專(zhuān)利名稱:釋放氫能的催化劑的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于一種能利用烴燃料的氫能的物質(zhì)組成，其制備及使用方法。
硬脂酸鋰是眾所周知的潤(rùn)滑劑或潤(rùn)滑油改進(jìn)劑。
現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)硬脂酸鋰和其他脂溶有機(jī)金屬鋰化合物可用于利用烴燃料的氫能。
本發(fā)明一面涉及一種可溶有機(jī)金屬化合物和一種載體或其稀釋劑所組成的釋放氫能催化劑。
本發(fā)明另一方面涉及上述催化劑的制備方法，此方法包括把一種脂溶有機(jī)金屬化合物溶解或分散于一種載體或稀釋油中。
本發(fā)明另一方面涉及上述催化劑的使用方法，這方法是根據(jù)燃料的種類(lèi)和使用的燃燒裝置，按特定的催化劑燃料比例，把催化劑加到烴燃料中。若用于汽油或柴油內(nèi)燃機(jī)，里程由15%增至35%，而用于燃爐或鍋爐，燃料效率由20%增至35%。
圖1是顯示試驗(yàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)之扭矩和轉(zhuǎn)數(shù)的關(guān)系曲線。
根據(jù)本發(fā)明，釋放氫能的催化劑包含至少一種脂溶有機(jī)金屬化合物，其重量百分含量，由10%至90%和一種載體或其稀釋劑，其重量百分含量由90%至10%。
脂溶有機(jī)金屬化合物由一種金屬陽(yáng)離子和一種羧酸陰離子組成，對(duì)本發(fā)明非常有用。所用的羧酸選自帶2至32個(gè)碳原子，較好是15至27個(gè)，最好是15至18碳原子的飽和或未飽和脂肪酸。這種羧酸的例子有硬脂酸、油酸、棕櫚酸。金屬陽(yáng)離子為1至4價(jià)。較好的金屬有鈉、鉀、鋰、鎂、鋁和硅。
有機(jī)金屬鋰是最主要和最有效的催化成份，能夠在普通的內(nèi)燃機(jī)或燃爐的溫度下利用烴燃料的氫原子所產(chǎn)生的大量物理化學(xué)能量。理想的有機(jī)金屬鋰有硬脂酸鋰、油酸鋰、棕櫚酸鋰。
單獨(dú)使用有機(jī)金屬鎂，需要非常高的溫度和加熱率才可成為活性的氫能催化劑。在普通的內(nèi)燃機(jī)或燃爐內(nèi)單獨(dú)使用有機(jī)金屬鎂所得的能量較小。但是，若按約1∶2的比例(重量)，把有機(jī)金屬鎂加到有機(jī)金屬鋰中，釋放的原子氫大大增加，廢氣中的污染物亦隨之減少。這用法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是改進(jìn)烴燃料組分的溶解性和分散性。
有機(jī)金屬鋁沒(méi)有參予烴燃料的催化反應(yīng)作用。但當(dāng)有機(jī)金屬鋁與有機(jī)金屬鋰、有機(jī)金屬鎂混合時(shí)(有機(jī)金屬鎂與有機(jī)金屬鋰的重量比例為1∶4)，有機(jī)金屬鋁吸收污染物的能力，燃料組分的溶解性和溶混性亦因而增加。
另一種可隨意選用的組分是氧化促進(jìn)劑或助催化劑如脂溶過(guò)氧化苯甲?；蚪饘龠^(guò)氧化物，約占混合物重量的0.1%至12%，最好是1%至3%，以加速混合物成分之間的相互作用，使其活化。
可用于本發(fā)明的載體包括脂族烴、環(huán)脂族烴、石臘烴、烯烴、芳烴和其他天然油、硅基油或取代硅基合成油，例如蓖麻油、烷基甘醇、四乙基硅烷及其混合物。載體占混合物重量的10%至90%，最好是60%至80%。最理想的芳烴來(lái)自環(huán)烷基系，較好是占載體重量的0.1%至15%，最好是約5%。
把一種或多種上述有機(jī)金屬化合物與一種或多種上述載體油經(jīng)過(guò)分散或熔化，然后再攪勻即可制得本發(fā)明的混合物。然后將所得的分散液或溶液在下述的特定時(shí)間、溫度和壓力的條件下進(jìn)行熱循環(huán)。最后，加以冷卻，如有需要，則可加進(jìn)其他組分，如氧化促進(jìn)劑。
具體來(lái)說(shuō)，把一種或多種有機(jī)金屬化合物置于充滿惰性氣體(如氦)的高壓釜中，在溫度50°至80°F之間加熱熔化，較好為80°至495°F之間，最好為約360°F。在整個(gè)制備過(guò)程中，壓力均保持在1至30個(gè)大氣壓，最好是1至10個(gè)大氣壓。在有機(jī)金屬化合物熔化后，把溫度調(diào)至250°至500°F之間，最好在300°至360°F之間，然后加進(jìn)載體成份，在這溫度下攪拌5分鐘至12小時(shí)，較好為15分鐘至6小時(shí)，最好為3小時(shí)。混合物然后經(jīng)歷2至10次(最好是5次)非強(qiáng)制的熱處理循環(huán)，接著經(jīng)歷溫度在100°至500°F之間的冷卻循環(huán)，較好為200°至350°F，最好在250°至300°F之間，時(shí)間為30分鐘至6小時(shí)，最好是約2小時(shí)。最后，把混合物冷卻至室溫，并與剩余的組分如金屬過(guò)氧化物等混和。若溫度和壓力較高，熱循環(huán)的時(shí)間較長(zhǎng)，則所得混合物的粘度較低。
本發(fā)明的混合物可在燃料燃燒前或燃燒時(shí)與之混合，其含量為燃料重量的0.0001%至10%，較好是0.005%至5%，最好是0.05%至2%。若用于汽油或柴油內(nèi)燃機(jī)，里程由15%增至35%，若用于燃爐或鍋爐，燃料效率由20%增至35%。使用含量高于10%的混合物沒(méi)有顯著增加能量利用率。但是，仍可改進(jìn)混合物的污染控制和節(jié)約氧的能力。
以本發(fā)明混合物提供能量利用率的機(jī)理如下在高溫火焰中，上述有機(jī)金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生了P-N-P-N或N-P-N-P雪崩作用，釋放出高能量紫外線和加速至高動(dòng)能狀態(tài)的電子。此高能量紫外線使氫原子電離，釋放出加速的高動(dòng)能的原子內(nèi)的質(zhì)子與中子。這些亞原子離子互相碰撞，并把高功能轉(zhuǎn)變或“熱化”為紅外熱能。于是，高能量紫外線轉(zhuǎn)換為有用的紅外熱能。氫能量的釋放量可用以下其中一種方法控制(1)把本發(fā)明混合物按比例加進(jìn)烴燃料中，或(2)調(diào)節(jié)內(nèi)或外燃機(jī)加入燃料的速度或其他操作參數(shù)，以控制活化催化組分的火焰溫度。由此，若使用本發(fā)明的混合物，就可通過(guò)非氧化釋放能量和普通氧化燃燒的結(jié)合，而顯著地增加烴燃料燃燒時(shí)的反射與實(shí)測(cè)效率。這些非氧化釋放能量是氫原子電離作用的結(jié)果。
此外，從亞原子、質(zhì)子和電子可取得更高能級(jí)的可用能量。當(dāng)這些由氫原子的電離作用所生成的電離亞原子粒子(等離子粒團(tuán))彼此非常接近時(shí)，便發(fā)生等離子粒團(tuán)聚變。等離子粒團(tuán)由此所得的能量為單獨(dú)一個(gè)氫原子電離所釋放能量的1836倍。當(dāng)本發(fā)明的混合物在高溫的環(huán)境下按足夠的比例加進(jìn)烴燃料中，電離質(zhì)子和電子便呈現(xiàn)聚集特性，這個(gè)聚集狀態(tài)是當(dāng)上述亞原子粒子的密度到達(dá)5%或以上時(shí)出現(xiàn)的，稱為非核子等離子體聚變。在這極高能量狀態(tài)下，釋放的能量和聚變密度成正比。
以下實(shí)施例旨在說(shuō)明本發(fā)明，不可視為本發(fā)明范圍的限制。
例1 ＃1催化劑混合物的制備方法把20%(重量)的硬脂酸鋰，10%(重量)硬脂酸鎂和5%(重量)的硬脂酸鋁(皆相對(duì)于最終混合物的重量)置于充滿氦氣的高壓釜中。把高壓釜加熱至425°F以熔化金屬羧酸鹽。整個(gè)制備過(guò)程的壓力均維持在5個(gè)大氣壓。當(dāng)鹽熔化后，把溫度調(diào)節(jié)至325°F。把57%(重量)的礦物油、有機(jī)油和8%(重量)的硅基合成油(皆相對(duì)于最后合成物的重量)加到熔鹽中，并把混合物維持在上述溫度3小時(shí)，然后在100°至360°F之間，在2小時(shí)的時(shí)間中經(jīng)五次熱處理循環(huán)。最后把混合物冷卻至室溫。
例2 ＃2催化劑混合物的制備方法除硬脂酸鋰、硬脂酸鎂、硬脂酸鋁和載體油的含量分別為16%、8%、4%和72%(重量)外，＃2催化劑的制備方法與例1相同。
例3 ＃3催化劑混合物的制備方法除硬脂酸鋰、硬脂酸鎂、硬脂酸鋁和載體油的含量分別為12%、6%、3%和79%(重量)外，＃3催化劑的制備方法跟例1相同。
例4 ＃4催化劑混合物的制備方法除僅用硬脂酸鋰和一種礦物油，含量分別為25%和75%(重量)外，＃4催化劑的制備方法和例1相同。
例5 使用于汽油內(nèi)燃機(jī)使用一部裝有302-CID，4-循環(huán)引擎的福特(FORD)牌汽車(chē)進(jìn)行試車(chē)，該測(cè)試需于距離為120哩的塔班芝橋(Tappan Zee Bridge，NY)和溫莎閘(Windsor Locks，CT)之間完成十次來(lái)回行程(Round trip)。把車(chē)上的儀器校準(zhǔn)，以獲得分別為0.001哩和0.001加侖的最大絕對(duì)誤差。整個(gè)測(cè)試均采用無(wú)鉛汽油。
首五次來(lái)回行程沒(méi)有使用本發(fā)明的催化劑。所得的平均燃料消耗量為8.28加侖/120哩或14.5哩/加侖。
后五次來(lái)回行程則把本發(fā)明的＃1催化劑加進(jìn)汽油中，催化劑與燃料的比例為1∶1000(以重量計(jì))。由于最佳催化燃料操作所需的空氣與燃料的比例較直接燃料操作低，這是借助于本發(fā)明的催化劑對(duì)氫所起的實(shí)際作用，所以需要在催化燃料操作中，減低空氣與燃料的比例，以使兩種操作保持相同的化學(xué)燃燒條件。
所得的平均燃料消耗量為6.3加侖/120哩或19哩/加侖。此數(shù)值較上述基線(base line)操作高31%。
例6 使用于汽油內(nèi)燃機(jī)除使用＃4催化劑，且催化劑與燃料的比例為1∶2560外，方法與例5相同。
結(jié)果燃料消耗量為6.5加侖/120哩或18.6哩/加侖，較直接燃料操作所耗的14.5哩/加侖高28.6%。
例7 使用于柴油內(nèi)燃機(jī)方法與例5相同，唯測(cè)試的汽車(chē)改用裝有1.5公斤柴油引擎的伏克斯瓦根兔型柴油汽車(chē)(Volkswagen Rabbit Diesel)，燃料則改用航空用燃料“A”(十六烷值＃50)，使用＃2催化劑，催化劑與燃料的比例為1∶1250。
結(jié)果，用直接燃料操作時(shí)，燃料消耗量為2.7加侖/120哩或45哩/加侖，而用催化燃料操作時(shí)，則為2.1加侖/120哩或57哩/加侖，較直接燃料操作高27%。
例8 使用于柴油內(nèi)燃機(jī)方法與例5相同，唯測(cè)試汽車(chē)改為裝有350-CID柴油引擎的GM Oldsmobile型車(chē)，燃料改用柴油燃料(十六烷值＃40)，使用催化劑＃2，催化劑與燃料的比例為1∶1500。
結(jié)果，用直燃料操作時(shí)，燃料消耗量為5.8加侖/120哩或每加侖20哩，而用催化燃料操作時(shí)，燃料消耗量為4.7加侖/120哩或每加侖25哩，較用直接燃料操作時(shí)高25%。
例9 使用于柴油內(nèi)燃機(jī)使用一部以柴油為燃料的40噸拖卡進(jìn)行試車(chē)，該測(cè)試包括每次1000哩的來(lái)回行程兩次。第一次來(lái)回行程只用十六烷值為40的柴油燃料。第一次往返行程的上半段(500哩)滿載40噸運(yùn)行，回程時(shí)載重減半。第二次來(lái)回行程用同樣方法進(jìn)行，仍用同類(lèi)的柴油燃料，但混以本發(fā)明的＃2催化劑，催化劑與燃料的比例為1∶1500。
載重40噸和20噸操作時(shí)省油率分別為22%和17%。
省油率按下列算式計(jì)算100X(G1-G2)/G1其中G1和G2分別代表直接燃料操作和催化操作時(shí)燃料的加侖數(shù)。
例10 使用于外燃鍋爐使用由燃燒工程公司(Combustion Engineering Co.)所制造的鍋爐來(lái)進(jìn)行一系列的試驗(yàn)。鍋爐效率的關(guān)系式為鍋爐效率(%)＝100XS(Es-Efw)/(FXH)其中S為每小時(shí)的蒸汽發(fā)生量，Es和Efw分別為蒸汽熱含量和供水熱含量。F是每小時(shí)燃燒的油量，H則為每加侖油的熱量。
鍋爐首先使用＃6燃料油操作，不加任何本發(fā)明的催化劑。在操作期間，各種數(shù)值的平均讀數(shù)如下蒸汽發(fā)生率22，000磅/小時(shí)蒸汽溫度500°F供水溫度186°F蒸汽壓力175磅/英寸2油發(fā)熱率145，000英國(guó)熱量單位/加侖鍋爐效率＝100×22，000(1270-154)/(249×145，000)＝68(%)然后，把本發(fā)明的＃3催化劑注入鍋爐的噴燃器燃料管內(nèi)，催化劑與燃料的比例為1∶2500，而噴燃器燃料管回流閥是關(guān)閉的。表一顯示在三種不同的耗油率時(shí)測(cè)出的蒸汽發(fā)生率。
表1級(jí)別 耗油量 蒸汽發(fā)生率 火焰溫度1 185加侖/小時(shí) 19，700磅/小時(shí) 2100°F2 205加侖/小時(shí) 23，300磅/小時(shí) 2300°F3 260加侖/小時(shí) 30，400磅/小時(shí) 2700°F用下列算式計(jì)算各級(jí)的鍋爐效率(B.E.)B.E.1＝100×19，700(1270-154)/(185×145000)＝82%B.E.2＝100×23，300(1270-154)/(205×145000)＝87%B.E.3＝100×30，400(1270-154)/(260×145000)＝90%從以上結(jié)果可見(jiàn)，使用本發(fā)明的催化劑后，各級(jí)的鍋爐效率分別較基線操作高14%、19%和22%。必須注意，當(dāng)鍋爐進(jìn)行第三級(jí)操作時(shí)，只能維持一段短時(shí)間，因?yàn)樨?fù)載已高于正常操作水平?？墒?，鍋爐不能達(dá)到并維持在高于2800°F的火焰溫度。上述數(shù)字卻顯示當(dāng)溫度由2100°增至2700°F時(shí)，鍋爐效率亦由68%增至90%，正好說(shuō)明本發(fā)明的催化劑在較高的溫度下活性更高。
在兩種操作類(lèi)型的鍋爐中，均裝置了測(cè)量煙氣中的氧、二氧化碳、一氧化碳和未燃燒烴的哈密爾頓4-氣體分析儀(Hamilton4-gasanalyzer)。氣體分析顯示催化操作的過(guò)量氧氣只有1.5%至2.5%，而直接操作則大約為6%。在催化操作中，煙氣的水蒸汽含量大大降低。原因如下在通稱為燃燒的正?；瘜W(xué)過(guò)程中，氫原子被氧化為水蒸汽。但是，在高于某最低溫度的條件下，按合適的比例把本發(fā)明的混合物加進(jìn)烴燃料后，氫原子便解離，由于不能較長(zhǎng)時(shí)間保持它原有的狀態(tài)，故不能再和氧結(jié)合成水蒸汽。此外，觀察爐邊時(shí)發(fā)現(xiàn)那些多年沉積在汽鼓下的難于清除處的堅(jiān)實(shí)積垢已消失，其他地方的積垢亦可簡(jiǎn)易地用來(lái)自水龍帶的自來(lái)水清除。
例11 用內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行扭矩測(cè)定在測(cè)力計(jì)上裝置一部有四簡(jiǎn)汽化器的327-CID Chevrolet牌發(fā)動(dòng)機(jī)。在出廠規(guī)范點(diǎn)周?chē)M(jìn)行六次動(dòng)力牽引，沒(méi)有加進(jìn)本發(fā)明的催化劑。表2顯示測(cè)得的扭矩。
表2牽引 轉(zhuǎn)數(shù)/分 扭矩 修正后的馬力1 4250 240 1962 4000 265 2043 4400 250 2114 5000 196 1875 4500 235 2036 5300 170 177修正系數(shù)為1.028，是根據(jù)干球溫度讀數(shù)(104°F)、濕球濕度讀數(shù)(76°F)和氣壓讀數(shù)(30.54)計(jì)算出來(lái)。在測(cè)試中，發(fā)動(dòng)機(jī)的水保持在190°F的溫度，油亦是190°F(從其中一個(gè)外過(guò)濾器讀得)，而油的壓力為50磅/英寸。
然后，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)，把1品脫＃1催化劑加進(jìn)載有20加侖汽油的油箱中。把發(fā)動(dòng)停機(jī)5分鐘，以注入催化劑，然后牽引16次。(牽引多次是由于試驗(yàn)員最初不相信所得的數(shù)字，并盡力找出準(zhǔn)確的數(shù)字。)所用的修正系數(shù)為1.033，是根據(jù)干球溫度讀數(shù)(108°F)，濕球濕度讀數(shù)(76°F)和氣壓讀數(shù)(30.55)。表三顯示扭矩的讀數(shù)。
表3牽引 轉(zhuǎn)數(shù)/分 扭矩 修正后的馬力1 4600 237 2102 4600 248 2243 4200 270 2234 4100 280 2265 4000 275 2176 4600 250 2267 4650 242 2218 4000 275 2179 4400 255 22210 4600 243 22111 4800 238 22612 4050 278 22213 4400 264 22914 4800 237 22515 4500 246 21916 4700 239 222在測(cè)試期間，水和潤(rùn)滑油均保持在190°F?？捎帽?和表3的數(shù)據(jù)組成下列的表4。
從表4可見(jiàn)催化操作的平均馬力(圖1中曲線A)比沒(méi)有使用本發(fā)明混合物的燃料(在相同的操作范圍內(nèi))(圖1中曲線B)高10.0%至27.5%。圖1將更清楚說(shuō)明上述結(jié)果。
表4發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)/分 馬力差別 增益%3000 36 27.53500 25 15.04000 21 11.04500 20 10.05000 43 23.05500 39 22.0雖然上文已敘述本發(fā)明的實(shí)施例，但對(duì)實(shí)施例仍可作出修正或替換，惟所有變動(dòng)均須在下列權(quán)利要求
列明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用烴燃料的氫能的混合物，其特征在于它包括10%至90%(重量)脂溶有機(jī)金屬化合物，和90%和10%油基載體。
2.按照權(quán)利要求
1所述的混合物，其特征在于其中所述的脂溶有機(jī)金屬化合物是有機(jī)金屬鋰。
3.按照權(quán)利要求
1所述的混合物，其特征在于其中所述的脂溶有機(jī)金屬化合物含有7%至60%(重量)的有機(jī)金屬鋰和3%至30%(重量)的有機(jī)金屬鎂。
4.按照權(quán)利要求
1所述的混合物，其特征在于其中所述的脂溶有機(jī)金屬化合物含有6%至50%(重量)的有機(jī)金屬鋰、3%至30%(重量)有機(jī)金屬鎂和1%至10%(重量)有機(jī)金屬鋁。
5.按照權(quán)利要求
1所述的混合物，其特征在于其中所述的載體含有0.1%至12%(重量)氧化促進(jìn)劑，其余部份則為稀釋油。
6.按照權(quán)利要求
1所述的混合物，其特征在于所述載體含0.1%至25%(重量)芳香烴，其余部份由下列至少一種稀釋油所組成，這些稀釋油包括有機(jī)稀釋油、無(wú)機(jī)稀釋油和合成稀釋油。
7.一種利用氫能的混合物的制備方法，其特征在于其步驟包括在壓力1至3個(gè)大氣壓下，把10%至90%(重量)的有機(jī)金屬化合物加熱至50°F至800°F使之熔化，把上述溫度調(diào)節(jié)為250°F至500°F之間，把90%至10%(重量)的稀釋油加到上述有機(jī)金屬化合物中，配制成溶液，把上述溶液保持在相同的溫度五分鐘至十二小時(shí)，靜置該溶液，并冷卻至室溫。
8.一種利用烴燃料氫能的方法，其特征在于它包括把催化劑混合物加到燃料中，催化劑在燃料中的含量可從0.0001%至10%(重量)。
專(zhuān)利摘要
釋放氫能的催化劑含有脂溶有機(jī)金屬鋰和一種載體或稀釋油。其制備方法為把脂溶有機(jī)金屬鋰溶解或分散于載體或稀釋油中。其使用方法為根據(jù)燃料種類(lèi)和燃燒裝置而定的催化劑對(duì)燃料的比例，把上述催化劑加到烴燃料中。將它用于汽油或柴油內(nèi)燃機(jī)時(shí)，里程將由15％增至35％，若用于燃爐或鍋爐，則燃料效率由20％增至35％。
文檔編號(hào)C10L1/188GK86106323SQ86106323
公開(kāi)日1987年3月25日 申請(qǐng)日期1986年9月17日
發(fā)明者西拉德·貝倫伊 申請(qǐng)人:西拉德·貝倫伊導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan