專利名稱：一種燃油添加劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃油添加劑，特別是用于各種車輛及內(nèi)燃機的燃油添加劑及其制備方法。
現(xiàn)有用于交通運輸車輛及各種內(nèi)燃機的燃油一般是柴油或者汽油，其主要成份是碳氫化合物。汽油含碳原子數(shù)為C6～C12之間，柴油含碳原子數(shù)在C18～C22之間。由于含碳量較高，在燃燒過程中僅靠空氣中的氧作助燃劑是不夠的，所以，一般燃燒不完全，冒出大量黑煙，一方面造成耗油量多，浪費能源，還污染環(huán)境，另一方面，由于燃燒不完全，供給的熱量不足，致使內(nèi)燃機動力不高，功率因素不足。為了使汽油、柴油能夠充分燃燒，國內(nèi)外都在至力于研究各種燃油添加劑，如國際殼牌研究有限公司在中國的專利申請№93117284.4，公布了一種汽油組合物，中國專利申請92104969.2，公布了特效柴油添加劑，以及中國專利申請92114231.5公布的含有機過氧化物、芳香酯，烷烴混合物的燃油節(jié)能添加劑，都屬于助燃添加劑，但存在著使用不便，節(jié)油效果并不很理想的問題。
本發(fā)明的目的在于提供一種能供給燃油足夠的氧，使其充分燃燒，增大發(fā)熱量，從而提高車輛內(nèi)燃機的功率因素，增加動力，同時減少環(huán)境污染的高效節(jié)能燃油添加劑。
本發(fā)明的技術構(gòu)成是將柴油或汽油，氧化劑、酸堿調(diào)節(jié)劑、催化劑等原料按比例稱量放入特制的反應釜中混合，恒溫加熱，攪拌，冷卻后加入消煙劑混勻，制備得一種高效節(jié)能燃油添加劑。
本發(fā)明所述的燃油添加劑原料為市售的柴油或汽油，酸堿調(diào)節(jié)劑用NaOH或Ca(OH)2等堿性物質(zhì)，催化劑用MnO2、Fe2O3、KNO3、Cr2O3等，消煙劑為(CH3)2CHOH、C2H5OH、C2H5ONO2等。將所述原料按下列配比進行合成。無特殊說明，配比均為重量比。
按100kg柴油或汽油計，添加如下物質(zhì)(1)H2O21～5kg(2)KNO3、MnO2、Fe2O3、Cr2O3其中一種 1～5kg(3)NaOH、Ca(OH)2其中一種 0.1～0.5g(4)(CH3)2CHOH、C2H5OH、C2H5ONO2其中一種或混用，0.3g～0.5g。
混用比例為高效節(jié)能燃油∶異丙醇∶乙醇∶硝酸乙酯＝20∶1∶1∶1。按體積比。


圖1是本發(fā)明所述的燃油添加劑合成裝置示意圖。對照圖1.該裝置由進水管1、溫度計2、壓力表3、攪拌器4、進料口5、油標尺6、固定螺栓7、回水管8、進水管9、蒸汽室10、反應室11、出油管12、貯油罐13、回水池14、水泵15、溢氣管16、排水管17、墊塊18、反應釜內(nèi)套19、反應釜外殼20、攪拌漿21、廢液池22、廢液排管23、冷卻水管24、蒸汽鍋爐25、蒸汽管26等零部件連接而成。物料由進料口5加入到反應室11，通過蒸汽鍋爐25經(jīng)蒸汽管26將熱蒸汽傳入蒸汽室10和反應室11內(nèi)的蛇形管加熱物料，通過攪拌裝置4進行攪拌物料，反應產(chǎn)物經(jīng)出油管12流入貯油罐13。其合成方法步驟如下1、先將釜蓋、溫度計、壓力表、攪拌器等緊固于釜的上方，并關閉出水閥、出油閥、排渣口。
2、從加料口按所述的比例稱量加入原料油(柴油或汽油)、H2O2、KNO3、KOH、NaOH，然后蓋緊加料口，整個反應釜不能漏氣。
3、通入蒸汽加熱，以恒溫循環(huán)加熱，同時給予攪拌。
4、根據(jù)各種原料油的需要，控制恒溫溫度和反應時間。柴油反應溫度在70～110℃，加熱至110℃，恒溫反應60分鐘；汽油反應溫度控制在50～70℃，加熱至70℃，恒溫反應60分鐘。
5、冷卻到所需溫度，反應后的柴油或汽油添加劑均冷卻到30℃，然后打開出油管閥，將合成得的燃油添加劑放入貯油罐中，再按比例稱量加入消煙劑(CH3)2CHOH、C2H5OH、C2H5ONO2，即制備得到一種高效節(jié)能燃油添加劑。
使用方法是將所述的燃油添加劑，按100kg柴油或汽油，加入1～3kg燃油添加劑，混勻即可使用。
下面將本發(fā)明的反應原理、合成機理、燃燒原理概述如下一、采用雙氧水作氧化劑，在有機合成中，可形成有機超氧化物和有機過氧化物。在恒溫加熱和KNO3、CH3NO3等催化作用下，在有機合成中，采用雙氧水作氧化劑，可形成有機超氧化物和有機過氧化物。在柴油、汽油中可有下列反應根據(jù)有關文獻報導，HO2-已在低溫受輻射的冰中檢出，也在和Ti3+、Fe2+、Ce4+離子作用的H2O2水溶液中發(fā)現(xiàn)。HO2-發(fā)生下列變化生成的H+可用NaOH、KOH給予中和。O2-是一種很活潑的陰離子，可出現(xiàn)下列兩種變化狀況一是由過氧氫鍵與柴油、汽油相結(jié)合，形成有機過氧化物。即二是得到電子轉(zhuǎn)變?yōu)镺2。即生成的O2也有下列兩種變化狀況一是O2在柴油，汽油中具有一定的溶解度，有部分O2可形成O2飽和溶液。其中溶質(zhì)是O2，溶劑是柴油、汽油。
二是有部分O2將發(fā)生下列化學變化
·O2-亦可寫成O2-，名稱為超氧化物陰離子自由基，是O2進行單電子還原時的產(chǎn)物。屬性質(zhì)極為活潑的物質(zhì)，故又稱為活性氧。在恒溫加熱的KNO3、CH3NO3的催化作用下，O2-將以超氧氫鍵跟柴油、汽油相結(jié)合形成穩(wěn)定的有機超氧化物。即二、KNO3在燃油中的催化機理KNO3在柴油、汽油、H2O2中的催化作用屬多相催化裂解。
1、KNO3對H2O2的催化原理在H2O2中，H+的IS軌道為空軌道。而KNO3的NO3-其氧原子上和氮原子之間都含有孤對電子和共用電子對。電子對偏向氧使氧原子帶較多的負電荷；電子對偏離氮，使氮原子帶較多的正電荷。這些電子對將進入H+的IS空軌道中去，互相吸引形成了電子共享。同理，H2O2中的氧原子帶較多的負電荷，可與NO3-中帶正電荷較多的氮原子互相吸引。H2O2與NO3-就是通過電子共享而互相吸引，從而形成了化學吸附鍵。由于化學吸附鍵的作用，削弱了H2O2中的各種化學鍵，使之斷裂成H+、HO2-、O2-，即
HO2-又可離解成H+和O2-。H+使反應體系顯酸性，在不加NaOH、KOH中和的狀況下，用PH值計測定柴油、汽油分別與H2O2、KNO3作用后的生成物，其PH值確實在3.3～5.5之間。而O2-將發(fā)生如下兩種變化，一種是有部分O2-將與柴油、汽油的烷烴自由基結(jié)合，另一種是有部分將變成O2放出。我們將3ml15％的H2O2溶液和1gKNO3在常溫下混合做實驗，確實看到有許許多多的小氣泡(O2)放出，但速度較慢，反應不劇烈。靜置48h后再觀察仍看到小氣泡逸出。與此同時，給反應體系微熱至30℃左右，吸附鍵獲得能量而活性增強，鍵的斷裂速度加快，即化學吸附速度加快，結(jié)果反應劇烈，有大量的氣泡向上冒出。反應生成O2的這一事實，說明了O2在KNO3表面上失去電子而出現(xiàn)了由化學吸附過程轉(zhuǎn)化為化學解吸過程。
2、KNO3對柴油、汽油的催化原理從
和
兩式中可以看出，KNO3其表面是凹凸不平的多棱型的晶體。柴油、汽油分子靠Van der Waals引力吸附在KNO3晶體的表面上，即物理吸附。由于K+的4S軌道為空軌道，柴油、汽油分子的C-C鍵和C-H鍵有孤對電子和共用電子對。所以，這些成對的電子可進入K+的4S空軌道中去，實現(xiàn)電子共享，使柴油、汽油分子與KNO3晶體表面原子間通過電子共享方式吸附化學鍵。因此，C-C鍵和C-H鍵因電子對進入K+的4S空軌道而發(fā)生彎曲。在溫度的作用下，C-C鍵、C-H鍵、化學吸附鍵因微振動的影響而發(fā)生斷裂，形成烷烴自由基。結(jié)果如下一是催化均裂
二是催化異裂
烷烴自由基與O2-、HO2-結(jié)合形成有機過氧化物。
因此，柴油、汽油的大分子可裂解形成許多小分子和含氧質(zhì)量分數(shù)較高的分子。
三、KNO3對提高發(fā)動機馬力、功率的特殊作用雖然KNO3是催化劑，但因攪拌、沸騰等振動因素的影響下，將有一部分KNO3擴散到燃油中去，參與形成燃油的混合物。而燃油在燃燒過程中，烷烴自由基離子、過氧陰離子、超過氧自由基離子將發(fā)生電子轉(zhuǎn)移反應。同時產(chǎn)生電子激勵狀態(tài)的中性物質(zhì)，從而發(fā)生輻射，放出能量。
在火焰輻照下，KNO3將熔化并電離為K+和NO3-，發(fā)生了電離輻射。隨之又發(fā)生了離子和電子的重合反應，產(chǎn)生了激發(fā)態(tài)，K+受激形成受激鉀原子
式中“*”為受激原子符號。K*與NO3-碰撞可使NO3-受激分裂，發(fā)光閃爍，變成受激的N*和O*中，將有一部分因有電子轉(zhuǎn)移而形成N2和O2，另有一部分與其他原子或離子或分子碰撞產(chǎn)生更多的受激原子。即在粒子碰撞過程中，各種離子、分子、受激原子在熱激活的情況下將遵守玻耳茲曼分布定律NuNe=e-ΔE/RT]]>即電子受到激發(fā)，從基能態(tài)躍遷到高能態(tài)，再從高能態(tài)躍遷到低能態(tài)，將放出一定的能量，并產(chǎn)生一定波長的強光，使燃燒體系溫度增高，發(fā)動機的馬力和功率因素也將隨著增大，其中△E為高能態(tài)和低能態(tài)之間的能量差，這就是高效節(jié)能燃油燃燒時觀察到發(fā)光閃爍、產(chǎn)生藍白色火焰現(xiàn)象的因素之一。這一因素必將對燃油的燃燒完全具有一定的促進作用，其中，K+的焰色反應為紫色。
又由于離子、分子、受激原子的相互碰撞和電子激發(fā)，具有連續(xù)性和循環(huán)性(詳見圖2)，其△E既有消耗又有補充，所以燃油燃燒和藍白色火焰處于平穩(wěn)狀態(tài)，而發(fā)動機的運轉(zhuǎn)速度也隨著處于平穩(wěn)狀態(tài)。
圖2是粒子碰撞—原子受激循環(huán)圖，圖中的虛線為相互碰撞線，箭頭表示各種粒子受激后的生成物線(包括中間產(chǎn)物線)，只有在燃燒室內(nèi)的高溫條件下才能成立。
四、消煙劑的作用根據(jù)有關文獻記載，到目前為止用于柴油、汽油的消煙劑，大多是一些油溶性金屬化合物如α-烷基脂及酸鋇鹽和油溶性錳鹽等。而本發(fā)明是將多種液體有機物與燃油混合后，在柴油機上進行消煙實驗，發(fā)現(xiàn)異丙醇、無水乙醇，硝酸乙酯的消煙效果最佳。其配比
高效節(jié)能燃油∶異丙醇∶無水乙醇∶硝酸乙酯＝20∶1∶1∶1。
異丙醇又叫二甲基甲醇，化學式為(CH3)2CHOH，最簡式為C3H8O，是一種無色透明的易燃的有流動性的液體，沸點82.5℃，蒸汽與空氣形成爆炸性混合物，爆炸極限3.3～10.2％(體積)，溶于水可代替乙醇使用。無水乙醇的化學式為C2H5OH、易燃液體。硝酸乙酯化學式為C2H5ONO2，易燃液體，是液體火箭推進劑之一。我們按照20∶1∶1∶1配比將20公升燃油與1ml異丙醇、1ml無水乙醇、1ml硝酸乙酯混合，可觀察到的現(xiàn)象是①異丙醇、無水乙醇、硝酸乙酯能與燃油互溶；②在常溫下能相應作用，其作用象燒水翻騰那樣劇烈；③從液體中冒出大量的黑色的油泡，并在油面上浮游，這些黑色油泡是產(chǎn)生黑色煙霧的主要物質(zhì)根源。
④反應結(jié)束后，靜置分層，上層為黑色油末，下層為均一的、穩(wěn)定的、澄清的淺棕色的體。
鑒此，將上層的黑色油沫撈起，盛于蒸發(fā)皿中，放在銅質(zhì)水溶鍋上蒸發(fā)、烘干，得黑色固體粉末。再將黑色粉末與CuO粉末混合均勻后置于硬質(zhì)試管中，用酒精噴燈加熱，生成了一種能使澄清石灰水變白色渾濁的氣體。這說明消煙劑能夠催化、氧化燃油，使其裂解生成游離的碳和有機小分子以減少黑煙。然后，將下層液體放入柴油機中試車檢測，所得到的結(jié)果是①排出的煙霧比柴油燃燒放出的煙霧減少65～75％，即在加速換檔時才看到極少量的淡淡的小煙，在正常行駛時幾乎看不到煙霧。
②火焰顏色為藍白色，這是鉀等各種原子在一定溫度下發(fā)生的焰色反應。
③柴油機的HP提高25～28％，功率因素由內(nèi)燃機固定有功Cψ為70～75％提高到85～88％，這表明消煙劑的存在使燃油燃燒更完全，能量有提高。
④節(jié)油25～30％。
⑤發(fā)動機更易起動，加速快，車速更穩(wěn)，噪聲明顯下降，爬坡更有力。
⑥將柴油機的氣缸蓋拆下觀察，發(fā)現(xiàn)燃燒室內(nèi)潔凈，無積碳，無膠油，機油，無碳粒和無變質(zhì)。又拆開供油系統(tǒng)的管道、濾清器、油泵、油嘴觀察，可看到供油系統(tǒng)的各部件無油垢，清新潔凈。這表明高效節(jié)能燃油添加劑可以節(jié)約機油成本，減少機械磨損，延長發(fā)動機使用期限，保證質(zhì)量(燃燒室內(nèi)有膠油積碳的害處一是機油中滲有碳?；蚝跓焺t減少使用周期，更換數(shù)次多、用量大、成本高；二是增大機械摩擦、使機械易受損壞。供油系統(tǒng)有油垢的害處是噴油不均，管道易堵，車速不穩(wěn)，機車行駛力量下降)。
實驗事實表明，消煙劑在高效節(jié)能燃油中主要起著催化、氧化、裂化的作用，促使燃油燃燒更加完全，因而減少黑煙，降低油量，提高發(fā)動機的馬力和功率。
按本發(fā)明所提供的高效節(jié)能燃油添加劑，是由O2飽和溶液，有機過氧化物，有機超氧化物、催化劑、消煙劑、柴油或汽油共同組成的混合物，在內(nèi)燃機的燃燒室里，燃油燃燒所必需的氧將來自四個方面，一是空氣中的O2，二是燃油中溶解的O2，三是有機過氧化物、有機超氧化物離解生成的O2，四是KNO3和消煙劑中的氧，由這四個方面供氧，則氧量充足，加上燃燒室內(nèi)溫度較高，使得燃油得以充分燃燒。所帶來的結(jié)果是①提高了燃燒效率，節(jié)約了油料，降低了消耗；②冒煙少，噪音小，減少了環(huán)境污染；③放出熱量增多，增大了內(nèi)燃機的馬力，機械作功的功率也增大，使機車運轉(zhuǎn)和爬坡都比較有力。經(jīng)用于機車驗測，汽車發(fā)動機力量提高接近一個排檔，并且易啟動，加速快，車速平穩(wěn)。
實施例1將柴油100kg、H2O21kg，KNO31kg、NaOH 0.1g，加入反應釜中，蓋緊進料口，密封，蒸汽隔套加熱至60～70℃，并間斷攪拌，至100℃恒溫反應60min，冷卻至30℃，放出反應產(chǎn)物，加入消煙劑C3H8O 2g，混勻，即制備得所述高效節(jié)能燃油添加劑。將獲得的燃油添加劑按100kg柴油加入1kg添加劑，用于發(fā)電機組試驗，結(jié)果，節(jié)約柴油10～15％，煙霧減少。
實施例2將柴油100kg，H2O23.5kg、KNO33.5kg、NaOH 0.3g加入反應釜中，蒸汽隔套加熱至85～110℃，間斷攪拌，至110℃恒溫反應60min，冷卻至30℃，放出，加入消煙劑C3H8O0.5g，C2H5ONO20.5g，C2H5OH 0.5g，攪拌混勻，制得一種燃油添加劑。將所述燃油添加劑2.5kg加入100kg柴油中，混勻，用于汽車試驗。結(jié)果，易于起動，加速快，車速平穩(wěn)，爬坡有力，燃燒室內(nèi)無積碳，供油系統(tǒng)潔凈，無油垢，節(jié)油25～30％，煙霧減少。
實施例3將柴油100kg，H2O24kg、KNO34kg、NaOH 0.8g，加入到反應釜中，蒸汽隔套加熱至110～130℃，間斷攪拌，至110℃恒溫反應60min，冷卻至30℃，放出，加入C3H8O 10g，C3H5ONO210g，混勻。按100kg柴油加入該燃油添加劑3kg，用于汽車試驗，結(jié)果節(jié)油15～22％。
實施例4將汽油100kg，H2O22kg、KNO32kg、NaOH 0.1g，加入反應釜中，蒸汽隔套加熱至40～50℃，至70℃時恒溫反應60min，冷卻至30℃，放出，加入C3H8O 0.3g，C2H5OH 0.3g，混勻。將此燃油添加劑按100kg汽油加入1kg燃油添加劑，用于汽車(汽油車)試驗，結(jié)果節(jié)油8～12％。
實施例5將汽油100kg、H2O23.5kg、KNO33.5kg、CH3NO23.5kg、KOH 3.5kg、NaOH 0.3g，置于反應釜內(nèi)，蒸汽隔套加熱至55～70℃，不攪拌，至70℃恒溫反應60min，靜置冷卻至30℃，放出，加入C2H5OH 0.3g，C3H8O 0.5g，C2H5ONO20.5g，混勻。按100kg汽油加入2kg該燃油添加劑，用于汽車試驗，結(jié)果節(jié)油15～29％，煙霧減少，汽車易于起動，加速快，車速平穩(wěn)，爬坡有力，無積碳，供油系統(tǒng)潔靜，無油垢。
實施例6將汽油100kg、H2O24kg，KNO34kg，NaOH 0.8g，加入反應釜中，蒸汽隔套加熱，至70℃，恒溫反應60min，靜置冷卻至30℃，放出，加入CH3NO24kg，C2H5ONO20.8g，C3H8O10g，混勻。按100kg汽油加入3kg該燃油添加劑，用于汽車試驗，結(jié)果，節(jié)油10～15％，煙霧減少。
權(quán)利要求
1.一種燃油添加劑的制備方法，包括用溶劑柴油或汽油，其特征在于，(1)按100kg柴油或汽油計，添加如下物質(zhì)(按重量計)H2O21～5kg；KNO3、MnO2、Fe2O3、Cr2O3其中一種1～5kg；NaOH、Ca(OH)2其中一種0.1～0.5g；(CH3)2CHOH、C2H5OH、C2H5ONO2其中一種或混用，0.3～0.5g。(2)將按比例稱量的柴油或汽油，H2O2、KNO3、NaOH放入特制的反應釜中，加熱，柴油添加劑反應溫度70～110℃，加熱至110℃，恒溫60分鐘，汽油反應溫度50～70℃，加熱至70℃，恒溫60分鐘，汽油反應溫度50～70℃，加熱至70℃，恒溫60分鐘，(3)將反應產(chǎn)物冷卻至30℃，按比例稱量加入消煙劑(CH3)2CHOH，C2H5OH，C2H5ONO2，混勻，即制備得所述燃油添加劑，(4)使用時按100kg柴油或汽油，加入所述燃油添加劑1～3kg混勻。
2.一種制備權(quán)利要求1所述的燃油添加劑的合成裝置，其特征在于該裝置是由進水管1、溫度計2、壓力表3、攪拌器4、進料口5、油標尺6、固定螺栓7、回水管8、進水池9、蒸汽室10、反應室11、出油管12、貯油罐13、回水池14、水泵15、溢氣管16、排水管17、墊塊18、反應釜內(nèi)套19、反應釜外殼20、攪拌漿21、廢液池22、廢液排管23、冷卻水管24、蒸汽鍋爐25、蒸汽管26等零部件連接而成，物料由進料口5加入到反應室11，通過蒸汽鍋爐25經(jīng)蒸汽管26將蒸汽送入蒸汽室10和反應室11內(nèi)的蛇形管加熱物料，通過攪拌裝置4進行攪拌物料，反應產(chǎn)物經(jīng)出油管12流入貯油罐13。
3.根據(jù)權(quán)利要求所述的燃油添加劑的制備方法，其特征在于與消煙劑的配比為(體積比)燃油添加劑∶異丙醇∶無水乙醇∶硝酸乙酯＝20∶1∶1∶1。
全文摘要
一種燃油添加劑及其制備方法,按100kg柴油或汽油計,加入H
文檔編號C10L1/10GK1174227SQ9711332
公開日1998年2月25日 申請日期1997年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月9日
發(fā)明者黃照文 申請人:黃照文