高环保清洁汽油添加剂及其制备方法 【技术领域】
本发明属于能源技术领域， 涉及一种能提高汽油辛烷值、 增强汽油抗爆性能、 降低 尾气中有害物质的添加剂， 具体涉及一种高环保清洁汽油添加剂， 本发明还涉及该汽油添 加剂的制备方法。背景技术
汽油作为普遍使用的燃料， 广泛应用于各种交通工具中， 为其提供动力， 但汽油 在燃烧过程中产生大量的有害物质， 对大气环境造成了严重的污染， 为了减少燃油使用时 产生的污染， 人们对车用燃料尾气的排放进行了严格的控制， 并且要求汽油无铅化、 低烯烃 化、 低排放化、 高标号化。很多国家花费了许多人力、 财力进行燃油低污染、 低排放的研究。 同时， 采用 “双燃料” ， 以提高燃料的动力性能 ( 提高功率 )、 降低燃料消耗、 减少尾气排放。 但采用 “双燃料” 需对车辆的发动机燃烧系统进行相应的改动， 还需对现有的加油站进行改 造， 不仅需要投入大量的经费， 而且效果不尽如人意。
众所周知， 燃油在发动机上的效能是以发动机的压缩比而定的， 压缩比愈大其效 能也越高， 功率也随之提高。 而发动机压缩比提高后对燃料的要求就随之增高。 现代汽车发 动机为提高效率， 必须有高辛烷值的汽油与之匹配。但采用现有技术制得的汽油中的辛烷 值决定于炼油厂的出厂状态。炼油厂多采用基础油催化、 热裂、 重整、 异构化等方法以生产 更多的具有叉链的饱和烷烃或与该饱和烷烃结构类似的化合物， 增加这些化合物在汽油中 的比例， 从而提高汽油的辛烷值。但这些方法费时、 耗能、 效果不甚明显， 而且增大了成本。 目前， 通过使用添加剂来提高炼油厂出厂汽油的辛烷值， 如在汽油中添加四乙基铅、 甲基叔 丁基醚 (MTBE) 等， 但这些添加剂存在以下问题 ： 四乙基铅有剧毒， 现已禁用， 甲基叔丁基醚 (MTBE) 对地下水造成污染， 发达国家也已禁用， 对汽油中金属锰、 铁的含量也有明确限制。 发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题， 本发明的目的是提供一种高环保清洁汽油 添加剂， 不仅能提高汽油的辛烷值， 降低生产成本， 而且不含禁用物质。
本发明的另一目的是提供一种上述汽油添加剂的制备方法。
为实现上述目的， 本发明所采用的技术方案是， 高环保清洁汽油添加剂， 能提高汽 油的辛烷值， 且不含禁用物质， 该汽油添加剂， 按重量百分比， 由 89 ％～ 95 ％的清洁抗爆 剂、 3％～ 5％的羧酸芳香酯和 2％～ 6％的芳胺组成， 各组份总量 100％。
清洁抗爆剂采用如下方法制得 ： 按重量比 0.55 ～ 0.75 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取甲缩醛 或乙缩醛中的一种、 C1 ～ C10 饱和醇及催化剂， 置于 60±5℃的温度下， 回流反应 5 小时～ 6 小时， 精馏回收 60℃～ 90℃的液体， 该液体即为制得的清洁抗爆剂。
催化剂采用硫酸、 盐酸、 磷酸或磺酸。
羧酸芳香酯采用甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯。
芳胺采用 N， N- 二甲基苯胺或 2， 4- 二甲基苯胺。本发明所采用的另一技术方案是， 一种上述汽油添加剂的制备方法， 按以下步骤进行 ： 步骤 1 ： 按重量比 0.55 ～ 0.75 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取甲缩醛或乙缩醛中的一种、 C1 ～ C10 饱和醇及催化剂， 置于 60±5 ℃的温度下， 回流反应 5 小时～ 6 小时， 精馏回收 60℃～ 90℃的液体， 制得清洁抗爆剂 ；
步骤 2 ： 按重量百分比， 分别取羧酸芳香酯 3％～ 5％、 芳胺 2％～ 6％和步骤 1 制 得的清洁抗爆剂 89％～ 95％， 各组份总量 100％ ；
步骤 3 ： 将羧酸芳香酯和芳胺加入清洁抗爆剂中， 缓慢搅拌， 使液体混合均匀 ；
步骤 4 ： 将步骤 3 中混合均匀的液体进行过滤， 收集滤液， 制得高环保清洁汽油添 加剂。
步骤 3 中的搅拌速度为 400 转 / 分～ 600 转 / 分。
本发明汽油添加剂具有以下优点 ：
1. 制备工艺简单、 投资小、 易操作、 效益高。
2. 各组份无毒、 性能稳定、 使用安全、 经济。 比传统四乙基铅 ( 剧毒 ) 仅有抗爆性、 不环保具有明显优越性。
3. 与甲基叔丁基醚相比， 造价低， 且环保。
4. 清洁抗爆剂的主要原料是甲醇， 1.5 吨甲醇可生产 1 吨清洁抗爆剂， 清洁抗爆剂 在汽油组分中添加量大 (15 ～ 25％ )， 实现了真正意义上煤基替代燃料工程新选择。
5. 不需要依赖石油产品即可完成， 不但为石油工业， 而且也为煤化工行业的发展 开辟了极其广阔的前景。
附图说明
图 1 是发动机转速为 2000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 发动机有效热效率与平均有效压力关系曲线对比图。
图 2 是发动机转速为 4000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 发动机有效热效率的与平均有效压力关系曲线对比图。
图 3 是发动机转速为 2000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 排放的碳化氢与平均有效压力的关系曲线对比图。
图 4 是发动机转速为 2000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 排放的一氧化碳与平均有效压力的关系曲线对比图。
图 5 是发动机转速为 2000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 排放的氮化物与平均有效压力的关系曲线对比图。
图 6 是发动机转速为 4000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 排放的碳化氢与平均有效压力的关系曲线对比图。
图 7 是发动机转速为 4000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 排放的一氧化碳与平均有效压力的关系曲线对比图。
图 8 是发动机转速为 4000 转 / 分， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为 燃料时， 排放的氮化物与平均有效压力的关系曲线对比图。具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明高环保清洁汽油添加剂 (HLK) 能够用于炼油厂， 提高汽油辛烷值， 降低汽 油中的烯烃含量， 进一步降低炼油厂的加工成本， 提高发动机功率、 节约能源、 减少污染、 保 护环境。
本发明汽油添加剂， 按重量百分比， 由 89 ～ 95％的清洁抗爆剂、 3 ～ 5％的羧酸芳 香酯和 2 ～ 6％的芳胺组成， 各组份总量 100％。
其中， 清洁抗爆剂采用以下方法制得 ： 按重量比 0.55 ～ 0.75 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取 甲缩醛或乙缩醛中的一种、 C1 ～ C10 饱和醇和催化剂， 在 60℃ ±5℃的温度下回流反应 5 ～ 6 小时， 精馏回收 60℃～ 90℃液体， 该液体为清洁抗爆剂。
催化剂采用硫酸、 盐酸、 磷酸或磺酸， 优选磺酸。
羧酸芳香酯采用甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯。
芳胺采用 N， N- 二甲基苯胺或 2， 4- 二甲基苯胺。
本汽油添加剂在气缸内高温分解时， 活性基因与爆震反应的自由基的链变反应的 链产生迅速的化学反应变化， 从而消除其强烈活性， 抑制过氧化物的自由基， 生成稳定的异 构化合物， 削弱冷焰强度， 使爆震裂变反应终止。
自由基链氧化反应变化过程如下 ：
RH+O2 → RO-O-H → RO+OH
RO+O2 → RO2
RO2+RH → ROOH+R
ROOH → RO+OH
上述各式中， R、 HO2 和 RO 为自由基， ROOH 为有机过氧化物。
加入本发明添加剂后的反应为 ：
RO → O → H+RO+OH+R → O → O →
ROOH+CnO2-- → CnO+H2O
从上式可看出， 加入本发明汽油添加剂后自由基链氧化反应的生成物为 ： 醇、 醛、 酸、 二氧化氮、 水等。
本发明还提供了一种上述汽油添加剂的制备方法， 具体按以下步骤进行 ：
步骤 1 ： 按重量比 0.55 ～ 0.75 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取甲缩醛或乙缩醛中的一种、 C1 ～ C10 饱和醇及催化剂， 置于 60±5℃的温度下， 回流反应 5 ～ 6 小时， 精馏回收 60℃～ 90℃的液体， 制得清洁抗爆剂 ；
步骤 2 ： 按重量百分比， 分别取羧酸芳香酯 3 ～ 5％、 芳胺 2 ～ 6％和步骤 1 制得的 清洁抗爆剂 89 ～ 95％， 各组份总量为 100％ ；
步骤 3 ： 采用防爆泵将步骤 2 所取的清洁抗爆剂打入搪瓷 ( 不锈钢 ) 调和釜， 然后， 加入步骤 2 所取的羧酸芳香酯和芳胺， 进行缓慢搅拌， 搅拌速度 400 ～ 600 转 / 分， 使调和 釜中的液体完全混合均匀 ；
步骤 4 ： 将步骤 3 中混合均匀的液体用过滤机进行过滤， 收集滤液， 制得高环保清 洁汽油添加剂。
按质量比 1 ∶ 3 ～ 5， 分别取本汽油添加剂和国标 90# 汽油， 采用常规方法调和后，即可使用。
实施例 1
按重量比 0.55 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取甲缩醛、 C1 饱和醇及磺酸， 在 60℃的条件下， 回 流反应 5 小时， 精馏回收 60℃的液体， 制得清洁抗爆剂 ； 分别取甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯 3 克、 N， N- 二甲基苯胺 2 克和制得的清洁抗爆剂 95 克 ； 采用防爆泵将清洁抗爆剂打入搪瓷 调和釜， 然后， 加入所取的甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯和 N， N- 二甲基苯胺， 进行缓慢搅拌， 搅拌速度 500 转 / 分， 使调和釜中的液体完全混合均匀 ； 将该液体用过滤机进行过滤， 收集 滤液， 制得高环保清洁汽油添加剂。
将 15 克制得的汽油添加剂加入 85 克国标 90# 汽油内， 混合均匀即为 93# 汽油 ； 将 20 克制得的汽油添加剂加入 80 克国标 90# 汽油中， 混合均匀即为 97# 汽油 ； 将 15 克制得 的汽油添加剂加入 85 克直流汽油中， 混合均匀， 得到混合燃油 1 ； 将 20 克制得的汽油添加 剂加入 80 克直流汽油中， 混合均匀， 得到混合燃油 2。对配制得到的 93# 汽油、 97# 汽油、 混 合燃油 1 和混合燃油 2 的辛烷值分别进行测定， 辛烷值的测定结果如表 1 所示。
表 1 采用本发明汽油添加剂与常规汽油进行配制后得到的试样汽油的辛烷值
表 1 显示， 在常规汽油中加入本发明汽油添加剂后， 使得汽油的辛烷值增大， 说明 本汽油添加剂能够提高汽油的辛烷值。
常规汽油和本发明添加剂的物性参数， 如表 2 所示。
表 2 常规汽油与本发明汽油添加剂的物性参数
通过计算得到常规汽油、 混合燃油 1 和混合燃油 2 的主要参数， 如表 3 所示。表 3 常规汽油、 混合燃油 1 和混合燃油 2 的主要参数
从表 3 可以看出， 随着混合燃料中汽油添加剂用量的增加， 燃料的汽化潜热值增 加， 低热值减少。
发动机转速分别为 2000 转 / 分、 4000 转 / 分时， 采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为燃料， 得到的发动机有效热效率与平均有效压力的关系曲线对比图， 如图 1 和图 2 所 示。 从图中可看出， 与汽油相比， 混合燃料的有效热效率得到提高， 高转速时更为明显， 说明 在相同平均有效压力下混合燃料的消耗率较汽油有所增加， 但折算成当量汽油的燃油消耗 率却减少， 有效热效率提高。
发动机转速为 2000 转 / 分时， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为燃料， 排放的碳化氢、 一氧化碳和氮化物与平均有效压力的关系曲线， 如图 3、 图 4、 图 5 所示 ； 发 动机转速为 4000 转 / 分时， 分别采用汽油、 混合燃料 1 或混合燃料 2 作为燃料， 排放的碳 化氢、 一氧化碳、 氮化物与平均有效压力的关系曲线， 如图 6、 图 7、 图 8 所示。图中显示， 高 转速下混合燃料的碳化氢排放和一氧化碳排放均比汽油的低， 而氮化物排放没有明显的变 化。 说明相同平均有效压力下， 汽油机燃用混合燃料时的碳化氢、 一氧化碳排放随燃料中含 氧量的增加而降低， 整体上改善了汽油机尾气的排放。
实施例 2
按重量比 0.75 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取乙缩醛、 C10 饱和醇及硫酸， 在 65℃的温度下， 回流反应 6 小时， 精馏回收 90℃的液体， 制得清洁抗爆剂 ； 按重量百分比， 分别取甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯 3％、 N， N- 二甲基苯胺 2％和制得的清洁抗爆剂 95％ ； 采用防爆泵将清 洁抗爆剂打入不锈钢调和釜， 然后， 加入甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯和 N， N- 二甲基苯胺， 以 400 转 / 分的转速缓慢搅拌， 使调和釜中的液体完全混合均匀 ； 将该混合均匀的液体用过滤 机进行过滤， 收集滤液， 制得高环保清洁汽油添加剂。
实施例 3
按重量比 0.65 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取甲缩醛、 C5 饱和醇及盐酸， 在 55℃的温度下， 回流反应 5.5 小时， 精馏回收 75℃的液体， 制得清洁抗爆剂 ； 按重量百分比， 分别取甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯 5％、 2， 4- 二甲基苯胺 6％和制得的清洁抗爆剂 89％； 采用防爆泵将清洁 抗爆剂打入搪瓷调和釜， 然后， 加入甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯和 2， 4- 二甲基苯胺， 以 600 转 / 分的转速缓慢搅拌， 使调和釜中的液体完全混合均匀 ； 将该混合均匀的液体用过滤机 进行过滤， 收集滤液， 制得高环保清洁汽油添加剂。
实施例 4
按重量比 0.6 ∶ 1 ∶ 0.05， 分别取乙缩醛、 C2 饱和醇及磷酸， 置于 60℃的温度下， 回流反应 5.25 小时， 精馏回收 67.5℃的液体， 制得清洁抗爆剂 ； 按重量百分比， 分别取甲 酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯 4％、 2， 4- 二甲基苯胺 4％和制得的清洁抗爆剂 92％； 采用防爆泵 将清洁抗爆剂打入搪瓷调和釜， 然后， 加入甲酸 -2， 4- 二甲氧基苯基酯和 2， 4- 二甲基苯胺， 以 500 转 / 分的转速缓慢搅拌， 使调和釜中的液体完全混合均匀 ； 将该混合均匀的液体用过 滤机进行过滤， 收集滤液， 制得高环保清洁汽油添加剂。