专利名称：亲和甲醇汽油生产制备方法
亲和甲醇汽油生产制备方法1、亲和甲醇汽油的基本定性a) 亲和甲醇汽油的基本定性甲醇汽油以及亲和甲醇汽油是一种液态混合物。它们的物质成份主要是由汽油、甲醇以及少量的添加剂(以后称亲和剂)所组成。所有的液体分子互相不发生化学 反应，不生成新的物质，各自保持自己的分子结构。亲和甲醇汽油是甲醇汽油中的 一种，它的主要特征是甲醇分子、汽油分子和亲和剂分子能够构成一种类型的分子 团。这种分子团具有稳定的能量结构和一定规律的几何结构，并作为基本单元进行运动。亲和甲醇汽油中的亲和甲醇是由甲醇分子和亲和剂分子在一定的液相共性下组 成，通过对其分子的振动、转动能级的确定，找到了各自的能量结构共性，从而确 定了它们能形成稳定分子团簇的条件，并确定了它们能量结构处于亚稳态，使之能 与汽油分子亲和，形成亲和伊醇汽油分子团。b) 亲和甲醇汽油的物理定性在生产甲醇汽油以及亲和甲醇汽油的过程中，均无化学反应过程，因此，甲醇 汽油以及亲和甲醇汽油的生产过程是一个物理过程，甲醇汽油和亲和甲醇汽油不分 层问题是物理问题，而不是化学问题。生产甲醇汽油的技术一般采用的物理技术属于机械搅拌混合，例如超声振动搅 拌，由于甲醇和汽油的物相接近，只要选取一定的添加剂，通过简单的机械搅拌即 可完成。亲和甲醇汽油的生产技术采用的是-一种特殊的物理技术_一介观搅拌技术，它 选取特殊的亲和物质作为添，剂，通过介观搅拌技术实现高度的均匀性，并形成亲 和甲醇汽油分子团，使亲和甲醇汽油变成真溶液，解决不分层的问题。c) 亲和甲醇汽油的效果定性甲醇汽油是一种汽油为主要燃料，甲醇为辅助燃料的液态混合燃料。它主要用 于汽车动力，其基本要求是动力性达到对应标号汽油的汽车动力标准。由于目前汽 车的发动机是针对汽油设计的，在不改变汽车发动机的前提下，甲醇在汽油中的添 加比例一般不高于20%。
亲和甲醇汽油是甲醇汽油中更接近汽油特性的产品。通过亲和物质及介观搅拌 技术，使亲和甲醇汽油具有较强的活性和稳定能量结构。它可以任意比例加入汽油 而形成真溶液(无条件不分层)。亲和甲醇汽油提高了对现有汽车发动机构造的适 用性，并促进了因甲醇吸水后水分子在汽缸中的"微爆过程"，提高了燃油的动力 性。因此，在不改变汽车发动机的前提下，亲和甲醇汽油在汽油中的比例可大于30%。2、亲和甲醇汽油的技术目标a) 互溶性实现甲醇汽油基本点的牵要条件是解决甲醇与汽油的互溶性问题，将甲醇汽油 制作成一种真溶液。甲醇和汽油一般是互不相溶的，但通过第三物质改变了甲醇和汽油的表面张力 及物相后，甲醇和汽油可以互溶。甲醇和汽油互溶后，不是溶剂与溶质之间的关系， 而是分子团簇的问题。甲醇分子较小，汽油分子较大，各自又以团簇形式运动，互 溶后，能否形成新的分子团簇，这是互溶效果的关键。在亲和甲醇汽油中，甲醇通过亲和物质的活性作用以及分子团簇能量结构的改 进，形成了一种具有活性的亲和甲醇分子团。经过介观搅拌系统，这种分子团具有 较高的能量结构和较规则的排列结构，能够迅速地围绕在汽油分子周围，形成一种 新的亲和甲醇汽油分子团。这些亲和甲醇汽油分子团均匀地排列并具有稳定的结构 和物理特性，彻底实现了互溶性，成为不分层的真溶液。在汽车汽缸里燃烧时，能 充分燃烧，实现了最大的热转换。b) 对水的容忍性甲醇具有天然的吸水性，在甲醇汽油实际的生产、运输以及车用燃烧过程中必 须与空气中的水分接触，导致了甲醇汽油中的含水问题。而这一问题又导致了冷启 动的一系列问题。可见甲醇汽油在基本点上涉及到了对水的容忍度的问题。因此， 要完成甲醇汽油在车用燃料中的使用，必须充分考虑甲醇中的含水问题一一这就是 亲和甲醇汽油的充分条件，即醇、油、水的多相亲和问题，当然解决这一问题的关 键是亲和剂的活性。甲醇、汽油、水三者有不同的物相，寻求和制造一种物质，具有多相亲和功能 是亲和甲醇汽油技术的基础。理论研究表明，亲和物质是一种介观物质，具有分子 团簇运动的基本形式，在选取与制备多相亲和物质的同时，配有一套介观搅拌的工
艺，通过介观搅拌过程，使亲和物质使甲醇变成亲和甲醇，它不仅在物相上与汽油、 水分子具有亲和性，还能够迅速与汽油分子形成具有活性的亲和甲醇分子团。因此， 实现了亲和甲醇对水容忍度的提高。 。理化性汽油的理化指标分为九个大类，十六个专项。其重要的项目有抗爆性(即辛 烷值)、馏程、蒸汽压、胶质、诱导期、硫、苯、芳烃、烯烃、铜片腐蚀等。除了抗爆性，亲和甲醇汽油与汽油在以上理化指标上几乎完全一致。而在抗爆性上，甲醇汽油的辛烷值大大优于汽油，若以20%的甲醇配制汽油，其90#汽油的 辛烷值可达到93#汽油的标准、93#汽油的辛烷值超过97#汽油的标准。d) 动力性甲醇汽油的动力特性是甲醇汽油的关键指标，它是针对纯汽油燃料进行对此而 确定的。由于甲醇热值明显个于汽油，高比例(大于30%)甲醇汽油的动力性要经 过专门的汽车台架试验进行定量确定。 一般情况下，大于30%的甲醇汽油的动力性 下降了 10%以上。亲和甲醇汽油的动力性设计目标是针对甲醇汽油的热转换而确定，实现了热转 换的最大值，同时，通过亲和物质对油、水、醇物相的亲和，解决了水分在汽缸里 的微爆问题。实现了亲和甲醇在大于30%的配制情况下，其甲醇汽油(以90#汽油 为基油)的动力性达到了 93#汽油动力性的95%左右。e) 排放性汽油的排放特性主要在以下三个方面，即一氧化碳CO;碳氢HC和氮氧三个方 面。 一般性看，甲醇汽油的排放特性在一氧化碳和碳氢上要大大优于汽油，而在氮 氧上要略高于汽油，但总体去格。亲和甲醇汽油在碳氢(HC)的排放特性非常明显地优于汽油和普通的甲醇汽油。这说明亲和甲醇汽油中的碳和氢得到了充分的燃烧，达到了最优的热转换。例如30%的亲和甲醇汽油(90#汽油为基油)比93弁汽油的碳氢HC排放量下降了 77%(净 功率试验)。3、亲和甲醇汽油的生产制备方法甲醇汽油的研究开发已经有几十年的历史，也有一系列的研究成果。主要的方 法是加一些表面活性剂来实现甲醇和汽油的互溶性问题。但由于表面活性剂的成本 以及甲醇汽油的稳定性问题，这一系列方法并没有得到突破性的进展。大家都在添 加剂上下功夫以求突破。亲和甲醇汽油的技术目标也是要让这种混合高度均匀而不分层。亲和甲醇 汽油的技术目标则是通过亲和物质与介观搅拌将其制备成真溶液。其亲和甲醇汽油 的热效达到甲醇的热效水平，使其热转换达到最佳值。a) 介观亲和物质"真溶液"的形成不能靠外界提供能量(主要是热能)来实现，"真溶液"的 能量结构转化过程是怎么实现呢？抛开经典的热力学思想，从介观物理思路出发， "真溶液"分子团簇的波动特征是因为它们具有振动一一转动能级结构，使其"真 溶液"分子团簇的这一能级结构使其处于一种稳定状态。当我们用一种特殊的作用 方式，使其溶液中的分子团簇振动一一转动能级结构处于一系列的亚稳态，这种溶 液就变成了"真溶液"。含醇燃油的研究开发已经有几十年的历史，也有一系列的研究成果。其主要的 方法是加复合添加剂来解决醇一油、醇一炔等混合物的互溶性问题。这类方法已经 基本成熟，只是其稳定性保持的问题不能解决。在这几十年中，大家都在这种复合 添加剂的配方上下功夫，以求得突破。根据最近的研究信息，含醇燃油的复合添加 剂已经取得一系列成功。'在亲和甲醇的生产过程中，本方法提供了一套"介观亲和物质"的复合添加剂， 这种添加剂有助于实现了醇、水、油同时亲和，使其油、醇、水三种分子能够形成 一种分子团簇结构。这种"介观亲和物质"富集在油/醇界面、油/水界面而降低界面 张力，达到油与醇或油与水的溶合。"亲和物质"也是根据水、醇分子对油分子的 相互作用上考虑，根据水分子团簇的电磁多级矩，醇分子团簇的电磁多极矩以及油 分子团簇的电磁多极矩的研究，找出了能够耦合这三种电磁多极矩的特殊微扰共振 多极矩。又根据这种微扰共振多极矩的数量级去寻找具有此同等数量级的亲和物质。 从单一的亲和物质到复合的亲和物质，经过反复实验，最后优化出了 "介观亲和物 质"这种复合添加剂。使其能够与醇、水、油三种分子构成一种稳定的分子团簇， 并具有较小的几何结构与规则的排列程序。最终实现了含醇含水燃油成为真溶液。b) 介观物质描述介于经典物理和量子物理之间的介观物理，其主要描述对象是介于原子、分子 和宏观体系之间团簇体系。由于团簇尺寸小，与电子的德布洛意波长、超导相干波 长及激子玻尔半径相比拟，电子局限在一个体积十分小的空间，电子输运受到限制， 电子平均自由程很短，电子的局域性和相干性增强。尺度下降使团簇体系包含的原 子数大大降低，宏观固体的准连续能带消失了，表现了分立的能级，量子尺寸效应 十分显著，这使得仍然必须引入波函数来描述团簇的运动。但是与量子力学不同， 团簇体系的动力学方程不再是薛定谔方程，而是一个矩阵形式的耦合方程(￡-A,W)b,-f^fV')c, =0。理论上利用排列通道量子力学可以求解体系的波函数 以及能量，从而确定团簇体系的能级。c) 介观搅拌方法目前，国际、国内制成的乳状液(即白色乳化油)，需要高剪切乳化机、Y射 线、超声波粉碎大型机械强^搅拌，但这种方式是以增温为主的物理方法，换句话 说是经典物理方法。这种方法制成的含醇含水燃油由于醇水分子团簇在油中的颗粒 太大而无法形成稳定结构，最后导致了这种含醇含水燃油容易发生沉降、絮凝、聚 积，性能不稳定，最后又回到油、醇、水分离的状态。实验表明，这种方法生产的 乳化油稳定最长的只有三个月，少则只有几个小时，而且给运输也带来不便。根据理论研究和计算分析，得出的含醇含水燃油的稳定分子团簇的能量结构不 能用任何经典物理范畴的机械作用方式，而是在介观物理领域的电磁多极作用方式。 在这一新兴边缘科学领域中，我们又以原子分子领域中的多体微扰理论作为基础， 把分子团簇的基本结构作为类似原子的基本结构，把介观尺度(纳米尺度)的电磁 多极作用当作微扰作用在分子团簇上，而此作用在一定的条件下与含水、含醇燃油 分子团发生共振，水分子团簇、醇分子团簇、油分子团簇纷纷变小，而有相互之间在亲合物质的作用之下构成一种稳定的结构。而这种结构的颗粒度小， 一般在50 纳米以下，呈透明状况，形成长年不变的真溶液。d) 介观技术原理亲和甲醇汽油以分子团簇形式存在，研究液体分子团簇主要涉及到团簇中的原 子组态和电子结构、物理和化学性质及向大块物质演化过程中与尺寸的关联，团簇 同外界环境的相互作用规律等。原子中的电子状态具有幻数特征。团簇也具有类似 的特征，它与对称性和相互作用势关系密切。质谱分析中，含有某些特殊原子数或 分子数的团簇的强度呈现峰值，表明这些团簇特别稳定。团簇的幻数序列与构成团 簇的原子键合方式有关，对于固体团簇而言，金属键来源于自由价电子，半导体键 是取向共价键，液体分子团簇而言的键合方式主要是分子团簇作用键。分子团簇的介观力学定义
液体分子团簇由分子组成，分子由原子核和电子组成，分子能级包括两个层次 电子能级和核运动的能级。核运动的能级进一步可以分为振动能级和转动能级两个 层次，其中分子的振动能级丰要由价键连接的原子之间的振动引起，而分子的转动能级则取决于分子绕不同轴的转动。由此液体分子团簇的能量结构主要包括三部分 电子能级，分子团簇的振动能级和转动能级。依据介观力学的基本概念，所有上述 三种能级都遵循量子化的条件。由于分子团簇比分子更大，它的量子性质也较弱， 而且又有一定的经典力学特征。因此，液体分子团簇遵循的是介观物理学规律。因 而实现液体分子团簇的能量结构的改变必须引入能够对其能级结构产生共振的外设 微扰场。e)亲和甲醇分子团簇能量结构改进设计液体分子团簇体系处于电磁场中时，分子团簇中的电子运动状态将发生变化。 电磁场的电场主要是电偶极矩对电子的作用，它表现为主量子数n与角量子数/"的 变化，使原子和分子表现吸fe或辐射光子。而磁场的相互作用是以磁偶极矩对电子 的作用。磁矩是玻耳磁子的整数倍，它导致了塞曼效应。当磁矩很强时，将产生巴 辛一拜克效应，使能极结构发生普遍移动并重新排列次序。为了实现电磁辐射与分子体系振动和转动能级之间的共振，分子振动必须伴随偶 极矩的变化。能量转移的机制是通过振、转动过程所导致的偶极矩的变化和交变的 电磁场相互作用发生的。液体分子团簇是一个多体系统，而外设电磁场作为一个微 扰系统，采用量子力学的基本计算方法，将外设电磁场作为微扰场来设计。理论上 采用了原子分子多体微扰共振理论的处理思路。体系的总哈密顿量可以表示为在原子、分子中的多体微扰理论中，我们将原子分子的作用势采用的是v^势，也就是去掉一个电子的库仑势。其外加作用也主要考虑的是电偶极矩。以电偶极矩 与库仑势的相互作用，采用自洽场的方法进行计算。从而得出了原子、分子中电子 能量结构的变化。因此，在原子分子的实验及运用过程中成为一种基础理论。根据 这种方法，我们可以设计出一个有效的电磁场，用其电偶极矩能够对物质的电子状 态进行定向变化作用。对于液体分子团簇，首先对分子团簇的势能用类似v1^'的势能进行数字化描述，在这一描述的过程中，采用了自洽场方法，使它以自洽的形式不断准确。其次，将
外场设计为以磁极矩为主的电一磁多矩场，通过两者的相互作用，分析出变化规律， 从而用自洽场方法，自动改进电-磁多极矩场。 f)亲和甲醇分子能量结构改进方法特殊永磁设计s(r)根据原子物理学中的有效势概念，将势能平场化的同时，保持一定的变化 梯度，形成有效梯度。这个有效梯度，能够对亲和甲醇分子团簇的转动能级产生作 用。使其在微扰场的作用之卞，梯度势能场能够与之自洽，最终达到共振效应。从 而使其分子团簇由能量较低的单重态跃迁到能量较高的三重态，使得其分子团簇的 能量结构得到改变。同时也使分子团簇排列有序。梯度磁场的设计采用永磁体。由于要产生巴辛一拜克效应，使能级结构普遍移 动和重新排列，磁场的作用应具有一定的强度并呈周期性变化。通过把分子团簇的 设计为流动状态，梯度磁场就设计为强度空间狭小，扁平，强度变化有梯度并呈周 期性。如
图1所示的装置中，采用聚磁方式使得在流体的通道的某些区域得到强磁场， 而顺着流体的方向，磁场迅速地减弱，并且呈一种周期性的结构排列。从而在一个 扁平的空间中形成磁场强度变化有序的、周期性的场分布。当液体流经该区域，永 磁体在该扁平区域形成的周期性梯度势能场作用于液体分子团簇，并对该分子团簇 的转动能级产生强烈的共振作用，使得其跃迁到能量较高的三重态。特殊电磁设计此场的特点是根据亲和甲醇分子团簇的振动能级而设计的微扰场。在设计时，通 过对其分子团簇的振动能级进行介观物理学的计算，从而根据能级差设计不同频率， 不同变化周期的振动场。考虑外振动场与流体之间的相互作用，当流体流经该场有 效区域时，外场的所产生的振动能与流体分子团簇的振动能级之间产生共振。对于 亲和甲醇汽油而言，外振动场作用于其分子团簇的电多极矩和磁多极矩，使亲和甲 醇分子团簇避免由于分子团簇的磨擦而产生热能，而是通过分子之间的振动，使其 在振动场中，达到大液体分子团簇向小液体分子团簇转化。同时这种场可以场使分 子转动能级受到微扰，这种微扰不仅改变了液体分子团簇的转动能级，而且使分子 团簇的多重态发生改变，对分子团簇抗磁性产生作用，同时改变了分子团簇的物理 性能。本发明的亲和甲醇汽油分子团簇能量结构调制装置如图2所示，由振动源，定向
耦合器，调配器，波导，应用器，控制系统组成。亲和甲醇汽油分子团簇的能量调 制装置工作过程如下波源发出振动波，通过定向耦合器，调配器，波导，耦合到 应用器中的亲和甲醇汽油分子团簇上，根据亲和甲醇汽油分子团簇的品质和流量大 小，由调配器对波源负载进行调配，同时用定向耦合器进行监控，把波源系统调制 到最佳工作状态，使亲和甲醇汽油分子团簇获得充足的振动能量。最终达到改变亲 和甲醇汽油分子团簇的物理性能的目的。 共振场设计对于亲和甲醇分子而言，其分子团簇的振动能级与转动能级共同构成亲和甲醇 分子团簇的能级结构体系。根据介观力学的基本原理里，该分子团簇的微扰共振能 级能够决定分子运动的状态'。在本方法中，微扰共振场的设计是根据振动场和梯度 场的相互关系特征，通过磁多极矩和电多极矩的介观力学原理进行数量级的确定， 然后经过自洽返馈系统确定共振场的频率与梯度场的周期变化。从而形成一套针对 性亲和甲醇分子团簇能量结构的改进系统，进而改进亲和甲醇分子团簇的振动转动 能级。
权利要求
1、亲和物质的选择方式与程序a)亲和物质与甲醇的分子结构共性b)亲和物质的分子团簇能量结构c)亲和分子与甲醇分子的分子团簇能量结构
2、 亲和甲醇分子团簇的通道耦合方程及能量结构确定a) 甲醇亲和剂分子团通道的选择b) 甲醇与亲和剂分子团构成的方法与方式c) 亲和甲醇分子团簇能量结构的确定
3、 亲和甲醇汽油液体的热转换最佳值确定方法a) 亲和甲醇、汽油、亲和甲醇汽油热值理论计算与实验确定方式b) 亲和甲醇、汽油、亲和甲醇汽油热效理论计算与实验确定方式c) 亲和甲醇、汽油、亲和甲醇汽油热转换最佳值理论分析与实验确定方式
4、 特殊梯度磁场a) 磁场强度空间扁平化要求(空间小于1 31毫米)b) 磁场强度大小梯度化要求(梯度周期)c) 磁场强度确定方式(内置方式与外置方式)
5、 特殊电磁场a) 频率特殊设置根据亲和甲醇分子团簇能量结构设置能级差 (与频率成正比)确定方式能级差=亚稳态一基态 亚稳态、基态确定方式2b) 磁多极矩与电多极矩磁多极矩构成方法4C 电多极矩构成方法低频电磁波
6、 自洽反馈系统a) 势能K^'和「^2:分子多体微扰势能b) 自洽波函数分子多体自洽波函数
7、 介观搅拌过程a)介观搅拌系统4， 4+5或4 + 5 + 6 b)亲和剂与甲醇互溶 C)亲和甲醇介观搅拌 8、方法a) 1+2 + 3 + 4b) 1+2 + 3 + 5c) 1 + 2 + 3 + 4 + 5d) 1+2 + 3 + 4 + 5 + 全文摘要
本发明在甲醇中添加亲和剂并采用甲醇与汽油分子团簇能量结构的改进方法来实现亲和甲醇汽油的生产制备。亲和剂是增加甲醇对汽油的亲和能力的可燃化学物质。亲和甲醇汽油分子团簇能量结构定义在分子团簇的转动、振动能级上；其能级结构是通过分子团簇的电偶极矩和磁偶极矩的相互作用而改进。本发明方法是根据介观力学方法和分子团簇运动规律分析亲和甲醇汽油分子团簇的能量结构，采用特殊梯度磁场和特殊电磁场及自洽反馈系统构成微扰共振能量场。微扰共振能量场发生能量，通过对甲醇燃油分子团簇的电偶极矩及磁偶极矩振动，从而改进甲醇汽油分子团簇的能量结构，使其从低能状态跃迁到亚稳的高能状态。使团簇结构由大变小，使排列次序变得更有序。改变液体的物理性能，如溶解能力增大，粘度变小等。导致亲和甲醇汽油液体的吉布斯自由能增加，熵变小，从而活性增加。并使之成为一种不分层的真溶液，在燃烧过程中达到热转换的最佳值。
文档编号C10L1/00GK101130703SQ200610111348
公开日2008年2月27日 申请日期2006年8月24日 优先权日2006年8月24日
发明者刘锦超 申请人:四川循环科技有限公司