CN110730815A - 燃料添加剂的制备方法及使用其的燃料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制备燃料添加剂的方法，包括在40℃至150℃的温度下，使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂反应的步骤。

Description

燃料添加剂的制备方法及使用其的燃料
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年04月10日提交至韩国知识产权局的10-2017-0046062号韩国专利申请和于2018年3月23日提交至韩国知识产权局的10-2018-0033910号韩国专利申请的权益，其公开的全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及用于制备烃基燃料的燃料添加剂的方法和使用由该方法所制备的燃料添加剂的燃料。
背景技术
由于全球变暖，预防全世界不时发生的各种类型灾难的全球性努力正在积极进行中。在2015年，全世界包括美国和中国的195个国家加入了巴黎气候变化协定，允诺进行温室气体减排，并且各个国家正在进行各种尝试以减少温室气体的排放。在目前实施低碳环境友好型社会的形势下，对氢燃料的研究也在积极进行中，氢燃料是一种没有二氧化碳气体排放的无污染能源。氢燃料电池车是环境友好的，但是它们的价格太高，因此，其实施需要很长的时间。此外，作为环境友好的车辆，电动车也在被积极地研究中。氢燃料电池车和电动车均不通过燃烧排放颗粒物，或者均不排放与全球变暖相关的气体物质。
然而，由于矿物燃料不仅对于交通工具，例如车辆、火车、轮船、飞机等等是必不可少的能源，而且也是用于生产电的热电厂的能源，全世界都在致力于能源效率的提高，尤其是矿物燃料的能源效率的提高。矿物燃料的用量的增长增加了二氧化碳的排放，从而加速了全球变暖，破坏了地球的生态系统，并且对于人类的生存环境具有负面影响，特别是，颗粒物(particulate matter，PM)排放的增长造成了显著的伤害，例如威胁人口密集城市的居民的健康并且缩短平均预期寿命等等。
尤其是由于从车辆(例如汽车)排放的NOx或者PM(颗粒物)等等导致严重的空气污染问题，石油工业致力于提高各种类型的燃料(例如无铅汽油或者低硫柴油)的质量，以减少空气污染物的排放。
10-1210037号韩国登记专利揭示通过加热液体石蜡(liquid paraffin)和混合固体石蜡(paraffin wax)作为用于内燃机的燃料添加剂，并且在掺合料中使用油酸甲酯、液体磺酸钙和合成脂肪油的混合物作为燃料添加剂，提高了车辆的燃料效率，并且同时大大减少了有害排放物质。
10-0039859号韩国登记专利揭示了一种用于促进燃烧的燃料添加剂，其由烃类溶剂、非离子表面活性剂、醇、氧化钼和碱性化合物组成。
10-1161638号韩国登记专利揭示了一种乳化的微纳燃料添加剂及其制备方法，并且记载了即使将作为纳米颗粒分散的油包水分子添加至燃料，也不会发生乳化，并且系统是热力学稳定的，并且因此在燃烧过程期间，降低燃料消耗的效果是优异的。
WO 02/059236和WO 2003/078552揭示了一种用于通过将表面活性剂加入至乙醇或者丙醇来制备乙醇柴油燃料组合物的方法。
在上述专利申请/登记专利中，虽然包括液体烃类溶剂和水的燃料添加剂提高了燃料效率并且减少了废气和颗粒物(PM)，但是由于使用表面活性剂来稳定地混合的水和烃类溶剂，因此存在由于表面活性剂的燃烧而导致产生泥渣的担忧，并且作为纳米微粒分散的胶态相似乎不是长时间稳定地分散于烃中。此外，MTBE是在许多国家仍在使用的燃料添加剂，并且从加油站的储罐流出的MTBE组分会透过大地污染地下水，然而，有研究报道MTBE被怀疑是致癌物，并且美国的一些州已经禁止了其使用。
因此，当今在全世界范围内，MTBE的使用在减少，并且乙醇的使用在增加。然而，由于生物乙醇的亲水性，添加生物乙醇的缺点是高的基础设置建造成本，因为现有油管道的使用受到限制，并且需要安装新的储罐和给油罐，以将分配期间水分的掺入最小化。
另外，随着最近国际海事组织(International Maritime Organization，IMO)实施船的温室气体排放的规章，在海事和造船工业中，提高能源效率(例如降低船体阻力、提高推进效率、提高航行效率、提高发动机效率等等)的研究正在进行中，同时，由于对使用LNG燃料作为替代燃料的船的研究正在进行中，减少二氧化碳排放和颗粒物(PM)也在进行研究。
船用燃料被分类为船用轻柴油(marine gas oil)和渣油(residuum)，并且通常根据由bunker-C和船用轻柴油的混合比例得到的粘度确定为数值。这是指作为中间燃料油(intermediate fuel oil，IFO)，并且对于船的燃料的减少，对于船主和管理者而言，其使用是降低费用同时减少二氧化碳和颗粒物的最佳方式。国际海事组织(InternationalMaritime Organization，IMO)强力地调控二氧化碳的排放，并且不遵循规章的船会受到惩罚。
随着从2015年1月1日将燃料油中硫含量的调控应用于排放控制区域(emissioncontrol areas，ECAs)，同时预期将越来越关注船用轻柴油的基本质量，迫切地需要开发增加船用燃料能源效率并且减少二氧化碳(CO2)排放和减少颗粒物(PM)的燃料添加剂。
因此，需要开发用于燃料添加剂的技术，该燃料添加剂被稳定地分散在液体烃燃料中，并且因此容易被长时间稀释，并且可以提高燃烧效率并减少在燃烧后排放的废气和颗粒物(PM)，而无需使用表面活性剂，并且甚至无需用均质器来分散水。
【现有技术】
【专利】
(专利文献1)韩国登记专利号KR10-1210037
(专利文献2)韩国登记专利号KR10-0339859
(专利文献3)韩国登记专利号KR10-1161638
(专利文献4)国际专利公开号WO2002/059236
(专利文献5)国际专利公开号WO2003/078552
发明内容
【技术问题】
本发明的目的在于提供一种燃料添加剂，该燃料添加剂可以通过水与液体烃类溶剂的化学反应，通过-O-和-OH-键合来制备，而无需使用表面活性剂，并且甚至无需通过均质器来分散水，并且该燃料添加剂通过与液体烃类燃料的化学键合来分散，并且因此可以容易地被长时间稳定地稀释，并且当被添加至汽油和柴油时，可以改善燃料消耗率，并且显著地减少排放的气体和颗粒物PM5和PM2.5。
本发明的另一目的在于提供一种添加了所述燃料添加剂的燃料。
【技术方案】
提供一种用于制备燃料添加剂的方法，所述方法包括使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚(alkylene glycol monoalkyl ether-based)的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤。
还提供一种燃料，所述燃料包括由上述用于制备燃料添加剂的方法所获得的燃料添加剂和烃基燃料。
在后文将根据本发明的具体实施例对用于制备燃料添加剂的方法和使用其的燃料进行详细说明。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于制备燃料添加剂的方法，所述方法包括使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤。
本申请发明人通过实验证实，如果使用以上所述的用于制备燃料添加剂的方法，则通过重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂和选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液的化学反应，产生了存在于基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂或者水相反应溶液中的醚官能团或者羟基之间的键，从而提高了最终制备的燃料添加剂的疏水性，并且完成了本发明。
具体地，由于重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂具有与选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液的高反应性，可以容易地制备稳定分散的燃料添加剂，而无需表面活性剂，并且因此认为能够解决现有技术的由表面活性剂的添加所导致的在燃烧期间产生泥渣的问题。
此外，通过实验证实，当将疏水性提高的燃料添加剂加入至烃基燃料(例如汽油或者柴油)时，通过稳定的分散，燃料添加剂可以容易地被长时间稀释，从而提高了添加了所述燃料添加剂的燃料的燃烧效率，并且减少了废气和颗粒物。
具体地，根据一个实施例的用于制备燃料添加剂的方法可以包括使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤。
首先，水相反应溶液包括纯水或者含有纯水的水溶液。具体地，水相反应溶液可以包括选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种。即，水相反应溶液可以包括水、极性有机化合物的水溶液、钠盐的水溶液或者其两种或更多种的混合物。优选地，对于水相反应溶液，可以使用水，或者可以考虑水和极性有机化合物的水溶液的混合物，或者水和钠盐的水溶液的混合物。
极性有机化合物的水溶液是指极性有机化合物溶解于水中的溶液，并且极性有机化合物具有在水相溶剂(例如水)中高度可溶的性质，并且可以包括选自由醇、酮、醚、酯、缩醛、过氧化物和环氧化物组成的组中的一种或者多种。
醇可以包括甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇、仲丁醇、异丁醇、叔丁醇、己醇或者其两种或更多种的混合物。醇的浓度没有特别的限制，但是可以是例如90％或者更高、90％至99.9％或者95％至99.9％。
酮可以包括二异丁酮、乙基戊基甲酮、香芹酮、薄荷酮或者其两种或更多种的混合物。醚可以包括：单醚，例如二丁基醚、叔丁基异丁基、乙基丁基醚、二异戊基醚、二己基醚、二异辛基醚等等；其二醚；C4-10二烷基环醚；或者其两种或者更多种的混合物。
酯可以包括：有机酸酯，例如甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸辛酯、丙酸异戊酯、丁酸甲酯、油酸乙酯、癸酸乙酯等等；非有机酯，例如硝酸环己酯、硝酸异丙酯、硝酸正戊酯、硝酸2-乙基己基酯、硝酸异戊酯等等；或者其两种或更多种的混合物。
缩醛可以包括二甲缩醛、甲醛缩二醇、乙醛缩二乙醇、乙醛缩二丁醇或者其两种或更多种的混合物。
过氧化物可以包括3-丁基过氧化物、过氧乙酸叔丁酯、仲-叔-丁基过氧化物或者其两种或更多种的混合物。
环氧化物可以包括1,2-环氧-4-环氧乙基环己烷、环氧甲酯、乙基己基缩水甘油或者其两种或更多种的混合物。
此外，钠盐的水溶液是指含有作为阳离子的钠(Na)的盐溶解于水中的溶液，并且其具体示例可以包括NaOH的水溶液或者硅酸钠(Na2O-nSiO2-xH2O)的水溶液。
同时，基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的重均分子量可以为50g/mol至250g/mol。重均分子量是指由GPC测量的按照聚苯乙烯换算的重均分子量。在通过GPC测量按照聚苯乙烯换算的重均分子量的过程期间，可以使用习知的分析仪器、检测器和分析柱，例如折射率检测器，并且可以应用通常应用的温度条件、溶剂和流动速率。作为测量条件的具体示例，可以考虑30℃的温度、氯仿溶剂和1ml/min的流动速率。
如果基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的重均分子量超过250g/mol，它可能在燃料添加剂中充当表面活性剂，并且因此在应用至燃料之后，在燃烧期间可能产生泥渣。亚烷基二醇单烷基醚的溶剂用于指代亚烷基二醇单烷基醚及其衍生物，并且具体地，基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂可以包括选自由亚烷基二醇单烷基醚、二亚烷基二醇单烷基醚、三亚烷基二醇单烷基醚及其酯化物组成的组中的一种或者几种。即，基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂可以包括亚烷基二醇单烷基醚、二亚烷基二醇单烷基醚、三亚烷基二醇单烷基醚、亚烷基二醇单烷基醚酯、二亚烷基二醇单烷基醚酯、三亚烷基二醇单烷基醚酯或者其两种或更多种的混合物。
更加具体地，作为亚烷基二醇单烷基醚或者亚烷基二醇单烷基醚酯的示例，可以考虑乙二醇单乙醚(EGEE)、乙二醇单甲醚(EGME)、乙二醇单丁醚(EGBE)、乙二醇单乙醚醋酸酯(EGEEA)、乙二醇单丁醚醋酸酯(EGBEA)、乙二醇单丙醚(EGPE)、乙二醇单苯醚(EGPhE)、乙二醇单己醚(EGHE)、乙二醇单乙基己基醚等等。
并且，作为二亚烷基二醇单烷基醚或者二亚烷基二醇单烷基醚酯的示例，可以考虑二乙二醇单甲醚(DGME)、二乙二醇单甲醚单乙醚(DGEE)、二乙二醇单乙醚醋酸酯(DGEEA)、二乙二醇单丁醚(DGBE)、二乙二醇单丁醚醋酸酯(DGBEA)、二乙二醇单丙醚(DGPE)、二乙二醇单己醚(DGHE)等等。
并且，作为三亚烷基二醇单烷基醚或者三亚烷基二醇单烷基醚酯的示例，可以考虑三乙二醇单甲醚(TGME)、三乙二醇单乙醚(TGEE)、三乙二醇单丁醚(TGBE)、三乙二醇单丙醚(TGPE)等等。
在本文中，水相反应溶液与基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的体积比可以为0.1至1.5、0.2至1.3或者0.24至1.12。此外，非极性有机溶剂与基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的体积比可以为0.5至1或者0.6至1。水相反应溶液与基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的体积比是指通过用水相反应溶液的体积除以基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的体积所获得的值。当在以上所述的反应物引入条件下进行反应时，可以使得反应物的损失最小化，并且可以抑制副反应，从而实现高反应效率。
同时，使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤可以在40℃至150℃、45℃至130℃、50℃至120℃、50℃至90℃、60℃至90℃或者80℃至90℃的温度条件下进行。当在以上所述的温度条件下进行反应时，可以使得反应物的损失最小化，并且可以抑制副反应，从而获得高反应效率。
如果将选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂放置在低于40℃的温度下，例如，在20℃至30℃的室温下，则水相反应溶液和基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂会通过简单的物理混合形成混合溶液，并且难以进行取代反应，其中，诸如-O-、-OH-、-OOH-等的化学键形成于基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂中。
此外，如果选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在高于150℃的高温下反应，则反应物(即，水相反应溶液或者基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂)的蒸发和损失的量会过度地增加，从而降低反应效率。使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤，如果需要的话，可以在选自由氧气、二氧化碳和一氧化碳组成的组中的一种或者多种气体的气氛下进行。当在以上所述的气体气氛下进行反应时，可以形成氧化反应条件，以实现高反应效率。
这样，在使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤中，由于水相反应溶液与基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂之间的化学反应，会发生相分离。在本文中，如果需要的话，可以进一步包括将反应产物中的上层液体和下层液体之中的上层液体分离的步骤。在分离步骤中，作为上层液体和下层液体的分离方法的示例，可以考虑使用分液漏斗。
在本文中，上层液体和下层液体是指在反应产物中，通过由相分离导致的界面来进行区分的两种不同液体，其中，将具有较高密度并且位于界面的下部分的液体区分为下层液体，并且将具有较低密度并且位于界面的上部分的液体区分为上层液体。
更加具体地，认为在上层液体中，存在与水相反应溶液化学键合的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂，并且在下层液体中，存在与基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的组成部分的一部分键合的水相反应溶液。
同时，在使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤之后，可以进一步包括向反应产物加入非极性有机溶剂的步骤。
在水相反应溶液与基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂之间的反应之后，非极性有机溶剂可以用于使反应产物中剩余的过量的水相反应溶液沉淀，
非极性有机溶剂具有在水相溶剂(例如水)中可溶性差的性质，并且作为非极性有机溶剂的示例，可以考虑C5-20烃溶剂，具体地，可以考虑甲苯、二甲苯、己烷、十四烷、十八烯等等，并且优选地，可以使用甲苯。对于甲苯，可以使用但不限于纯度为99％或者更高的甲苯或者市场可买到的工业甲苯(含有25％的苯)。
这样，如果进行向反应产物加入非极性有机溶剂的步骤，则在向反应产物加入非极性有机溶剂的步骤之后，可以进一步进行将含有非极性有机溶剂的混合物中的上层液体和下层液体之中的上层液体分离的步骤。在分离步骤中，作为上层液体和下层液体的分离方法的示例，可以考虑分液漏斗。
在本文中，上层液体和下层液体是指在反应产物中，通过由相分离导致的界面来进行区分的两种不同液体，可以将具有较高密度并且位于界面的下部分的液体区分为下层液体，并且可以将具有较低密度并且位于界面的上部分的液体区分为上层液体。
如果需要的话，在分离反应产物中的上层液体和下层液体之中的上层液体的步骤之前，可以进一步进行将反应产物冷却至室温(20℃)的步骤。通过将反应产物冷却至室温(20℃)的步骤，相分离可以发展至反应产物中的上层液体和下层液体中。此外，根据一个实施例的用于制备燃料添加剂的方法，在使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液和重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤之后，可以进一步包括对反应产物进行热处理以去除低沸点杂质的步骤。
通过对反应产物进行热处理，可以使反应产物中所含有的-O-、-OH-或者-OOH-键裂解，并且因此可以使包括上述键的原子团作为杂质被蒸发或去除。
也就是说，低沸点杂质是指含有-O-、-OH-或者-OOH-键的化合物，并且由于低沸点杂质的沸点低于60℃，它可以在60℃或者更高的热处理条件下被蒸发或者去除。
出于此目的，所分离的上层液体的热处理可以在60℃至150℃的温度下进行10秒至30小时。
同时，如果需要的话，在对所分离的上层液体进行热处理以去除低沸点杂质的步骤之后，可以进一步进行加入基于燃料添加剂的总体积的0.1至30vol％的量的液体烃化合物的步骤。
作为液体烃化合物的示例，可以考虑液体石蜡化合物、液体萘化合物、液体烯烃化合物、液体芳香族化合物等等。更具体地，对于液体香族化合物，可以考虑二甲苯。
同时，根据本发明的另一个实施例，提供一种包括由一个实施例的燃料添加剂的制备方法所获得的燃料添加剂的燃料和一种烃基燃料。当将由一个实施例的燃料添加剂的制备方法所获得的燃料添加剂加入汽油燃料、柴油燃料、船用油和航空用油时，可以减少废气和颗粒物，并且可以提高燃料效率。另外，由于由一个实施例的燃料添加剂的制备方法所获得的燃料添加剂具有疏水性，在含有其的燃料中，不会产生或几乎不产生由水分而导致的相分离，从而使得燃料能够通过管道运输。
燃料添加剂的制备方法的详细说明包括在一个实施例中如上所述的内容。
可以包括基于燃料的总体积的0.05vol％至50vol％或者0.1vol％至30vol％的量的燃料添加剂。
烃基燃料可以包括选自由煤制油、奥里乳油、汽油、柴油、煤油、重油(bunkeroil)、航空汽油和喷气燃料组成的组中的一种或者多种。也就是说，烃基燃料可以包括煤制油、奥里乳油、汽油、柴油、煤油、重油(bunker oil)、航空汽油、喷气燃料或者其混合物。
燃料还可以包括一种或者多种添加剂，所述添加剂选自由防冻剂、防静电剂、防腐剂、抗氧化剂、润滑剂、用于提高辛烷值的试剂、用于提高十六烷值的试剂、用于提高流动性的试剂、扩散剂和热稳定剂组成的组。也就是说，添加剂可以包括防冻剂、防静电剂、防腐剂、抗氧化剂、润滑剂、用于提高辛烷值的试剂、用于提高十六烷值的试剂、用于提高流动性的试剂、扩散剂、热稳定剂或者其混合物。
【有益效果】
根据本发明，提供了一种用于制备燃料添加剂的方法以及使用由该方法所获得的燃料添加剂的燃料，该燃料添加剂可以稳定地分散于液体烃燃料中，并且因此可以被长时间稀释，而无需使用表面活性剂，并且甚至无需用均质器来分散水，并且该燃料添加剂可以提高燃烧效率，并且减少燃烧后排放的废气和颗粒物(PM)。
具体实施方式
将在以下实施例中解释本发明。然而，这些实施例仅作为本发明的示例来呈现，本发明的范围并不受其限制。
【制备实施例：燃料添加剂的制备】
制备实施例1
将100ml丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)和40ml 95％的乙醇加入至300ml的烧杯中。将烧杯放在磁热板上，并且同时在反应期间用磁棒以400rpm搅拌，并将混合溶液的温度在75℃至85℃保持30分钟，使用分离氧气和氮气的家用氧气浓缩器(型号：EYVENZ3M)，用软管仅将氧气供应至烧杯的液体中20分钟，以与氧气进行反应，并且将剩余的液体用作燃料添加剂。
制备实施例2
1、进行第一反应步骤，其中，将500ml 70℃的丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)倒入至1升的烧杯中，加入120ml 85℃的水(其中，整个液体的温度是74℃)，将烧杯放在磁热板上，并且同时用磁棒以400rpm搅拌5分钟，使用分离氧气和氮气的家用氧气浓缩器(型号：EYVENZ3M)，用软管仅将氧气供应至烧杯的液体中20分钟，以与氧气进行反应，接着静置(leave)1小时。此例中，整个液体是透明的而没有相分离。
2、进行第二反应步骤，其中，当已经通过第一反应步骤的丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)、水和氧气的反应溶液在热板上加热时，用30秒加入300ml室温的工业甲苯，同时用磁棒以400rpm进行混合，并且在热反应期间，反应溶液在62℃下转变为奶油色，并且在这一状态下，关闭热板并且静置热板。
3、当关闭热板并且静置热板时，在约20℃下，液体是透明的，并且由于相分离被分离为上层液体和下层液体。下层液体的量为约40ml。上层液体的量为约760ml，并且其余的量被蒸发了。由此进行了分离为上层液体和下层液体的第一分离步骤。
4、将760ml的在第一分离步骤中所分离的上层液体倒入1升的烧杯中，用乙烯基包装包裹烧杯的侧壁以使其保暖，并且密封烧杯的顶部，保留少许空间以使得蒸汽可以离开。将它放在热板上，升高液体的温度，并且在将液体的温度保持在70℃的同时，将它静置12个小时，从而进行热蒸馏处理，并且结果是在20℃，剩余液体的量为约500ml，将其用作燃料添加剂。
制备实施例3
1、当将100ml丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)和100ml水加入300ml的烧杯中时，它们被透明地混合而没有相分离。将丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)与水的混合物放置在热板上，并且升高温度。从室温至40℃，液体是透明的并且没有相分离。随着液体的温度超过44℃，开始在下部分产生气泡。在约50℃的液体温度下，气泡被散布并且整个液体变得混浊。在60℃的液体温度下，约25ml的水被透明地沉淀在底部，并且上部液体是混浊的。当将它从热板取下并且静置它时，在烧杯的底部，沉淀物增加至约30ml。当再次将烧杯放在热板上并且升高温度时，在约70℃下，在底部产生约50ml的沉淀物。在约79℃的液体温度下，混浊的上层液体变得透明，并且在下层，透明沉淀物增加至约50ml。透明的上层液体(即，丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚))的量为约150ml。
2、将具有相分离为上层液体(150ml)和下层液体(50ml)的烧杯放在热板上，并且在65℃下用移液管(spoid)缓慢加入30ml的甲苯，上层液体变得混浊并且立即产生了沉淀，并且下层液体增加至80ml。当用移液管加入20ml甲苯至50ml的总和时，下层液体为透明的并且上层液体为混浊的，并且当温度升高至70℃时，混浊的上层液体变得透明，并且下层液体增加至85ml。当在70℃的液体温度下，用移液管进一步加入20ml的甲苯时，上层液体立即变得混浊，但是随着液体的温度再次变为70℃，整个液体变得透明，并且下层液体被保持在约85ml而没有一点变化。即使在整个液体的温度为70℃下进一步加入30ml的甲苯，下层液体仍被保持在85ml而几乎没有变化。
3、使用分液漏斗将上层液体和下层液体进行分离的步骤。
4、将215ml上层液体放入500ml的烧杯中，用乙烯基包装包裹烧杯的侧壁以使其保暖，并且将200ml烧杯悬空在所述烧杯的中部，以便收集蒸发的并且冷凝的液体，从而收集冷凝物，用乙烯基包装包裹500ml烧杯的顶部使其密封并且保暖，将所述烧杯放置在热板上，并且在升高温度的同时，将含有冷水的圆底玻璃烧瓶放置在乙烯基的顶部，以使得在所述烧杯中蒸发的气体可以与冷水接触，并且被容易地冷凝和收集于悬置在内部的200ml烧杯中。之后，将热板设置在120℃6个小时，并且当将含有液体的500ml烧杯放置在热板上并且静置它时，500ml烧杯中含有的液体变成195ml，并且在悬置于中部的200ml烧杯中，收集了约15ml的冷凝物。此处，将500ml烧杯中所含的液体用作燃料添加剂。
制备实施例4
1、将100ml丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)和100ml的95％生物醇('PrethanolA'，DUKSAN公司的产品)的水溶液在15℃下混合并且放入用乙烯基包装保暖的500ml烧杯中，将200ml烧杯悬空于500ml烧杯的中部中，所述烧杯的顶部用乙烯基包装密封，将所述烧杯放在热板上，将含有冷水的圆底玻璃烧瓶放在所述烧杯的顶部上，以使得所述烧杯中蒸发的气体可以与冷水接触，并且被容易地冷凝，并且因此收集在悬置于内部的200ml烧杯中。将热板开启并且设置在110℃6个小时，并且静置热板。在5个小时之后液体的温度是70℃，并且收集了0.5ml的冷凝物。
2、向含有丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)和生物醇的500ml烧杯中加入100ml的甲苯，将热板设置在125℃8个小时，并且静置热板。在500ml烧杯内部的200ml烧杯中，收集了20ml的冷凝物。此例中，将500ml烧杯中的15ml液体倒入至另一烧杯中，并且当用移液管滴加冷水以证明疏水性时，一滴一滴地滴加冷水并且在烧杯的底部进行收集，但是一部分水似乎被稀释于所述液体中。再次将烧杯放在热板上，将热板开启并且设置在125℃8个小时，并且静置热板，以用于热蒸馏，并且在所述烧杯内部的200ml烧杯中，收集了35ml的冷凝物。当将3ml的冷凝物加入30ml的柴油，以便确认35ml冷凝物的性质时，它被透明地稀释，并且其一部分一滴一滴地沉淀在底部，然后被透明地稀释在液体中。
3、将在500ml烧杯中所含有的约265ml反应溶液倒入PET瓶中，并且将软管连接至使空气分离为氧气和氮气以供应氧气的氧气浓缩器，并且将玻璃管连接至端部，从而将氧气通过玻璃管供应至包含在PET中的液体中30分钟，以与氧气反应，然后加入26ml的液体石蜡以制备本发明的燃料添加剂。
制备实施例5
1、将5升的烧杯放在热板上，并且将1200ml丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)、1000ml的95％生物醇('Prethanol A'，DUKSAN公司的产品)和甲苯的水溶液和100ml水放入其中，将温度和时间设置为120℃和60h，密封烧杯的侧壁，同时用磁棒以480rpm搅拌，将500ml烧杯悬置，以使得冷凝物可以被收集于5升的烧杯中，用乙烯基包装包裹烧杯的顶部，并且将含有水的圆底烧瓶放在密封的乙烯基上，以使得烧杯中蒸发的气体可以与冷水接触，并且被容易地收集，并且因此被收集在悬置于内部的500ml烧杯中。
2、将900ml的99.9％乙醇(EtOH)的水溶液额外地放入5升的烧杯中，以提高液体(丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)、生物醇和甲苯在其中进行反应)中乙醇的含量，并且将热板开启并且设置在120℃36个小时，并且静置热板，同时用磁棒以150rmp进行搅拌。
3、将400ml的2-,乙基-2-丙醇加入至5升的烧杯中，使得量变为基于反应溶液的约10vol％，并且将热板开启并且设置在120℃48个小时，以250rmp，并静置热板。
4、将300ml的2-甲基-2-丙醇另外加入至5升烧杯中所含有的反应溶液中，并且将热板开启并且设置在120℃12个小时，以250rmp，并静置热板。在13个小时之后，当关闭热板时，将5升烧杯中所含有的液体用作燃料添加剂。
制备实施例6
1、进行第一反应步骤，其中，向15升塑料容器中倒入3500ml丁基溶纤剂(BC；乙二醇单丁醚)，并且向其加入硅酸钠水溶液(其中在约50℃下将850g硅酸钠(水玻璃2号；Na2O-nSiO2-xH2O)溶解于3500ml水中)，并且使用配备有搅拌叶轮的4500rpm手钻电机将它们混合4小时，接着关闭盖子以进行密封，并且静置它。
2、在第一反应步骤中反应的透明地相分离的上层液体的量为约4800ml，并且下层液体的量为约2600ml。仅将约4800ml上层液体分离并且收集于15升塑料容器中，由此进行了第一分离步骤。
3、进行第二反应步骤，其中，向15升塑料容器中倒入在第一反应步骤中获得的4.8升上层液体，并且加入2.4升甲苯，并且将它浸泡在具有宽入口的15升塑料容器中，倒入热水以将反应溶液的温度升高至50℃，并且用配备有搅拌叶轮的4500rpm手钻将它们混合20分钟，接着关闭15升塑料容器的盖子，并且将它静置12个小时。
4、在第二反应步骤中反应的并且相分离为上层液体和下层液体的液体之中，将2升的上层液体收集于3升的烧杯中，由此进行了第二分离步骤。
5、将含有在第二分离步骤中获得的2升反应溶液的烧杯放在热板上，用乙烯基包装保暖烧杯的侧壁，打开烧杯的顶部以使得蒸汽可以离开，将磁棒放在烧杯的底部用于搅拌，放置水银温度计以确定液体的温度，将热板打开并且设置为120℃12个小时，静置热板，然后关闭热板，并且反应溶液的量变为约1500ml。
6、当打开热板以升高温度时，在用磁棒进行搅拌下，将150ml二甲苯和150ml液体石蜡加入1500ml反应溶液，并且当液体的温度变为50℃时，结束搅拌。
7、关闭热板，静置热板，并且冷却热板，然后将留在烧杯中的液体用作燃料添加剂。
【实施例：燃料的制备】
实施例1
将在制备实施例1中获得的燃料添加剂与汽油混合，以使得燃料添加剂的量变为基于燃料总量的约0.25vol％，从而制备了燃料。
实施例2
将在制备实施例2中获得的燃料添加剂与汽油混合，以使得燃料添加剂的量变为基于燃料总量的约0.5vol％，从而制备了燃料。
实施例3
将在制备实施例2中获得的燃料添加剂与柴油混合，以使得燃料添加剂的量变为基于燃料总量的约0.8vol％，从而制备了燃料。
实施例4
将在制备实施例1中获得的燃料添加剂与柴油混合，以使得燃料添加剂的量变为基于燃料总量的约0.4vol％，从而制备了燃料。
【对比例：燃料的制备】
对比例1
将没有添加在制备实施例中获得的燃料添加剂的汽油用作燃料。
对比例2
将没有添加在制备实施例中获得的燃料添加剂的柴油用作燃料。
【实验实施例】
1、车辆燃料效率测试
准备配备有1999cc汽油发动机的车辆(现代汽车公司2016款；索纳塔CVVL(SONATACVVL))，并且用实施例2和对比例1的燃料填充车辆，并且进行车辆燃料效率测试。
具体地，在以80KPH的恒速，在从龟尾(Gumi)至尚州(Sangju Bo)的25国道上行驶33km的距离，并且上行(龟尾->尚州)和下行(尚州->龟尾)之后，比较地测量燃料效率。在风小并且晴朗的天，用燃料完全填满车辆，并且车辆行驶超过100km，然后在第二天用安装在车辆仪表板上的燃料效率仪表测量燃料效率。
【表1】
上行燃料效率 下行燃料效率 平均燃料效率
实施例2 20.5km/L 21.2km/L 20.85km/L
对比例1 18.2km/L 18.8km/L 18.5km/L
如表1所示，没有燃料添加剂行驶的对比例1表现出18.5km/L的平均燃料效率，并且采用0.5vol％的制备实施例2的燃料添加剂行驶的实施例2表现出20.85km/L的平均燃料效率，因此，在像实施例2那样添加燃料添加剂的情况下，会获得燃料效率改善了12.7％的效果。
2、废气/燃料效率测试
(1)对于实施例1的燃料和对比例1的燃料，在位于庆尚北道龟尾市(Gumi-SiGyeonsangbuk-Do)的车辆检查站，使用车辆检查设备(JASTEC有限公司CGA-4700)进行废气测量测试，并且结果显示于下列表2中。
测试车辆是配备有汽油发动机的车辆(现代，索纳塔，CVVL，2.0汽油，2015款)。
【表2】
Figure BDA0002257865730000151
如表2所示，在向汽油添加了0.25vol％的制备实施例1中所获得的燃料添加剂的实施例1的燃料中，与没有添加燃料添加剂的对比例1的燃料相比，在废气测试中的HC量和CO量更少。
(2)对于实施例3的燃料，实施例4的燃料和对比例2的燃料，在位于韩国仁川的仁荷工业大学(Inha Technical College)的排放实验室，于2016年10月18日进行了废气和燃料效率测试，并且结果显示于下列表3中。
测试车辆是现代汽车1.6L柴油AT，2012款，并且总里程是107,000km。测试模式是CVS-75模式，并且进行了热态行驶和模态分析。
【表3】
HC[g/km] NO<sub>x</sub>[g/km] 烟雾系数[％-升] F/E[km/l]
对比例2 0.022 1.792 0.90 14.18
实施例3 0.021 1.837 0.57 14.86
变化率 -4.3％ 2.5％ -36.4％ 4.8％
对比例2 0.022 1.792 0.90 14.18
实施例4 0.017 0.919 0.43 15.23
变化率 -23.2 -48.7 -51.9 7.4
如测试结果所示，在使用实施例3的燃料的情况下，与对比例2的燃料相比，HC和废气排放改善了约3～40％，并且燃料效率提高了约4.8％。在使用实施例4的燃料的情况下，与对比例2相比，HC、NOx和废气排放改善了约25％～50％，并且燃料效率提高了约7％。
根据详细阶段的测试结果的分析如下所示，其中，对小型车测试模式(韩国CVS-75模式)的在下列阶段1、阶段2和阶段3区域中生成的数据进行了分类和分析。韩国CVS-75模式与在美国使用的FTP-75模式相同，并且被用来复制实际行驶方式，同时等同地连接市区的早高峰时间和拥挤区域、在办公室内运行和在办公室外运行的高速区域等等。
Figure BDA0002257865730000161
总模式时间为1887s，总行驶距离为17.8km，平均速度是34km/h，并且最大速度是92km/h。
对于实施例3的燃料、实施例4的燃料和对比例2的燃料，根据阶段1、阶段2和阶段3区域，在韩国仁川的仁荷工业大学的排放实验室，于2016年10月18日进行了废气和燃料效率测试，并且结果显示于下列表4至6中。
【表4】
阶段1 HC[g/km] CO[g/km] NO<sub>x</sub>[g/km] 烟雾系数[％-升] F/E[km/l]
对比例2 0.025 0.000 1.237 0.74 15.12
实施例3 0.029 0.009 1.694 0.78 15.48
变化率 14.4％ - 36.9％ 4.5％ 2.3％
对比例2 0.025 0.000 1.237 0.74 15.12
实施例4 0.023 0.033 0.701 0.36 15.89
变化率 -7.7％ - -43.3％ -51.9％ 5.1％
【表5】
阶段2 HC[g/km] CO[g/km] NO<sub>x</sub>[g/km] 烟雾系数[％-升] F/E[km/l]
对比例2 0.015 0.007 2.016 1.21 13.58
实施例3 0.016 0.013 1.968 0.73 14.37
变化率 6.1％ 70.7％ -2.4％ -40.2％ 5.8％
对比例2 0.015 0.007 2.016 1.21 13.58
实施例4 0.013 0.156 0.974 0.63 14.38
变化率 -15.6％ 2025.7％ -51.7％ -48.2％ 5.9％
【表6】
阶段3 HC[g/km] CO[g/km] NO<sub>x</sub>[g/km] 烟雾系数[％-升] F/E[km/l]
对比例2 0.034 0.076 1.790 0.43 14.70
实施例3 0.026 0.007 1.698 0.13 15.40
变化率 -23.7％ -90.2％ -5.2％ -69.6％ 4.7％
对比例2 0.034 0.076 1.790 0.43 14.70
实施例4 0.021 0.001 0.981 0.12 16.56
变化率 -38.5％ -98.4％ -45.2％ -71.3％ 12.7％
根据驾驶方式的测试结果如下述分析，其中，对于实施例3的燃料、实施例4的燃料和对比例2的燃料，对在CVS-75模式行驶期间在加速驾驶条件、弱加速/减速驾驶条件、减速驾驶条件和空转驾驶条件下生成的数据进行分类和分析。首先，在加速驾驶条件下的结果显示于下列表7中。
【表7】
如表7所示，在使用实施例4的燃料的情况下，燃料消耗率和燃料效率改善了约10％，并且尤其是如果以高速(60km/h或者更高)和低速(30km/h或者更低)加速，燃料效率改善了13～15％。HC趋向于在高速下减少，并且不论什么速度，NOx趋向于同样地降低约40％。
在弱加速/减速驾驶条件下的结果显示于下列表8中。
【表8】
Figure BDA0002257865730000181
如表8所示，在弱加速/减速驾驶条件下，燃料消耗率普遍改善了约2～9％，并且尤其是当在低速下驾驶时，燃料消耗率改善了约13％，并且不论什么速度，HC趋向于减少约20～40％。
在空转条件下的结果显示于下列表9中。
【表9】
空转条件 燃料消耗量(cc/s)
对比例2 0.299
实施例3 0.285
实施例4 0.266
如表9所示，在发动机空转时，燃料消耗率改善了约11％。
3、通过水分测试相分离
对于在制备实施例5中制备的燃料添加剂，进行了在汽油和柴油中通过水分进行相分离的测试，并且将结果显示于下列表10中。
【表10】
Figure BDA0002257865730000191
如表10所示，在样本1中，当将0.5ml水同时和3ml燃料添加剂加入至20ml汽油时，在20分钟后保持0.5ml的沉淀，并且即使在5天之后，沉淀物仍为0.5ml，并且保持了疏水性，而没有相分离，但是在样本2和样本3中，当将6ml和9ml燃料添加剂加入至20ml汽油并且加入0.5ml水时，在20分钟后没有变化，但是在5天之后，沉淀物变得透明并且产生了相分离。
在样本4、样本5和样本6中，当分别将3ml、6ml和9ml的量的燃料添加剂放入柴油中，并且分别加入0.5ml水时，在20分钟之后，产生了1.0ml、2.0ml和3.0ml的沉淀物并且发生了相分离，但是在5天之后，沉淀物为3ml、6ml和8ml并且发生了大量相分离。
因此，证实了在这些情况中，在5天内，生物醇保持了疏水性，并且在汽油中不发生相分离(样本1)，并且证实了虽然生物醇不在柴油中稀释，但是燃料添加剂在柴油中被透明地稀释。

Claims (13)

1.一种用于制备燃料添加剂的方法，包括使一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤，其中所述一种或者多种水相反应溶液选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组。
2.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，其中，所述水相反应溶液与所述基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的体积比为0.1至1.5。
3.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，其中，所述极性有机化合物的水溶液包括一种或者多种极性有机化合物，所述一种或者多种极性有机化合物选自由醇、酮、醚、酯、缩醛、过氧化物和环氧化物组成的组。
4.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，其中，所述基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂包括选自由亚烷基二醇单烷基醚、二亚烷基二醇单烷基醚、三亚烷基二醇单烷基醚和它们的酯化物组成的组中的一种或者多种。
5.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，其中，在热处理所分离的上层液体以去除低沸点杂质的步骤中，所述热处理在60℃至150℃的温度下进行10秒至30个小时。
6.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，其中，在选自由氧气、二氧化碳和一氧化碳组成的组中的一种或者多种气体的气氛下，进行使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液、基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂和非极性有机溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤。
7.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，在使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤之后，还包括热处理反应产物以去除低沸点杂质的步骤。
8.根据权利要求7所述的用于制备燃料添加剂的方法，在热处理反应产物以去除低沸点杂质的步骤之后，还包括加入基于所述燃料添加剂的总体积的0.1vol％至30vol％的量的液体烃化合物的步骤。
9.根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法，在使选自由水、极性有机化合物的水溶液和钠盐的水溶液组成的组中的一种或者多种水相反应溶液与重均分子量为50g/mol至250g/mol的基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂在40℃至150℃的温度下进行反应的步骤之后，还包括将非极性有机溶剂加入至反应产物的步骤。
10.根据权利要求9所述的用于制备燃料添加剂的方法，其中所述非极性有机溶剂与所述基于亚烷基二醇单烷基醚的溶剂的体积比为0.5至1。
11.一种燃料，包括由根据权利要求1所述的用于制备燃料添加剂的方法所获得的燃料添加剂，和烃基燃料。
12.根据权利要求11所述的燃料，其中，包括基于所述燃料的总体积的0.05vol％至50vol％的含量的所述燃料添加剂。
13.根据权利要求11所述的燃料，其中，所述烃基燃料包括选自由煤制油、奥里乳油、汽油、柴油、煤油、重油、航空汽油和喷气燃料组成的组中的一种或者多种。
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