專利名稱：改進燃料燃燒的方法和組合物的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及改進燃料的燃燒，特別是改進可燃性烴類為基礎的燃料燃燒。更具體地說，本發(fā)明涉及催化劑或增強劑與燃料混合以增強在發(fā)動機中燃燒的方法和組合物。
背景技術(shù)：
化石燃料特別是原油生產(chǎn)的燃料例如汽油和柴油的燃燒從來不是完全有效的。不有效的燃燒結(jié)果導致高的燃料消耗、在汽缸蓋和活塞上產(chǎn)生炭、馬達效率變化以及生成過量的有害副產(chǎn)物，例如一氧化碳、部分燃燒的烴類和氮氧化物(“NOX”)。
已提出各種燃料添加劑，以便改進燃料經(jīng)濟性和減少燃燒排放的污染物。未燃燒的和部分燃燒的燃料意味著燃燒過程的污染和對燃料購買者造成的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)有技術(shù)已提出加入用于包括火焰燃燒器、柴油發(fā)動機、汽油內(nèi)燃機和各種結(jié)構(gòu)透平在內(nèi)的各種類型燃料用途的燃燒改進劑。這些現(xiàn)有技術(shù)的添加劑有各種形式，例如與液體載體混合的液態(tài)形式以及適合于正在檢查中的燃燒體系的某些固態(tài)形式。
Webb的US 4129421公開了一種用于發(fā)動機或加熱爐的催化燃料添加劑。所述的添加劑使用一種苦味酸和硫酸亞鐵在指定醇中的溶液。一個實施例表明用于汽油發(fā)動機的添加劑，其濃度為組合催化劑的約10ppb。公開的內(nèi)容表明重質(zhì)燃料油使用更高的但未指明的濃度。在所有情況下，催化劑都完全溶于燃料。
Miller和Liber的US 2402427公開了各種柴油燃料可溶的有機化合物和有機金屬化合物作為點火促進劑的應用，其濃度為0.02-3％(即200-30000ppm)。
在以前有關催化金屬燃料添加劑的專利中，Lyons和McKone的US 2086775和2151432公開了將0.001-0.0085％(即10-850ppm)的有機金屬化合物或混合物加到基礎燃料例如汽油、苯、燃料油、煤油或調(diào)合油中，以便改進發(fā)動機性能的各個方面。在US 2086775公開的金屬中，有鈷、鎳、錳、鐵、銅、鈾、鉬、釩、鋯、鈹、鉑、鈀、鉻、鋁、釷以及稀土金屬，例如鈰。
在US 2151432中公開的金屬包括solanum、銻、砷、鉍、鎘、admeium、碲、鉈、錫、鋇、硼、銫、釹、鑭、鉀、鈉、鉭、鈦、鎢和鋅。在這兩篇專利中，優(yōu)選的有機金屬化合物為β二酮和衍生物及其同系物，例如乙酰丙酮金屬、丙酰丙酮化物、甲酰丙酮化物等。
Lyons和McKone公開內(nèi)容表明，對于改進燃燒效率來說，0.001-0.04％(即10-400ppm)的濃度不是有效的，但隨著催化活性沉積物在燃燒室中形成，可延長使用。公開內(nèi)容還表明，一旦通過補充損失維持沉積物的數(shù)量形成所需的催化活性沉積物，約0.01％(即100ppm)的有機金屬化合物通常是足夠的。
Bowers和Sprague的US 4891050和4892562公開了燃料可溶的鉑族金屬化合物的應用，所述的金屬在標明的“極低濃度”下分別對改進汽油發(fā)動機和柴油發(fā)動機中的燃料經(jīng)濟性是有效的。在這方面，相對于加入鉑族金屬的燃料，極低濃度為0.01-1.0ppm鉑族金屬。
US 4629472公開了催化劑以金屬按重量測量時，相對于燃料油0.05-0.5ppm催化劑的應用。優(yōu)選的催化劑范圍為0.02-0.06ppm(即每100百萬2份至每100百萬6份)。顯然，現(xiàn)有技術(shù)公開了存在一下限，在這一下限下催化劑不能顯著促進燃燒過程。正如較早指出的，Lyons和McKone的專利表明，一旦足夠數(shù)量的催化活性沉積物形成，僅約10-400ppm的催化劑濃度是有效的。
甚至Webb的US 4129421表明每100百萬1份的濃度是提供明顯效果必需的。如果這樣一種方法能在低于以前使用的添加劑濃度下促進燃燒，那么它是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
廣義來說，本發(fā)明為一種通過將極低濃度的燃燒催化劑或增強劑加到燃料中來改進燃料燃燒的方法，其濃度與燃料燃燒系統(tǒng)和送入催化劑的方法有關。優(yōu)選的是，按重量計，所述的極低濃度為每100百萬份燃料小于1份催化劑或增強劑。按重量計，最好將每500百萬份燃料小于1份的催化劑或增強劑加入，甚至將每100百萬燃料小于1份催化劑或增強劑加入。按重量計，極低濃度可為每500億份燃料小于1份催化劑或增強劑的濃度。最優(yōu)選的是，按重量計，在燃料中有每1000億份燃料約1份催化劑或增強劑至每6萬億份燃料小于1份催化劑或增強劑。
適合的催化劑或增強劑可為聚氯乙烯、六氯合鉑酸鉀、六氯合鉑酸或硝酸銨中的一種或多種，雖然熟練的技術(shù)人員已知的任何適合的催化劑或增強劑或其組合物都可使用。
燃燒可在內(nèi)燃機、透平或在鍋爐、噴氣發(fā)動機、加熱爐或其他為提供熱或能量的設備中發(fā)生?？蓛?yōu)選用噴射法將燃燒催化劑或增強劑加到固體燃料中。另一方面，可將燃燒催化劑加到氣態(tài)燃料中。燃燒催化劑或增強劑的加入可在為燃燒過程提供氧的氣體物流中或在加到透平的水蒸汽中進行。
所述的方法還可包括改變?nèi)紵旌衔镏械目諝?燃料比，來提高空氣的數(shù)量或降低燃料的數(shù)量。
在第二方面中，本發(fā)明涉及燃燒催化劑或增強劑在極低燃燒催化劑濃度下與燃料混合的方法，所述的方法包括以下步驟將燃燒催化劑溶于水或其他適合的溶劑中，形成第一預混合物；通過與親水的/親油的有機化合物混合來使第一預混合物稀釋，形成第二預混合物；用燃料或其他適合的材料在一步或多步稀釋步驟中稀釋第二預混合物，得到所需的極低的催化劑濃度。
適合的親水/親油有機化合物可為異丙醇或甲基叔丁基醚(“MTBE”)和/或甲乙酮(MEK)和/或甲基異丁基酮(MIBK)和/或丁醇。甲醇也可能是適合的。
在第三方面中，本發(fā)明涉及這樣一種燃燒催化劑或增強劑與燃料混合的方法，所述的方法包括以下步驟燃燒催化劑與親水/親油的有機化合物例如異丙醇、MTBE或類似的物質(zhì)混合，得到一種預混合物；然后將預混合物與燃料混合。
在第四方面，本發(fā)明涉及一種含有一種或多種催化劑或燃燒增強劑和一種溶劑的組合物包，所述的溶劑包含水和/或異丙醇和/或MTBE或其他適用的溶劑，其中所述的組合物包加到預定數(shù)量的燃料中，得到催化劑濃度小于每100百萬份燃料1份的混合物。
在第五方面中，本發(fā)明涉及一種含有燃料和燃燒催化劑的組合物，其中燃燒催化劑的濃度小于每100百萬份燃料1份、最優(yōu)選每2400億份燃料約1份至每1.2萬億份燃料約1份，還可能低到每6萬億份燃料1份。
優(yōu)選實施方案詳述在本說明書中，術(shù)語“內(nèi)燃機”包括所有移動(包括船舶)和固定應用場合的，兩沖程、四沖程和旋轉(zhuǎn)型的奧托發(fā)動機和柴油發(fā)動機和壓縮氣體發(fā)動機或其他發(fā)動機。但是，應當認識到，本發(fā)明可用于任何適合的燃燒型式，例如在鍋爐、透平和加熱火焰中。本發(fā)明方法和組合物的應用不限于僅在發(fā)動機中的應用，但在發(fā)動機應用場合中特別有益。
本發(fā)明至少部分基于本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)燃燒催化劑或增強劑與燃料混合時，在極低的濃度下它們可能是有效的。這些濃度可低到每240000000000份燃料1份(即每2400億份燃料1份)至每6000000000000份燃料1份(即每6萬億份燃料1份)，或甚至更低。
燃燒催化劑或增強劑可為熟練技術(shù)人員已知的任何催化劑或增強劑。催化劑或增強劑可包括下表1中一個或多個組分。
表1氧化釕(IV)
氯化釕(III)氯化釕(III)三水合物溴化釕(III)及其水合物五氯合釕(III)酸銨水合物，(NH4)2RuCl5.5H2O氧化釕(VI)鉀氧化銠(III)氯化銠(III)及其水合物硝酸銠(III)及其水合物氯化銥(III)氧化銥(III)氧化銥(IV)六氯合銥(IV)酸及其水合物六氯合銥(IV)酸銨及其水合物四氧化鋨氯化鋨(III)鉑黑氧化鉑(IV)及其水合物氯化鉑(II)氯化鉑(IV)聚氯乙烯水合六氯合鉑(IV)酸六羥基合鉑(IV)酸氯化四氨合氯化鉑(II)一水合物二亞硝酸根·二氨合鉑(II)硫酸根·二亞硝酸根合鉑(II)酸二硝酸四氨合鉑(II)氯化鈀(II)氧化鈀(II)硝酸鈀(II)二水合物六氯合鈀(IV)酸銨硝酸四氨合鈀(II)三水合四氰合鈀(II)酸鉀高錸酸鉀氯化錸(III)三(乙酰丙酮根)合錸(III)順-二氯(2，2′-聯(lián)吡啶)合鉑(II)，PtCl2(C10H8N2)二氯·(1，5-環(huán)辛二烯)合鉑(II)，PtCl2(C8H12)硝酸2-羥乙基硫醇·(2，2′，2″-三聯(lián)吡啶)合鉑(II)，[Pt(C2H5OS)(C15H11N3)]NO3三羰基·氯合銥(I)，[IrCl(CO)3]n氯·(1，5-環(huán)辛二烯)合銥(I)二聚物，[IrCl(C8H12)]2反-氯化·二氯·雙(乙二胺)合銥(III)，反-[IrCl2(C2H8N2)2]Cl辛酸銠(II)二聚物，Rh2[O2C(CH2)6CH3]4乙酰丙酮根·(1，5-環(huán)辛二烯)合銠(I)，Rh(C8H12)(C5H7O2)乙酰丙酮根·(降冰片二烯)合銠(I)，Rh(C7H8)(C5H7O2)氫·四(三苯基膦)合銠(I)，RhH(PPh3)4二乙酸根·雙(三苯基膦)合鈀(II)，(CH3CO2)2Pd(PPh3)2雙(二亞芐基丙酮)合鈀(O)，Pd(C17H14O)2二氯·[1，2-雙(二苯基膦基)乙烷]合鈀(II)，PdCl2(Ph2PCH2CH2PPh2)三氟乙酸鈀(II)，Pd(CF3CO2)2乙酸根·氫·三(三苯基膦)合釕(II)，RuH(OCOCH3)(PPh3)3二(μ-氯)·二(苯)·二氯合二釕(II)，[RuCl2(C6H6)2]2三(2，2′-聯(lián)吡啶)合釕(O)，(C10H8N2)3Ru羰基·二氫·三(三苯基膦)合釕(II)，RuH2(CO)(PPh3)3雙(環(huán)戊二烯基)合釕(II)“釕茂”，(C5H5)2Ru二氫·四(三苯基膦)合釕(II)，RuH2(PPh3)4六氟乙酰丙酮釕(III)，Ru(CF3COCHCOCF3)3
硝酸銨二氯·乙二胺合鉑(II)，[Pt(C2H8N2)Cl2]雙(乙酰丙酮根合)鉑(II)，[Pt(C5H7O2)2]二氯·雙(三苯基膦)合鉑(II)，[PtCl2(PPh3)2]四(三苯基膦)合鉑(O)，[Pt(PPh3)4]雙(乙酰丙酮根合)鈀(II)，[Pd(C5H7O2)2]二氯·(環(huán)辛-1，5-二烯)合鈀(II)，[Pd(C8H12)Cl2]氯·(π-烯丙基)合鈀(II)二聚物，[Pd(pi-C3H5)Cl]2醋酸鈀(II)三聚物，[Pd(CH3CO2)2]3三(乙酰丙酮根)合釕(III)，[Ru(C5H7O2)3]氫·羰基·三(三苯基膦)合銠(I)，[Rh(H)(CO)(PPh3)3]乙酰丙酮根·二羰基合銠(I)，[Rh(CO)2(C5H7O2)]三(乙酰丙酮根)合銠(III)，[Rh(C5H7O2)3]溴·三(三苯基膦)合銠(I)，[RhBr(PPh3)3]醋酸銠(II)二聚物，[Rh2(CO2CH3)4]三(乙酰丙酮根)合銥(III)，[Ir(C5H7O2)3]十二羰基合三鋨(O)，Os3(CO)12下表2所列的為優(yōu)選的。
表2鈀氯化鈀(II)，還有溴化物、碘化物、硝酸鹽水合物、氧化物、硫酸鹽水合物和氫氧化物三(二亞芐基丙酮)合二鈀(0)二氯·(1，1-二二苯基膦基)二茂鐵鈀(II)氯化烯丙基鈀(II)二聚物反-二氯·雙(乙腈)合鈀(II)反-二氯·雙(芐腈)合鈀(II)反-二氯·雙(三苯基膦)合鈀(II)
反-乙酸根·(三苯基膦)合鈀(II)二氯·(降冰片二烯)合鈀(II)2，4-正戊二酮根合鈀(II)鉑氯化鉑(II)*氯化鉑(IV)**還為溴化物、碘化物和硫化物鹽氧化鉑(IV)水合物(Adamsi催化劑)2，4-正戊二酮根合鉑(II)二溴·(1，5-環(huán)辛二烯)合鉑(II)二碘·(1，5-環(huán)辛二烯)合鉑(II)二苯基·(1，5-環(huán)辛二烯)合鉑(II)二氯·雙(乙腈)合鉑(II)二氯·雙(芐腈)合鉑(II)二氯·(降冰片二烯)合鉑(II)六氯合鉑(IV)酸銠氯化銠(III)水合物碘化銠(III)*還為氧化物、硫酮根合鹽和溴化物鹽。
2，4-戊二酮根合銠(III)二羰基·2，4-戊二酮根合銠(I)氯·三(三苯基膦)合銠(I)溴·羰基·雙(三苯基膦)合銠(I)氯·羰基·雙(三苯基膦)合銠(I)氯·(降冰片二烯)合銠(I)二聚物雙(1，5-環(huán)辛二烯)合銠(I)四氟硼酸鹽釕氯化釕(III)水合物*還有氧化物、溴化物、碘化物和胺鹽。
二氯·三(三苯基膦)合釕(II)二氯·三羰基合釕(II)二聚物2，4-戊二酮根合釕(III)二氯·(1，5-環(huán)辛二烯)合釕(III)低聚物二羰基·雙(三苯基膦)合釕(II)十二羰基合三釕(O)硝酸亞硝酰基釕銥氯化銥(IV)水合物*還有氯化銥(III)、氧化物、氫氧化物、溴化物、硫酸鹽和碘化物鹽。
2，4-戊二酮根合銥(III)2，4-戊二酮根·二羰基合銥(I)氯·羰基·雙(三苯基膦)合銥(I)氫·羰基·三(三苯基膦)合銥(I)四氟硼酸雙(1，5-環(huán)辛二烯)合銥(I)鋨氧化鋨(VIII)還有表3所列的催化劑或增強劑。
表3鑭鈰鐠釹钷釤銪釓鋱鏑鈥鉺銩鐿镥催化劑或增強劑可為可溶形式的氟化物、氯化物、溴化物、硫酸鹽、硝酸鹽和水合物。催化劑或增強劑可選自表4所列的。
表4鈷鎳錳鐵銅鉬釩鋯鈹鉻鋁釷鍋錫銫鉀鈉鉭鈦碳鋰優(yōu)選的是，表4中的元素為氟化物、氯化物、溴化物、硫酸鹽、硝酸鹽或水合物。
可優(yōu)選使用所列催化劑和增強劑的有機金屬配合物。也可有利地使用在室溫下可溶于溶劑的其他電解質(zhì)。
在一些情況下，可能有每6萬億份燃料小于1份的燃燒催化劑或增強劑的稀釋液。預計低達每8萬億或10萬億或甚至12萬億份燃料1份的濃度可得到各種益處。
燃燒催化劑可包含貴金屬例如銀、金、鉑，特別是還可包含銅、汞、鋁、鈀、銠、銥和砷。當使用本發(fā)明的方法時，催化劑可來自鉑族金屬化合物。催化劑在性質(zhì)上可為有機的。適合的鉑族金屬化合物可為六氯合鉑(IV)酸鉀或六氯合鉑(IV)酸。另一方面，燃燒催化劑或增強劑可為聚氯乙烯(“PVC”)和/或硝酸銨。
在本說明書中，“燃燒催化劑”或“催化劑”或“燃燒增強劑”或“增強劑”或其變種包括加到燃料中能增強主燃料燃燒的物質(zhì)，以便至少部分實現(xiàn)燃料完全的或改進的氧化、消除或減少沉積物生成和廢氣排放、燒掉存在的沉積物以及改進燃料燃燒系統(tǒng)例如內(nèi)燃機的總操作效率中的一項或多項。雖然“催化劑”包括改變和提高反應速率而在過程中又不消耗的物質(zhì)形式的真正催化劑，但它不限于這一規(guī)定，在本說明書中還包括增強燃燒但也消耗的物質(zhì)?？捎酶鞣N術(shù)語作為替代，但應認識到，可擴大到兩類化合物。在本說明書中，燃燒催化劑或增強劑指可溶性化合物。
內(nèi)燃機包括燃料在其中通過火花或壓縮進行點火的發(fā)動機，包括但不限于奧托發(fā)動機或汽油發(fā)動機、柴油或燒重質(zhì)燃料的發(fā)動機，氣體透平、分層次供料和凡爾克和其他旋轉(zhuǎn)型發(fā)動機、噴氣發(fā)動機等。
本發(fā)明可使用的燃料包括烴類燃料，例如燃料氣或汽油、柴油、gasohol和生物燃料。按照發(fā)動機設計和可供性，也可使用其他燃料例如甲烷、丙烷、丁烷、殘渣燃料、煤油和航空汽油。餾分油燃料是大家熟悉的，通常主要部分為正常液體燃料，例如烴質(zhì)石油餾分油燃料(例如馬達汽油和柴油燃料)。這樣的燃料還可含有象醇類、醚類、有機硝酸酯化合物等那樣的物質(zhì)(例如甲醇、乙醇、乙醚、甲醚和硝基甲烷)。由植物或礦物源例如谷物、alfalfa、油頁巖和煤得到的液體燃料也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。一些適合的燃料混合物的實例包括汽油和乙醇的組合物、柴油燃料和醚的組合物以及汽油和硝基甲烷的組合物。特別優(yōu)選的燃料是柴油和汽油。還可包括固體燃料或氣體燃料、船用鍋爐燃料和其他重質(zhì)油品。
首先可將催化劑或增強劑與可為溶劑的適合載體例如水或有機溶劑或其他適合溶劑混合。這第一步混合得到第一預混合物。然后將載體介質(zhì)和催化劑加到另一稀釋用化合物中，形成第二預混合物。關于這一點，適合的稀釋用化合物為異丙醇，后者可與水和汽油、柴油或其他烴類燃料混合。另一方面，還可使用MTBE、甲醇、乙醇、乙二醇、醚或monoethyelene或其他類型親水/親油產(chǎn)品。
然后用另一適合的載體進一步稀釋第二預混合物，生成第三預混合物或催化劑實體。另一載體可能與用于第二預混合步驟的相同，或它可為最終的燃料或甚至為任何能促進第二預混合物混合或分散在最終的燃料組分中的適合材料。催化劑實體在其濃度下可易于轉(zhuǎn)移，可傳統(tǒng)地和經(jīng)濟地轉(zhuǎn)送給最終的用戶。
可進一步稀釋催化劑實體。適合的稀釋倍數(shù)例如可為1000倍。稀釋用材料可與用于第三預混合步驟的相同，或它可為最終的燃料。這一稀釋生成最終的預混合物組合物或基礎混合物，然后可將它加到用于燃燒的最終燃料中。
下面示出的實施例僅作為說明，不應將它們作為本發(fā)明范圍的限制。重要的是，在每一稀釋階段完全分散。電攪拌設備優(yōu)選用于混合。
實施例1本發(fā)明上述的催化劑加入方法的一個實施例如下步驟1將4-10％(重量)可溶性催化劑溶于96-90％水中、優(yōu)選純化水中。也可使用過氧化氫。另一方面，可將催化劑與醇優(yōu)選直鏈醇混合。所述的醇可為高級醇。雖然范圍為4-10％，但催化劑的濃度可更高，或甚至更低，只要催化劑均勻地溶解或分散在整個混合溶液或溶劑中。一個最終的目的是催化劑在最終的燃料混合物中相對均勻的分散。
步驟2將1克步驟1的組合物加到19克異丙醇和/或MTBE中。在另一方法中，水可用于步驟2。在這一步驟中，也可使用燃料作為稀釋劑。
步驟3將步驟2的合并混合物(即20克)加到980克適合的稀釋用液體中。稀釋用液體可為最終的燃料組分，或它可為能分散或溶解在最終燃料組分中的一種物質(zhì)。異丙醇和MTBE為這樣的適合物質(zhì)的實例。也可使用水。
步驟4然后可將步驟3的產(chǎn)物在步驟3中使用的一種或多種化合物中或在最終的可燃性燃料組分中稀釋1000倍。這一稀釋制得基礎催化劑混合物。如果希望得到催化劑在最終產(chǎn)物中的優(yōu)選濃度，那么可改變1000的稀釋倍數(shù)。如果在步驟4中使用水，那么優(yōu)選將1份生成的物質(zhì)加到20份異丙醇和/或MTBE中，然后可加到步驟5的燃料中。如果在步驟4中使用水作為混合用液體或溶劑以及燃料為柴油，那么將步驟4的產(chǎn)物以50ppm或更低的比率直接加到柴油中。在冷的氣候中，在較高的比率下可能遇到一些困難。
步驟5將步驟4的基礎催化劑混合物以約10至80ppmw燃料的比率加到燃料中，得到最終的濃度為每240000000000(2400億)份重燃料約1份催化劑至每6000000000000(6萬億)份重燃料1份催化劑。對于熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員很顯然，可作出適當?shù)男拚?，得到?00百萬份燃料小于1份催化劑或增強劑至每6萬億份燃料(6000000000000)大于或等于1份催化劑或增強劑的任何所需的濃度。
當使用完全互溶的親水和親油的有機化合物例如異丙醇時，與燃料的最終混合是相對簡單的。但是，其他成分可能需要相當大的機械混合或攪拌，以便有效地分散或溶解。當使用大量水時，情況可能就是這樣。
如果燃燒催化劑首先溶于水中，然后在加入親水/親油化合物以前再以10∶1至1000∶1加入水，那么本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，難以使催化劑完全分散在整個燃料中，從而需要不斷的或強烈的混合來達到滿意的結(jié)果。合并的催化劑或增強劑仍可在優(yōu)選的范圍內(nèi)。另一方面，單個的添加劑可在優(yōu)選的范圍內(nèi)，同時在與其他添加劑組合。
實施例2步驟1將8份重催化劑溶于92份水或其他溶劑中。
步驟2將1份步驟1的混合物加到1000-2000份重親水/親油有機化合物例如異丙醇中。這樣就生成完全與燃料互溶的混合物。另一混合用液體為MTBE和/或水或甚至最終的燃料。這一預混合物可稱為主預混合物。
步驟3可用燃料或完全可與燃料相容的材料將主預混合物稀釋1000倍，生成可稱為基礎預混合物的預混合物。在這一步，催化劑的濃度可為每12百萬份1份至每100百萬份1份?？上嗳莸奈镔|(zhì)例如可為異丙醇、MTBE和水中的一種或多種。
然后可將基礎預混合物按10-50ppm的比率加到燃料中。
步驟4當基礎預混合物加到最終的燃料中，它可擴大20000-100000倍。選擇稀釋倍數(shù)，得到這樣的優(yōu)選結(jié)果，其中催化劑在燃燒的燃料中的濃度為每2400億份約1份至每1.2萬億份約1份。可選擇適合的稀釋倍數(shù)，以便得到低至每6萬億份燃料1份的濃度。但是，應當認識到，所述的范圍可小于每100百萬份燃料1份催化劑以及低至每6萬億份燃料1份催化劑。
本發(fā)明人意想不到地表明，包括燃燒增強劑在內(nèi)的催化劑在難以檢測的極低濃度下可能是有效的。
本方法的各步驟可按時間分開。此外，單個步驟可分成熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員理解的多個子步驟，以得到相同的結(jié)果。
不打算將本發(fā)明限制到任何一種操作理論，本發(fā)明人設想，催化劑的低濃度使燃料中的分子理想上處于彼此相互接觸以及與氧結(jié)合。即與燃料分子的數(shù)目相比，催化劑分子的數(shù)目很小，這就使最大數(shù)目的燃料分子接觸單個催化劑分子。
已知高濃度下催化劑常常生成配合物。我們推論，使用的任何催化劑在高濃度下都有高的效力，因為催化劑的配合物比同等數(shù)目的單個催化劑分子占有較小的空間。當催化劑被稀釋，配合物相隔更遠，它們之間有更多的燃料，因此催化過程的效率下降。還可推論，當催化劑進一步稀釋，配合物的尺寸開始下降，使每一配合物中有較少的分子。這可能使更多的燃料分子接觸更多的催化劑分子，因此催化劑的效率開始提高。當僅存在單一的催化劑分子(即沒有催化劑的配合物)的稀釋得到時，可達到這一效果的極限，在這時，催化劑再次顯示出有效的燃燒增強能力。在這一點以后，任何進一步的稀釋都會進一步分散單個的催化劑分子，進一步被大量插入的燃料分子隔開。因此，最終將出現(xiàn)效率迅速的下降。從最初的觀測結(jié)果，顯然本發(fā)明的最大效率可在每2400億份燃料約1份催化劑至每1.2萬億份燃料1份催化劑的范圍內(nèi)出現(xiàn)。但是，應當指出，對于本發(fā)明來說，在極低的催化劑范圍內(nèi)，在相當大的范圍提供燃燒增強效果，并可擴大到低至每6萬億份燃料1份催化劑或甚至更低的濃度。
作為本發(fā)明另一可能的理論基礎部分，應當指出，阿伏伽德羅數(shù)為6.02×1023，它為1摩爾任何物質(zhì)中含有的原子數(shù)目。所以，甚至在每萬億份中1份的稀釋下，對于每6.02×1023個燃料分子來說，存在約6.02×1011個催化劑分子。所以，甚至在極低的濃度下，每升燃料仍含有十億個催化劑分子。因此，顯然催化劑的使用為催化劑提供一種反Bell性能曲線，它提供在相對高的濃度下的效率，然后隨著催化劑濃度繼續(xù)下降，在效率產(chǎn)生幾乎不合理的上升以前隨著催化劑濃度下降而下降。這一效率隨催化劑減少而提高，一直到最終開始迅速下降為止。當稀釋超過每6萬億份燃料1份催化劑時，這一點可能出現(xiàn)。但是，正如指出的，本申請人不希望限制到任何一種理論，提出上述內(nèi)容僅作為設想的例證。
實施例3步驟1將8份重催化劑(聚氯乙烯或六氯合鉑(IV)酸鉀、六氯合鉑(IV)酸或硝酸銨或任何不干擾燃燒或廢氣系統(tǒng)中存在的其他催化劑的重金屬鹽催化劑)溶于92份重水中。
步驟2將1份步驟1的混合物加到1000-2000份親水/親油的有機化合物(例如異丙醇或MTBE)中，得到與燃料互溶的混合物，可稱為“主”預混合物。
步驟3將1份步驟2的主預混合物加到1000份最終的燃料中，生成可稱為“基礎預混合物”的最終預混合物中。
步驟4
將基礎預混合物以約50ppm的比率加到要燃燒的燃料中。這就得到優(yōu)選有每2400億份混合物1份催化劑或增強劑至每1.2萬億份混合物1份催化劑或增強劑的最終可燃性混合物?？蛇x擇適合的稀釋比，以便得到每200百萬份燃料1份至每6萬億份燃料1份或甚至更低的濃度范圍?？上♂尰A預混合物，使它加到燃料中時更準確和更容易測量。
其他重金屬催化劑可用于實施例3的方法中。當補充重金屬的鹽特別是氯化物時特別有效。
使用這一方法，本發(fā)明人令人吃驚地發(fā)現(xiàn)，通常不稱為催化劑或燃燒增強劑的PVC可就這樣起作用。
優(yōu)選在基礎預混合物中含有每12百萬份混合物約1份至每100百萬份混合物約1份催化劑?；A預混合物可很容易測量，并以所需的10-50ppm的比率加到燃料中，以便得到優(yōu)選的濃度。可在加到最終燃料混合物中以前將基礎預混合物再稀釋20倍來提高這一步驟的準確性。
本發(fā)明可提供這樣一個優(yōu)點可首先將少量催化劑溶于一定數(shù)量的含氫/氧的化合物例如水或過氧化氫或有機溶劑中。
所述的方法還提供一種使用少量親水/親油有機化合物制備可與燃料互混的混合物然后在燃料中擴大所述混合物的步驟，其中使用易與與最終燃料組分混合的材料。
在使用本發(fā)明的方法得到最大優(yōu)點中，調(diào)節(jié)控制燃燒發(fā)動機中空氣和燃料混合物比的設定可能是必要的。由于燃料更完全有效地燃燒，每單位體積提供更高的能量，可從降低燃料/空氣比得到這樣一個優(yōu)點。這可能提供更大的經(jīng)濟性，還使燃燒發(fā)動機中產(chǎn)生的排放物減少。
當使用本發(fā)明固體燃料的方法時，可在燃燒以前將催化劑預混合物噴射到固體燃料中。催化劑可按液體混合物相同的濃度以重量為基礎加入。另一方面，可將催化劑混合物通過為發(fā)動機中燃燒提供氧的空氣流送入。可制備催化劑和溶劑的混合物，并將它以預定數(shù)量噴入空氣流中，得到適合的低催化劑/燃料比混合物。在某些透平中，特別是用于生產(chǎn)電力的那些透平中，送入水蒸汽，以便冷卻燃燒室。在這些應用場合中，可將催化劑通過水蒸汽送入?？蓪⒋呋瘎┲苯蛹拥剿羝?，或優(yōu)選首先與水、異丙醇、MTBE或其他適合的產(chǎn)物合并。應用的比率隨水蒸汽和燃料的相對數(shù)量變化，但熟練的技術(shù)人員很容易計算出這一比率，使催化劑和燃料的最終混合物達到優(yōu)選的范圍。
在一個實施方案中，本發(fā)明的方法可通過將極低濃度的催化劑加到發(fā)動機潤滑油中，以便通過潤滑油潤滑汽缸將催化劑提供到燃燒室。在這種情況下，在潤滑劑中可使用更高濃度的催化劑，因為在燃燒周期之間殘留在汽缸筒上的油量很少。催化劑在發(fā)動機油中的濃度宜為1ppm。
本發(fā)明提供的優(yōu)點包括經(jīng)濟性和高效率兩方面。燃料將更有效且完全地燃燒，得到高的能量產(chǎn)率。要求較低的激發(fā)速率來引發(fā)燃燒，甚至整個空氣燃料混合物燃燒。這樣防止出現(xiàn)過熱點，后者的存在會損壞發(fā)動機和產(chǎn)生NOX。更完全的燃燒可使炭燃燒，從而避免沉積物在汽缸中產(chǎn)生。
燃燒催化劑結(jié)合到燃料中可減少排放物和由于沉積物不完全燃燒生成的煙霧。
雖然描述與重量為基礎的比率有關，但很顯然這些比率同樣可以體積或重/體基礎上確定。
在整個說明書中，目的是要描述本發(fā)明的各種優(yōu)選實施方案，而又不將本發(fā)明限制到任何一個實施方案或具體的特點中。所以，熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員會認識到，根據(jù)本公開內(nèi)容，在不違背本發(fā)明范圍的條件下，可對例證性的特定實施方案作各種改進和改變。所有這樣的改進和改變都包括在附后的權(quán)利要求書范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種改進燃料燃燒的方法，所述的方法包括將濃度為每100百萬份重燃料小于1份重燃燒催化劑或增強劑的燃燒催化劑或增強劑加到燃料中的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將燃燒催化劑或增強劑溶解和分散的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將濃度為每500百萬份重燃料小于1份重燃燒催化劑或增強劑的燃燒催化劑或增強劑加到燃料中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將濃度為每1000百萬份重燃料小于1份重燃燒催化劑或增強劑的燃燒催化劑或增強劑加到燃料中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將濃度為每1000億份重燃料小于1份重燃燒催化劑或增強劑的燃燒催化劑或增強劑加到燃料中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中將濃度為每1000億份重燃料約1份重燃燒催化劑或增強劑至每6萬億份重燃料約1份重燃燒催化劑或增強劑的燃燒催化劑或增強劑加到燃料中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中燃燒催化劑或增強劑為表1、表2、表3和表4所列的化合物中至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中燃燒催化劑或增強劑為表1所列的化合物中至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中燃燒催化劑或增強劑為表2所列的化合物中至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中燃燒催化劑或增強劑為表3所列的化合物中至少一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中燃燒催化劑或增強劑為表4所列的化合物中至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中燃燒催化劑或增強劑含貴金屬元素或其化合物。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項的方法，其中燃燒在內(nèi)燃機中進行。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中燃燒在鍋爐、加熱爐中進行，或為了提供熱量。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中燃燒在噴氣發(fā)動機或其他透平中進行。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中通過將燃燒催化劑或增強劑噴射到燃料上使燃燒催化劑或增強劑加到固體燃料中，得到濃度為每200百萬份1份至每6萬億份1份(重/重)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中將燃燒催化劑或增強劑加到為燃燒過程提供氧的空氣流中。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中將燃燒催化劑或增強劑通過催化劑與水蒸汽的組合物加到透平中。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中將燃燒催化劑或增強劑加到氣體燃料中。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的方法，其中燃燒在發(fā)動機中進行，與沒有燃燒催化劑或增強劑的發(fā)動機的操作相比，燃燒混合物中空氣/燃料比增加。
21.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中燃燒催化劑為六氯鉑(IV)酸鉀和六氯鉑(IV)酸中的一種或兩種。
22.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中燃燒催化劑包括聚氯乙烯和硝酸銨中的一種。
23.一種改進燃料燃燒的方法，所述的方法包括以下步驟將燃燒催化劑或增強劑與水或其他溶劑混合，形成第一預混合物；將第一預混合物與親水的/親油的有機化合物混合，形成第二預混合物；將第二預混合物與燃料或與燃料相容的介質(zhì)混合，形成第三預混合物；以及將第三預混合物與液體燃料混合。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中在最終的混合物中，燃燒催化劑或增強劑的濃度為每100百萬份燃料小于1份催化劑或增強劑至每6萬億份燃料大于或等于1份催化劑或增強劑。
25.一種改進燃料燃燒的方法，所述的方法包括以下步驟將燃燒催化劑或增強劑與水或其他溶劑混合，形成第一預混合物；將第一預混合物與親水的/親油的有機化合物混合，形成第二預混合物；將第二預混合物與燃料或與燃料相容的介質(zhì)混合，形成第三預混合物；以及將第三預混合物與液體燃料混合，使?jié)舛葹槊?00百萬份重燃料約1份重燃燒催化劑至每6萬億份重燃料約1份重燃燒催化劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中可將步驟中的一個或多個步驟進一步分成幾個分開的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中第三預混合物與液體燃料的混合使?jié)舛葹槊?000億份燃料1份催化劑或增強劑至每6萬億份燃料1份催化劑或增強劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求23-27中任一項的方法，其中用電攪拌設備進行混合。
29.一種增強燃料在燃燒發(fā)動機中燃燒的方法，所述的方法包括將燃燒催化劑或增強劑加到燃燒發(fā)動機的潤滑油中，按重量或體積計，加入的所述催化劑的濃度為每百萬份潤滑油約1份催化劑。
30.一種燃料和燃燒催化劑的組合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每100百萬份燃料小于1份然燒催化劑或增強劑至每6萬億份燃料大于或等于1份燃燒催化劑或增強劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的燃料和燃燒催化劑的組合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每500百萬份燃料小于1份燃燒催化劑至每3萬億份燃料大于1份。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的燃料和燃燒催化劑的組合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每十億(1000百萬)份燃料小于1份燃燒催化劑或增強劑至每3萬億份燃料大于1份。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的燃料和燃燒催化劑的組合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每100百萬份燃料約1份燃燒催化劑或增強劑至每6萬億份燃料約1份。
34.一種用于加到燃料中的組合物包，所述的組合物包含燃燒催化劑或增強劑以及適合的溶劑，其中將組合物包加到預定數(shù)量的燃料中，得到催化劑濃度為每100百萬份燃料小于1份至每6萬億份燃料大于1份的混合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的組合物包，其中適合的溶劑為水、異丙醇、甲醇、乙醇、MTBE和其他親水/親油化合物中的一種或多種。
36.一種至少一種燃燒催化劑或增強劑以及水和親水/親油液體中一種的混合物。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的混合物，其中至少一種燃燒催化劑或增強劑選自表1、表2、表3或表4中的。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37的混合物，其中親水/親油液體為異丙醇、甲醇、乙醇、MTBE、甲乙酮、甲基異丁基酮和甲醇中的一種或多種。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的混合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每100份溶劑4-10份至每百萬份燃料和溶劑的組合物4-10份。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的混合物，還包含燃料。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的混合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每200百萬份燃料1份至每6萬億份燃料1份。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的混合物，其中燃燒催化劑或增強劑的濃度為每十億份燃料1份至每3萬億份燃料1份。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的混合物，其中催化劑的濃度為每24億份燃料1份至每2.5萬億份燃料1份。
44.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中其他溶劑為異丙醇、甲醇、乙醇中、MTBE、甲乙酮、甲基異丁基酮和甲醇的一種或多種。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中親水/親油化合物為異丙醇、甲醇、乙醇、MTBE、甲乙酮、甲基異丁基酮和甲醇中的一種或多種。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，其中與燃料相容的介質(zhì)為異丙醇、甲醇、乙醇、MTBE、甲乙酮、甲基異丁基酮和甲醇中的一種或多種。
全文摘要
一種通過將極低濃度的催化劑或燃燒增強劑加入來改進燃料燃燒的方法，所述的濃度優(yōu)選為每200百萬份燃料1份催化劑至每6萬億份燃料1份催化劑。催化劑或燃燒增強劑可選自各種可溶性化合物。所述的方法可包含以下步驟首先催化劑或增強劑與適合的溶劑混合，然后使用溶劑或燃料的稀釋步驟。適合的溶劑包括水、MTBE、甲乙酮、甲基異丁基酮、丁醇、異丙醇和其他親水/親油化合物。
文檔編號C10L3/00GK1599786SQ02824351
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月9日
發(fā)明者羅伯特·W·卡羅爾, 諾埃爾·卡羅爾, 威廉·F·卡羅爾, 邁克爾·卡羅爾 申請人:羅伯特·W·卡羅爾, 諾埃爾·卡羅爾, 威廉·F·卡羅爾, 邁克爾·卡羅爾