CN1380377A - 亚纳米碳基燃油节能添加剂 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种燃油添加剂,它含有:30－60重量份数C6－C18碳醇,所述碳醇的平均粒径为0.2－1.5微米;40－80重量份数的抗氧化剂和表面活性剂;0.05－1重量份数的氨水。本发明还提供了所述燃油添加剂的制造方法。本发明的燃油添加剂具有(1)成本低;(2)技术指标优异;(3)安全无毒;(4)配方简单;(5)通用性强,可用于柴油和汽油等优点。

Description

亚纳米碳基燃油节能添加剂

本发明涉及燃油添加剂领域。更具体地，本发明涉及用于汽油和柴油的节能、环保型添加剂。

采用优质燃油添加剂是改善燃料性能的一种较经济和较有效的方法，它不但能使燃料充分燃烧，发挥其最大热值，从而提高其经济价值，而且能使燃烧系统设备变得干净，减少腐蚀，磨损，从而延长设备使用寿命，降低维修费用，更为重要的是它能减少燃烧过程中有有害物质的排放，减轻环境污染。

最近十几年来石油产品中添加剂的研制和生产进展迅猛，国内外产品琳琅满目，在燃油市场上它已成为人们注目的热点产品。

MTBE是一种重要的汽油添加剂，能够减少烟雾的排放，但是它造成了加利福亚和其他地方的地下水污染，美国出售的汽油中有1/3使用MTBE。因此，一些国家(如美国)出于环保考虑，将禁止使用甲基叔丁基醚(MTBE)作为汽车添加剂。

《汽油及柴油节能剂的研究》(上海交通大学应用化学系)报道了产品型号为FSA-60汽油节能添加剂及DFSA-100柴油节能添加剂。在燃油中的添加量为0.15％-20％。FSA-60的节能效果为：负荷特性最大节油率达2.8％：快车道运行的最大节油率为6.5％；车辆从20％km/h加速到km/h的时间缩短9.3％。

《纳米技术将加速第四代燃油添加剂的诞生》(中国石油报2000-09-13第2版)报道了纳米技术将加速第四代燃油添加剂的诞生，我国方正集团北大博雅公司研制的纳米燃油添加剂产品被称为第四代环保型燃油添加剂，是一种在作用机理上完全不同于其他燃油添加剂的高科技产品，它可以全面解决辛烷值强化剂，清洁剂和节油添加剂等多个问题，并能改善发动机性能，在一定程度上提高动力。然而，该文献并没有公开该燃油添加剂的组成。

《第四代环保型燃油添加剂即将面世》(投资导报2000-09-13第12版)报道了NANO牌纳米燃油添加剂不久将投放市场。留美博士李正孝教授采用最新的纳米微乳化技术和世界先进的生产设备，研制生产出在作用机理上完全不同于其它燃油添加剂的高科技产品，能提高动力性能20-28％，平均节油达20％，并可使汽车尾气的污染物排放降低80％。然而，该文献并没有公开该燃油添加剂的组成。

《新型汽油剂省油廉价高清洁》(中国矿业报2000-05-23第7版)报道美精一号汽油添加剂，节油效果明显每百升约节油8至17升，节约费用18元以上。以“奥迪”车为例，仅需添加10元钱的“美精一号”，即可节油6.4升以上。节油8％至17％，一氧化碳，碳氢化合物降低33％以上。然而，该文献并没有公开该燃油添加剂的组成。

《纳米氟化稀土润滑油添加剂》(申请人：中国科学院兰州化学物理研究所，专利申请号：98123519；专利公告号：1218104)公开了一种纳米氟化稀土润滑油添加剂及其制备方法。它由水溶油稀土无机盐、分散剂，表面活性剂，促进剂，基础油、氟化钠组成。纳米氟化稀土颗粒尺寸在10-50纳米，成功地解决了氟化稀土在润滑油中的分散问题，它是性能优良的润滑油抗压、抗磨添加剂。

《具有助燃、节油、净化功效的燃油添加剂》(申请人：吴振 胡光荣；专利申请号：97103979；专利公告号：1168408)报道了具有助燃、节油、净化功效的燃油添加剂由按重量百分比的以下成分含量组成：乙二醇丁醚14-16，脂肪酸酯2-14，二氯乙烷15-30，丁醇25-35，环烷酸钴1-3，羧乙基锗倍半氧化物0.5-5，脂肪酰胺1-18。

《高效燃油添加剂》(申请人：廊坊源兆通信器材有限公司能源开发公司；专利申请号：95101596；专利公告号：1129730)报道了一种高效燃油添加剂及生产工艺，其特征在于将硝酸酯、乙醇、丙酮、邻硝基甲苯配制后，放入反应釜内，进行反应制成成品，添加剂按0.05％剂量加入燃油之内，可节约燃油10％，降低烟度45％，降低粘度40％，是一种理想的高效、优质燃油节油添加剂。

《液体燃料添加剂》(申请人：深圳市日研科技有限公司；专利申请号：97114244；专利公告号：1210135)报道在汽油，柴油或煤油中加入少量的琥珀酰亚胺、胺氧化物类、合成酯、paradyne、二烷基二苯胺、磷酸甲酚二苯酯、甲基苯二胺、二烷基二硫代硫酸锌、二水杨义、二氨基环己烷构成的液体燃料添加剂，在高温高压的工况条件下，引起“微爆反应”，使燃料充分燃烧，且产生巨大压力，增大发动机功率，减少尾气中CO，HC的排放量。

《多元醇酯燃料添加剂》(申请人：埃克森研究工程公司；专利申请号：97197899；专利公告号：1230210)公开报道了一种可降低气阀积碳和燃烧室积碳的多元醇酯燃料添加剂。这种酯具有约1-35％来转化的羟基，其特征在于羟基数约为5-180。

《汽油机防积炭添加剂》(申请人：贡建政；专利申请号：95112728；专利公告号：1148084)公开报道一种汽油机防积炭添加剂，其组分和含量为：有机胺9-11，脂肪酸3-6，醇类8-12，溶纤剂8-12，稀土盐8-12，乳化剂2-4，烃类42-62。

《高效柴油添加剂及其制造方法》(申请人：中国人民解放军第九七0二工厂；专利申请号：88106101；专利公告号：1033393)报道了一种高效柴油添加剂由20-65％环烷酸锌、23-52％的环烷酸锰、5-18％的环烷酸铁和7-20％的环烷酸钴混合搅拌均匀而成。每500kg柴油中加入1公斤高效柴油添加剂，节油率达10％以上，同时可降低尾气烟度。

美国专利US4659337(专利申请号：US1986000821727)报道一种发动机燃料添加剂，它能控制辛烷值，控制降低烃、一氧化碳排放和清洁汽化器性能。该添加剂是马来酐、聚醚多胺(最好是聚醚二胺)，和n-烷基——亚烃基二胺的反应产物。

苏联联邦专利RU2102437C1(专利申请号：  RU1996000113312)报道了一种添加剂，它含有机锰化合物(含0.03-0.6的锰)和甲醇及含50-85％甲基特丁基醚和15-50％叔丁基醇的醚化产品。增加无铅抗爆汽油的量、降低CO排放。

美国专利US5931977(专利申请号：US1997000971411)报道了一种柴油添加剂，它含有30-55％醇，25-35％酮，3-10％硅化物(含有3-5个C原子，9-18个H原子，3-5个氧原子)。该添加剂能增加功率，减少排放，降低污染。

然而，现有技术中的这些添加剂或者成分众多、制造工艺复杂，或者不能同时用于柴油和汽油，或者成本昂贵，因此，本领域迫切需要开发新的组份简单、成本低廉、和/或制造工艺简便的环保节能的燃油添加剂。此外，本领域还需要开发无毒、安全的燃油添加剂。

在本发明第一方面，提供了一种燃油添加剂，它含有：

   30-60重量份数C6-C18碳醇，所述碳醇的平均粒径为0.2-1.5微米；

   40-80重量份数的抗氧化剂和表面活性剂；

   0.05-1重量份数的氨水。

较佳地，所述的碳醇为C12-16碳醇。更佳地，所述的碳醇为C12-C14碳醇。

在一优选例中，所述的抗氧化剂是硬脂酸，所述的表面活性剂是硬脂酸。

在另一优选例中，所述的碳醇的平均粒径为0.5-1.0微米。

在一优选例中，所述的燃油添加剂为固体形式。在另一优选例中，所述的燃油添加剂为乳剂，且还含有20-50重量份数的选自下组的溶剂：甘油、烃类溶剂、和它们的组合。

在本发明的另一方面，提供了一种制备燃油添加剂的方法，它包括步骤：

    (1)对C6-C18碳醇进行低温研磨，形成平均粒径为0.2-1.5微米的亚纳米碳醇；

    (2)将30-60重量份数步骤(1)中制得的C6-C18亚纳米碳醇与40-80重量份数的抗氧化剂和表面活性剂，0.05-1重量份数的氨水混合，形成混合物；

    (3)在100-200℃下加温步骤(2)中制得的混合物30-90分钟；

    (4)冷却步骤(3)中的混合物，制得燃油添加剂。

较佳地，该方法还包括步骤：

在步骤(2)之前，对研磨的亚纳米碳醇进行分级处理，以获得平均粒径为0.5-1.0微米的碳醇；和

(5)对步骤(4)的燃油添加剂进行固化成型。

在一优选例中，所述的碳醇为C12-C16碳醇，所述的低温研磨是在-50℃至0℃进行，所述的加温步骤是在120-170℃进行50-70分钟。

如本文所用，“碳基”指基于含碳材料，例如烃、含有碳原子的醇、酯和酸等。

适用于本发明的碳醇指含有碳链的醇，其中包括一元醇、也包括多元醇、或它们的混合物。碳醇还包括饱和醇、不饱和醇、以及它们的混合物。

一类合适的原料是C6-C18碳醇。代表性的碳醇例子包括：C₆H₁₃OH、C₇H₁₅OH、C₈H₁₇OH、C₉H₁₉OH、C₁₀H₂₁OH、C₁₁H₂₃OH、C₁₂H₂₅OH、C₁₄H₂₉OH、C₁₅H₃₁OH、C₁₆H₃₃OH等及其混合物。以C12H25OH和C₁₄H₂₉OH为例，它们是已知的用于牙膏的发泡剂。

本发明的燃油添加剂的具有优良的节能环保作用，其工作原理如下：由于在碳醇里游离碳的作用下，产生阴离子和非离子使得燃油中(汽油、柴油)分子与分子之间的结合团变松离，或者是由大分子团变为小分子团(这类似于氟氯烃进入臭氧层所发生的反应，一个氟氯烃可破坏十万个臭氧，并将其变为氧气)。所以加了添加剂后，燃油中的分子与氧气的接触面增大，燃油的燃烧值提高，从而提高了引擎的功率，达到了节能环保的目的。

此外，在本发明的燃油添加剂中采用了抗氧化剂和表面活性材料(例如硬脂酸)，这样，在燃油过程中能把原有在引擎里的积碳软化或者重新燃烧排出。因此，使用加了添加剂的燃油驾驶100公里以后，引擎里的积碳基本消失，从而延长了引擎使用寿命。

本发明亚纳米碳基燃油节能添加剂的制备方法通常包括以下步骤：

(1)亚纳米处理

该步骤是对C6-C18碳醇进行低温研磨，从而形成平均粒径为0.2-1.5微米的亚纳米碳醇。该步骤可用本领域已知的各种亚纳米或纳米研磨技术进行。研磨方式可以是间歇式，也可以是连续式的。在研磨温度通常为0℃以下，例如-50℃至0℃，较佳地为-40℃至-5℃。研磨时间没有特别规定，并且随着所用的研磨方法和研磨设备不同而有所变化，但只要研磨后的碳醇平均粒径为0.2-1.5微米即可。

亚纳米处理后获得的亚纳米碳醇，可以直接用于下一步骤。然而，较佳地可对研磨后的亚纳米碳醇进行分级处理。分级可用本领域的常规方法进行。一种常用的分级方法是利用一定孔径的筛网。筛网的孔径通常为0.5微米-2微米。在一个实施例中，使用孔径为1微米的筛网。经过分级处理，获得的亚纳米碳醇的大小更为均一。此外，被分离出的尺寸较大的碳醇可以被再次研磨，实现循环利用。

(2)配料

取30-60重量份数经亚纳米处理后平均粒径为0.2-1.5微米(更佳地0.5-1.0微米)的碳醇，与40-80重量份数的抗氧化剂和表面活性剂，0.05-1重量份数的氨水混合，形成混合物。

本领域常用的各种抗氧化剂和表面活性剂基本上都可用于本发明的燃油添加剂中，只要它们基本上无毒、且对亚纳米碳醇无负面影响。一种既作为抗氧化剂，又作为表面活性剂的物质是硬脂酸。硬脂酸不仅可以起到防止亚纳米碳醇氧化的作用，又可调节亚纳米碳醇的表面活性，使其能更充分地与燃油(例如汽油和柴油)混合。硬脂酸的用量碳醇为40-80重量份数，较佳地50-75重量份数。

在配料中加入的少量氨水起到催化作用。氨水的用量通常为0.05-1重量份数，较佳地为0.2-0.8重量份数。

(3)加温处理

在配料步骤之后，对获得了混合物进行加温处理。加温处理通常是在正常气氛下，在100-200℃(较佳地120-170℃))下，加热30-90分钟(较佳地50-70分钟)。当然，也可在惰性气氛中进行加温处理。

加温步骤的作用是使碳醇中的部分醇组份挥发(蒸发)掉，并使硬脂酸起保护亚纳米碳颗粒以防止氧化。

(4)冷却

加温处理后，冷却混合物，即可制得燃油添加剂。

当然，还可对获得的燃油添加剂进行固化成型处理，以获得固体形式的产品。

此外，也可加入溶剂，以获得乳剂形式的产品。用于制造乳剂的合适溶剂包括(但并不限于)选自下组的溶剂：甘油、烃类溶剂、和它们的组合。溶剂的用量通常为20-50重量份数。

使用时，通常按1升燃油加入0.1-0.5克，较佳地0.2-0.3克本发明的燃油添加剂。当然，稍多加入些添加剂通常并不会产生负面影响，只是导致成本上升而已。

本发明的燃油添加剂具有以下优点：

(1)成本低；

目前，本发明产品已经达到的经济指标是：每克燃油添加剂溶解5升汽油或柴油，实验室里每克本为0.30元，所产生的节能经济效益1.00元左右，消费者使用后净利润为0.70元。成本只有国外同类产品的1/3价格。

(2)技术指标优异；

引擎功率和扭矩力啬5％-10％，节能6％-15％，废气各项指标下降2％以上，经过一段时间使用后引擎里原有积碳基本消失，使用了添加剂后引擎工作时发出的声音变轻，由引擎而引发的故障明显减少。

与国外同类产品相比，本产品提高了燃烧值且汽车散热水温不变。

(3)安全无毒；

(4)配方简单；

(5)通用性强，可用于柴油和汽油。

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1

燃油添加剂1

取1000克C12-C14碳醇，在-5℃条件下低温研磨至平均粒径约为0.6微米，然后通过孔径为1微米的筛网进行分级。将粒径为1微米之下的碳醇按表1中所述的比例与硬脂酸、氨水混合。混合均匀的混合物在130℃加温约50分钟。然后冷却成型，制成2克/粒的固体形式。

实施例2

燃油添加剂2

取1000克C12-C16碳醇，在-5℃条件下低温研磨至平均粒径约为0.5微米，然后通过孔径为1微米的筛网进行分级。将粒径为1微米之下的碳醇按表1中所述的比例与硬脂酸、氨水混合。混合均匀的混合物在120℃加温约70分钟。然后冷却成型，制成3克/粒的固体形式。

实施例3

燃油添加剂3

取1000克C8-C12碳醇，在-5℃条件下低温研磨至平均粒径约为0.7微米，然后通过孔径为1.5微米的筛网进行分级。将粒径为1.5微米之下的碳醇按表1中所述的比例与硬脂酸、氨水混合。混合均匀的混合物在140℃加温约50分钟。然后冷却成型，制成2克/粒的固体形式。

实施例4

燃油添加剂4

取1000克C12-C14碳醇，在-10℃条件下低温研磨至平均粒径约为0.6微米，然后通过孔径为1微米的筛网进行分级。将粒径为1.5微米之下的碳醇按表1中所述的比例与硬脂酸、氨水混合。混合均匀的混合物在140℃加温约50分钟。然后冷却成型，制成2克/粒的固体形式。

实施例5

燃油添加剂5

取1000克C12-C14碳醇，在-10℃条件下低温研磨至平均粒径约为0.6微米，然后通过孔径为1微米的筛网进行分级。将粒径为1.5微米之下的碳醇按表1中所述的比例与硬脂酸、氨水混合。混合均匀的混合物在140℃加温约50分钟。然后冷却，加入适量甘油，制成乳剂形式。

                              表  1

	碳醇(重量份数)	硬脂酸(重量份数)	氨水(重量份数)	产品形式
					燃油添加剂1	30	40	0.1	固体
燃油添加剂2	60	80	0.2	固体
					燃油添加剂3	40	70	0.5	固体
燃油添加剂4	30	50	0.8	固体
					燃油添加剂5	50	40	0.5	乳剂

实施例6

性能测试

按100升汽油中加入10粒(共2克)实施例4中制得的燃油添加剂4。委托上海市环保产品质量监督检验总站进行检测。检测结果如表2所示。

               表  2

	未添加	添加后
			总功率(kW)	8.5	8.8
总扭矩(N·m)	85	88
			HC(μmol/mol)	108	105
NOx(μmol/mol)	1150	1140
			CO(％)	1.3	1.24

注：(1)检测用车为桑塔纳轿车，行驶里程为160000公里。

(2)检测工况为ASM25/25

(3)检测用仪器为HC-1型环境参数检测仪和美国野马底盘测功机及尾气分析检测仪等。

实施例7

安全性检测

对实施例1-5获得的燃油添加剂进行了小鼠急性毒性试验、家兔眼刺激性试验，和豚鼠皮肤致敏试验。

结果表明，小鼠急性毒性试验中经口的LD50值均大于5000毫克/千克，是无毒的；而且对眼无刺激性，对皮肤无致敏性。符合DB31/121-93《日用工业产品安全卫生质量通用技术要求》。

Claims (10)

1.一种燃油添加剂，其特征在于，它含有：

    30-60重量份数C6-C18碳醇，所述碳醇的平均粒径为0.2-1.5微米；

    40-80重量份数的抗氧化剂和表面活性剂；

    0.05-1重量份数的氨水。

2.如权利要求1所述的燃油添加剂，其特征在于，所述的碳醇为C12-16碳醇。

3.如权利要求2所述的燃油添加剂，其特征在于，所述的碳醇为C12-C14碳醇。

4.如权利要求1所述的燃油添加剂，其特征在于，所述的抗氧化剂是硬脂酸，所述的表面活性剂是硬脂酸。

5.如权利要求1所述的燃油添加剂，其特征在于，所述的碳醇的平均粒径为0.5-1.0微米。

6.如权利要求1所述的燃油添加剂，其特征在于，所述的燃油添加剂为固体形式。

7.如权利要求1所述的燃油添加剂，其特征在于，所述的燃油添加剂为乳剂，且还含有20-50重量份数的选自下组的溶剂：甘油、烃类溶剂、和它们的组合。

8.一种制备燃油添加剂的方法，其特征在于，它包括步骤：

(1)对C6-C18碳醇进行低温研磨，形成平均粒径为0.2-1.5微米的亚纳米碳醇；

(2)将30-60重量份数步骤(1)中制得的C6-C18亚纳米碳醇与40-80重量份数的抗氧化剂和表面活性剂，0.05-1重量份数的氨水混合，形成混合物；

(3)在100-200℃下加温步骤(2)中制得的混合物30-90分钟；

(4)冷却步骤(3)中的混合物，制得燃油添加剂。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

在步骤(2)之前，对研磨的亚纳米碳醇进行分级处理，以获得平均粒径为0.5-1.0微米的碳醇；和

(5)对步骤(4)的燃油添加剂进行固化成型。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的碳醇为C12-C16碳醇，所述的低温研磨是在-50℃至0℃进行，所述的加温步骤是在120-170℃进行50-70分钟。