一种用于柴油车颗粒捕集器再生添加剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于燃油添加剂技术领域，具体是涉及一种用于柴油车颗粒捕集器再生添加剂及其制备方法和应用。


背景技术：

2.柴油车颗粒捕集器dpf作为削减颗粒物排放的有效装置，随着欧、美、日、中国等日趋严格的尾气排放法规的实施，其需求将迅速增长。2021年7月1日，我国在全国范围内实施国vi排放标准，其中的颗粒物排放将大幅加严。以往在国五排放阶段使用的缸内提高燃烧温度加scr系统的技术路线已经不能满足颗粒物排放标准的要求，必须加装颗粒捕集器dpf才能达到排放要求。
3.dpf是蜂窝状陶瓷烧结结构，上面涂覆贵金属催化剂。当颗粒物到达dpf后被孔道拦截，积累到一定程度需要把积累的颗粒物烧掉，称之为再生。dpf再生的方法有两种，一种是被动再生，一种是主动再生。
4.目前，当dpf堵塞达到一定阀值后，主动再生不能够完成，只能进行离线再生。离线再生就是将dpf从车辆上卸下来，在专用的再生装置中，使用高压空气或颗粒捕集液反向吹扫dpf，将颗粒物清洗下来，然后用热空气烘干dpf，经过检测后再将dpf装回到车辆上。
5.被动再生在行车过程中进行，利用dpf上的催化剂涂层，在500℃左右将dpf上的颗粒物烧掉，从而使dpf保持通畅。被动再生由于车辆堵车、燃油质量差、部件故障、或者短途运输中尾气温度达不到再生温度而经常失败。dpf经常性的被动再生失败会导致颗粒物在dpf上累积过多，造成背压增大，油耗增加，发动机故障，这时就需要进行主动再生。主动再生往往采用原地驻车，发动机怠速运转时向后处理系统中喷油40分钟到1小时，提高尾气温度到500-600℃，将颗粒物燃烧掉。主动再生耗油又耗时，为车主增加额外费用，同时如果主动再生系统控制错误或失灵，喷油过多，局部温度过高，dpf会被烧裂报废，造成更大的经济损失。所以保证被动再生的顺利进行是国ⅵ排放柴油车达标排放的必然要求。
6.中国专利cn112943413a公布了一种柴油车dpf再生的检测装置及其检测方法；中国专利cn111720190a公布了一种柴油车dpf再生装置颗粒物捕集液及其制备方法。这种清洗dpf的技术要求车辆进行维修，费时费力，且易将dpf中的壁流式微孔打穿，造成dpf过滤效率降低。中国专利cn104845682a公布了一种汽车内燃机燃油催化剂，该催化剂由电气石、氧化铝、铁氧化物和三氧化二铈组成，将该催化剂在燃油滤清器的进油端投入，可起到省油和清除积碳的作用，但氧化铝、铁氧化物、三氧化二铈等均为250μm左右颗粒，在燃油中不能溶解且未提及在dpf颗粒捕集器再生上的应用。中国专利cn102125845a公布了一种纳米量子点级柴油车燃料添加型催化剂及制备方法和应用，将三价铈金属盐或者是三价铈和三价铁金属盐混合物加入醇醚中，采用两段升温法制得铈氧化物催化剂或铈铁复合氧化物。该催化剂虽然粒径在5nm以下，但在燃油中仍然不可溶解且纳米颗粒易团聚，影响其使用。
7.因此，目前需要开发一种柴油添加剂，在加油时很方便地加入油箱中，并能与燃油均匀混合，在发动机内部减少颗粒物的形成，随尾气到达dpf后，能显著提高dpf再生里程，
缩短dpf再生时间，减少主动再生次数，节省燃油，减少车辆dpf维修次数和费用。


技术实现要素：

8.为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种用于柴油车颗粒捕集器再生添加剂及其制备方法和应用。本发明所述添加剂是由包括溶剂油、胺类清净剂、长链脂肪酸金属皂、石油酸金属皂、失水山梨醇脂肪酸酯、生物柴油和抗氧剂在内的组分制备得到，本发明的添加剂能有效解决柴油发动机颗粒捕集器(dpf)被动再生失败，减少主动再生次数，从而达到保养dpf颗粒捕集器、节油和减少维修次数和费用的效果。
9.本发明的目的之一是提供一种用于柴油车颗粒捕集器再生添加剂。
10.所述添加剂是由包括溶剂油、胺类清净剂、长链脂肪酸金属皂、石油酸金属皂、失水山梨醇脂肪酸酯、生物柴油和抗氧剂在内的组分制备得到；
11.各组分以重量份数计，
12.溶剂油100重量份；
13.胺类清净剂
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1～50重量份；优选为10～30重量份；
14.长链脂肪酸金属皂
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0.5～25重量份；优选为1～10重量份；更优选为1～5重量份；
15.石油酸金属皂
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0～5重量份；优选为0.5～2重量份；
16.失水山梨醇脂肪酸酯
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0.2～5重量份；优选为1～2重量份；
17.生物柴油
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10～75重量份；优选为25～50重量份；
18.抗氧剂
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0.1～2.5重量份；优选为0.5～1.5重量份。
19.本发明的一种优选地实施方式中，
20.所述长链脂肪酸金属皂和石油酸金属皂中的金属元素相同或者不相同，分别独立地为钾、钙、镁、铁、铈中的一种或几种，优选为铁、铈中的至少一种，所述长链脂肪酸金属皂的碳数为12～22，长链脂肪酸金属皂和石油酸金属皂是主要催化剂成份。
21.本发明的一种优选地实施方式中，
22.所述溶剂油沸程为60～200℃，优选为烷烃类溶剂油、芳烃类溶剂油中的至少一种，用以溶解添加剂中各组分。
23.本发明的一种优选地实施方式中，
24.所述胺类清净剂为聚异丁烯丁二酰亚胺、聚异丁烯胺、聚醚胺中的至少一种，胺类清净剂用来清除发动机内积碳，使之随废气排出，并被颗粒捕集器捕集。
25.本发明的一种优选地实施方式中，
26.所述脂肪酸失水山梨醇酯优选为tween 20、tween 40、tween 60、tween 80、tween 85中的至少一种。
27.本发明的一种优选地实施方式中，
28.所述生物柴油为植物油、动物油、废弃油脂经酯化和酯交换转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯中的至少一种，其与长链脂肪酸金属皂同源，具有良好的相容性，因此使得长链脂肪酸金属皂在生物柴油中具有良好溶解性。
29.本发明的一种优选地实施方式中，
30.所述抗氧剂可采用现有技术中本领域的常规抗氧剂，本发明中可以优选为苯二胺、烷基苯二胺、对叔丁基苯酚或2,6-二叔丁基对甲酚(bht)。
31.本发明的燃油添加剂的配方中还可以添加本领域的常规组分，如聚醚等，其用量也为常规用量，技术人员可以根据实际情况进行调整。
32.本发明的目的之二是提供一种本发明的目的之一的添加剂的制备方法。
33.所述方法包括：
34.将所述组分按所述用量混合均匀后得到所述添加剂。
35.本发明的一种优选地实施方式中，
36.所述方法包括：
37.(1)将胺类清净剂按所述用量溶解于溶剂油中；
38.(2)将长链脂肪酸金属皂、石油酸金属皂、脂肪酸失水山梨醇酯按所述用量溶解于生物柴油中；
39.(3)将步骤(1)和(2)所得物与抗氧剂按所述用量混合均匀得到所述添加剂。
40.本发明的目的之三是提供一种本发明的目的之一的添加剂或由本发明的目的之二的方法制备的添加剂在柴油车颗粒捕集器再生中的应用。
41.所述添加剂按与燃油1/1000～1/20的比例共混使用。
42.本发明可以采用以下具体技术方案：
43.本发明所述的用于柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备方法优选包括以下步骤：第一步，胺类清净剂经超声分散或搅拌溶解于溶剂油中；第二步，长链脂肪酸金属皂、石油酸金属皂、脂肪酸失水山梨醇酯经超声分散或搅拌溶解于生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入抗氧剂，混合均匀既得产物。
44.本发明的原理如下：
45.常规柴油车在正常工况下，排气温度在200-400℃，而颗粒的起燃点往往高达450℃，很难实现捕集器的被动再生；在燃油中添加了dpf再生添加剂后，燃油与催化剂混合燃烧，形成的pm有金属催化剂紧密附着，降低了pm燃烧的温度(即dpf上pm积累与再生达到平衡的温度)。
46.本发明的有益效果如下：
47.本发明的添加剂用于柴油车颗粒捕集器再生，其使用时按添加剂与燃油1/1000～1/20的比例共混使用，溶解性良好，能有效解决柴油发动机dpf颗粒捕集器被动再生失败，减少主动再生次数，从而达到保养dpf颗粒捕集器、节油和减少维修次数和费用的效果。
具体实施方式
48.下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
49.实施例中所用原料均为常规市购原料。
50.平衡点温度测试参考标准：t/caepi 12.3-2017柴油车排气后处理装置技术要求第3部分：柴油颗粒捕集器(dpf)。
51.实施例1
52.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备：第一步，15重量份聚异丁烯丁二酰亚胺加入到100重量份6#溶剂油中，常温搅拌至溶解；第二步，3重量份油酸铁、1.5重量份tween 60
在常温下搅拌溶解于30重量份bd100生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入0.8重量份抗氧剂对叔丁基苯酚，混合均匀既得产物添加剂1#。
53.溶解性：将上述添加剂1#与燃油按体积比1:100混合后，分散良好，放置12个月，无分层、无沉淀。
54.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的性能：采用潍柴wp13重型柴油机进行台架试验，台架试验装置包括柴油机、测功机、包括doc、颗粒捕集器(dpf)和scr的后处理装置系统以及数据采集系统。通过调节发动机工况点以调整排气温度，进而测量dpf沉积物平衡点温度，测量从300℃开始，每次增加20℃，至440℃结束。通过测量dpf两端压差变化以测定连续被动再生平衡点温度。对于同一后处理装置(dpf包括催化剂涂层)，加入燃油添加剂前，平衡点温度为400℃，按体积比1:300将添加剂1#添加到柴油中，加入添加剂1#后，平衡点温度降低为334℃，降低了66℃。
55.参照sh/t 0764《柴油机喷嘴结焦试验方法(xud-9法)》中规定的方法和技术要求进行喷嘴结焦检测，未投加添加剂的燃油1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为85.5％；按燃油添加剂与燃油体积比1:1000添加1#后1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为26.2％，添加剂1#具有优异的去除发动机积碳效果。
56.采用搭载2.0l cti柴油发动机的小型卡车进行实车试验，该车dpf体积3.3l，标定最大碳载量20g，整车再生间隔行驶里程约500km。试验过程中在柴油中添加添加剂1#，添加浓度为8mg/kg(按铁含量计)。试验前，该车预计再行驶约400公里后，dpf将触发再生，加入添加剂1#后，实际行驶约3500公里dpf触发再生，极大延长了dpf再生间隔里程。
57.实施例2
58.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备：第一步，24.8重量份聚异丁烯胺加入到100重量份120#溶剂油中，常温搅拌至溶解；第二步，2.5重量份油酸铁、0.8重量份石油酸铁，1.7重量份tween 80在常温下搅拌溶解于34.7重量份bd100生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入0.8重量份抗氧剂bht，混合均匀既得产物添加剂2#。
59.溶解性：将上述添加剂2#与燃油按体积比1:20混合后，分散良好，放置12个月，无分层、无沉淀。
60.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的性能：采用潍柴wp13重型柴油机进行台架试验，台架试验装置包括柴油机、测功机、包括doc、颗粒捕集器(dpf)和scr的后处理装置系统以及数据采集系统。通过调节发动机工况点以调整排气温度，进而测量dpf沉积物平衡点温度，测量从300℃开始，每次增加20℃，至440℃结束。通过测量dpf两端压差变化以测定连续被动再生平衡点温度。对于同一后处理装置(dpf包括催化剂涂层)，加入燃油添加剂前，平衡点温度为400℃，按体积比1:500将添加剂2#添加到柴油中，加入添加剂2#后，平衡点温度降低为341℃，降低了59℃。
61.参照sh/t 0764《柴油机喷嘴结焦试验方法(xud-9法)》中规定的方法和技术要求进行喷嘴结焦检测，未投加添加剂的燃油1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为85.5％；按燃油添加剂与燃油体积比1:1000添加2#后1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为28.3％，添加剂2#具有优异的去除发动机积碳效果。
62.采用搭载2.0l cti柴油发动机的小型卡车进行实车试验，该车dpf体积3.3l，标定最大碳载量20g，整车再生间隔行驶里程约500km。试验过程中在柴油中添加添加剂2#，添加
浓度为10mg/kg(按铁含量计)。试验前，该车预计再行驶约400公里后，dpf将触发再生，加入添加剂2#后，实际行驶约3500公里dpf触发再生，极大延长了dpf再生间隔里程。
63.实施例3
64.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备：第一步，16.7重量份聚异丁烯丁二酰亚胺加入到100重量份120#溶剂油中，常温搅拌至溶解；第二步，1.7重量份油酸铁、1.7重量份石油酸铈，1.7重量份tween 85在常温下搅拌溶解于44.2重量份bd100生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入0.8重量份抗氧剂bht，混合均匀既得产物添加剂3#。
65.溶解性：将上述添加剂3#与燃油按体积比1:10混合后，分散良好，放置12个月，无分层、无沉淀。
66.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的性能：采用潍柴wp13重型柴油机进行台架试验，台架试验装置包括柴油机、测功机、包括doc、颗粒捕集器(dpf)和scr的后处理装置系统以及数据采集系统。通过调节发动机工况点以调整排气温度，进而测量dpf沉积物平衡点温度，测量从300℃开始，每次增加20℃，至440℃结束。通过测量dpf两端压差变化以测定连续被动再生平衡点温度。对于同一后处理装置(dpf包括催化剂涂层)，加入燃油添加剂前，平衡点温度为400℃，按体积比1:500将添加剂3#添加到柴油中，加入添加剂3#后，平衡点温度降低为338℃，降低了62℃。
67.参照sh/t 0764《柴油机喷嘴结焦试验方法(xud-9法)》中规定的方法和技术要求进行喷嘴结焦检测，未投加添加剂的燃油1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为85.5％；按燃油添加剂与燃油体积比1:1000添加3#后1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为22.0％，添加剂3#具有优异的去除发动机积碳效果。
68.采用搭载2.0l cti柴油发动机的小型卡车进行实车试验，该车dpf体积3.3l，标定最大碳载量20g，整车再生间隔行驶里程约500km。试验过程中在柴油中添加添加剂3#，添加浓度为6mg/kg(按铁、铈总含量计)。试验前，该车预计再行驶约400公里后，dpf将触发再生，加入添加剂3#后，实际行驶约3000公里dpf触发再生，极大延长了dpf再生间隔里程。
69.实施例4
70.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备：第一步，15重量份聚异丁烯丁二酰亚胺加入到100重量份6#溶剂油中，常温搅拌至溶解；第二步，10重量份油酸铁、1.5重量份tween 60在常温下搅拌溶解于30重量份bd100生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入0.8重量份抗氧剂对叔丁基苯酚，混合均匀既得产物添加剂4#。
71.溶解性：将上述添加剂4#与燃油按体积比1:100混合后，分散良好，放置12个月，无分层、无沉淀。
72.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的性能：采用潍柴wp13重型柴油机进行台架试验，台架试验装置包括柴油机、测功机、包括doc、颗粒捕集器(dpf)和scr的后处理装置系统以及数据采集系统。通过调节发动机工况点以调整排气温度，进而测量dpf沉积物平衡点温度，测量从300℃开始，每次增加20℃，至440℃结束。通过测量dpf两端压差变化以测定连续被动再生平衡点温度。对于同一后处理装置(dpf包括催化剂涂层)，加入燃油添加剂前，平衡点温度为400℃，按体积比1:800将添加剂4#添加到柴油中，加入添加剂4#后，平衡点温度降低为336℃，降低了64℃。
73.参照sh/t 0764《柴油机喷嘴结焦试验方法(xud-9法)》中规定的方法和技术要求
进行喷嘴结焦检测，未投加添加剂的燃油1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为85.5％；按燃油添加剂与燃油体积比1:1000添加4#后1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为28.3％，添加剂4#具有优异的去除发动机积碳效果。
74.采用搭载2.0l cti柴油发动机的小型卡车进行实车试验，该车dpf体积3.3l，标定最大碳载量20g，整车再生间隔行驶里程约500km。试验过程中在柴油中添加添加剂4#，添加浓度为8mg/kg(按铁含量计)。试验前，该车预计再行驶约400公里后，dpf将触发再生，加入添加剂4#后，实际行驶约3500公里dpf触发再生，极大延长了dpf再生间隔里程。
75.实施例5
76.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备：第一步，16.7重量份聚异丁烯丁二酰亚胺加入到100重量份120#溶剂油中，常温搅拌至溶解；第二步，8.3重量份油酸铁、1.7重量份石油酸铈，1.7重量份tween 85在常温下搅拌溶解于44.2重量份bd100生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入0.8重量份抗氧剂bht，混合均匀既得产物添加剂5#。
77.溶解性：将上述添加剂3#与燃油按体积比1:10混合后，分散良好，放置12个月，无分层、无沉淀。
78.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的性能：采用潍柴wp13重型柴油机进行台架试验，台架试验装置包括柴油机、测功机、包括doc、颗粒捕集器(dpf)和scr的后处理装置系统以及数据采集系统。通过调节发动机工况点以调整排气温度，进而测量dpf沉积物平衡点温度，测量从300℃开始，每次增加20℃，至440℃结束。通过测量dpf两端压差变化以测定连续被动再生平衡点温度。对于同一后处理装置(dpf包括催化剂涂层)，加入燃油添加剂前，平衡点温度为400℃，按体积比1:500将添加剂5#添加到柴油中，加入添加剂5#后，平衡点温度降低为330℃，降低了70℃。
79.参照sh/t 0764《柴油机喷嘴结焦试验方法(xud-9法)》中规定的方法和技术要求进行喷嘴结焦检测，未投加添加剂的燃油1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为85.5％；按燃油添加剂与燃油体积比1:1000添加5#后1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为23.5％，添加剂5#具有优异的去除发动机积碳效果。
80.采用搭载2.0l cti柴油发动机的小型卡车进行实车试验，该车dpf体积3.3l，标定最大碳载量20g，整车再生间隔行驶里程约500km。试验过程中在柴油中添加添加剂5#，添加浓度为6mg/kg(按铁、铈总含量计)。试验前，该车预计再行驶约400公里后，dpf将触发再生，加入添加剂5#后，实际行驶约3000公里dpf触发再生，极大延长了dpf再生间隔里程。
81.对比例1
82.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的制备：第一步，16.7重量份聚异丁烯丁二酰亚胺加入到100重量份120#溶剂油中，常温搅拌至溶解；第二步，1.7重量份石油酸铈，1.7重量份tween 85在常温下搅拌溶解于44.2重量份bd100生物柴油中；第三步，将第一步和第二步所得物混合，并加入0.8重量份抗氧剂bht，混合均匀既得产物添加剂6#。
83.对比例1与实施例3的区别仅在于：对比例1制备的添加剂不含有油酸铁。
84.柴油车颗粒捕集器再生添加剂的性能：采用潍柴wp13重型柴油机进行台架试验，台架试验装置包括柴油机、测功机、包括doc、颗粒捕集器(dpf)和scr的后处理装置系统以及数据采集系统。通过调节发动机工况点以调整排气温度，进而测量dpf沉积物平衡点温度，测量从300℃开始，每次增加20℃，至440℃结束。通过测量dpf两端压差变化以测定连续
被动再生平衡点温度。对于同一后处理装置(dpf包括催化剂涂层)，加入燃油添加剂前，平衡点温度为400℃，按体积比1:500将添加剂6#添加到柴油中，加入添加剂6#后，平衡点温度降低为354℃，降低了46℃。
85.参照sh/t 0764《柴油机喷嘴结焦试验方法(xud-9法)》中规定的方法和技术要求进行喷嘴结焦检测，未投加添加剂的燃油1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为85.5％；按燃油添加剂与燃油体积比1:1000添加6#后1-4缸针阀升程0.1mm时空气流量损失平均值为26.5％，虽然添加剂6#也具有较优异的去除发动机积碳效果，但效果不如实施例3。
86.采用搭载2.0l cti柴油发动机的小型卡车进行实车试验，该车dpf体积3.3l，标定最大碳载量20g，整车再生间隔行驶里程约500km。试验过程中在柴油中添加添加剂6#，添加浓度为6mg/kg(按铈含量计)。试验前，该车预计再行驶约400公里后，dpf将触发再生，加入添加剂6#后，实际行驶约2500公里dpf触发再生，虽然也较大延长了dpf再生间隔里程，但效果不如实施例3。
87.由实施例1-5和对比例1可以看出：一方面，本发明的燃油添加剂不仅可以有效去除发动机积碳、降低平衡点温度，有效解决柴油发动机dpf颗粒捕集器被动再生失败，减少主动再生次数，延长再生里程，从而达到保养dpf颗粒捕集器、节油和减少维修次数和费用的效果；另一方面，本发明的燃油添加剂在加油时可以很方便地加入油箱中，能与燃油均匀混合，并且混合后可以长期保持稳定。