专利名称：：用于点火内燃机、柴油机和喷气推进发动机的高效燃料添加剂的制作方法
技术领域：
：本发明涉及新的发动才几燃料添加剂，其比含有沸点4交高的石脑油和/或萘的发动机燃料添加剂产品更有效和对环境更安全。本发明的燃料组合物适合用于点燃内燃机和柴油机，以及喷气推进式发动机。
背景技术：
：在燃料喷射系统和燃烧室内或周围形成的沉积物对内然机的性能有不利作用。即使少量存在，这些因不完全燃烧而产生的沉积物也可能导致发动机性能的显著降低，燃烧消耗的增加，和排出污染物产生。通常认为，沉积物的形成很大程度上取决于燃料组合物，且较小地取决于发动机设计和发动机的工作条件。在控制沉积物形成的努力中，大量的努力用于开发能够促进燃料完全燃烧的燃料添加剂，进而降低形成沉积物的趋势。具体地，大部分研究涉及开发防止或减少这种沉积物形成的燃料添加剂。例如，已经提出使用各种烷基醚作为燃料添加剂，以溶解汽油燃料产生的沉积物。这些尝试参见代表性的美国专利2089580、2104021、2221839、2563101、2786745、2930681、3032971、3103101、3270497和5425790。如这些专利中所述，实践中经常单独采用这类醚或与醇的组合，以改善各种液态烃燃料的性能特征。美国专利5912189公开了用作降低进气阀沉积物的燃料添加剂的组合物。该组合物包括下述的反应产物(a)含有至少一个氮和至少一个羰基的环状化合物；(b)醛或酮；和(c)醚胺。美国专利5873917公开了用于降低进气阀沉积物的组合物。这种组合物包括(a)聚醚醇；(b)烃酚；和(c)任选的含氮分散剂。美国专利5514190公开了用于控制进气阀沉积物的燃料添加剂组合物。这些组合物包括(a)高分子量烷基取代酚、胺和醛的曼尼西(Mannich)反应的汽油可溶的产物；(b)汽油可溶的聚氧化烯氨基曱酸酯；和(c)汽油可溶的聚氧化烯醇、二醇或多元醇或者其单醚或二醚。美国专利5697988公开了降低发动机沉积物和控制发动机中辛烷值要求增加的燃料添加剂组合物。该燃料添加剂组合物包括(a)高分子量烷基取代酚、胺和醛的曼尼西反应产物；(b)聚氧化烯化合物；和(c)任选的聚-多重复合-烯烃(poly-.varies.-olefin)。美国专利4818250还公开了常规燃料的其它备选方案，包括Gonzalez的美国专利4131434，其涉及油、柴油和汽油的燃料添加剂，用于提高燃料效率并减少所产生的空气污染物。示例性的Gonzalez添加剂是具有或者不具有氧化官能团的芳烃和脂肪烃溶剂，萜，及芳香性含氮化合物。同样在Whiworth专利中讨论过的Zuidema等人的美国专利2402863涉及稳定性得到提高的混合汽油，更具体地，涉及含有高达约10%的优选含有环己烷环的脂环烯烃的加铅汽油。环烯烃定义为环中含有烯烃双键(优选不超过一个)的脂环烃。提出脂环烯烃可得自萜或者得自合成如环烷的部分脱氢。声称很多单个的环烯烃是适合的，包括例如萜如二-柠檬烯(citene)和D-柠檬烯(二戊烯)。在SmartGas出版的文章"AcetoneinFuels，，(2006年7月29日)中，LouisLaPointe声称，燃料中存在丙酮会使燃料更好地燃烧。虽然丙酮快速气化，但是其经历燃烧热很长时间仍然存在。尽管它燃烧緩慢，但是其爆振(fiercevibration)分裂大量围绕它的燃料碎片。因此，丙酮促进更好的气化，进而导致好得多的周转量(mileage)。LaPointe还指出，丙酮和邻二曱苯不但提高周转量，而且大大地减小污染并使发动机的寿命更长。尽管有这些效果，但是在本领域中还需进一步提高。具体地，所需要的是充当燃料表面张力软化剂、润滑各部件以及阻止或减少沉积物在内燃机燃料喷射口形成的燃料添加剂。含有这种燃料添加剂的燃料组合物也促进燃烧循环中的完全燃烧，因此减少有毒物如一氧化碳和氮氧化物排放。
发明内容本发明提供在内燃机中使用的燃料添加剂组合物，包括(a)大约10-50重量％的萜，(b)大约0-15重量％的烷撑二醇醚，(c)大约40-80重量°/。的2-丙酮，5(d)大约0-20重量°/。的二元酸曱基酯，(e)大约0-15重量％的乙氧基化壬基酚，(f)大约0-15重量％的矿物油。本发明还提供了包含上述添加剂的燃料组合物。该添加剂可用于汽油和柴油燃料。这些燃料添加剂组合物特别适用于控制发动机中燃料喷射系统的沉积物，预期可降低这类发动机中的燃烧室沉积物。本发明还提供用于控制毒性不完全燃烧的气体如一氧化碳和/或氮氧化物的排放的方法，尤其是在这种发动机的燃料喷射系统和燃烧室中。该方法包括用本发明的燃料添加剂对这种发动机中进行加油和操作，所述燃料添加剂包括D-柠檬烯、2-丙酮、二乙二醇单曱醚、二元酸曱基酯、乙氧基化壬基酚和矿物油作为主要成分。具体实施例方式本发明涉及用于点火发动机的燃料添加剂，所述发动机包括内燃机和柴油机以及喷气推进式发动机。本发明的燃料添加剂的特征包括就每小时加仑数(GPH)而言更好的效率，由于降低蒸汽压而提高的安全性，更清洁的燃烧导致更少的排放物和颗粒释放到大气中，及更低温度燃烧的发动机。优选的薛为柠檬烯，其是以高浓度存在于柑桔属水果和物种中的天然化学物质。为了容易说明，本发明的燃料组合物(和燃料添加剂配方)在本文中将参照作为萜燃料成分的柠檬烯进行讨论。然而，应当认识到，也可以使用其它合适的薛。尽管D-柠檬烯是更优选的异构体，但是在本发明中也可以使用L-柠檬烯(L-柠檬烯也见于天然存在的物质如松针油、冷杉油、绿薄荷和薄荷中)。除了用作调味添加剂和芳香材料外，柠檬烯还用于家庭和工业清洁产品中。柠檬烯可以三种不同等级即未处理的/工业级、食品级和柠檬-莱檬(lemon-lime)级，商购于例如FloridaChemicalCompany,Inc.。食品级包含约97%的D-柠檬烯，未处理的/工业级包含约95%的D-柠檬烯，柠檬-莱檬级包含约70%的D-种檬烯，它们中的剩余物为其它萜烃和氧化的化合物。工业和食品级柠檬酸最优选用于本发明，且不需要额外的纯化以除去杂质或水。根据存在的具体组分和为其配制的发动机的类型，本发明的燃料优选包含约10重量°/。至约50重量％的D-柠檬烯，更优选为约15重量％至约30重量％，如果燃料不含润滑油，则至少应该存在有10w/w%。然而，如果燃料包含小于约10重量％的较低浓度的D-柠檬烯，则燃料应该还含有足量的至少一种润滑油，即0-15重量％的矿物油和/或0-15重量％的乙氧基化壬基酚。根据材料的纯度，柠檬烯的闪点范围为约45。C至约51°C。由于它的高闪点，所以单独的柠檬烯不容易使发动机点火，除非经受极高温度的火花，该火花来自大型4-循环中经常存在的高压点火。然而，为了使发动机点火，本发明的燃料应该优选具有范围为约7'C至约24。C的闪点。本发明的添加剂可包含作为闪点降低化合物的有机溶剂，更优选具有约50-60。C之较低沸点的短链羰基化合物(如酮)。最优选的短链羰基化合物为2-丙酮，其燃烧时可发出较少的挥发性有机化合物(VOC)，可以很好地与柠檬烯及其它燃料的组分混合，并且便宜。在本发明的添加剂中，也可使用其它烃溶剂，优选闪点为20(TC具有润滑功能的矿物油，以润滑发动^L。矿物油的浓度优选为约0-15重量％,更优选为约3-15重量％,最优选为约3-8重量％。本发明燃料添加剂组合物的某些实施方案还包含至少一种乙氧基化壬基酚。当燃料添加剂组合物中存在多于10重量°/。的柠檬烯时，通常需要足量的至少一种乙氧基化壬基酚。乙氧基化壬基酚通常是需要的，因为它能通过降低混合物的表面张力使燃料组分更好地混合，由此增加燃料混合物中的微团簇的数目。乙氧基化壬基酚的浓度优选为约0-15重量％，更优选为约3-15重量％，最优选为约3-8重量％。公知的是，各种可用于本发明的烷撑二醇醚具有较高的BTU(英国热量单位)。最优选的烷撑二醇醚是二乙二醇单曱基醚(也称为DEGME)，因为它具有固定高达其重量100%的水分子的独特性质。其它合适的烷撑二醇醚的实例包括但不限于丙二醇叔丁基醚(即二醇醚PTB)，乙二醇单曱基醚(即二醇醚EM)，乙二醇单乙基醚(即二醇醚EE)，2-(2-曱氧基乙氧基)乙醇(即二醇醚DM)，二乙二醇单乙基醚(即二醇醚DE)和己基卡必醇。烷撑二醇醚的浓度优选为约0-15重量％，更优选为约0-8重量％,最优选为约0-5重量％。各类可用于本发明的二元酸曱基酯包括但不限于己二酸曱酯，戊二酸曱酯，丁二酸曱酯，及其混合物。二元酸曱基酯的浓度为约0-20重量％，更优选为约0-10重量％，最优选为约0-5重量％。所有上述本发明的燃料添加剂均适用于常规石油基发动机燃料，优选辛烷值至少87的汽油，及柴油燃料发动机。优选的燃料添加剂配方包含约10至约30重量％的柠檬烯，更优选为约10-25重量％,最优选为约10-15重量%的D-柠檬烯。本发明优选的燃料添加剂还包含约40-80重量％的2-丙酮，更优选为约60-70重量％。本发明优选的燃料添加剂包含最优选为约3-8重量％的乙氧基化壬基酚。本发明优选的燃料添加剂还包含约3-8重量％的矿物油。本发明优选的燃料添加剂还包含约0-5重量％的烷撑二醇醚。本发明优选的燃料添加剂还包含约0-5重量％的二元酸曱基酯。本发明的燃料添加剂可根据不同类型发动机的需要与汽油或柴油燃料混合。所述燃料添加剂按足以产生燃料添加剂:汽油燃料(或柴油燃料)体积比为大于约1:1000,优选在1:1000至1:640之间的量加入。本发明的构思在于新的燃料添加剂，其不仅制造简单便宜，而且具有提高汽油和柴油燃料性能特点的能力，使得处理过的汽油/柴油燃料在内燃机中消耗时更有效地燃烧而基本上没有排放物。已发现，根据本发明的处理过的燃料不但提供了更大的燃料周转量，而且提供增加马力的作用。根据本发明的构思，燃料添加剂用组分的新颖组合配制，这些组分在内燃机中一起发挥作用，显著地减少已混有该添加剂的汽油/柴油燃料燃烧中的烃排放物。因此，本发明包括控制发动机中沉积物形成的新的燃料添加剂。这种燃料添加剂组合物尤其适合于控制发动机中燃料喷射系统的沉积物，并且预期可降低这种发动机中的燃烧室沉积物。本发明的燃料添加剂还有作为燃料表面张力降低剂的作用，以降低燃料的表面张力。本发明的燃料添加剂包括D-柠檬烯、2-丙酮、乙氧基化壬基酚、烷撑二醇醚(二乙二醇单曱基醚)、二元酸曱基酯/或矿物油。2-丙酮的存在可能提高混有添加剂的燃料的氧化效率，而乙氧基化壬基酚、二醇醚或二元酸酯则可能在含有添加剂的燃料系统中提供润滑性和微团簇分子的形成，以促进处理过的燃料的完全燃烧。本发明的燃料添加剂可依不同类型发动机的需要与汽油或柴油燃料混合。本发明的燃料添加剂可以分别为1:1000的比例与汽油或柴油燃料混合。根据本发明，本发明的燃料添加剂的特征包括就每小时加仑数(GPH)而言更高的效率，由于较低的蒸汽压而提高的安全性，更清洁的燃烧使更少的排放物和颗粒释放到大气中，及更低温度燃烧的发动机。下述配方不是为了限制本发明的范围，而是为了说明本发明的不同方面。配方1:1.D-柠檬烯2.烷撑二醇醚3.2-丙酮4.二元酸曱基酯5.乙氧基化壬基酚6.矿物油配方2:1.D-柠檬烯2.烷撑二醇醚3.2-丙酮4.二元酸曱基酯5.乙氧基化壬基酚6.矿物油配方3:1.D-柠檬烯2.烷撑二醇醚3.2-丙酮4.二元酸曱基酯5.乙氧基化壬基酚6.矿物油配方4:1.D-柠檬烯2.烷撑二醇醚3.2-丙酉同4.二元酸曱基酯5.乙氧基化壬基酚6.矿物油20重量％0重量％70重量％0重量％5重量％5重量％19重量％0重量％68重量％0重量％8重量％5重量％12重量％10重量％68重量％10重量％0重量％0重量％12重量％10重量％68重量％5重量％0重量％5重量％9配方5:1.D-樹蒙烯2.烷撑二醇醚3.2-丙酮4.二元酸甲基酯5.乙氧基化壬基酚6.矿物油配方6:1.D-柠檬蹄2.烷撑二醇醚3.2-丙酉同4.二元酸曱基酯5.乙氧基化壬基酚6.矿物油22重量％5重量％68重量％5重量％0重量％0重量％22重量％5重量°/。68重量％0重量％0重量％5重量％化学供应商源D-片宁4蒙烯[商品名,d-Limonene]FloridaChemicalCompanyInc.丙二醇a又丁基醚[商品名，ARCOSOLVPTB]LyondellChemicalCompany二乙二醇单曱基醚[商品名，GlycolEtherDM]LyondellChemicalCompany2-丙酮[商品名，Acetone]ShellChemicalsLtd.二元酸曱基酯[商品名，DBE]INVISTA乙氧基化壬基酚[商品名，IgepalCO630]StepanCompany矿物油[商品名，MineralOil]ShellChemicalsLtd.配方1的制备分别加入20重量％的D-柠檬烯，70重量°/。的2-丙酮，和5重量％的乙氧基化壬基酚和5重量％的矿物油以形成匀质的配方1。配方2的制备分别加入19重量。/。的D-柠檬烯，68重量％的2-丙酮，和8重量％的乙氧基化壬基酚和5重量％的矿物油以形成匀质的配方2。配方3的制备分别加入12重量。/。的D-柠檬烯，10重量％的丙二醇叔丁基醚(或二乙二醇单曱基醚)，68重量％的2-丙酮，和10重量°/。的二元酸曱基酯以形成匀质的配方3。配方4的制备分别加入12重量％的D-柠檬烯，10重量％的丙二醇叔丁基醚(或二乙二醇单曱基醚)，68重量％的2-丙酮，5重量％的二元酸甲基酯和5重量％的矿物油以形成匀质的配方4。配方5的制备分别加入22重量％的D-柠檬烯，5重量％的丙二醇#又丁基醚(或二乙二醇单甲基醚)，68重量％的2-丙酮，5重量％的二元酸甲基酯以形成匀质的配方5。配方6的制备分别加入22重量°/。的D-柠檬烯，5重量％的丙二醇叔丁基醚(或二乙二醇单曱基醚)，68重量％的2-丙酮，和5重量％的矿物油以形成匀质的配方6。试验1在MercuryVillager1995发动机上进行研究。使用比例为1/1000的燃料添加剂/汽油(v/v)在所述汽油发动机上进行测试，该比例被认为是最有效的剂量。使用每种燃料添加剂(配方1-6)分别与汽油(辛烷值=97)以1份燃料添加剂对1000份汽油混合，使车辆的发动机运转。当车辆准确地以50km/小时始终如一地运行时，记录作为燃料经济性(升/100Km)的数据，参见下表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>注在配方3-6中，当用10重量％的丙二醇叔丁基醚被10%的二乙二醇单曱基醚代替时，得到相同的结果。配方(l)至(6)得到最可行的周转量结果6升/100km。将测试结果与作为对照样品的汽油(辛烷值=97)比较，对照样品给出9升/100km。还应注意到，在车辆点火期间，车辆以更短的延迟时间启动，并且可以，见察到发动4几变得更安静和很少震动。试验2根据规定的测试方法，不使用或者以1.3/1000(v/v)的比例使用配方1的添加剂，以对柴油机进行测试。结果示于表2和3中。表2有配方1的添加剂的试验结果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>注MCR10%(10%底部的微量碳残余)=0.025从上述试验结果可以看出，与没有采用本发明添加剂的柴油相比，采用本发明添加剂的柴油的总燃烧热增加，这表明带有添加剂的柴油的燃烧效率得到提高。同时，具有本发明添加剂的柴油的十六烷值也增加了，这说明与没有添加剂的柴油相比，有添加剂的柴油具有较短的点火延迟时间。试验3就废气排放，利用配方1的添加剂以1/1000(v/v)的比例对柴油机进行试验。所用的设备和条件1.柴油机细节发动机制造商ISUZU(日本)发动才几容积4334cc型号4HFI压缩比19:1气缸数42.涡流测力计的细节制造商ONOSokki(曰本)定额容量150kw定额转矩455Nm/900-3150rpm最大转数10000rpm3.DX210型烟度计(英国制造)4.在室温27。C下进行试验试-睑方法加入添加剂前，建立基线数据。加入添加剂后，与柴油燃料混合以预热发动才几2小时，之后进行试-睑。试验中，得到结果见下表4:发动机速度(rpm)没有GO-2802时的烟度(HSU)有GO-2802时的烟度(HSU)排放物变化(％)150011.65.3-54.3200012.57.6-39.2250023.514.4-38.7300045,236.5-19.2注GO-2802表示配方1的添加剂。在使用"GO-2802柴油添加剂，，后，排放气体质量从19.2%提高到54.3%,并降1氐了空气污染。本发明的燃料添加剂可根据不同类型发动机的需要与汽油和柴油燃料混合。本发明的燃料添加剂也可以按1:1000的比例与汽油或柴油燃料混合。13根据本发明，本发明燃料添加剂的特征包括就每小时加仑数(GPH)而言更好的效率，由于降低的蒸汽压而提高的安全性，更清洁的燃烧导致更少的排放物和颗粒排放到大气中，和更低温度燃烧的发动机。在这方面，详细解释本发明的优选实施例之前，应该理解本发明不限于其燃料添加剂详细的应用。本发明能够用于其它实施方案，且以不同方法实际应用和4丸行。而且，应该理解，本文所用的词语和术语是为了说明，不应认为是限制。同样，根据此公开，本领域技术人员将理解本观念，可利用其作为基础涉及其它用于实现本发明各种目的的化学组合物、配方和燃料。且本发明的摘要仅仅是个摘要，不是为了以任何方式限制本发明的范围。权利要求1.在内燃机中使用的燃料添加剂组合物，包括(a)大约10-50重量％的萜，(b)大约0-15重量％的烷撑二醇醚，(c)大约40-80重量％的2-丙酮，(d)大约0-20重量％的二元酸甲基酯，(e)大约0-15重量％的乙氧基化壬基酚，(f)大约0-15重量％的矿物油。2.权利要求1的组合物，包括(a)大约lOJO重量％的柠檬烯，(b)大约0-10重量％的烷撑二醇醚，(c)大约50-80重量％的2-丙酮，(d)大约0-8重量％的二元酸甲基酯，(e)大约1-8重量％的乙氧基化壬基酚，(f)大约3-15%的矿物油。3.权利要求1的组合物，包括(a)大约10-25重量％的D-柠檬烯，(b)大约0-8重量％的烷撑二醇醚，(c)大约60-70重量％的2-丙酮，(d)大约0-5重量％的二元酸曱基酯，(e)大约2_8重量％的乙氧基化壬基酚，(f)大约3-8%的矿物油。4.权利要求3的组合物，包括(a)大约10-15重量％的D-柠檬烯，(b)大约0-5重量％的烷撑二醇醚，(c)大约60-70重量％的2-丙酮，(d)大约8-15重量％的二元酸曱基酯，(e)大约10-15重量％的乙氧基化壬基酚，(f)大约4-8%的矿物油。5.权利要求1的组合物，其中所述烷撑二醇醚选自二乙二醇单曱基醚、丙二醇叔丁基醚、乙二醇单曱基醚、乙二醇单乙基醚、2-(2-曱氧基乙氧基)乙醇、二乙二醇单乙基醚、己基卡必醇或其混合物。6.权利要求1的环境友好的燃料添加剂，其中所述烷撑二醇醚选自二乙二醇单曱基醚、乙二醇单曱基醚、乙二醇单乙基醚或其混合物。7.权利要求1的环境友好的燃料添加剂，其中所述二元酸曱基酯选自己二酸酯、戊二酸酯、丁二酸酯或其混合物。8.权利要求1的燃料添加剂，其中所述烷撑二醇醚包括丙二醇叔丁基醚。9.权利要求1的燃料添加剂，其中所述烷撑二醇醚包括二乙二醇单曱基醚。10.权利要求1的燃料添加剂，其中该燃料添加剂组合物含有约10-30重量％的D-柠檬烯。11.权利要求5的燃料添加剂，其中所述二元酸曱基酯选自丙二醇叔丁基醚、二乙二醇单曱基醚或己基卡必醇。12.—种汽油燃料组合物，包括汽油燃料和权利要求1所述的燃料添加剂，其中燃料添加剂汽油燃料的体积比大于约1:1000。13.权利要求12的汽油燃料组合物，其中所述燃料添加剂以足以产生燃料添加剂汽油燃料的体积比介于1:1000至1:640之间的量加入。14.一种柴油燃料组合物，包括柴油燃料和权利要求1的燃料添加剂，其中燃料添加剂柴油燃料的体积比大于约1:1000。15.权利要求14的组合物，其中所述燃料添加剂以足以产生燃料添加剂柴油燃料的体积比介于1:1000至1:640之间的量加入。全文摘要本发明提供用于点火内燃机、柴油机和喷气推进发动机的高效燃料添加剂，其主要包括大约10-50重量％的萜，0-15重量％的烷撑二醇醚，以及40-80重量％的2-丙酮、0-20重量％的二元酸甲基酯和0-15重量％的乙氧基化壬基酚和0-15重量％的矿物油。还提供包含该高效燃料添加剂的组合物。该高效的燃料添加剂能够在内燃机中，尤其是在该发动机的燃料喷射系统和燃烧室中消除沉积物的形成且形成空气传播的微团簇分子。文档编号C10L1/185GK101423781SQ20081000284公开日2009年5月6日申请日期2008年1月9日优先权日2007年10月31日发明者梁伟贤申请人:先进(精细)化工有限公司