一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂的制作方法

本发明涉及柴油添加剂
技术领域：
，具体是指一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂。
背景技术：
：压燃式柴油发动机比汽油发动机效率高，因而应用非常广泛。但是，一些柴油发动机所用柴油，排放的尾气污染环境比较严重。特别是在严寒、缺氧的高原地区。高原地区因为海拔高，气温低，昼夜温差大，冬季夜间，严寒尤甚；海拔每升高100米，气温下降0.5℃～0.6℃，在海拔4000米以上，冬季夜间气温常在-20℃以下，极低温度使得柴油粘度增加，流动性变差，雾化不良，燃烧过程会恶化，柴油机冷启动时阻力增大，启动后升温时间长，油耗增大。且因为海拔高，大气压力低，空气稀薄，海拔每升高1000米，大气压力下降9％，含氧量下降9％。在海拔5000米的高原，大气压力只有54.9kpa，是平原地区大气压力101.3kpa的54.2％。汽车行驶时，在供油量不变时，混合气缺氧变浓，导致燃烧不完全，油耗增加，发动机功率下降，尾气污染环境加剧，上坡加油时尾气污染环境更为严重。我国高原面积占国土面积的37％，是世界上高原面积最大的国家，其中，青藏高原240万km2，平均海拔超过4000米，被称为“世界屋脊”。针对这些情况，在环保要求严格的新形势下，研究适用于高原的严寒、缺氧地区环境的柴油清净增效剂，成了当务之急。国内外关于柴油车、柴油机尾气污染的治理，采取了多种措施。其中，除了严格控制硫含量和进行“排气后处理”之外，还有一种有效措施是“发动机改进技术”，这种技术的“增压中冷技术”、“多气门技术”和“高压及预喷射技术”，都是为了多加进空气。还有另一种有效措施是“减少nox的阿贡(argonne)技术”，它的两种技术分别是将富氧空气通入发动机或者通入柴油燃料。总的看来，增加氧含量是一个关键措施。柴油掺入含氧的有机化合物燃料，目前研发出的主要有醇类、醚类、酯类三种，虽然掺入柴油都有降低尾气污染物排放的效果，但是，都有明显的缺欠：醇类中的低碳醇甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等，着火性指标十六烷值很低，与柴油的互溶性不好，柴油机不能直接燃用，必须依赖高效的助溶剂和十六烷值提高剂。更大的问题是它们的安全性指标闪点都远远不符合国标柴油的要求。关于酯类，主要是动植物油脂经过甲醇醇解生成的一些脂肪酸甲酯，由它们掺入柴油形成的生物柴油，十六烷值、闪点都符合国标柴油要求，但是，有三个缺欠，一是凝点高达0～4℃，若不降凝，只能在4℃以上的气温环境中使用；二是动植物油脂原料缺乏。三是国标gb/t25199---2007《生物柴油调合燃料(b5)》，2010年、2013年、2016年三次修订，一直维持b5的低水平，即，脂肪酸甲酯的掺入量只有2％～5％，脂肪酸甲酯的氧含量平均为10％，因而《生物柴油调合燃料(b5)》的氧含量只有0.2％～0.5％，增效减排的效果很有限。另一种受关注的酯类碳酸二甲酯(dmc)，虽然氧含量高(53.2％)，但是，闪点低(17℃)、十六烷值低(≯10)、热值低(15850kj/kg只有柴油的37.3％)、凝点却高达4℃，无法在严寒的高原地区使用。醚类的十六烷值比较高，着火性好，但是，氧含量偏低。专利cn110527565.a推出了“一种高海拔车用含氧清洁柴油及其生产方法”，用来解决高原空气稀薄缺氧问题。它的含氧添加剂有13.8％～16.5％的甲醇。甲醇的十六烷值很低，不与柴油互溶，用作柴油添加剂时，必须借助于强力的助溶剂和十六烷值提高剂。甲醇的安全性指标闪点只有12.2℃，含有甲醇的复合产品，甲醇含量超过2％时，复合产品的闪点基本上仍然是甲醇的闪点，与国标柴油要求闪点不低于45℃相差甚远。许多类似的专利和文献，凡是采用甲醇、乙醇、丁醇、碳酸二甲酯及其它闪点低、十六烷值低、与柴油难以互溶的物料，都难以在严寒、缺氧的高原地区直接掺入柴油使用。论文《高海拔下柴油机燃用含氧燃料的试验研究》和《高原地区柴油机燃用生物柴油混合燃料排放特性研究》，以及相关的专利和文献，选用含氧的生物柴油解决高原空气稀薄缺氧问题，在气温不低于0℃的云贵高原的一些地区，的确具有增效减排作用，但是，没有考虑海拔更高的青藏高原极其严寒的环境条件。生物柴油的含氧组分是脂肪酸甲酯，含氧10％左右，掺混的b10、b5(b10是柴油中掺加10％的脂肪酸甲酯；按照gb/t25199的规定，b5是柴油中掺加2％～5％的脂肪酸甲酯)，这样的生物柴油氧含量分别增加到1％、0.2％～0.5％，距离适宜的氧含量推荐值2.0％～3.7还相差甚远，增效减排效果比较有限。更主要的是，脂肪酸甲酯的凝点高达0℃～4℃，即使依靠降凝剂，也难以适应-20℃以下的高原严寒环境。黄金凤等人在云南海拔1892米、大气压力81kpa的常温条件下做试验，也没有考虑-20℃以下的高原严寒条件。她的研究表明，由b5增加到b30[即，脂肪酸甲酯含量由2％～5％增加到30％，氧含量由0.2％～0.5％增加到3.0％]，减排效果逐次增加，但是，若用b100，nox排放不降反升。总的情况是：生物柴油在海拔2000米以下的高原地区，气温不低于0℃时，适量掺入柴油，有增氧增效减排作用，但是，不能适应严寒的高原环境。在严寒、缺氧的高原环境下，柴油清净增效剂及其配制的清洁型复合柴油，增加含氧量是一项有效的清净增效措施，但是，含氧量超过一定数量，尾气污染物排放的减幅下降，含氧量增加过多时，nox生成和排放还会产生不降反升的副作用，而且相应的复合柴油，热值也下降过多。因此，并不是含氧量越多越好，在缺氧条件因海拔高度不同而不同的高原地区，应该有适宜的指标。近些年研发的聚甲氧基二烷基醚类，例如dmmn(聚甲氧基二甲醚，也叫聚甲氧基甲缩醛)，以及醇醚酯复合物乙二醇乙醚醋酸酯等，虽然可以较好地提高含氧量，但是，结构比较复杂，也有明显的缺点，例如，dmmn一般是聚合度n值为3、4、5、6的混合物，n值小的时候闪点不合格，n值大时凝点不合格，它们的混合物质量不稳定，掺入柴油的比例较多时，与柴油互溶性差，特别是在气温不高于0℃时，就有与柴油分层的弊端，还需要进一步研发解决dmmn在严寒、缺氧高原地区如何避免与柴油不互溶而分层的问题。技术实现要素：因此，基于以上背景，本发明要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂。本发明的技术方案为：一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂，其包括一种复合多碳醇，所述复合多碳醇所含组分按重量计为：己醇及其异构醇15～35％、庚醇及其异构醇20～40％、辛醇及异构醇40～60％、壬醇及其异构醇10～20％、癸醇及其异构醇5～15％，其含水量低于0.5％。进一步地，所述复合多碳醇采用乙醇生产厂或酿酒厂或丁辛醇生产厂的下脚料作原料，经过预处理除去固体颗粒、渗透汽化膜脱水和复合多碳醇分馏、调配步骤制备得到。进一步地，将上述柴油清净增效剂与生物柴油调合燃料b5混合后，将其氧含量增加到与b20相当的水平，可将生物柴油调合燃料b5改进为bq20清净柴油。进一步地，其还包括高含氧、低凝点的辅料，所述辅料为含氧有机化合物。进一步地，所述含氧有机化合物含氧量10％以上并且凝点在-20℃以下，且符合国标柴油要求。进一步地，所述高含氧、低凝点的辅料的加入量为可使得清净增效剂的氧含量达到10％-18.5％。其在使用时，可使得调配的清洁型复合柴油氧含量达到2.0％～3.7％的适宜量。进一步地，所述含氧有机化合物辅料为异辛醇、二甘醇二甲醚、乙二醇丁醚、聚甲氧基甲缩醛(dmmn)、二氧基二甲醚醋酸酯等及其他含氧有机化合物一种或多种。进一步地，其既可应用于高寒、缺氧的高原环境，也可应用于常温、常压的非严寒、非缺氧环境。本发明与现有技术相比的优点在于：本发明适用于多种地域环境，同时满足国标柴油关于闪点、凝点、十六烷值等指标的要求，尤其适用于严寒、缺氧的高原环境，其与柴油复配可通过调节柴油的含氧量、流动性等来实现节能减排的作用，且能够起到一定的助溶效果，解决聚甲氧基甲缩醛与柴油难溶分层等问题，使用后可改善柴油氧含量、解决dmmn(聚甲氧基甲缩醛)与柴油难溶分层等问题，具备显著的增效减排作用。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例7的不同含氧量柴油减排效果比较示意图；具体实施方式下面结合实施例对本发明一种严寒、缺氧高原地区的柴油清净增效剂做进一步的详细说明。实施例1：一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂，其为一种复合多碳醇，所述复合多碳醇所含组分按重量计为：己醇及其异构醇15～35％、庚醇及其异构醇20～40％、辛醇及异辛醇40～60％、壬醇及其异构醇10～20％、癸醇及其异构醇5～15％，其含水量低于0.5％。所述复合多碳醇采用乙醇生产厂或酿酒厂或丁辛醇生产厂的下脚料作原料，经过预处理除去固体颗粒、渗透汽化膜脱水和复合多碳醇分馏、调配步骤制备得到。实施例2：一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂，其为一种复合多碳醇，所述复合多碳醇所含组分按重量计为：己醇及其异构醇15～35％、庚醇及其异构醇20～40％、辛醇及异辛醇40～60％、壬醇及其异构醇10～20％、癸醇及其异构醇5～15％，其含水量低于0.5％。所述复合多碳醇采用乙醇生产厂或酿酒厂或丁辛醇生产厂的下脚料作原料，经过预处理除去固体颗粒、渗透汽化膜脱水和复合多碳醇分馏、调配步骤制备得到。所述复合多碳醇采用乙醇生产厂或酿酒厂的下脚料作原料，经过预处理除去固体颗粒、渗透汽化膜脱水和复合多碳醇分馏、调配步骤制备得到。针对不同海拔高度的严寒程度，需要降低柴油清净增效剂的凝点以保证其流动性，实施例1中的复合多碳醇的凝点在-18℃，如果在低于-20℃的严寒环境下应用，就需要进一步降低凝点和冷滤点，因此加入辅料来对柴油及清净增效剂的凝点进行调节，例如异辛醇(凝点-76℃)、二甘醇二甲醚(凝点-64℃)、二甘醇丁醚(凝点-70℃)。实施例3：一种适用于严寒、缺氧高原环境的柴油清净增效剂，其为一种复合多碳醇，所述复合多碳醇所含组分按重量计为：己醇及其异构醇15～35％、庚醇及其异构醇20～40％、辛醇及异辛醇40～60％、壬醇及其异构醇10～20％、癸醇及其异构醇5～15％，其含水量低于0.5％。所述复合多碳醇采用乙醇生产厂或酿酒厂或丁辛醇生产厂的下脚料作原料，经过预处理除去固体颗粒、渗透汽化膜脱水和复合多碳醇分馏、调配步骤制备得到。本实施例中的dmmn(聚甲氧基甲缩醛)作为增氧和提高十六烷值的柴油清净增效剂辅料，其聚合度n值，所述n＝3-5；其凝点须符合国标柴油的要求，即，n＝3时凝点-30℃，可以作为-20号柴油清净增效剂辅料；n＝4时凝点-7℃，可以作为0号柴油清净增效剂辅料；n＝5时凝点18.5℃，不适合用于严寒、缺氧高原地区的柴油清净增效剂辅料。n值为3～5的混合物时，必须根据实测凝点，决定它能够用于哪种型号的柴油清净增效剂。本发明的增效剂的使用可使得-10号柴油凝点-10℃以下，-20号柴油凝点-20℃以下，-35号柴油凝点-35℃以下，等等，以可使得柴油能够在严寒、缺氧的环境中实现高效、少烟等绿色排放。所述dmmn(聚甲氧基甲缩醛)作为严寒、缺氧高原地区的柴油清净增效剂辅料，其掺入柴油的比例受高原严寒程度的限制，气温0℃时，掺入柴油的比例达到10％就会影响与柴油的互溶而分层。气温-20℃时，掺入柴油的比例超过6％就会影响与柴油的互溶而分层，而将实施例1的柴油清净增效剂与dmmn相复配，可解决dmmn与柴油不溶而分层的问题，所加入复合多碳醇的加入的质量为柴油量的5％左右。实施例4：取实施例1的柴油清净增效剂20kg，实测闪点(闭口)63℃、凝点-18℃、十六烷值52、氧含量12.3％，与80kg国标-10#柴油掺混成为符合国家能源行业标准nb/t34013---2013的《农用醇醚柴油燃料》，测得凝点-11.6℃、闪点(闭口)62℃、十六烷值53，计算氧含量为2.46％。经有资质的天津大学“机械工业内燃机油品检验评定中心”检测，各项指标符合国标柴油标准和国家能源行业标准nb/t34013---2013的《农用醇醚柴油燃料》的规定；经有资质的长安大学“西安汽车产品质量监督检验站”台架试验表明，柴油机自由加速烟度排放明显下降。将此农用醇醚柴油燃料用于高原严寒、缺氧地区海拔2000米、气温-10℃条件下的柴油机，尾气中的hc、co、烟度排放，分别降低30％、39％、59％，nox略微下降0.7％，此可证明实施例1的柴油清净增效剂完全可适用于严寒、缺氧的高原环境。实施例5：取实施例1的柴油清净增效剂25kg，实测闪点(闭口)63℃、凝点-18℃、十六烷值52、氧含量12.3％，用作高原严寒、缺氧地区的柴油清净增效剂。将此柴油清净增效剂与75kg国六柴油(实测凝点-24℃)掺混成为清洁型复合柴油m，测得凝点-22.5℃、闪点(闭口)62℃、十六烷值54，计算氧含量3.08％。然后在试验台架上，模拟海拔3000米和-20℃的严寒条件，进行试验，分别测定发动机燃用纯柴油与清洁型复合柴油m的功率、油耗和尾气中hc、co、nox、烟度的排放情况，测试结果如表1所示。表1：海拔3000米气温-20℃时纯柴油与清洁型复合柴油m的对比实验数据由表1可见，在相同喷油参数条件下，掺有柴油清净增效剂的清洁型复合柴油m，虽然比纯柴油的功率略微下降1.7％，但在海拔3000米和-20℃严寒条件下，与纯柴油相比，油耗节省9.8％。尾气中的hc、co、烟度，均有显著下降。nox排放也略有下降。总之，掺有柴油清净增效剂的清洁型复合柴油m，能够用于海拔3000米及气温-20℃的严寒环境，并能提高燃效和显著降低尾气中hc、co、烟度排放，nox的排放也略有下降。实施例6：取实施例1的柴油清净增效剂10kg，实测闪点(闭口)63℃、凝点-18℃、十六烷值52、氧含量12.3％,向上述的复合多碳醇加入5kg二甘醇二甲醚，所加入的二甘醇二甲醚的氧含量35.8％，凝点-64℃，闪点(闭口)63℃，十六烷值55，作为低凝点辅料。将两者掺混均匀，用作高原严寒、缺氧地区的柴油清净增效剂。此柴油清净增效剂测得凝点-33.3℃、闪点(闭口)63℃、十六烷值53、氧含量20.13％。将此柴油清净增效剂与85kg国六-35#柴油(实测凝点-37.3℃)于密闭的容器中掺混均匀，制成清洁型复合柴油n，测得凝点-36.7℃、闪点(闭口)63℃、十六烷值54，热值降低3.0％，计算氧含量为3.02％。然后在试验台架上，模拟海拔5000米和-35℃的严寒条件，进行试验，分别测定发动机燃用纯柴油与清洁型复合柴油n的功率、油耗和尾气中hc、co、nox、烟度的排放情况，测试结果如表2所示。表2：海拔5000米气温-35℃时纯柴油与清洁型复合柴油n的对比实验数据由表2可见，通过低凝点辅料-64℃二甘醇二甲醚协助，柴油清净增效剂的凝点降至-33.3℃，掺有柴油清净增效剂的清洁型复合柴油n的凝点达到-36.7℃，满足了气温-35℃高原的严寒条件。在相同喷油参数条件下，在海拔5000米气温-35℃的高原严寒条件下，与纯柴油相比，虽然热值降低3.0％，功率下降1.4％，油耗仍然比纯柴油节省7.3％。尾气中的hc、co、烟度，显著下降，nox排放也略有下降。综合，掺有本实施例的柴油清净增效剂的清洁型复合柴油n，能够用于海拔5000米气温-35℃的严寒环境，并能提高燃效和显著降低尾气中hc、co、烟度排放，nox的排放也略有下降。实施例7：针对海拔2000米-5000米的高原严寒、缺氧环境，大气压降到78.9kpa-54.9kpa,含氧量降到78％-59％，进行了补充不同含氧量对于柴油机尾气排放影响的实验。由实施例1的柴油清净增效剂调配的清洁型复合柴油的含氧量，分别设计为0、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％、2.5％、3.0％、3.5％、4.0％、5.0％、6.0％、7.0％、8.0％、9.0％、10.0％，测出相应的柴油机尾气中的hc、co、nox、烟度排放数值，见表3，然后以尾气污染物升降的百分数为纵坐标，以氧含量的百分数为横坐标，绘制出工作曲线(见附图1)。由图1可见：随着清洁型复合柴油的氧含量增加，hc、co、烟度的排放量都显著下降，hc、co下降幅度相似，图上只用co数据代表。nox也略有下降，但在氧含量达到10％时，却是不降反升的。在氧含量3.7％以前，hc、co、烟度的排放量下降速率较大。在氧含量2.0％-3.7％之间，hc、co、烟度的排放量下降速率缓慢。氧含量再增加，hc、co、烟度的排放量很少再下降了，而热值下降过多的负面影响增多了，这表明氧含量2.0％-3.7％，是比较适宜的含氧量范围。表3：复合柴油氧含量对尾气排放的影响相关数据氧含量/％hc/％co/％烟度/％nox/％热值/％0000001.0-18-17-20-1.2-1.02.0-35-33-36-1.5-2.03.0-51-49-52-2.0-3.03.5-58-56-60-2.1-3.54.0-63-61-68-2.1-4.06.0-64-62-70-1.4-6.08.0-65-63-71-0.6-8.010.0-66-64-72+1.2-10.0针对不同海拔高度的缺氧情况，本发明柴油清净增效剂掺入柴油的适宜比例有区别，在海拔2000米及其以下的严寒高原，柴油清净增效剂掺入柴油的适宜比例为使得清洁型复合柴油的氧含量在2％左右；在海拔3000米左右的严寒高原，柴油清净增效剂掺入柴油的适宜比例为使得清洁型复合柴油的氧含量在3％左右；在海拔4000米以上的严寒高原，柴油清净增效剂掺入柴油的适宜比例为使得清洁型复合柴油的氧含量在3.7％左右。氧含量低于所述适宜比例时，不能充分发挥柴油清净增效剂的增效减排作用。氧含量高于所述适宜比例时，所配清洁型复合柴油的热值降低过多，影响柴油机的使用效果。氧含量达到10％时，尾气中nox排放不降反升。实施例8：选取含氧量和十六烷值高的dmmn(n＝3-4；含氧量47.0％-48.1％；十六烷值78-90)作为柴油清净增效剂辅料，掺入柴油提高清洁型复合柴油的含氧量和十六烷值。但是，它们与柴油的互溶性不够好！气温越低、掺入量越多，互溶性越差。在气温0℃时，掺入10％就因与柴油互溶性不好而分层。特别是在海拔4000米以上的高原地区，冬季夜间气温经常在-20℃以下。为了解决这个问题，可将dmmn与实施例1的复合多碳醇相复配。实施例1的复合多碳醇具有高效的助溶效力。所加入的复合多碳醇的质量为dmmn的5％左右，其既有利于dmmn更好地发挥作用，也使得柴油车、柴油机可以简便地适应高原地区高度严寒、缺氧的环境条件。实施例9：国标gb/t25199---2016《生物柴油调合燃料(b5)》，简称b5，也是一种“清洁型复合柴油”，其中的柴油清净增效剂是掺入量为2％-5％的脂肪酸甲酯。b5在不低于4℃的气温条件下，具有一定的增效减排作用。但是，由于脂肪酸甲酯的氧含量只有10％，因而按照国标规定，b5氧含量只有0.2％-0.5％，距离清洁型复合柴油适宜氧含量2.0％-3.7％还有较大差距。欧洲的乘用轿车之所以半数以上都改成比汽油高效节能的柴油机，原因之一就是他们采用了氧含量更高的生物柴油调合燃料b20。我国因为动植物油脂资源短缺，还没有正式b20产品。本实施例采取了以下的技术措施，达到了与b20相同的氧含量和节能减排效果：首先，取国标gb/t25199---2016《生物柴油调合燃料(b5)》，达到含氧量0.2％；然后，在b5中掺入柴油清净增效剂，将其氧含量增加到与b20相同的2％，以此，不仅弥补了b5氧含量的不足，而且将其改进为含氧量更高、更为增效减排的“bq20清净柴油”。实施例10：在海拔不高、空气不稀薄、气温不低的平原地区河南省新乡市的柴油轿车上，试用了本发明的柴油清净增效剂，无需对车辆做任何改动，同样是具有显著的增效和减排作用。以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。当前第1页12