一种燃料及其制备方法与流程

1.本发明涉及燃料技术领域，具体而言，涉及一种燃料及其制备方法。


背景技术：

2.随着经济的不断发展，我国汽车持有量也在不断攀升，与此同时，大量的汽车也导致汽车排放的废气量大大增加，主要包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、固体悬浮颗粒和铅等，这些都能对人体产生巨大的危害，同时也对空气造成极大的污染，严重危害人们的生存环境。因此，在保持汽车持有量的基础上，提升汽油燃烧效率，减少尾气中危险气体的排放变得尤为重要。同时，节能减排，研发清洁能源也能在一定程度上缓解石油这种不可再生资源的过度开发和使用，对全球资源的可持续开采具有重大意义。
3.目前的汽油除了在使用时会排放污染性尾气外，还可能在车辆的持续运行过程中，随着燃料的不断燃烧，在发动机内部的节气门体、喷油嘴、气缸等部门产生油泥和积碳等影响汽车正常运行的物质。如果忽略油泥和积碳的存在，发动机动力也会逐渐受到影响，也会逐渐降低燃油经济性，增加污染环境的物质排放，并可能导致一系列的发动机故障。然而，目前研究较多的甲醇汽油，虽然能在一定程度上减少汽车尾气中危害性气体的排放，但也会导致汽车动力不足，影响汽车加速甚至行驶。
4.因此，无论从哪个方面出发，都急需研发一种清洁的燃料，能够保证汽车正常运行且尽可能减少尾气中危害性气体的排放。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种燃料，此燃料燃烧后一氧化碳等危害性气体的排放量极低，同时还能保证汽车的正常运行。
6.本发明的另一目的在于提供一种燃料的制备方法，该燃料的制备方法简单，便于推广。
7.本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
8.一方面，本申请实施例提供一种燃料，主要由如下原料制备而成，汽油、甲醇、mtbe和功能助剂，所述功能助剂由硅溶胶和改性沸石制备而成，所述改性沸石为含镧稀土改性的沸石。
9.另一方面，本申请实施例提供一种前述的燃料的制备方法，将催化剂和功能助剂搅拌混匀后，得到混合物一；再将汽油和mtbe混匀得到混合物二，向混合物二中边搅拌边加入混合物一和甲醇，充分反应后静置0.5～1h，即为所述燃料。
10.综上，相对于现有技术，本发明的实施例至少具有如下优点或有益效果：
11.效果一，本发明提供的燃料由于添加了甲醇，以部分甲醇代替汽油，能够从根本上减少尾气中的危害性物质的排放，同时，通过添加特定的功能助剂，提升燃料的燃烧性能，使燃料燃烧迅速且完全，燃烧后产生的气体中一氧化碳等危害性气体的含量极低，此外，由于mtbe的加入，显著提升了燃料的辛烷值，也进一步提高了燃烧效率，实现从多方面节能减
排的目的，整体而言，本发明提供的燃料，使用时hc可减少至少99.37％，co可至少减少90.25％，nox可至少减少96.15％。
12.效果二，由于燃料燃烧效率的显著提高，使得使用该燃料的汽车的油耗降低，汽车行驶同样的距离需要的燃料更少，进一步减少了汽车尾气的排放，从而达到节能减排的目的。
13.效果三，本发明提供的燃料由于添加了mtbe提高了辛烷值，同时也添加了功能助剂促进燃烧，保证了汽车的加速或正常持续行驶所需的动力；同时，由于功能助剂的催化和吸附性作用，一方面燃烧过程不会在节气门体、喷油嘴、气缸等部位产生油泥和积碳等影响汽车正常运行，另一方面功能助剂的吸附性作用也能吸附一定量的油泥和积碳，为汽车的加速或正常持续行驶提供清洁的燃烧空间，保证燃料燃烧的可持续且高效的进行。
14.效果四，本发明提供的制备方法，通过分次混匀，能够使燃料中各原料充分混匀反应，防止燃料分层影响燃烧，同时，该制备方法简单，制备成本低，便于推广实施。
具体实施方式
15.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
16.本申请实施例提供一种燃料，主要由如下原料制备而成，汽油、甲醇、mtbe和功能助剂，所述功能助剂由硅溶胶和改性沸石制备而成，所述改性沸石为含镧稀土改性的沸石。
17.在本发明的一些实施例中，上述燃料，所述改性沸石通过如下方式制备而成：将沸石于含镧稀土溶液中浸渍后，再经烧制后得到所述改性沸石。
18.在本发明的一些实施例中，上述燃料，所述含镧稀土溶液的温度为90～100℃，所述浸渍的时间为2.5～4h；所述含镧稀土溶液的重量百分数为5～8％，所述沸石与含镧稀土的重量比为(50～180):1。
19.在本发明的一些实施例中，上述燃料，所述沸石包括usl沸石和zsm
‑
5沸石，所述usl沸石和zsm
‑
5沸石的比例为1:(3～5)。
20.在本发明的一些实施例中，上述燃料，所述硅溶胶通过如下方式制备而成：将酸化硫酸铝溶液和水玻璃混合，即为硅溶胶；将所述改性沸石溶解制为分子筛浆液，将分子筛浆液与硅溶胶混合均匀再干燥成型后，即为所述功能助剂。
21.在本发明的一些实施例中，上述燃料，所述酸化硫酸铝溶液的质量浓度为12～14g/l；所述水玻璃的质量浓度为65～72g/l；所述硅溶胶的ph为2.8～3.4。
22.在本发明的一些实施例中，上述燃料，所述硅溶胶制备过程中的反应温度为12～18℃，反应时间为4～6h。
23.在本发明的一些实施例中，上述燃料，主要由如原料制备而成，汽油、甲醇、mtbe、催化剂和功能助剂；所述汽油与甲醇的重量比为(3～4):1，所述催化剂的重量百分数为5～7％，所述功能助剂为所述催化剂重量的8～12％。
24.在本发明的一些实施例中，上述燃料，主要由如下原料制备而成，汽油、甲醇、mtbe、催化剂和功能助剂；所述汽油与甲醇的重量比为3.5:1，所述催化剂的重量百分数为
6％，所述功能助剂为所述催化剂重量的10％。
25.另一方面，本申请实施例提供一种前述的燃料的制备方法，将催化剂和功能助剂搅拌混匀后，得到混合物一；再将汽油和mtbe混匀得到混合物二，向混合物二中边搅拌边加入混合物一和甲醇，充分反应后静置0.5～1h，即为所述燃料。
26.以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
27.实施例1
28.本实施例的目的在于提供一种燃料的功能助剂，主要通过如下步骤制备而成：
29.1、制备改性沸石
30.准备usl沸石和zsm
‑
5沸石，usl沸石和zsm
‑
5沸石的重量比为1：3；制备含镧稀土溶液：将含镧稀土溶液溶于去离子水中，充分溶解，保持液温在90℃，其中含镧稀土的重量百分数为5％；然后将usl沸石和zsm
‑
5沸石于含镧稀土溶液中浸渍2.5h，沸石与含镧稀土的重量比为50:1，再于750～780℃烧制后得到改性沸石；
31.将改性沸石溶于去离子水中，于1500r/min的低速状态下搅拌50min，得到分子筛浆液；
32.2、制备硅溶胶
33.将质量浓度为12g/l的酸化硫酸铝溶液和质量浓度为65g/l的水玻璃于12℃下混合反应4h，调整ph为2.8，即为硅溶胶；
34.3、制备功能助剂
35.将步骤1中制备的分子筛浆液与步骤2中制备的硅溶胶于1000r/min状态下搅拌1.5h，混合均匀，再经后续干燥成型等步骤处理后，得到功能助剂。
36.实施例2
37.本实施例的目的在于提供一种燃料的功能助剂，主要通过如下步骤制备而成：
38.1、制备改性沸石
39.准备usl沸石和zsm
‑
5沸石，usl沸石和zsm
‑
5沸石的重量比为1：4；制备含镧稀土溶液：将含镧稀土溶液溶于去离子水中，充分溶解，保持液温在100℃，其中含镧稀土的重量百分数为6％；然后将usl沸石和zsm
‑
5沸石于含镧稀土溶液中浸渍4h，沸石与含镧稀土的重量比为70:1，再于750～780℃烧制后得到改性沸石；
40.将改性沸石溶于去离子水中，于1500r/min的低速状态下搅拌50min，得到分子筛浆液；
41.2、制备硅溶胶
42.将质量浓度为12g/l的酸化硫酸铝溶液和质量浓度为70g/l的水玻璃于18℃下混合反应5h，调整ph为3.0，即为硅溶胶；
43.3、制备功能助剂
44.将步骤1中制备的分子筛浆液与步骤2中制备的硅溶胶于1000r/min状态下搅拌1.5h，混合均匀，再经后续干燥成型等步骤处理后，得到功能助剂。
45.实施例3
46.本实施例的目的在于提供一种燃料的功能助剂，主要通过如下步骤制备而成：
47.1、制备改性沸石
48.准备usl沸石和zsm
‑
5沸石，usl沸石和zsm
‑
5沸石的重量比为1：4；制备含镧稀土溶
液：将含镧稀土溶液溶于去离子水中，充分溶解，保持液温在95℃，其中含镧稀土的重量百分数为7％；然后将usl沸石和zsm
‑
5沸石于含镧稀土溶液中浸渍3.5h，沸石与含镧稀土的重量比为100:1，再于750～780℃烧制后得到改性沸石；
49.将改性沸石溶于去离子水中，于1500r/min的低速状态下搅拌50min，得到分子筛浆液；
50.2、制备硅溶胶
51.将质量浓度为13g/l的酸化硫酸铝溶液和质量浓度为68g/l的水玻璃于15℃下混合反应4h，调整ph为3.0，即为硅溶胶；
52.3、制备功能助剂
53.将步骤1中制备的分子筛浆液与步骤2中制备的硅溶胶于1000r/min状态下搅拌1.5h，混合均匀，再经后续干燥成型等步骤处理后，得到功能助剂。
54.实施例4
55.本实施例的目的在于提供一种燃料的功能助剂，主要通过如下步骤制备而成：
56.1、制备改性沸石
57.准备usl沸石和zsm
‑
5沸石，usl沸石和zsm
‑
5沸石的重量比为1：3；制备含镧稀土溶液：将含镧稀土溶液溶于去离子水中，充分溶解，保持液温在95℃，其中含镧稀土的重量百分数为8％；然后将usl沸石和zsm
‑
5沸石于含镧稀土溶液中浸渍3h，沸石与含镧稀土的重量比为120:1，再于750～780℃烧制后得到改性沸石；
58.将改性沸石溶于去离子水中，于1500r/min的低速状态下搅拌50min，得到分子筛浆液；
59.2、制备硅溶胶
60.将质量浓度为14g/l的酸化硫酸铝溶液和质量浓度为70g/l的水玻璃于15℃下混合反应5h，调整ph为3.5，即为硅溶胶；
61.3、制备功能助剂
62.将步骤1中制备的分子筛浆液与步骤2中制备的硅溶胶于1000r/min状态下搅拌1.5h，混合均匀，再经后续干燥成型等步骤处理后，得到功能助剂。
63.实施例5
64.本实施例的目的在于提供一种燃料的功能助剂，主要通过如下步骤制备而成：
65.1、制备改性沸石
66.准备usl沸石和zsm
‑
5沸石，usl沸石和zsm
‑
5沸石的重量比为1：5；制备含镧稀土溶液：将含镧稀土溶液溶于去离子水中，充分溶解，保持液温在90℃，其中含镧稀土的重量百分数为8％；然后将usl沸石和zsm
‑
5沸石于含镧稀土溶液中浸渍2.5h，沸石与含镧稀土的重量比为180:1，再于750～780℃烧制后得到改性沸石；
67.将改性沸石溶于去离子水中，于1500r/min的低速状态下搅拌50min，得到分子筛浆液；
68.2、制备硅溶胶
69.将质量浓度为14g/l的酸化硫酸铝溶液和质量浓度为72g/l的水玻璃于12℃下混合反应6h，调整ph为3.8，即为硅溶胶；
70.3、制备功能助剂
71.将步骤1中制备的分子筛浆液与步骤2中制备的硅溶胶于1000r/min状态下搅拌1.5h，混合均匀，再经后续干燥成型等步骤处理后，得到功能助剂。
72.实施例6
73.本实施例的目的在于提供一种燃料，主要通过如下步骤制备而成：
74.将催化剂和功能助剂于1000r/min搅拌混匀后，得到混合物一；再将汽油和mtbe混匀得到混合物二，向混合物二中于1300r/min边搅拌边加入混合物一和甲醇，充分反应后静置一段时间，即为燃料0.5h，即得到所述燃料。
75.实施例7
76.本实施例的目的在于提供一种燃料，主要通过如下步骤制备而成：
77.将催化剂和功能助剂于1100r/min搅拌混匀后，得到混合物一；再将汽油和mtbe混匀得到混合物二，向混合物二中于1200r/min边搅拌边加入混合物一和甲醇，充分反应后静置一段时间，即为燃料45min，即得到所述燃料。
78.实施例8
79.本实施例的目的在于提供一种燃料，主要通过如下步骤制备而成：
80.将催化剂和功能助剂于1300r/min搅拌混匀后，得到混合物一；再将汽油和mtbe混匀得到混合物二，向混合物二中于1100r/min边搅拌边加入混合物一和甲醇，充分反应后静置一段时间，即为燃料1h，即得到所述燃料。
81.效果例1
82.本效果例的目的在于比较含有不同来源的功能助剂的燃料的燃烧效。
83.1、准备
84.前期试验表明，实施例6～8中所示制备方法，以实施例7中制备的燃料性能最佳，各组分反应最为完全，燃烧后各气体含量相对最低，故后续选择实施例7中所示制备方法制备燃料进行试验(试验效果未示出)。
85.将usl沸石和zsm
‑
5沸石作为对比功能助剂，按照实施例7中所述制备方法制备为燃料，作为对比例，编号为0#；
86.将实施例1～5提供的功能助剂，按照实施例7中所述的制备方法制备为燃料，作为试验例，分别标号为1#、2#、3#、4#和5#；
87.将实施例1～5提供的功能助剂，按照实施例7中所述的制备方法制备为燃料，其中汽油换为才有，作为试验例，分别标号为1*、2*、3*、4*和5*；
88.此外，以全汽油、高含量甲醇汽油(汽油:甲醇3:1)、中含量甲醇汽油(汽油:甲醇3.5:1)、低含量甲醇汽油(汽油:甲醇4:1)和全柴油同时作为对比例进行试验。
89.2、尾气和速度测定
90.将0#、1#、2#、3#、4#和5#以及四个对比例燃料分别进行燃烧，反应温度为460～500℃，反应时间1min，油量为1.2g，反应完成后检测其中co、nox、hc和颗粒物，以全汽油燃烧产生的co、nox、hc和颗粒物含量作为100％(柴油与柴油对应的五个实施例的比较，是以柴油燃烧产生的co、nox、hc和颗粒物含量作为100％进行计算)，计算其他对比例和试验例中co、nox、hc和颗粒物相对于全汽油的含量。汽油检测方法参考gb18285
‑
2018《汽油车污染物排放限值即测量方法(双怠速法及建议工况法)》，结果如表2所示，柴油检测方法参考gb3847
‑
2018《柴油汽车污染物排放限值及测量方法(自由加速法及加载减速法)》，结果如表1所示。
91.表1本发明提供的柴油燃料检测结果
[0092][0093]
表2本发明提供的汽油燃料的检测结果
[0094][0095]
由表1可知，实施例3中提供的功能助剂加入汽油或柴油中均是最优的，可作为后续试验研究中功能助剂。
[0096]
效果例2
[0097]
本效果例的目的在于比较混合物含量对于燃料的燃烧效果的影响。
[0098]
将实施例3提供的功能助剂，按照实施例7中所述的制备方法制备为燃料，作为试验例，其中混合物一在燃料中的用量为5％～7％，实施例3中提供的功能助剂在混合物一中的含量均为8％，分别标号为3#(5％,8％)、3#(6％,8％)和3#(7％,8％)，按照效果例1中方式检测，结果如下：
[0099]
表3
[0100][0101]
由表3可知，混合物一(功能助剂 催化剂)的整体含量对于汽油燃烧后气体分布也具有重大影响，其中，燃料中以6％的混合物一含量为最优，8％含量的混合物一对汽油燃烧
后产物的分布相对于6％组具有一定的反作用。
[0102]
效果例3
[0103]
本效果例的目的在于比较混合物中功能助剂含量不同对燃料燃烧效果的影响。
[0104]
将实施例3提供的功能助剂，按照实施例7中所述的制备方法制备为燃料，作为试验例，其中混合物一在燃料中的用量为6％，实施例3中提供的功能助剂在混合物一中的含量均为8～12％，分别标号为3#(6％,8％)、3#(6％,10％)和3#(6％,12％)，按照效果例1中方式检测，结果如下：
[0105]
表4
[0106][0107]
由表4可知，提升混合物一中功能助剂的含量(8％～12％)，基本能显著减少燃料燃烧后气体的分布，但当从混合物一中功能助剂的含量由10％提升至12％，效果并不明显，并且考虑到成本问题，故以混合物一中功能助剂的含量占10％为最优。
[0108]
综上所述，本发明实施例的功能助剂及其燃料具有如优点：
[0109]
效果一，本发明提供的功能助剂，通过大量的前期试验，在众多沸石中删选出usl沸石和zsm
‑
5沸石的联合使用，可以显著提升燃料的燃烧效果，同时通过对含镧稀土的浓度、沸石浸渍时间、浸渍温度的不断优化，最终得出以usl沸石和zsm
‑
5沸石的重量比为1：4、浸渍温度95℃、含镧稀土的重量百分数为7％、浸渍3.5h，沸石与含镧稀土的重量比为100:1为最优的制备参数，可制得最为优良的改性沸石；在此基础上，再通过不断优化硅溶胶的制备参数，最终得出以13g/l的酸化硫酸铝溶液和质量浓度为68g/l的水玻璃于15℃下混合反应4h制得的硅溶胶效果最佳，能与改性沸石充分混合反应为功能助剂。
[0110]
效果二，由于在汽油中添加了甲醇，以部分甲醇代替汽油，能够从根本上减少尾气中的危害性物质的排放，但过多甲醇虽然能一定程度上减少排放，但无法很好维持汽车的加速等功能，容易在行驶过程中出现障碍。
[0111]
效果三，通过添加本发明提供的功能助剂，显著提升燃料的燃烧性能，使燃料燃烧迅速且完全，燃烧后产生的气体中一氧化碳等危害性气体的含量极低，此外，由于mtbe的加入，显著提升了燃料的辛烷值，也进一步提高了燃烧效率，实现从多方面节能减排的目的，整体而言，使用本发明提供的燃料排放的汽车尾气中，本发明提供的燃料，使用时hc可减少至少99.37％，co可至少减少90.25％，nox可至少减少96.15％，对于柴油添加了本实施例提供的功能助剂，100％点烟度等减少85％以上。
[0112]
效果四，由于燃料燃烧效率的显著提高，使得使用该燃料的汽车的油耗降低，汽车行驶同样的距离需要的燃料更少，进一步减少了汽车尾气的排放，从而达到节能减排的目的。
[0113]
效果五，本发明提供的燃料由于添加了mtbe提高了辛烷值，同时也添加了功能助剂促进燃烧，保证了汽车的加速或正常持续行驶所需的动力(检测数据未示出)；同时，由于
功能助剂的催化和吸附性作用，一方面燃烧过程不会在节气门体、喷油嘴、气缸等部位产生油泥和积碳等影响汽车正常运行，另一方面功能助剂的吸附性作用也能吸附一定量的油泥和积碳，为汽车的加速或正常持续行驶提供清洁的燃烧空间，保证燃料燃烧的可持续且高效的进行。
[0114]
效果六，本发明提供的燃料，特定的功能助剂结合磁化装置的磁化筛分作用，能够将燃料筛分为更小的油滴进行燃烧，可以在同等条件下，获得更佳的燃烧能量和更少的燃烧危险气体，进一步降低其中危险性气体和颗粒物的产生。
[0115]
效果七，本发明提供的制备方法，通过分次混匀，低速搅拌，能够使燃料中各原料充分混匀反应，防止燃料分层影响燃烧，同时，该制备方法简单，制备成本低，便于推广实施。
[0116]
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。