铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用的制作方法
【专利摘要】本发明提供了以铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用，所形成铜基粉体材料的最大粒径不超过3.0μm。在本发明中，所述铜基材料在燃烧室中高温下参与水的催化分解和燃料的催化裂解反应，优化燃烧气氛，直接提高各类石化燃料的燃烧效率，同时实现减排与节能效果；而且所形成铜基粉体材料能够提高石化燃料的燃烧速度和效率，提高燃烧效率；同时减少因局部不均匀燃烧产生的过高峰温，抑制NOX的形成，在减少CHX、CO与NOX排放的同时，实现节能。另外，本发明采用铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂，该类材料不会因“氧”中毒而失去催化分解与催化裂解、提高燃烧效率的功能。
【专利说明】铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用【技术领域】
[0001]本发明涉及内燃机、锅炉、城市垃圾焚烧等在内的石化燃料催化燃烧【技术领域】，尤其涉及铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用。
【背景技术】
[0002]能源紧张与石化燃料燃烧不充分形成有害尾气排放对环境造成严重污染，已经是全球面临的共同课题。
[0003]我国经济经过三十多年快速发展，石化燃料利用率和万元产值能耗，与欧美和日本等发达国家相比，差距仍然很大，能源供应已经成为我国社会发展与经济安全稳定的重要制约因素。其中，因燃油质量差和在用汽车发动机工作效率偏低，燃煤锅炉、城市垃圾焚烧与机动车尾气污染(主要污染物有C0、CHX、S02、N0X与微尘PM2.5，其中，NOx是重点控制指标，因为NOx会吸收空气中的水份变为亚硝酸并汇集微尘而形成的气溶胶是PM2.5的重要组分。PM2.5容易被人吸入后聚集于肺部不易排出，亚硝酸盐还是非常厉害的致癌物质，也是影响空气质量 的重要污染物)已经成为严重影响人们身心健康与国家形象的重要课题，为此国家和社会各界都在努力通过各种方式寻求安全、经济可行的解决之道。
[0004]在内燃机领域，通过近几十年快速发展，汽油发动机改柴油发动机、高压电控燃油喷射精密燃烧、变喷嘴涡轮增压、废气再循环(EGR)等先进燃烧技术和三元催化尾气治理技术，对改善内燃机工况、减少尾气排放、降低油耗、提高发动机动力，起到了非常重要的作用，但因制造与运行成本较高，也增加了终端消费者的负担。
[0005]早自上世纪六十年代后半期，国际上就有专家开始研究后置式催化剂还原净化处理汽车尾气的相关技术，七十年代年达到了实际应用水平，其中最引人瞩目的是Pt、Pd、Rh-三效催化剂和柴油机氧化催化剂，其原理是使用催化剂载体(主要是粒状或蜂窝状氧化铝)，涂覆上具有贮氧功能的氧化铈的活性组分，以及钼铑钯等具有还原作用的贵金属，对减少氮氧化合物的排放，做出了不可磨灭的贡献。但这种后置式尾气治理技术属于被动方式，制造成本高、体积大，尾气排出不畅影响动力，需要消耗大量的钼铑钯贵金属，还存在中毒失效的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供铜基材料进入燃烧室分解为的铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用，直接提高石化燃料的燃烧效率，使CHX、CO与碳微粒充分燃烧变为水与二氧化碳，提供更多热能，，同时抑制NOx的形成，实现减排与节能多重功效。
[0007]本发明提供了铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用，所形成铜基粉体材料的粒径小于3.0 μ m。
[0008]优选的,所形成铜基粉体材料的粒径为0.1nm~3.0 μ m。
[0009]优选的，所述铜基材料为单质铜粉、铜的氧化物、铜的氢氧化物、有机铜、铜盐类化合物和含铜合金中的一种或几种。[0010]优选的，所述铜基材料为氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜、氯化铜、碱式碳酸铜、亚微米铜粉、有机铜、工业级铜粉和纳米铜粉中的一种或几种。
[0011]优选的，所述燃料为石化燃料。
[0012]优选的，所述应用具体为:
[0013]将铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料，催化燃料的燃烧。
[0014]优选的，所述将铜基材料加入燃料室具体为:将铜基材料与石化燃料混合后加入
燃烧室；
[0015]或将铜基材料直接喷入燃烧室；
[0016]或将铜基材料随空气进入燃烧室；
[0017]或将铜基材料通过润滑油夹带进入燃烧室。
[0018]优选的，所述将铜基材料加入燃料室具体为:
[0019]在燃料室内部设置外露铜基金属构件。
[0020]优选的，所述铜基材料与所述燃料的质量比为1: (I?IO9)。
[0021]本发明提供了铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用，所形成铜基粉体材料的粒径不超过3.0 μ m。在本发明中，所述铜基材料在燃料燃烧的过程中，高温下分解、分散、弥散，形成高活性、高分散的铜基粉体，具有很强的吸氢作用，在高温下可使水分子催化分解为高活性氢与高活性负氧，直接参与燃烧反应，铜基粉体材料将石化燃料催化裂解为小分子易燃材料，降低激发燃烧所需的临界能，加快氧化反应速度，使得更多的燃料充分燃烧，碳微粒与CHx明显减少，提高了燃烧效率。与此同时，水分子形成的高活性氢和CO均为还原性物质，在大氧化燃烧环境下具有微还原气氛，将部分NOx还原成无害的气体N2和水，排放尾气明显味道变淡。在本发明中，所形成铜基粉体材料能改善燃烧气氛，燃烧均匀，降低局部不均匀燃烧产生的过高峰温(不超过1500°C )，抑制NOx的形成，同时达到减少CHX、CO与NOx的排放和节能效果。
[0022]另外，本发明采用铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃烧催化齐U，不会因“氧”中毒而失去催化效能。
[0023]实验结果表明，本发明采用铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃烧催化剂，可使汽车尾气中CO排放量< 1.0g/km;总HC排放量< 0.lg/km，其中非甲烷HC排放量< 0.068g/km ；N0X 排放量< 0.06g/km。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明实施例1中实验对象上海大众帕萨特的照片；
[0025]图2为本发明实施例2中实验对象普莱特的照片；
[0026]图3为本发明实施例3中实验对象千里马的照片。
【具体实施方式】
[0027]本发明提供了铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧的催化剂的应用，所形成铜基粉体材料的粒径< 3.0 μ m。
[0028]本发明将所形成粒径< 3.0 μ m的铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂应用，其能够提高石化燃料的燃烧效率，且能够减少CHX、CO与NOx的排放，达到了减排节能的效果。[0029]在本发明中，所形成铜基粉体材料的粒径≤3.0 μ m,优选为0.1nm~3.0 μ m,更优选为 0.1nm ~1.0 μ m。
[0030]在本发明中，所述铜基材料优选为单质铜粉、铜的氧化物、铜的氢氧化物、有机铜、铜盐类化合物和含铜合金中的一种或几种，更优选为氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜、氯化铜、有机铜、碱式碳酸铜、亚微米铜粉、工业级铜粉和纳米铜粉中的一种或几种。本发明对所述铜基化合物的来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的上述铜基化合物的市售商品即可。
[0031]在本发明中，所述铜基材料优选经过特殊有机化处理，将得到的经有机化处理的铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料作为燃料燃烧的催化剂。在本发明中，所述有机化处理的具体过程优选为:
[0032]将铜基材料加入有 机溶液中，得到铜基材料的有机溶液；
[0033]向所述铜基材料的有机溶液中依次加入双氧水、氨水、钛酸酯和有机硅，得到混合溶液；
[0034]将所述混合溶液加热，进行有机化处理。
[0035]本发明优选先将所述铜基材料加入到有机溶剂中，得到铜基材料的有机溶液。在本发明中，所述有机溶剂优选为丙酮、乙酸乙酯等；所述铜基材料与所述有机溶剂的质量比优选为I: (10 ~ IO9)，更优选为1: (IO2~IO8)，最优选为1: (IO3~IO7)；
[0036]得到铜基材料的有机溶液后，本发明依次向所述铜基材料的有机溶液中加入双氧水、氨水、钛酸酯和有机硅，得到混合溶液。在本发明中，所述双氧水的质量浓度优选为5%~75%，更优选为10%~65%，最优选为15%~55% ;所述双氧水与所述铜基材料的质量比优选为(3~100):1，更优选为(10~90): 1，最优选为(20~80):1。在本发明中，所述氨水的质量浓度优选为95%~98.5%，更优选为96%~98% ;所述氨水与所述铜基材料的质量比优选为(I~1000):1，更优选为(20~900): 1，最优选为(50~800):1。在本发明中，所述钛酸酯与所述铜基粉体材料的质量比优选为(I~100):1，更优选为(10~90):1，最优选为(20~80):1 ;所述有机硅优选为硅氧烷；所述有机硅与所述铜基粉体材料的质量比优选为(5~100):1，更优选为(10~90):1，最优选为(20~80):1。
[0037]得到混合溶液后，本发明优选将所述混合溶液在搅拌的条件下加热，进行有机化处理。本发明对所述搅拌的方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的搅拌的技术方案即可。在本发明中，所述加热的温度优选为20°C~85°C ;所述有机化处理的时间优选为 5min ~180min。
[0038]本发明对所述燃料的种类没有特殊的限制，可以为本领域技术人员熟知的石化燃料，具体的可以为柴油、汽油、天然气或煤炭，也可以是城市垃圾。
[0039]在本发明中，所述铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料为燃料燃烧催化剂的应用具体为:
[0040]将铜基材料进入燃烧室高温分解为铜基粉体材料，再催化燃料的燃烧。
[0041]在本发明中，所形成铜基粉体材料分解空气中水分子和催化裂解燃料，提高燃烧效率，实现减排与节能。
[0042]本发明对所述铜基材料进入燃烧室的方式没有特殊的限制，本领域技术人员可根据需要采用任意的进入方式。在本发明的实施例中，可以将铜基材料随润滑机油、燃料或助燃空气进入燃烧室；也可以将铜基材料直接加入燃料室中；还可以在燃料室中设置外露式铜基金属构件。在本发明中，所述铜基材料随润滑机油、燃料或助燃空气进入燃烧室的方式属于前置式铜基催化燃烧与尾气治理与减排技术。在本发明中，所述铜基物质与所述燃料的质量比为1: (I~IO9)，更优选为1: (2X106~8X108)，最优选为1: (9 X IO6~2 X IO8)。
[0043]在本发明中，所述铜基材料也可以与其他类型的催化剂配合使用，本发明对所述其他类型的催化剂没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的现有技术常用的燃料催化剂即可，如可以为现有技术公开的钼铑钯三元催化剂
[0044]在本发明中，所述铜基材料会经过热空气分解形成铜基粉体材料，气流搅动悬浮弥散在燃烧气氛中，悬浮在燃烧气氛中的铜基粉体材料，有利于增加其比表面积和粒子活性，形成多相催化，具有很强的吸氢作用，可使水分子催化分解为高活性氢与高活性负氧，参与燃烧催化反应，相当于提高了空燃比，减少了 CO、CHx的产生，并使之更充分燃烧，产生热能，降低能耗；
[0045]所形成铜基粉体材料能催化裂解燃料的有机大分子为更加易燃的小分子有机材料，低激发燃料与机油燃烧所需的临界能，加快氧化反应的速度，使得更多的燃料充分燃烧，提高了燃烧速度和效率；同时降低了局部不均匀燃烧产生的过高峰温，抑制NOx的形成；同时达到减少CHX、CO与NOx的排放和节能效果；
[0046]铜基粉体材料与水的催化分解反应形成的高活性氢具有很强的还原性，加上也具有强还原性质的C0、CHx，形成了大氧化环境中的微还原气氛，有利于将NOx还原转化成无害气体N2和水，使尾气味道变淡。
[0047]反应过程如式(I)~式(III)所示:
[0048]
【权利要求】
1.铜基材料进入燃烧室分解为的铜基粉体材料作为燃料燃烧催化剂的应用，所形成铜基粉体材料的粒径小于3.0 μ m。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所形成铜基粉体材料的粒径为0.1nm?3.0 μ m。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述铜基材料为单质铜粉、铜的氧化物、铜的氢氧化物、有机铜、铜盐类化合物和含铜合金中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述铜基材料为氧化铜、氧化亚铜、硫酸铜、氯化铜、碱式碳酸铜、亚微米铜粉、有机铜、工业级铜粉和纳米铜粉中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述燃料为石化燃料。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用具体为: 将铜基材料加入燃烧室，所述铜基材料在燃烧室中分解为铜基粉体材料，所述铜基粉体材料催化燃料的燃烧。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述将铜基材料加入燃料室具体为:将铜基材料与石化燃料混合后加入燃烧室； 或将铜基材料直接喷入燃烧室； 或将铜基材料随空气进入燃烧室； 或将铜基材料通过润滑油夹带进入燃烧室。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述将铜基材料加入燃料室具体为: 在燃料室内部设置外露铜基金属构件。
9.根据权利要求6?8任意一项所述的应用，其特征在于，所述铜基材料与所述燃料的质量比为1: (I?IO9)。
【文档编号】F02B51/02GK103977799SQ201410230345
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】吉维群 申请人:重庆太鲁科技发展有限公司