CN1012178B - 释放氢能的催化剂 - Google Patents

Abstract

释放氢能的催化剂含有脂溶有机金属锂和—种载体或稀释油。其制备方法为：把脂溶有机金属锂溶解或分散于载体或稀释油中。其使用方法为：根据燃料种类和燃烧装置而定的催化剂对燃料的比例，把上述催化剂加到烃燃料中。将它用于汽油或柴油内燃机时，里程将由15%增至35%，若用于燃炉或锅炉，则燃料效率由20%增至35%。

Description

本发明是关于一种能利用烃燃料的氢能的物质组成，其制备及使用方法。

硬脂酸锂是众所周知的润滑剂或润滑油改进剂。

现在已发现硬脂酸锂和其他脂溶有机金属锂化合物可用于利用烃燃料的氢能。

本发明一面涉及一种可溶有机金属化合物和一种载体或其稀释剂所组成的释放氢能催化剂。

本发明另一方面涉及上述催化剂的制备方法。此方法包括把一种脂溶有机金属化合物溶解或分散于一种载体或稀释油中。

本发明另一方面涉及上述催化剂的使用方法，这方法是根据燃料的种类和使用的燃烧装置，按特定的催化剂：燃料比例，把催化剂加到烃燃料中。若用于汽油或柴油内燃机，里程由15%增至35%，而用于燃炉或锅炉，燃料效率由20%增至35%。

图1是显示试验的发动机之扭短和转数的关系曲线。

根据本发明，释放氢能的催化剂包含至少一种脂溶有机金属化合物，其重量百分含量，由10%至90%和一种载体或其稀释剂，其重量百分含量由90%至10%。

脂溶有机金属化合物由一种金属阳离子和一种羧酸阴离子组成，对本发明非常有用。所用的羧酸选自带2至32个碳原子，较好是15至27个，最好是15至18碳原子的饱和或未饱和脂肪酸。这种羧酸的例子有硬脂酸、油酸、棕榈酸。金属阳离子为1至4价。较好的金属有钠、钾、锂、镁、铝和硅。

有机金属锂是最主要和最有效的催化成分，能够在普通的内燃机或燃炉的温度下利用烃燃料的氢原子所产生的大量物理化学能量。理想的有机金属锂有硬脂酸锂、油酸锂、棕榈酸锂。

单独使用有机金属镁，需要非常高的温度和加热率才可成为活性的氢能催化剂。在普通的内燃机或燃炉内单独使用有机金属镁所得的能量较小。但是，若按约1∶2的比例（重量），把有机金属镁加到有机金属锂中，释放的原子氢大大增加，废气中的污染物亦随之减少。这用法的另一个优点是改 进烃燃料组分的溶解性和分散性。

有机金属铝没有参予烃燃料的催化反应作用。但当有机金属铝与有机金属锂、有机金属镁混合时（有机金属铝与有机金属锂的重量比例为1∶4），有机金属铝吸收污染物的能力，燃料组分的溶解性和溶混性亦因而增加。

另一种可随意选用的组分是氧化促进剂或助催化剂如脂溶过氧化苯甲酰或金属过氧化物，约占混合物重量的0.1%至12%，最好是1%至3%，以加速混合物成分之间的相互作用，使其活化。

可用于本发明的载体包括脂族烃、环脂族烃、石腊烃、烯烃、芳烃和其他天然油、硅基油或取代硅基合成油，例如蓖麻油、烷基甘醇、四乙基硅烷及其混合物。载体占混合物重量的10%至90%，最好是60%至80%。最理想的芳烃来自环烷基系，较好是占载体重量的0.1%至15%，最好是约5%。

把一种或多种上述有机金属化合物与一种或多种上述载体油经过分散或熔化，然后再搅匀即可制得本发明的混合物。然后将所得的分散液或溶液在下述的特定时间、温度和压力的条件下进行热循环。最后，加以冷却，如有需要，则可加进其他组分，如氧化促进剂。

具体来说，把一种或多种有机金属化合物置于充满惰性气体（如氦）的高压釜中，在温度50°至80°F之间加热熔化，较好为80°至495°F之间，最好为约360°F。在整个制备过程中，压力均保持在1至30个大气压，最好是1至10个大气压。在有机金属化合物熔化后，把温度调至250°至500°F之间，最好在300°至360°F之间，然后加进载体成分，在这温度下搅拌5分钟至12小时，较好为15分钟至6小时，最好为3小时。混合物然后经历2至10次（最好是5次）非强制的热处理循环，接着经历温度在100°至500°F之间的冷却循环，较好为200°至350°F，最好在250°至300°F之间，时间为30分钟至6小时，最好是约2小时。最后，把混合物冷却至室温，并与剩余的组分如金属过氧化物等混合。若温度和压力较高，热循环的时间较长，则所得混合物的粘度较低。

本发明的混合物可在燃料燃烧前或燃烧时与之混合，其含量为燃料重量的0.0001%至10%，较好是0.005%至5%，最好是0.05%至2%。若用于汽油或柴油内燃机，里程由15%增至35%，若用于燃炉或锅炉，燃料效率由20%增至35%。使用含量高于10%的混合物没有显著增加能量利用率。但是，仍可改进混合物的污染控制和节约氧的能力。

以本发明混合物提供能量利用率的机理如下：在高温火焰中，上述有机金属阳离子产生了P-N-P-N或N-P-N-P雪崩作用，释放出高能量紫外线和加速至高动能状态的电子。此高能量紫外线使氢原子电离，释放出加速的高动能的原子内的质子与中子。这些亚原子离子互相碰撞，并把高功能转变或：“热化”为红外热能。于是，高能量紫外线转换为有用的红外热能。氢能量的释放量可用以下其中一种方法控制：（1）把本发明混合物按比例加进烃燃料中，或（2）调节内或外燃机加入燃料的速度或其他操作参数，以控制活化催化组分的火焰温度。由此，若使用本发明的混合物，就可通过非氧化释放能量和普通氧化燃烧的结合，而显著地增加烃燃料燃烧时的反射与实测效率。这些非氧化释放能量是氢原子电离作用的结果。

此外，从亚原子、质子和电子可取得更高能级的可用能量。当这些由氢原子的电离作用所生成的电离亚原子粒子（等离子粒团）彼此非常接近时，便发生等离子粒团聚变。等离子粒团由此所得的能量为单独一个氢原子电离所释放能量的1836倍。当本发明的混合物在高温的环境下按足够的比例加进烃燃料中，电离质子和电子便呈现聚集特性，这个聚集状态是当上述亚原子粒子的密度到达5%或以上时出现的，称为非核子等离子体聚变。在这极高能量状态下，释放的能量和聚变密度成正比。

以下实施例旨在说明本发明，不可视为本发明范围的限制。

例1＃1催化剂混合物的制备方法

把20%（重量）的硬脂酸锂，10%（重量）硬脂酸镁和5%（重量）的硬脂酸铝（皆相对于最终混合物的重量）置于充满氦气的高压釜中。把高压釜加热至425°F以熔化金属羧酸盐。整个制备过程的压力均维持在5个大气压。当盐熔化后，把温度调节至325°F。把57%（重量）的矿物油、有机油和8%（重量）的硅基合成油（皆相对于最后合成物的重量）加到熔盐中，并把混合物维持在 上述温度3小时，然后在100°至360F之间，在2小时的时间中经五次热处理循环。最后把混合物冷却至室温。

例2＃2催化剂混合物的制备方法

除硬脂酸锂、硬脂酸镁、硬脂酸铝和载体油的含量分别为16%、8%、4%和72%（重量）外，＃2催化剂的制备方法与例1相同。

例3＃3催化剂混合物的制备方法

除硬脂酸锂、硬脂酸镁、硬脂酸铝和载体油的含量分别为12%、6%、3%和79%（重量）外，＃3催化剂的制备方法跟例1相同。

例4＃4催化剂混合物的制备方法

除仅用硬脂酸锂和一种矿物油，含量分别为25%和75%（重量）外，

＃4催化剂的制备方法和例1相同。

例5    使用于汽油内燃机

使用一部装有302-CID，4-循环引擎的福特（FORD）牌汽车进行试车，该测试需于距离为120哩的塔班芝桥（Tappan    Zee    Bridge，NY）和温莎闸（Windsor    Locks，CT）之间完成十次来回行程（Round    trip）。把车上的仪器校准，以获得分别为0.001哩和0.001加仑的最大绝对误差。整个测试均采用无铅汽油。

首五次来回行程没有使用本发明的催化剂。所得的平均燃料消耗量为8.28加仑/120哩或14.5哩/加仑。

后五次来回行程则把本发明的＃1催化剂加进汽油中，催化剂与燃料的比例为1∶1000（以重量计）。由于最佳催化燃料操作所需的空气与燃料的比例较直接燃料操作低，这是借助于本发明的催化剂对氢所起的实际作用，所以需要在催化燃料操作中，减低空气与燃料的比例，以使两种操作保持相同的化学燃烧条件。

所得的平均燃料消耗量为6.3加仑/120哩或19哩/加仑。此数值较上述基线（base    line）操作高31%。

例6    使用于汽油内燃机

除使用＃4催化剂，且催化剂与燃料的比例为1∶2560外，方法与例5相同。

结果燃料消耗量为6.5加仑/120哩或18.6哩/加仑，较直接燃料操作所耗的14.5哩/加仑高28.6%。

例7    使用于柴油内燃机

方法与例5相同，唯测试的汽车改用装有1.5公升柴油引擎的伏尔克斯瓦根兔型柴油汽车（Volkswagen    Rabbit    Diesel），燃料则改用航空用燃料“A”（十六烷值＃50），使用＃2催化剂，催化剂与燃料的比例为1∶1250。

结果，用直接燃料操作时，燃料消耗量为2.7加仑/120哩或45哩/加仑，而用催化燃料操作时，则为2.1加仑/120哩或57哩/加仑，较直接燃料操作高27%。

例8    使用于柴油内燃机

方法与例5相同，唯测试汽车改为装置有350-CID柴油引擎的GM    Oldsmobile型车，燃料改用柴油燃料（十六烷值＃40），使用催化剂＃2，催化剂与燃料的比例为1∶1500。

结果，用直燃料操作时，燃料消耗量为5.8加仑/120哩或每加仑20哩，而用催化燃料操作时，燃料消耗量为4.7加仑/120哩或每加仑25哩，较用直接燃料操作时高25%。

例9    使用于柴油内燃机

使用一部以柴油为燃料的40吨拖卡进行试车，该测试包括每次1000哩的来回行程两次。第一次来回行程只用十六烷值为40的柴油燃料。第一次往返行程的上半段（500哩）满载40吨运行，回程时载重减半。第二次来回行程用同样方法进行，仍用同类的柴油燃料，但混以本发明的＃2催化剂，催化剂与燃料的比例为1∶1500。

载重40吨和20吨操作时省油率分别为：22%和17%。

省油率按下列算式计算：

100×（G₁-G₂）/G₁

其中G₁和G₂分别代表直接燃料操作和催化操作时燃料的加仑数。

例10    使用于外燃锅炉

使用由燃烧工程公司（Combustion    Engineering    Co.）所制造的锅炉来进行一系列的试验。锅炉效率的关系式为：

锅炉效率（%）＝100×S（E_S-E_fw）/（FXH）

其中S为每小时的蒸汽发生量，Es和Efw分别为蒸汽热含量和供水热含量。F是每小时燃烧的油量，H则为每加仑油的热量。

锅炉首先使用＃6燃料油操作，不加任何本发明的催化剂。在操作期间，各种数值的平均读数如下：

蒸气发生率：22，000磅/小时

蒸汽温度：500°F

供水温度：186°F

蒸汽压力：175磅/英寸²

油发热率：145，000英国热量单位/加仑

锅炉效率＝100×22，000（1270-154）/249×145，000）＝68（%）

然后，把本发明的＃3催化剂注入锅炉的喷燃器燃料管内，催化剂与燃料的比例为1∶2500，而喷燃器燃料管回流阀是关闭的。表一显示在三种不同的耗油率时测出的蒸汽发生率。

用下列算式计算各级的锅炉效率（B.E.）：

B.E.1＝100×19，700（1270-154）/（185×145000）＝82%

B.E.2＝100×23，000（1270-154）/（205×145000）＝87%

B.E.3＝100×30，400（1270-154）/（260×145000）＝90%

从以上结果可见，使用本发明的催化剂后，各级的锅炉效率分别较基线操作高14%、19%和22%。必须注意，当锅炉进行第三级操作时，只能维持一段短时间，因为负载已高于正常操作水平。可是，锅炉不能达到并维持在高于2800°F的火焰温度。上述数字却显示当温度由2100°增至2700°F时，锅炉效率亦由68%增至90%，正好说明本发明的催化剂在较高的温度下活性更高。

在两种操作类型的锅炉中，均装置了测量烟气中的氧、二氧化碳、一氧化碳和未燃烧烃的哈密尔顿4-气体分析仪（Hamilton    4-gas    analyzer）。气体分析显示催化操作的过量氧气只有1.5%至2.5%，而直接操作则大约为6%。在催化操作中，烟气的水蒸汽含量大大降低。原因如下：在通称为燃烧的正常化学过程中，氢原子被氧化为水蒸汽。但是，在高于某最低温度的条件下，按合适的比例把本发明的混合物加进烃燃料后，氢原子便解离，由于不能较长时间保持它原有的状态，故不能再和氧结合成水蒸汽。此外，观察炉边时发现那些多年沉积在汽鼓下的难于清除处的坚实积垢已消失，其他地方的积垢亦可简易地用自来水龙带的自来水清除。

例11    用内燃机进行扭矩测定

在测力计上装置一部有四个筒体汽化器的327-CID    Chevrolet牌发动机。在出厂规范点周围进行六次动力牵引，没有加进本发明的催化剂。表2显示测得的扭矩。

修正系数为1.028，是根据干球温度读数（104°F）、湿球湿度读数（76°F）和气压读数（30.54）计算出来。在测试中，发动机的水保持在190°F的温度，油亦是190°F（从其中一个外过滤器读得），而油的压力为50磅/英寸。

然后，发动机停机，把1品脱＃1催化剂加进载有20加仑汽油的油箱中。把发动停机5分钟，以注入催化剂，然后牵引16次（牵引多次是由于试验员最初不相信所得的数字，并尽力找出准确的数字。）所用的修正系数为1.033，是根据干球温度读数（108°F），湿球湿度读数（76°F）和气压读数（30.55）。表三显示扭矩的读数。

在测试期间，水和润滑油均保持在190°F。可用表2和表3的数据组成下列的表4。

从表4可见催化操作的平均马力（图1中曲线A）比没有使用本发明混合物的燃料（在相同的操作范围内）图1中曲线B）高10.0%至27.5%。图1将更清楚说明上述结果。

虽然上文已叙述本发明的实施例，但对实施例仍可作出修正或替换，惟所有变动均须在下列权利要求列明的范围内。

表1

级别    耗油量    蒸汽发生率    火焰温度

1    185加仑/小时    19，700磅/小时    2100°F

2    205加仑/小时    23，300磅/小时    2300°F

3    260加仑/小时    30，400磅/小时    2700°F

表2

牵引    转数/分    扭矩    修正后的马力

1    4250    240    196

2    4000    265    204

3    4400    250    211

4    5000    196    187

5    4500    235    203

6    5300    170    177

表3

牵引    转数/分    扭矩    修正后的马力

1    4600    237    210

2    4600    248    224

3    4200    270    223

4    4100    280    226

5    4000    275    217

6    4600    250    226

7    4650    242    221

8    4000    275    217

9    4400    255    222

10    4600    243    221

11    4800    238    226

12    4050    278    222

13    4400    264    229

14    4800    237    225

15    4500    246    219

16    4700    239    222

表4

发动机转数/分    马力差别    增益%

3000    36    27.5

3500    25    15.0

4000    21    11.0

4500    20    10.0

5000    43    23.0

5500    39    22.0

Claims (7)

1、一种利用烃燃料的氢能的组合物，其特征在于它包括：

10%至90%(重量)从有机金属锂、有机金属锂/有机金属镁、和有机金属锂/有机金属镁/有机金属铝中选择出来的一种脂溶有机金属化合物，和

90%和10%油基载体。

2、按照权利要求1所述的组合物，其特征在于其中所述的脂溶有机金属化合物中，有机金属锂/有机金属镁的比例为2∶1（重量）。

3、按照权利要求1所述的组合物，其特征在于其中所述的脂溶有机金属化合物中，有机金属锂/有机金属镁/有机金属铝的比例为4∶2∶1（重量）。

4、按照权利要求1所述的组合物，其特征在于其中所述的载体含有占所述组合物重量为0.1%至12%（重量）脂溶过氧化苯甲酰或金属过氧化物之类的氧化促进剂，其余部份则为稀释油。

5、按照权利要求1所述的组合物，其特征在于所述载体含0.1%至15%（重量）环烷系列的芳香烃，其余部份由下列至少一种稀释油所组成，这些稀释油包括蓖麻油、烷基甘醇及四乙基硅烷。

6、一种权利要求1所述利用氢能的组合物的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

在压力1至3个大气压下，把10%至90%（重量）从有机金属锂、有机金属锂/有机金属镁、以及有机金属锂/有机金属镁/有机金属铝中选择出来的一种脂溶有机金属化合物加热至50°F至800°F使之熔化，把上述温度调节为250°F至500°F之间，

把90%至10%（重量）的稀释油加到上述有机金属化合物中，配制成溶液，

把上述溶液保持在相同的温度五分钟至十二小时，

静置该溶液，并冷却至室温。

7、一种利用烃燃料氢能的方法，其特征在于它包括：把权利要求1所述催化剂组合物喷射或注入到烃燃料中，催化剂在燃料中的含量可为0.0001%至10%（重量）。

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