CN109913280B - 一种柴油添加剂及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柴油添加剂，其包含至少一种α,α′‑二取代吖嗪类化合物。α,α′‑二取代吖嗪类化合物分子中含有N‑N弱键，在较低的温度下即可裂解为小分子自由基，从而达到改善柴油点火与燃烧、提升动力的作用。α,α′‑二取代吖嗪类化合物在柴油中添加量为0.5wt％～5.0wt％，可单独使用，也可复配使用，均具有较好的使用效果。

Description

一种柴油添加剂及其应用

技术领域

本发明属于石油和燃料技术领域，具体涉及一种包含α,α′-二取代吖嗪类化合物的无灰高效多功能新型柴油添加剂。

背景技术

柴油机的燃油经济性和有害物排放与燃油在燃烧室内的燃烧情况密切相关。燃油能否在气缸内迅速雾化蒸发、能否尽快与空气混合均匀、能否迅速着火，是燃油能否完全燃烧的先决条件。

柴油组分的烷烃分子量较大，不易蒸发和雾化，难以与空气均匀混合，导致内燃机工作时柴油的燃烧效率不够高，燃烧性能不够好，这不仅增大了耗油量，还加深了排气对空气的污染程度。使用添加剂是提高柴油燃烧质量和减少污染最经济有效的方法。

无灰型柴油添加剂是指一些燃烧后不产生灰分的化合物，主要是一些含氮或含氧类有机化合物，如胺、硝酸酯、过氧化物、醇、醚、酯、酮、醛等。国内外对无灰型添加剂进行了大量的研究，重点主要是含氧量高的醇类、醚类和酯类等单一成分的有机化合物。含氧添加剂由于分子中含有氧，能为局部浓混合气区的燃料分子提供氧，在促进燃油燃烧时的作用最为明显。醇类燃料的热值、黏度、十六烷值等参数低于柴油，着火性也较差，在柴油机内难以压燃，实际上研究较多的是醚类和酯类含氧添加剂，如二甲醚(DME)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯、聚甲氧基二甲醚(PODE)、硝酸酯类等。但这些化合物普遍存在热值较低的问题，主要是与柴油掺混使用，而且添加量比较大，一般至少大于10％(体积分数)。这对燃料品质的改进存在一定局限性。此外，这些化合物存在一些缺点：DME常温为气体、PODE熔点较高、硝酸酯和过氧化物易分解，随着这些化合物添加量的增加可能会对柴油的安全性、低温流动性等理化性能产生不利影响。开发一种简单高效的多功能无灰柴油添加剂具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无灰高效多功能柴油添加剂。本发明的柴油添加剂包含α,α′-二取代吖嗪类化合物，分子中的N-N弱键在较低温度下即可裂解为小分子自由基，引发链反应产生更多的活性自由基，提高柴油链引发速率，有效促进柴油分子链反应的进行，缩短柴油的滞燃期，加速柴油的自燃过程，从而使喷入缸内的柴油燃烧迅速而完全，燃油消耗有所降低。同时，由于燃烧改善，碳烟和积碳也会减少。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

本发明提供了一种柴油添加剂，其包含至少一种α,α′-二取代吖嗪类化合物。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的结构通式如式(I)所示：

其中，R₁和R₂相同或不同，各自独立地选自C₁-C₆饱和脂肪烃或C₃-C₈环状脂肪烃。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述R₁和R₂各自独立地选自甲基、乙基、丙基或异丙基。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述R₁和R₂各自独立地选自环丙基、环丁基、环戊基或环己基。

在本发明的一些具体的实施方式中，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物选自

(丙酮吖嗪，以下简称ATA)，

(丁酮吖嗪，以下简称DTA)，

(环丙基甲基酮吖嗪，以下简称CPMKA)。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述柴油添加剂中还包括十六烷值改进剂、降凝剂或消烟助燃剂。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述柴油添加剂用于柴油中，基于所述柴油的重量，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的添加量为0.5wt％～5.0wt％。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述柴油添加剂用于混合油中，所述混合油包含柴油和柴油替代燃料。

在本发明的一些具体的实施方式中，所述混合油中，所述柴油替代燃料的含量为0.1％～80wt％。

在本发明的一些具体的实施方式中，所述柴油替代燃料为植物油。

根据本发明所述的柴油添加剂，基于所述混合油的重量，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的添加量为0.5wt％～5.0wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

α,α′-二取代吖嗪类化合物稳定性好，不含金属元素，而且分子中的N-N弱键易断裂产生更多的活性自由基，提高柴油链引发速率，有效促进柴油分子链反应的进行，缩短柴油的滞燃期，加速柴油的自燃过程，从而使喷入缸内的柴油燃烧迅速而完全，燃油消耗有所降低，同时，由于燃烧改善，碳烟和积碳也会减少，达到了改善柴油点火与燃烧、提升动力等目的。此外，α,α′-二取代吖嗪类化合物可单独使用，也可复配使用，十六烷值改进剂、降凝剂、消烟助燃剂等其他功能组分的加入也不影响其使用效果，具有较好的应用前景。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。

在本发明所述的柴油添加剂中，包含至少一种α,α′-二取代吖嗪类化合物。

根据本发明所述的柴油添加剂，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的结构通式如式(I)所示：

其中，R₁和R₂相同或不同，各自独立地选自C₁-C₆饱和脂肪烃或C₃-C₈环状脂肪烃。

在本发明所述的柴油添加剂中，所述R₁和R₂各自独立地选自甲基、乙基、丙基或异丙基。

在本发明所述的柴油添加剂中，所述R₁和R₂各自独立地选自环丙基、环丁基、环戊基或环己基。

以下实施中使用的α,α′-二取代吖嗪类化合物及其主要性质如表1所示。

表1

从表1中数据可以看出，几种α,α′-二取代吖嗪类化合物的冰点较低，沸点、热分解温度较高，热值也较高：

(1)几种α,α′-二取代吖嗪类化合物的冰点均较低，远远低于0℃，低温性能优于柴油，将其作为添加剂使用时不会对柴油的低温性能带来不利影响，甚至有可能改善柴油的低温性能。

(2)几种α,α′-二取代吖嗪类化合物具有较高的热值，远高于常见含氧添加剂热值(如DME为28.8MJ/kg、DMC为15.78MJ/kg、PODE_3～8为25MJ/kg、二甘醇二甲醚为24.5MJ/kg)，其作为添加剂有利于提高柴油的潜在能量水平。

(3)α,α′-二取代吖嗪类化合物沸点高于大部分的醚类和酯类，DSC数据显示其分解峰温均在340℃以上，而硝酸异辛酯分解峰温为205℃，在100℃就有自加速放热分解、引起***和火灾的可能，这使得α,α′-二取代吖嗪类化合物作为柴油添加剂使用时的安全性得到大大提高。

以上充分表明α,α′-二取代吖嗪类化合物是一种有潜力的添加剂。

在本发明所述的柴油添加剂中，所述柴油添加剂中还包括十六烷值改进剂、降凝剂或消烟助燃剂。

在本发明的一些具体实施方式中，所述柴油添加剂用于柴油中，基于所述柴油的重量，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的添加量为0.5wt％～5.0wt％。

在本发明的一些具体实施方式中，所述柴油添加剂用于混合油中，所述混合油包含柴油和柴油替代燃料。

在本发明的一些具体的实施方式中，所述混合油中，所述柴油替代燃料的含量为0.1％～80wt％。

在本发明的一些具体的实施方式中，所述柴油替代燃料为植物油。

在本发明的一些具体实施方式中，基于所述混合油的重量，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的添加量为0.5wt％～5.0wt％。

对比例1

采用自制自燃点试验装置测试了不含本发明所述添加剂的柴油的自燃点，在常柴单缸柴油机上进行怠速试验考察了不含本发明所述添加剂的柴油的燃油消耗，结果见表2。

对比例2

采用自制自燃点试验装置测试了不含本发明所述添加剂的混合油(20％柴油+80％植物油)的自燃点，在常柴单缸柴油机上进行怠速试验考察了不含本发明所述添加剂的混合油(20％柴油+80％植物油)的燃油消耗，结果见表2。

实施例1

将ATA按0.5wt％(以柴油重量为基准，下同)的比例直接加入到柴油中，混合均匀。采用自制自燃点试验装置测试其自燃点。

实施例2

将CPMKA按5.0wt％的比例直接加入到柴油中，其他同实施例1。同时，在常柴单缸柴油机上进行怠速试验考察其燃油消耗，与对比例1的燃油消耗比较，得到节油性能，结果见表2。

实施例3

将1wt％ATA和0.5wt％硝酸异辛酯依次加入柴油中，其他同实施例1。

实施例4

将1.5wt％DTA、1.0wt％聚异丁烯胺和0.5wt％T1804(市售降凝剂，乙烯-醋酸乙酯型)依次加入柴油中，其他同实施例1。

实施例5

将CPMKA按2wt％的比例直接加入到混合油(20％柴油+80％植物油)中，混合均匀。采用自制自燃点试验装置测试其自燃点，同时，在常柴单缸柴油机上进行怠速试验考察其燃油消耗，与对比例2的燃油消耗比较，得到节油性能，结果见表2。

实施例6

将1.0wt％CPMKA、0.5wt％硝酸异辛酯、0.5wt％环烷酸铈依次加入柴油中其他同实施例1。

实施例7

将0.5wt％CPMKA和1.0wt％DTA依次加入到柴油中，其他同实施例1。

表2

^*测试所用温度计量程为0～310℃，310℃时测试油未自燃。

由表2可以看出，本发明添加剂的加入可有效降低柴油/混合油自燃点。随着柴油自燃点的降低，柴油/混合油滞燃期则会相应缩短，从而使喷入缸内的柴油燃烧迅速而完全，燃油消耗有所降低。

Claims (10)

1.一种柴油添加剂，其包含至少一种α,α′-二取代吖嗪类化合物和十六烷值改进剂。

2.根据权利要求1所述的柴油添加剂，其特征在于，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的结构通式如式(I)所示：

其中，R₁和R₂相同或不同，各自独立地选自C₁-C₆饱和脂肪烃或C₃-C₈环状脂肪烃。

3.根据权利要求2所述的柴油添加剂，其特征在于，所述R₁和R₂各自独立地选自甲基、乙基、丙基或异丙基。

4.根据权利要求2所述的柴油添加剂，其特征在于，所述R₁和R₂各自独立地选自环丙基、环丁基、环戊基或环己基。

5.根据权利要求1所述的柴油添加剂，其特征在于，所述柴油添加剂还包括降凝剂或消烟助燃剂。

6.根据权利要求1所述的柴油添加剂，其特征在于，所述柴油添加剂用于柴油中，基于所述柴油的重量，所述α,α′-二取代吖嗪类化合物的添加量为0.5wt％～5.0wt％。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的柴油添加剂，其特征在于，所述柴油添加剂用于混合油中，所述混合油包含柴油和柴油替代燃料。

8.根据权利要求7所述的柴油添加剂，其特征在于，所述混合油中，所述柴油替代燃料的含量为0.1％～80wt％。

9.根据权利要求7所述的柴油添加剂，其特征在于，所述柴油替代燃料为植物油。

10.根据权利要求7所述的柴油添加剂，其特征在于，基于所述混合油的重量，α,α′-二取代吖嗪类化合物的添加量为0.5wt％～5.0wt％。