六烷值改进剂由脂肪烷和脂肪酯组成；其中所述的脂肪烷是C16正构饱和烷烃，优选正十六烷；其中所述的脂肪酯是C5硝酸酯，优选硝酸戊酯。

10.根据权利要求1所述的生物醇基燃油动力热值剂，其特征在于，所述的缩短滞燃剂包括脂肪酯和有机金属化合物；其中所述的脂肪酯是C2～C7硝酸酯，优选硝酸乙酯和硝酸异辛酯中的一种或多种，或硝酸乙酯和硝酸异辛酯以体积分数1:3比例的混合物；所述的有机金属化合物，是环戊二烯基化合物，优选二茂铁。