CN102643688B

CN102643688B - 一种纳米燃油添加剂及其制备方法

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Publication number: CN102643688B
Application number: CN201210102171.6A
Authority: CN
Inventors: 李家强; 徐挺
Original assignee: BEIJING BOYA SIMING ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Li Jiaqiang
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2032-04-09
Also published as: CN102643688A

Abstract

本发明涉及一种纳米燃油添加剂及其制备方法，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸25～35％、脂肪醚20～30％、乳化剂司盘系列15～25％、水10～20％、一元醇4～8％、脂肪胺或醇胺6～12％。制备步骤包括依次按重量比例先后将脂肪酸、脂肪醚、乳化剂司盘系列、水、一元醇和脂肪胺加入反应装置内，控制温度在常温、常压下机械搅拌4～6小时，直至出现均匀稳定的混合溶液后，得到所述纳米燃油添加剂。本发明的纳米燃油添加剂是一种广泛适用于汽油、柴油、煤油及其锅炉燃料油(如重油等)等的功能型添加剂，对于使用2冲程或4冲程发动机的车辆均可应用。

Description

一种纳米燃油添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米燃油添加剂及其制备方法。

背景技术

目前，结合国内外燃油添加剂行业的技术特点来看，主要分为车用汽、柴油添加剂和应用于发电机组和锅炉等燃烧设备的柴、重油添加剂。车用汽、柴油添加剂比较常见的是针对我国国产柴、汽油特点(烯烃含量过高)而研制生产的单一功能的清净剂，这些添加剂一般都是含有聚丁烯基琥珀酰亚胺，聚丁烯基多胺，聚氧代烷胺衍生物等大分子胺类化合物表面活性剂，对发动机积碳和沉积物有一定化学清洗作用，同时有一定的降污作用，但对于节油效果不明显，而且由于氮化物的添加和其他原因，又导致了污染物中氮氧化物的升高，而氮氧化物在光化学反应下生成了光化学烟雾，也就是PM2.5。

应用于发电机组和锅炉等燃烧设备的柴、重油添加剂比较常见的是以金属离子催化作用为主的添加剂，其添加量通常较大，长期使用会导致锅炉等燃烧设备灰份沉积严重，需定期停机清理，否则甚至影响正常燃烧。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用液相纳米组装、分散技术提供一种全新、多用途、多功效、性能稳定的纳米燃油添加剂及其制备方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种纳米燃油添加剂，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸25～35％、脂肪醚20～30％、乳化剂司盘系列15～25％、水10～20％、一元醇4～8％、脂肪胺或醇胺6～12％。

本发明的有益效果是：本发明的纳米燃油添加剂是一种广泛适用于汽油、柴油、煤油及其锅炉燃料油(如重油等)等的功能型添加剂，对于使用2冲程或4冲程发动机的车辆，包括轿车、货车、公共汽车、拖拉机、摩托车、火车、船舶等，以及燃油锅炉、发电机等设备均可应用。

本发明的纳米燃油添加剂，加入燃油后会迅速扩散，均匀溶解为油包水颗粒，用中子散射实验测定其粒径范围在1～100纳米，添加剂溶液在燃油中不会出现乳光，并形成的热力学稳定体系。纳米尺度的水颗粒超强物理活性及其在热运动中所携带的动能和动量使燃油具备较强的“自洁”能力，自动清理油路中的胶质和油垢。

纳米尺度水颗粒随燃油通过喷油系统进入燃烧室，被点燃或自燃之前会使燃油雾滴中的水颗粒发生汽化现象，由于水瞬间蒸发的速度明显快于油，燃油雾滴迅速被“撕裂”(分解)成纳米尺度的油汽颗粒(分子团)----完成了燃油“二次雾化”。在之后的爆燃阶段使燃油充分、均匀燃烧。根据微型液体理论，这个过程还会使燃油的物理活性提高，进而提高燃油的燃烧性能。这两种作用的综合结果使燃油的消耗大幅度降低，发动机的动力性能大幅度提高的同时，不仅能降低碳氢化合物、一氧化碳、烟度FSN，颗粒物PM10这些有害物质的排放，还对成为环保焦点的氮氧化物的治理有独特功效。由于燃油在机械雾化下的不均匀导致的燃烧室局部高温高压，是氮氧化物产生的主要原因。纳米燃油添加剂的加入，使燃油被“二次雾化”后燃烧均衡，极大的改善燃烧环境，从而大幅度减少了氮氧化物的生成。另外，纳米燃油添加剂中脂肪醚的加入，不仅对燃烧室内表面的积碳有适度的清理作用，还会防止新积碳的生成。

本发明的纳米燃油添加剂可改善汽油、柴油、煤油和重油等的清净分散性(可完全防止油箱及油路的胶质、杂质沉积问题，清除燃烧室积碳可达50～90％)、燃油经济性10～25％、降污性40～90％等性能。该纳米燃油添加剂闪点高、不含有毒金属离子，燃烧完后没有灰份，使用安全、方便。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述脂肪酸包括植物油酸、环烷酸、油酸等中的任意一种。

脂肪酸(fatty acid)，是指一端含有一个羧基的长的脂肪族碳氢链，是有机物，直链饱和脂肪酸的通式是C(n)H(2n+1)COOH，低级的脂肪酸是无色液体，有刺激性气味，高级的脂肪酸是蜡状固体，无可明显嗅到的气味。脂肪酸是最简单的一种脂，它是许多更复杂的脂的组成成分。脂肪酸在有充足氧供给的情况下，可氧化分解为CO₂和H₂O，释放大量能量，因此脂肪酸是机体主要能量来源之一。

进一步，所述脂肪醚包括乙二醇丁醚、乙二醇乙醚、聚乙二醇二烷基醚等中的任意一种。

在脂肪醚中，分子中没有环的醚称为无环醚。还可细分为饱和醚和不饱和醚。烃基成环的醚称为环醚。环上含氧的醚称为内醚或环氧化合物。含有多个氧的大环醚因形如皇冠称之为冠醚。

进一步，所述乳化剂司盘系列包括司盘85、司盘60、司盘80等中的任意一种。

乳化剂司盘系列化学成分包括失水山梨醇脂肪酸酯，主要规格包括S-20，S-40，S-60，S-80，S-85。

司盘80为黄色油状液体。本品在水、乙醇、甲醇或醋酸乙酯中易溶，在矿物油中极微溶解。本品主要用做注射液及口服液的增溶剂或乳化剂；胶囊剂用分散剂；软膏剂用乳化剂和基质；栓剂用基质等。在食品工业中用做乳化剂。

司盘60不溶于水，热水中呈分散状，是良好的w/o型乳化剂，具有很强的乳化、分散、润滑性能，也是良好的稳定剂和消泡剂。在食品工业中用作乳化剂，用于饮料、奶糖、冰激凌、面包、糕点、麦乳精、人造奶油、巧克力等生产中；在纺织工业中用作腈纶的抗静电剂、柔软上油剂的组分；在食品、农药、医药、化妆品、涂料、塑料工业中用作乳化剂、稳定剂；作为PVC、EVA、PE等薄膜的防雾滴剂使用，在PVC中用量为1.5～1.8％，在EVA中用量为0.7～1％。

司盘85微溶于异丙醇，四氯乙烯，棉子油等。主要用于医药、化妆品、纺织、油漆以及石油行业等，用作乳化剂、增稠剂、防锈剂等。

进一步，所述水为去离子水或纯净水中的一种。

进一步，所述一元醇包括正辛醇、正丁醇、异辛醇等中的任意一种。

一元醇为无色液体或固体，含碳原子数低于12的一元正碳醇是液体，含碳原子数为12或高于12的是固体。

一元醇溶于有机溶剂，三个碳以下的醇溶于水。低级醇的熔点和沸点比同碳原子数的烃高得多，这是由于醇分子中有氢键存在，发生缔合作用。醇化学性质活泼，分子中的碳-氧键和氢-氧皆为极性键。以羟基为中心可进行氢-氧键断裂和碳-氧键断裂两大类反应。另外，与羟基相连的碳原子容易被氧化，生成醛、酮或酸。

进一步，所述脂肪胺包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺等中的任意一种。

脂肪胺，是指碳链长度在C8-C22范围内的一大类有机胺化合物，它与一般胺类一样，分为伯胺、仲胺和叔胺及多胺四大类，而伯、仲、叔胺则取决与氨中的氢原子被烷基取代的数目。

进一步，所述醇胺包括二乙醇胺、乙醇胺、乙醇胺等中的任意一种。

本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：一种纳米燃油添加剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将重量百分比为25～35％的脂肪酸、20～30％的脂肪醚、15～25％的乳化剂司盘系列加入到反应装置中，搅拌后，得到混合物A；

2)将重量百分比为10～20％的水加入到步骤1)中得到的混合物A中，搅拌后，得到混合物B；

3)将重量百分比为4～8％的一元醇、6～12％的脂肪胺或醇胺加入到步骤2)中得到的混合物B中进行反应，不断搅拌至出现均匀稳定的混合液，即得到所述纳米燃油添加剂。

进一步，在步骤1)中，所述加入脂肪酸、脂肪醚及乳化剂司盘系列的加入速度为30～50毫升/秒。

进一步，在步骤2)中，所述加入水的加入速度为10～20毫升/秒，且将所述水沿着反应装置的内壁面加入到混合物A中。

进一步，在步骤3)中，所述加入一元醇及脂肪胺或一元醇及醇胺的加入速度为30～50毫升/秒；所述搅拌的工艺条件为：在常温、常压下机械搅拌4～6小时。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

一种纳米燃油添加剂，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸是植物油酸，含量25％；脂肪醚是聚乙二醇二烷基醚，含量20％；乳化剂司盘系列是司盘85，含量20％；水是去离子水，含量20％；一元醇是正丁醇，含量5％；醇胺是二乙醇胺，含量10％。

具体制备步骤如下：

1、将250克植物油酸、200克聚乙二醇二烷基醚和200克司盘85依次按照每秒30毫升的速度加入反应装置中，搅拌后，得到混合物A；

2、将200克去离子水沿反应装置容器壁按照每秒10毫升的速度加入步骤1)中得到的混合物A中，搅拌后，得到混合物B；

3、将50克正丁醇和100克二乙醇胺依次按照每秒30毫升的速度加入到步骤2)中得到的混合物B中进行反应，在常温、常压下机械搅拌4小时，过程中会有发热的现象，直至恢复常温并出现均匀稳定的混合溶液后，即得到所述纳米燃油添加剂。

该制备方法得到的添加剂加入燃油后，可完全防止油箱及油路的胶质、杂质沉积问题，使燃烧设备或车辆节油率可达15～25％，降低排污可达60～90％，清除积碳可达40～60％。

实施例2

一种纳米燃油添加剂，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸是环烷酸，含量30％；脂肪醚是乙二醇乙醚，含量25％；乳化剂司盘系列是司盘60，含量20％；水是纯净水，含量10％；一元醇是异辛醇，含量4％；醇胺是乙醇胺，含量11％。

具体制备步骤如下：

1、将300克环烷酸、250克乙二醇乙醚和200克司盘60依次按照每秒50毫升的速度加入反应装置中，搅拌后，得到混合物A；

2、将100克纯净水沿反应装置容器壁按照每秒20毫升的速度加入步骤1)中得到的混合物A中，搅拌后，得到混合物B；

3、将40克异辛醇和110克乙醇胺依次按照每秒50毫升的速度加入到步骤2)中得到的混合物B中进行反应，在常温、常压下机械搅拌6小时，过程中会有发热的现象，直至恢复常温并出现均匀稳定的混合溶液后，即得到所述纳米燃油添加剂。

该制备方法得到的添加剂加入燃油后，可完全防止油箱及油路的胶质、杂质沉积问题，使燃烧设备或车辆节油率可达10～15％，降低排污可达40～60％，清除积碳可达50～80％。

实施例3

一种纳米燃油添加剂，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸是油酸，含量35％；脂肪醚是乙二醇丁醚，含量20％；乳化剂司盘系列是司盘80，含量25％；水是去离子水，含量10％；一元醇是正丁醇，含量4％；脂肪胺是乙二胺，含量6％。

具体制备步骤如下：

1、将350克油酸、200克乙二醇丁醚和250克司盘80依次按照每秒40毫升的速度加入反应装置中，搅拌后，得到混合物A；

2、将100克去离子水沿反应装置容器壁按照每秒15毫升的速度加入步骤1)中得到的混合物A中，搅拌后，得到混合物B；

3、将40克正丁醇和60克乙二胺依次按照每秒40毫升的速度加入到步骤2)中得到的混合物B中进行反应，在常温、常压下机械搅拌5小时，过程中会有发热的现象，直至恢复常温并出现均匀稳定的混合溶液后，即得到所述纳米燃油添加剂。

该制备方法得到的添加剂加入燃油后，可完全防止油箱及油路的胶质、杂质沉积问题，使燃烧设备或车辆节油率可达10～20％，降低排污可达40～80％，清除积碳可达50～80％。

实施例4

一种纳米燃油添加剂，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸是植物油酸，含量25％；脂肪醚是乙二醇丁醚，含量30％；乳化剂司盘系列是司盘80，含量15％；水是去离子水，含量10％；一元醇是正辛醇，含量8％；醇胺是乙醇胺，含量12％。

具体制备步骤如下：

1、将250克植物油酸、300克乙二醇丁醚和150克司盘80依次按照每秒35毫升的速度加入反应装置中，搅拌后，得到混合物A；

2、将100克去离子水沿反应装置容器壁按照每秒17毫升的速度加入步骤1)中得到的混合物A中，搅拌后，得到混合物B；

3、将80克正辛醇和120克乙醇胺依次按照每秒45毫升的速度加入到步骤2)中得到的混合物B中进行反应，在常温、常压下机械搅拌4.5小时，过程中会有发热的现象，直至恢复常温并出现均匀稳定的混合溶液后，即得到所述纳米燃油添加剂。

该制备方法得到的添加剂加入燃油后，可完全防止油箱及油路的胶质、杂质沉积问题，使燃烧设备或车辆节油率可达10～20％，降低排污可达40～80％，清除积碳可达60～90％。

以下是本发明的纳米燃油添加剂在节油方面及尾气检测方面的具体实施例：

A、国内用户反馈：

a、XXX有限公司“东明六号轮”于2006年9月进行了加剂前后对比测试，测试结果节油率为16.80％，发动机积碳明显减少，排烟情况明显好转，喷油嘴使用周期延长。至今该公司轮船仍在使用；

b、XXX股份有限公司散装水泥车队2009年6月进行了实车测试，节油率为18.37％；

c、XX市公交总公司于2010年4月共有12辆公交车在两条不同路线试用该产品平均节油率达6.22％，至今仍在使用。

B、国外用户反馈：

a、西班牙XXX警局警车使用该产品，节油率达20％；

b、西班牙XXX的士公司试用该产品，节油率达12％；

c、国际XXX汽车试用该产品，节油率达16％；

d、西班牙XXX广播局汽车试用该产品，节油率达13％；

e、哥伦比亚XXX单缸机发动机台架测试该产品，平均降低排污26.37％，平均提升动力20％以上。

尾气检测：

2011年12月20日～2012年1月13日，受XX市环保局邀请，纳米燃油添加剂分别指定汽、柴油车辆在XX市机动车排气检测中心进行机动车尾气污染物的检测，通过对加剂前后尾气污染物数值的对比确定纳米燃油添加剂对汽车尾气污染物的影响和作用。

1、车牌号：XXXXX柴油皮卡车行驶里程：11万公里车况良好

未加剂的空白数据(三程工况的烟度值)：80％工况3.55，90％工况4.56，100％工况3.20。限值为1.39，三种工况判定结果均为不合格。

按1∶10000添加比例加入纳米燃油添加剂行驶约200公里后，80％工况2.42，与空白数据3.55相比下降31.8％；90％工况2.66，与空白数据4.56相比下降41.7％；100％工况1.46，与空白数据3.20相比下降54.4％。限值为1.39，三种工况判定结果均为不合格。

加剂后行驶约500公里后，80％工况2.01，与空白数据3.55相比下降43.4％；90％工况1.38，与空白数据4.56相比下降69.7％；100％工况1.03，与空白数据3.20相比下降67.8％。限值为1.39，80％工况判定结果为不合格。

加剂后行驶约800公里后，80％工况0.04，与空白数据3.55相比下降98.9％；90％工况0.04，与空白数据4.56相比下降99.1％；100％工况0.73，与空白数据3.20相比下降77.2％。限值为1.39，判定结果均为合格。

2、车牌号：XXXXX汽油商务货车行驶里程：9万公里车况良好

未加剂的空白数据：CO(一氧化碳)为1.07，限值24.00，结果判定为合格；HC+NOX(碳氢化合物与氮氧化物的总合)为0.14，限值为8.10，结果判定为合格。

按1∶10000添加比例加入纳米燃油添加剂行驶约200公里后，CO为0.89，与空白数据1.07相比下降16.8％；HC+NOX为0.08，与空白数据0.14相比下降42.9％；结果判定均为合格。

加剂后行驶约500公里后，CO为0.73，与空白数据1.07相比下降31.8％；HC+NOX为0.04，与空白数据0.14相比下降71.4％；结果判定均为合格。

此次检测通过对一辆柴油车和一辆汽油车检测结果表明，随着添加剂产生功效的时间越久，加剂行驶里程越大，汽车尾气污染物的降低效果越明显。这是由于纳米燃油添加剂不仅仅使燃油在燃烧室内尽可能燃烧完全，随着使用时间的延长，它有效地逐步清理了燃烧室内的积碳，使发动机恢复其设计工作点，减少了积碳导致气缸与气缸之间的周期性差异。它不但能有效地降低尾气污染物中的烟度、CO和HC，还降低了由于周期性差异导致局部高温从而产生的NOX，减少了这些有害气体的排放也同时控制了PM2.5的产生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种纳米燃油添加剂，其特征在于，包括如下重量百分比的原料：脂肪酸25～35％、脂肪醚20～30％、乳化剂司盘系列15～25％、水10～20％、一元醇4～8％、脂肪胺或醇胺6～12％；

所述水为去离子水或纯净水中的一种；所述一元醇包括正辛醇、正丁醇、异辛醇中的任意一种；

所述脂肪胺包括乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺中的任意一种；所述醇胺包括二乙醇胺、乙醇胺中的任意一种；

所述脂肪酸包括环烷酸、油酸中的任意一种；

所述脂肪醚为聚乙二醇二烷基醚。

2.根据权利要求1所述的纳米燃油添加剂，其特征在于，所述乳化剂司盘系列包括司盘85、司盘60、司盘80中的任意一种。

3.一种根据权利要求1或2所述的纳米燃油添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的纳米燃油添加剂的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，所述加入脂肪酸、脂肪醚及乳化剂司盘系列的加入速度为30～50毫升/秒。

5.根据权利要求3所述的纳米燃油添加剂的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，所述加入水的加入速度为10～20毫升/秒，且将所述水沿着反应装置的内壁面加入到混合物A中。

6.根据权利要求3所述的纳米燃油添加剂的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，所述加入一元醇及脂肪胺或一元醇及醇胺的加入速度为30～50毫升/秒；所述搅拌的工艺条件为：在常温、常压下机械搅拌4～6小时。