本發(fā)明涉及一種使燃油品質(zhì)和功效升級(jí)的疊氮物及安全環(huán)保合成方法，屬于燃油技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
燃油節(jié)能減排是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生大事，急待有新的突破。目前聚疊氮縮水甘油醚合成工藝成本高，安全環(huán)保問題嚴(yán)重，作為燃油添加劑用量大，燃油中儲(chǔ)存也不夠安全穩(wěn)定，功效用途開發(fā)不足等。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種使燃油品質(zhì)和功效升級(jí)的疊氮物及安全環(huán)保合成方法，以便更好地改善燃油使用效果。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
一種使燃油品質(zhì)和功效升級(jí)的疊氮物，該疊氮物是指由飽和烷基醇或酚，環(huán)氧氯丙烷，疊氮化鈉為原料得到的主產(chǎn)物，少量的副產(chǎn)物以及包含疊氮催化劑在內(nèi)的混合物；其中：(1)主產(chǎn)物：聚疊氮縮水甘油醚，簡(jiǎn)稱gap；(2)副產(chǎn)物：聚疊氮縮水甘油醚的含氯異構(gòu)體，簡(jiǎn)稱gap-cl；(3)疊氮催化劑：第二步反應(yīng)合成用的自制的疊氮化催化劑；(4)中間體：聚環(huán)氧氯丙烷，簡(jiǎn)稱pech，是疊氮物合成的中間產(chǎn)物，不是疊氮物的組成部分；其中：聚合數(shù)n＝1-8的疊氮化鈉取代氯基的任意mol數(shù)，n可不為整數(shù)，飽和烷基r＝2-18碳原子數(shù)的醇或酚。
進(jìn)一步地，疊氮物所用原料/催化劑/溶劑為：
(1)疊氮物所用原料：飽和烷基醇或酚roh，其中r為除苯環(huán)外都為飽和鍵的烷基，優(yōu)選酚基和異構(gòu)基；環(huán)氧氯丙烷ech，要求工業(yè)品含量99％，優(yōu)選含量99.5％以上；疊氮化鈉nan3，要求工業(yè)品含量99％以上，或使用lin3/kn3/四烷基疊氮化胺為原料。
(2)疊氮物所用催化劑：四氯化錫sncl4，要求選用無(wú)水四氯化錫；三氟化硼乙醚絡(luò)合物bf3·oet2，要求bf3含量達(dá)47％左右，疊氮化催化劑為第二步反應(yīng)合成的自制專用催化劑。
(3)疊氮物所用溶劑：120#溶劑油要求質(zhì)量達(dá)到國(guó)標(biāo)。
進(jìn)一步地，飽和烷基醇為乙基至十八飽和烷基醇及其異購(gòu)體，包括仲丁醇、叔戊醇、環(huán)己醇、苯乙醇、異十三醇、異十八醇等；飽和烷基酚為乙基至十二烷基苯酚及其異購(gòu)體，包括2，6-二甲基苯酚，2，4，6-三甲基苯酚，2，4-二叔丁基苯酚，鄰仲丁基苯酚，對(duì)叔戊基苯酚，三聚異丁基苯酚。
進(jìn)一步地，本疊氮物的環(huán)保合成方法及步驟如下：
(1)聚環(huán)氧氯丙烷pech合成：在冷水浴中裝好機(jī)械攪拌器，自動(dòng)控溫儀，氮?dú)鈱?dǎo)管及三口燒瓶，加入roh，開啟攪拌，緩慢通入干燥氮?dú)?，然后注入無(wú)水sncl4或bf3·oet2，待溫度降至30℃以下時(shí)，將ech滴加完畢，控制溫度5-50℃，優(yōu)選溫度10-40℃，攪拌反應(yīng)2-10小時(shí)，優(yōu)選反應(yīng)3-8小時(shí)；反應(yīng)完成后，加入120#溶劑油將密度控制在0.88以下，水洗2-3次分離雜質(zhì)，減壓蒸餾脫去120#溶劑油即得pech；
(2)疊氮物合成：將pech加入到裝有機(jī)械攪拌器的三口燒瓶?jī)?nèi)，然后加入自制疊氮化催化劑充分?jǐn)嚢枞芙?，再加入nan3，升溫至70-100℃攪拌6-10h；反應(yīng)停止后，降溫至50℃再加入120#溶劑油，將密度控制在0.88g/cm3以下，充分?jǐn)嚢韬箅x心去雜，減壓蒸餾脫120#溶劑油得無(wú)色或淡黃色疊氮物。
本發(fā)明提供的疊氮物在燃油和內(nèi)燃機(jī)中的作用機(jī)理：
(1)提高燃油燃燒效率，通常采用降低燃油的表面張力，減少汽化需求的能量，改進(jìn)燃油噴射方法等，實(shí)踐證明這些物理方式效果有限，更科學(xué)方法是提高燃油燃燒強(qiáng)度，改善碳?xì)淙加腿紵阅?，而燃油燃燒性能是由油滴表面氣化率決定，氣化率又是由油滴相變能和熱量傳遞決定的。
(2)由于gap燃速是燃油6倍(gap一般在15ms燃凈，而相同沸點(diǎn)相同直徑的燃油油滴需90ms燃凈)，gap在gap-cl和自制疊氮化催化劑共同作用下燃速更快(gap燃速可再提高1-3倍)，180-200℃先分解生成氮?dú)獠⒎懦龃罅康臒崮?，使油滴積聚氣相壓力造成突然噴發(fā)產(chǎn)生微爆，使油滴預(yù)燃期提前得到所需的相變能，更重要的是疊氮物改變了熱量傳遞方式：由內(nèi)向外爆炸傳播能量，大大縮短了燃燒前的預(yù)燃期。
本發(fā)明提供的疊氮物在燃油和內(nèi)燃機(jī)中產(chǎn)生的功效及性能：
(1)由于疊氮物分解出氮?dú)夂蟮臍埢抢硐氲闹蓟?，是極不穩(wěn)定的超強(qiáng)自由基，更是優(yōu)秀化學(xué)清潔燃燒室的基團(tuán)，在微爆共同作用下清潔速度以毫秒計(jì)算，完全不同于聚醚胺類普通物理吸附溶解的清潔原理，使清潔速度快過(guò)積炭速度，確保了燃燒室快速高效清潔。
(2)由于燃燒室清潔使金屬面裸露，轉(zhuǎn)化成催化燃燒方式，高效的熱輻射能量傳遞方式比重大增，大幅降低了燃油燃燒活化能，燃燒室啟燃和終燃溫度下降100℃以上，冷卻水和尾氣帶走的能量大幅減少，有用功相對(duì)增加，燃燒效率顯著提高，因而節(jié)油更顯著。
(3)由于燃油燃燒初期(燃燒0-40％時(shí)期)微爆作用，提供了更多的能量和高效能量傳播方式，使燃燒室溫度更均衡，啟燃和終燃溫度下降，確保了在氧氣過(guò)剩的條件下氮?dú)獠粎⑴c燃燒，顯著降低了nox生成，微爆和燃燒室表面金屬催化使液態(tài)油分子先瞬間斷裂成氣態(tài)小分子殘基(改變油分子需先汽化只依賴氧自由基攻擊斷鏈傳統(tǒng)燃燒方式)，再同受激的氧氣迅速、徹底、干凈燃燒，顯著降低co和ch存在，使減排提前到燃燒室同步完成，擺脫事后彌補(bǔ)的三元催化減排方式。
(4)由于燃油燃速被加快，單位時(shí)間所做的功增大，內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力顯著提升。
疊氮物在燃油和內(nèi)燃機(jī)中的用途及用法：將該物按20-800ppm量和市售原料200ppm量組配成環(huán)保燃油劑添加燃油中變?yōu)榄h(huán)保燃油，得到如下用途：
該發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明疊氮物分子設(shè)計(jì)和合成方法有如下突出優(yōu)勢(shì)：疊氮物分子設(shè)計(jì)中因r選擇合適，確保了產(chǎn)物本身儲(chǔ)運(yùn)使用的安全穩(wěn)定性(儲(chǔ)期4年以上)和在燃油中儲(chǔ)運(yùn)使用的安全穩(wěn)定性，可大大縮短反應(yīng)時(shí)間，降低反應(yīng)溫，省去反應(yīng)溶劑，只在分離中使用120#溶劑油，產(chǎn)率顯著提高，大幅降低了生產(chǎn)成本，使疊氮化物在燃油中普用成為可能。疊氮物制備是在pech過(guò)量下的疊氮化，疊氮化鈉幾乎全部反應(yīng)完，解決了合成中環(huán)保和安全大問題，大幅降低了環(huán)保和安全成本。考慮到gap-cl燃燒后含有不利的氯原素，添加自制疊氮催化劑另一目的是同gap-cl燃燒后生成的氯化物，能幫助燃燒室抗磨，清潔排氣系統(tǒng)，降低對(duì)環(huán)境的污染。疊氮物中含gap-cl和自制疊氮催化劑，不但沒影響產(chǎn)物使用效果，反而增強(qiáng)了微爆功能，進(jìn)一步提高了燃速1-3倍，在燃油中燃燒效率增加到25％。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
實(shí)施例1
1、pech合成：在冷水浴中裝好機(jī)械攪拌器，自動(dòng)控溫儀，氮?dú)鈱?dǎo)管及三口燒瓶，加入145g壬醇，開啟攪拌，緩慢通入干燥氮?dú)?，然后注?gbf3·oet2，待溫度降至30℃以下時(shí)，將222gech40min滴加完畢，控制溫度30-35℃，攪拌反應(yīng)4小時(shí)。反應(yīng)完成后，加入120#溶劑油將密度控制在0.88以下，水洗2-3次分離雜質(zhì)，減壓蒸餾脫去120#溶劑油即得無(wú)色液pech332g，經(jīng)過(guò)gpc分析，數(shù)均分子量mn＝366
2、疊氮物合成：將332gpech加入到裝有機(jī)械攪拌器的三口燒瓶?jī)?nèi)，然后加入30g自制疊氮化催化劑充分?jǐn)嚢枞芙?，再加?18gnan3，升溫至80℃攪拌7h。反應(yīng)停止后，降溫至50℃再加入120#溶劑油，將密度控制在0.88以下，充分?jǐn)嚢韬箅x心去雜，減壓蒸餾脫120#溶劑油得淡黃色的疊氮物373.9g?？蹨p自制疊氮化催化劑30g，得gap+gap-cl為343.9g，經(jīng)過(guò)gpc分析，數(shù)均分子量mn＝379.4，n含量＝22.2％(同理論數(shù)相等，說(shuō)明分離出的鹽中無(wú)nan3)，產(chǎn)率＞90％。
3、將上述制得的疊氮物按20-800ppm用量和市售的原料200ppm組配后得到車用環(huán)保維護(hù)汽油劑，添加20-1000ppm到車用普通汽油中進(jìn)行車試，測(cè)試車型為北京現(xiàn)代bh7162mx汽油車，行駛60萬(wàn)公里報(bào)廢車，手動(dòng)檔，閉環(huán)電噴。
4、將上述制得的疊氮物按20-800ppm用量和市售的原料200ppm組配后得到車用環(huán)保增效汽油劑，添加20-1000ppm到車用普通汽油中進(jìn)行車試，測(cè)試車型為奧迪a6l1.8b汽油車，行駛22.3萬(wàn)公里，手動(dòng)檔，閉環(huán)電噴。
5、國(guó)標(biāo)普通汽油中加20-1000ppm環(huán)保增效汽油劑儲(chǔ)6個(gè)月的油品理化指標(biāo)變化
實(shí)施例2
1、pech合成：在冷水浴中裝好機(jī)械攪拌器，自動(dòng)控溫儀，氮?dú)鈱?dǎo)管及三口燒瓶，加入200g異十三醇，開啟攪拌，緩慢通入干燥氮?dú)?，然后注?.7g無(wú)水sncl4，待溫度降至30℃以下時(shí)，將222gech40min滴加完畢，控制溫度30-35℃，攪拌反應(yīng)5小時(shí)。反應(yīng)完成后，加入120#溶劑油將密度控制在0.88以下，水洗2-3次分離雜質(zhì)，減壓蒸餾脫去120#溶劑油即得無(wú)色液pech384g，經(jīng)過(guò)gpc分析，數(shù)均分子量mn＝422。
2、疊氮物合成：將384gpech加入到裝有機(jī)械攪拌器的三口燒瓶?jī)?nèi)，然后加入35g自制疊氮化催化劑充分?jǐn)嚢枞芙猓偌尤?19gnan3，升溫至90℃攪拌8h。反應(yīng)停止后，降溫至50℃再加入120#溶劑油，將密度控制在0.88以下，充分?jǐn)嚢韬箅x心去雜，減壓蒸餾脫120#溶劑油得淡黃色的疊氮物425g。減去35g自制疊氮化催化劑，gap+gap-cl為390g，經(jīng)過(guò)gpc分析，數(shù)均分子量mn＝422，n含量＝19.7％(同理論數(shù)相等，說(shuō)明分離出的鹽中無(wú)nan3)，產(chǎn)率＞90％。
3、將上述制得的疊氮物按20-800ppm用量和市售的原料200ppm組配后得到車用環(huán)保維護(hù)汽油劑，添加20-1000ppm到汽油中進(jìn)行車試，測(cè)試車型為北京現(xiàn)代bh7200mx汽油車，行駛2.6萬(wàn)公里新車，手動(dòng)檔，閉環(huán)電噴。
4、將上述制得的疊氮物按20-800ppm用量和市售的原料200ppm組配后得到車用環(huán)保增效柴油劑，添加20-1000ppm到柴油中進(jìn)行車試，測(cè)試車型為江淮瑞風(fēng)商務(wù)柴油車，排量2.0cc，行駛30.2萬(wàn)公里。
5、國(guó)標(biāo)普通柴油中加20-1000ppm環(huán)保增效柴油劑儲(chǔ)6個(gè)月的油品理化指標(biāo)變化
以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。