CN1483791A - 一种柴油助燃剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油助燃剂以及该助燃剂的制备方法。本发明柴油助燃剂由10－70重量％的一种或者一种以上金属有机酸盐、23－85重量％的有机含氧化合物和1－67重量％的有机溶剂组成。使用该助燃剂可提高柴油的燃烧效率，减少柴油燃烧时的不完全燃烧现象，满足完全燃烧的条件，减少一氧化碳的排放并能相应地减少碳氢化合物的排放。

Description

一种柴油助燃剂及其制备方法

发明领域：

本发明属于石油添加剂，特别是涉及一种柴油助燃剂及其制备方法。

背景技术：

柴油机可燃混合气的燃烧过程是一个非常复杂的物理和化学过程。柴油被吸入气缸后，不可能立即燃烧，必须经过一定的时间进行雾化、吸热、蒸发、扩散、与空气混合、分解以及缓慢氧化等准备过程，直到形成适当浓度的混合气和温度条件才能自燃。同时由于柴油机内部的复杂性构造，造成在柴油机汽缸中的混合气成分在不同时间和不同位置不相同性。由于燃烧的复杂性、多样性、随机性，要使柴油完全燃烧是不现实的，柴油燃烧释放的能量也不可能被完全利用，同时不可避免地伴随着副反应产物的出现，正是这些有害的排气污染物造成了环境污染。

柴油助燃剂即柴油燃烧改进添加剂，其目的是为了提高柴油的燃烧效果和热效率，降低柴油的消耗、减少环境污染。在柴油助燃剂的研究开发方面，国外五、六十年代研制成功了超碱性石油磺酸钙、超碱性石油磺酸钡等系列助燃剂。这些添加剂的主要目的是降低可见颗粒物的排放，减少烟度的数值，还可作为消烟剂而使用。随着排放标准的提高和环保意识的增强，减少不可见物质也得到重视。国外又相继提出二茂铁、MMT等添加剂，但是由于二茂铁、MMT含有铁和锰金属并且添加量比较大，金属铁和锰对环境造成污染，如美国专利3883320在发动机使用的燃料中加入锰的环戊二烯基化合物以及硫化烷基钙来提高燃烧性能，但是由于锰能增加硫的沉积，从而增加了汽缸的摩擦，美国专利4474580提出要采用铈及铁的含氧化合物以及甲醇和异丙醇的溶剂来制备所需的助燃剂，但是由于其制备手段复杂，所以不适宜工业应用。目前的这些添加剂已经不能满足环境保护的要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种柴油助燃剂，以提高柴油的燃烧效率，减少柴油燃烧时的不完全燃烧现象，满足环境保护的要求。

本发明提供的柴油助燃剂组合物由以下组分组成：

(1)10-70重量％的一种或者一种以上金属有机酸盐；

(2)23-85重量％的有机含氧化合物；

(3)1-67重量％的有机溶剂。

其中所述金属有机酸盐中的金属选自碱金属、碱土金属和稀土金属类中的金属，最好是选自稀土金属，如钪、镧、镨和铈等，有机酸选自碳原子数为6-35，最好为6-24的一元酸，一元酸为饱和酸、不饱和酸或芳香酸、直链或支链结构均可，如辛酸、癸酸、十二酸、硬脂酸和油酸等。

有机含氧化合物为高含氧量的化合物，选自醚或醇与酸制备的酯，最好是C₄～C₂₀的一元到四元醇和C₈～C₂₅的一元酸制备的酯或碳原子总数为12以下的醚类。

有机溶剂为苯、甲苯、石油醚或馏程为140-390℃的石油馏份，如汽油或柴油等。

本发明柴油助燃剂组合物的制备方法如下；

a)金属有机酸盐的制备过程：将碱金属、碱土金属或稀土金属类中的金属氢氧化物与有机酸在常压下混合，然后加热到60-200℃进行中和反应，反应时间为1-20小时，其中所述有机酸选自碳原子数为6-35的一元酸。

b)将一种或一种以上的金属有机酸盐、有机溶剂和有机含氧化合物在常温常压下进行混合，即制得本发明的助燃剂组合物。

所述有机含氧化合物为酯时，酯的制备方法是：在常压和反应温度为60-250℃的条件下，将酸和醇进行常规的酯化反应，反应时间为1-20小时。

本发明组合物可以单独使用，也可以是两种或两种以上的助燃剂组合物混合使用，亦可是经溶剂稀释后使用，使用量为50～500μg/g。

本发明助燃剂可以提供柴油机燃烧后期所需的氧气，使柴油燃烧的过量空气系数达到1，满足完全燃烧的条件，从而减少一氧化碳的排放并能相应的减少碳氢化合物的排放。减少发动机燃烧室的局部温度过高的现象，避免高温区燃烧的继续，减少高温区污染物的形成反应，减少氮氧化合物的形成机会。

本发明助燃剂与现有技术相比，(1)能有效减少柴油机燃烧的污染物，加入到柴油中使用可提高燃烧效率，减少污染物的排放量，有效降低一氧化碳、氮氧化合物、碳氢化合物的排放，减少烟度。(2)该添加剂能有效减少可见化合物和不可见化合物的排放。并且本发明不含有铁、锰等经研究对于柴油机及环境有害的物质；(3)该添加剂用量小，比以前的添加剂的使用量能减少一半左右；(4)该添加剂的生产原料易得，成本较低，生产工艺简单；(5)本发明的添加剂随时可以添加，不需要另外的添加设备，加注方便。

具体实施方式：

下面用具体实施例来详细说明本发明，但实施例并不限制本发明的范围。

实施例1：

将200g氢氧化铈加入到烧瓶中，然后加入450g辛酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到90℃。当氢氧化铈完全溶解之后，继续反应2.0h，当出水量达到50g时反应完成。

将200g十二酸(月桂酸)加入到烧瓶中，然后加入350g十二醇，搅拌并将烧瓶加热到220℃。当所有物质都溶化之后，继续反应16h，当出水量达到50g时反应完成。

将上述两种反应产物混合后与苯按1.5∶1的比例进行混合作为添加剂A。

实施例2：

将150g氢氧化镧加入烧瓶中，然后加入570g油酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到120℃。当氢氧化镧完全溶解之后，继续反应2.0h，当出水量达到50g，确定反应完成。

将120g季戊四醇加入到烧瓶中，然后加入258g癸酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到60℃。当所有物质都溶化之后，继续反应16h，当出水量达到75g，确定反应完成。

将上述两种反应物质混合后与甲苯以0.8∶1的比例混合作为添加剂B。

实施例3：

将40g氢氧化钠加入到烧瓶中，然后加入150g辛酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到90℃。当氢氧化钠完全溶解之后，继续反应2.0h，当出水量达到15g，确定反应完成。

将200g十六酸加入到烧瓶中，然后加入120g新戊二醇，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到200℃。当所有物质都溶化之后，继续反应1h，当出水量达到50g，确定反应完成。

将上述两种反应物质混合后与馏程为60-120℃的石油醚以1.5∶1的比例混合作为添加剂C。

实施例4：

将200g氢氧化镁加入到烧瓶中，然后加入500g十二酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到120℃。当氢氧化镁完全溶解之后，继续反应12.0h，当出水量达到70g，确定反应完成。

将200g甲乙醚与上述产物混合。

将上述两种物质混合后与柴油按0.5∶1的比例混合作为添加剂D。

实施例5：

将200g氢氧化铈加入到烧瓶中，然后加入520g4-乙基二十酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到180℃。当氢氧化铈完全溶解之后，继续反应20.0h，当出水量达到50g时反应完成。

将200g十二酸加入到烧瓶中，然后加入90g2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到160℃。当所有物质都溶化之后，继续反应12h，当出水量达到50g，确定反应完成。

将上述两种反应物质混合后与馏程为140-200℃的溶剂油以1.5∶1的比例混合作为添加剂E。

实施例6：

将150g氢氧化钕加入到烧瓶中，然后加入380g辛酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到120℃。当氢氧化钕完全溶解之后，继续反应6.0h，当出水量达到50g，确定反应完成。

将上述反应产物与300g甲基叔丁基醚混合。

将上述两种反应物质混合后与汽油以1.5∶1的比例混合作为添加剂F。

实施例7：

将156g氢氧化钪加入到烧瓶中，然后加入350g癸酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到60℃。当氢氧化钪完全溶解之后，继续反应20.0h，当出水量达到65g，确定反应完成。

将220g硬脂酸加入到烧瓶中，然后加入90g2-乙基-2-羟甲基-1，3-丙二醇，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到100℃。当所有物质都溶化之后，继续反应20h，当出水量达到50g，确定反应完成。

将上述两种反应物质混合后与汽油以1.2∶1的比例混合作为添加剂G。

实施例8：

将150g氢氧化镱加入烧瓶中，然后加入370g2-乙基十二酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到200℃。当氢氧化镱完全溶解之后，继续反应20.0h，当出水量达到45g，确定反应完成。

将120g季戊四醇加入到烧瓶中，然后加入386g硬脂酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到80℃。当所有物质都溶化之后，继续反应16h，当出水量达到75g，确定反应完成。

将上述两种反应物质混合后与甲苯以0.8∶1的比例混合作为添加剂H。

实施例9：

将添加剂A和添加剂B以1∶1的比例混合，得到添加剂I。

实施例10：

将添加剂C和添加剂D以1∶1的比例混合，得到添加剂J。

实施例11：

将200g氢氧化镁和160g氢氧化钪加入到烧瓶中，然后加入820g十二酸，保持良好的搅拌速度，将烧瓶加热到120℃。当氢氧化镁和氢氧化钪完全溶解之后，继续反应12.0h，当出水量达到120g，确定反应完成。

将400g十二酸(月桂酸)加入到烧瓶中，然后加入700g十二醇，搅拌并将烧瓶加热到220℃。当所有物质都溶化之后，继续反应16h，当出水量达到100g时反应完成。

将上述反应产物混合后与柴油按1.2∶1的比例进行混合作为添加剂K。

实施例12：

将200μg/g的助燃剂添加到柴油中进行柴油机台架实验，测试助燃剂的效果，结果见表-1。表2为助燃剂添加量对助燃效果的影响。

                     表-1助燃剂的效果

样品名称	NOx(g/KW·h)	CO(g/KW·h)	HC(g/KW·h)
				柴油	3.56	3.19	0.059
添加剂A	2.09	2.39	0.047
				添加剂B	2.07	2.4	0.038
添加剂C	3.1	2.53	0.050
				添加剂D	3.06	3.08	0.0506
添加剂E	3.11	3.23	0.0463
				添加剂F	3.24	3.15	0.0379
添加剂G	3.78	3.21	0.042
				添加剂H	3.69	3.52	0.052
添加剂I	2.01	2.22	0.036
				添加剂J	2.72	3.12	0.0436
添加剂K	2.63	3.36	0.045

                      表-2助燃剂添加量对助燃效果的影响

样品名称	使用量μg/g	NOx(g/KW·h)	CO(g/K·W)	HC(g/KW·h)
					柴油	0	3.56	3.19	0.059
添加剂I	50	3.09	2.89	0.057
					添加剂I	100	3.07	2.94	0.068
添加剂I	200	2.01	2.22	0.036
					添加剂I	300	2.26	3.08	0.046
添加剂I	400	2.11	2.53	0.042
					添加剂I	500	2.23	2.32	0.038

Claims (5)

1.一种柴油助燃剂，其特征在于：该助燃剂由下列组分组成：

(1)10-70重量％的一种或者一种以上金属有机酸盐；

(2)23-85重量％的有机含氧化合物；

(3)1-67重量％的有机溶剂，

其中所述金属有机酸盐中的金属选自碱金属、碱土金属和稀土金属类中的金属，有机酸选自碳原子数为6-35的一元酸；有机含氧化合物选自醚或醇与酸制备的酯。

2.根据权利要求1所述的柴油助燃剂，其特征在于：所述金属有机酸盐中的金属选自稀土金属，有机酸选自碳原子数为6-24的一元酸；所述有机含氧化合物为C₄～C₂₀的一元到四元醇和C₈～C₂₅的一元酸制备的酯或碳原子总数为12以下的醚；有机溶剂为苯、甲苯、石油醚或馏程为140-390℃的石油馏份。

3.根据权利要求1或2所述的柴油助燃剂，其特征在于：所述金属有机酸盐中的金属选自钪、镧、镨和铈，有机酸选自辛酸、癸酸、十二酸、硬脂酸和油酸。

4.根据权利要求2所述的柴油助燃剂，其特征在于：所述有机溶剂为汽油或柴油。

5.一种制备权利要求1所述柴油助燃剂的方法，其特征在于该柴油助燃剂的制备方法为：

a)金属有机酸盐的制备过程：将碱金属、碱土金属或稀土金属类中的金属氢氧化物与有机酸在常压下混合，然后加热到60-200℃进行中和反应，反应时间为1-20小时，其中所述有机酸选自碳原子数为6-35的一元酸。

b)将一种或一种以上的金属有机酸盐、有机溶剂和有机含氧化合物在常温常压下进行混合，即制得助燃剂组合物。