[发明专利]一种多功能柴油十六烷值改进剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柴油添加剂，具体来说涉及一种用作柴油十六烷值改进剂和抗氧剂的碳氢化合物的合成及其复配。

技术背景

十六烷值是表示柴油燃烧性能和抗爆性能的一项重要质量指标，其大小对发动机冷起动、污染物排放，耗油量和工作噪音等都有重要影响。在一定程度上，柴油的十六烷值愈高，其滞燃期就愈短，柴油自燃的温度就愈低，柴油的燃烧性能就愈好。柴油的滞燃期长，在滞燃前喷入气缸的柴油就多，自燃时大量柴油同时燃烧，导致气缸内压力温度急剧增大，出现敲击气缸、发动机过热等现象，即产生爆震。我国国家标准规定车用柴油的CN不小于49。目前全球原油储备资源日趋紧张，重质化趋势越来越严重，导致石油产品的性质发生变化，直馏柴油的产量减少。在这种情况下，各炼油厂普遍采用催化裂化二次加工工艺以提高轻质油的产量，但用这种工艺生产的柴油十六烷值低，安定性差。因此，提高柴油的十六烷值是亟待解决的问题之一。

目前提高十六烷值主要有以下三种方法：1)低十六烷值的柴油与直馏柴油调配使用。此方法的问题在于直馏柴油的产量有限。2)用溶剂抽提和加氢的方法提高柴油的十六烷值。该方法耗资巨大，成本较高。3)添加十六烷值改进剂。该方法具有成本低、工艺简单的优点，是提高柴油十六烷值的最简便和经济有效的方法。

十六烷值改进剂的研究始于30年代。目前较多使用的是烷基硝酸酯，例如乙基公司的DII22和DII23、美国埃克森公司的ECA28478和英国AssociatedOctel公司的CI-20801。我国对柴油十六烷值改进剂的研制起步较晚，开发的产品主要有硝酸戊酯和硝酸辛酯。由于烷基硝酸酯生产工艺条件非常严苛，设备腐蚀严重，且燃烧时会产生大量的NOx，污染环境，近年来不含氮的十六烷值改进剂类型越来越受到广大用户的关注。

不含氮的十六烷值改进剂仅由C、H、O三种元素组成，燃烧产物仅有CO₂和H₂O，在提高十六烷值的同时可促进柴油燃烧降低颗粒物排放，符合环境友好产品的要求和发展趋势，因而是今后十六烷值改进剂开发的重点。不含氮的十六烷值改进剂以有机过氧化物类和酯类化合物最为常见。有机过氧化物类改进剂有叔丁基过氧化物、二叔丁基过氧化物、丙酮过氧化物等。这类化合物不太稳定，容易分解产生自由基，从而会使柴油不稳定因素增加，目前已较少使用。

酯类十六烷值改进剂不仅可以提高十六烷值，保持柴油的低温流动性，同时对柴油中存在的相分离现象也起到一定的抑制作用。有代表性的产品是草酸酯类，其中草酸二异丁酯和草酸二异戊酯的合成现已实现工业化。草酸酯类改进剂的生产工艺简单安全、原料来源广、成本价格低、污染小，但十六烷值改进效果不如烷基硝酸酯类和过氧化物类改进剂，添加量大(1-10％)、性价比较低。

提高十六烷值改进剂性能的一种有效办法是将不同类型的十六烷值改进剂复配。例如，据专利US4448587报道，当柴油中加入0.15wt％的硝酸异辛酯时，加剂柴油的十六烷值可从37.2提升到41.7。而改用由50％2-乙氧基乙基硝酸酯和50％硝酸异辛酯复配而成的十六烷值改进剂，添加量为0.11wt％即能使十六烷值由37.2提高至41.5。在提高相同十六烷值幅度的情况下，混合酯的用量要比单独使用硝酸异辛酯的用量减少26％，表明2-乙氧基乙基硝酸酯和硝酸异辛酯混合物对柴油十六烷值改进效果具有明显的协同效应，大大降低了十六烷值改进剂使用成本。

专利WO03/104360A2从植物中提取β-胡萝卜素及类胡萝卜素用作十六烷值改进剂，此种方法得到的十六烷值改进剂燃烧无NO_x产生，具有环保优势。更重要的是它跟其他十六烷值改进剂复配，具有很好的协同效果。但这类改进剂有如下问题：1)无论从植物中提取还是化学合成，成本都很高；2)由于分子结构中具有长共轭链结构，容易被空气氧化，通常需添加稳定剂或用惰性气体保护，使用不方便，而过多稳定剂(抗氧剂)的加入会对柴油燃烧过程产生不利影响；3)颜色深，影响柴油品相。

近年来，无色类胡萝卜素的开发逐渐成为产业科研领域的新热点，这主要是因为其作为抗氧化添加剂在化妆品等要求保持产品原色的领域有着极大的应用前景。值得一提的是，一般的类胡萝卜素对于光和空气非常敏感，容易流失，但无色类胡萝卜素的稳定性及抗氧化功效优于一般的类胡萝卜素。基于上述原因，无色或浅色类胡萝卜素用作提高柴油十六烷值和抗氧性的多功能添加剂极具前景。