专利名称：改进燃料燃烧的方法和组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进燃料的燃烧，特别是改进可燃性烃类为基础的燃料燃烧。更具体地说，本发明涉及催化剂或增强剂与燃料混合以增强在发动机中燃烧的方法和组合物。
背景技术：
化石燃料特别是原油生产的燃料例如汽油和柴油的燃烧从来不是完全有效的。不有效的燃烧结果导致高的燃料消耗、在汽缸盖和活塞上产生炭、马达效率变化以及生成过量的有害副产物，例如一氧化碳、部分燃烧的烃类和氮氧化物(“NOx”)。
已提出各种燃料添加剂，以便改进燃料经济性和减少燃烧排放的污染物。未燃烧的和部分燃烧的燃料意味着燃烧过程的污染和对燃料购买者造成的经济损失。现有技术已提出加入用于包括火焰燃烧器、柴油发动机、汽油内燃机和各种结构透平在内的各种类型燃料用途的燃烧改进剂。这些现有技术的添加剂有各种形式，例如与液体载体混合的液态形式以及适合于正在检查中的燃烧体系的某些固态形式。
Webb的US 4129421公开了一种用于发动机或加热炉的催化燃料添加剂。所述的添加剂使用一种苦味酸和硫酸亚铁在指定醇中的溶液。一个实施例表明用于汽油发动机的添加剂，其浓度为组合催化剂的约10ppb。公开的内容表明重质燃料油使用更高的但未指明的浓度。在所有情况下，催化剂都完全溶于燃料。
Miller和Liber的US 2402427公开了各种柴油燃料可溶的有机化合物和有机金属化合物作为点火促进剂的应用，其浓度为0.02-3％(即200-30000ppm)。
在以前有关催化金属燃料添加剂的专利中，Lyons和McKone的US 2086775和2151432公开了将0.001-0.0085％(即10-850ppm)的有机金属化合物或混合物加到基础燃料例如汽油、苯、燃料油、煤油或调合油中，以便改进发动机性能的各个方面。在US 2086775公开的金属中，有钴、镍、锰、铁、铜、铀、钼、钒、锆、铍、铂、钯、铬、铝、钍以及稀土金属，例如铈。
在US 2151432中公开的金属包括solanum、锑、砷、铋、镉、admeium、碲、铊、锡、钡、硼、铯、钕、镧、钾、钠、钽、钛、钨和锌。在这两篇专利中，优选的有机金属化合物为β二酮和衍生物及其同系物，例如乙酰丙酮金属、丙酰丙酮化物、甲酰丙酮化物等。
Lyons和McKone公开内容表明，对于改进燃烧效率来说，0.001-0.04％(即10-400ppm)的浓度不是有效的，但随着催化活性沉积物在燃烧室中形成，可延长使用。公开内容还表明，一旦通过补充损失维持沉积物的数量形成所需的催化活性沉积物，约0.01％(即100ppm)的有机金属化合物通常是足够的。
Bowers和Sprague的US 4891050和4892562公开了燃料可溶的铂族金属化合物的应用，所述的金属在标明的“极低浓度”下分别对改进汽油发动机和柴油发动机中的燃料经济性是有效的。在这方面，相对于加入铂族金属的燃料，极低浓度为0.01-1.0ppm铂族金属。
US 4629472公开了催化剂以金属按重量测量时，相对于燃料油0.005-0.5ppm催化剂的应用。优选的催化剂范围为0.02-0.06ppm(即每100百万2份至每100百万6份)。显然，现有技术公开了存在一下限，在这一下限下催化剂不能显著促进燃烧过程。正如较早指出的，Lyons和McKone的专利表明，一旦足够数量的催化活性沉积物形成，仅约10-400ppm的催化剂浓度是有效的。
甚至Webb的US 4129421表明每100百万1份的浓度是提供明显效果必需的。如果这样一种方法能在低于以前使用的添加剂浓度下促进燃烧，那么它是有利的。
发明内容
广义来说，本发明为一种通过将极低浓度的燃烧催化剂或增强剂加到燃料中来改进燃料燃烧的方法，其浓度与燃料燃烧系统和送入催化剂的方法有关。优选的是，按重量计，所述的极低浓度为每100百万份燃料小于1份催化剂或增强剂。按重量计，最好将每500百万份燃料小于1份的催化剂或增强剂加入，甚至将每100百万燃料小于1份催化剂或增强剂加入。按重量计，极低浓度可为每500亿份燃料小于1份催化剂或增强剂的浓度。最优选的是，按重量计，在燃料中有每1000亿份燃料约1份催化剂或增强剂至每6万亿份燃料小于1份催化剂或增强剂。
适合的催化剂或增强剂可为聚氯乙烯、六氯合铂酸钾、六氯合铂酸或硝酸铵中的一种或多种，虽然熟练的技术人员已知的任何适合的催化剂或增强剂或其组合物都可使用。
燃烧可在内燃机、透平或在锅炉、喷气发动机、加热炉或其他为提供热或能量的设备中发生。可优选用喷射法将燃烧催化剂或增强剂加到固体燃料中。另一方面，可将燃烧催化剂加到气态燃料中。燃烧催化剂或增强剂的加入可在为燃烧过程提供氧的气体物流中或在加到透平的水蒸汽中进行。
所述的方法还可包括改变燃烧混合物中的空气/燃料比，来提高空气的数量或降低燃料的数量。
在第二方面中，本发明涉及燃烧催化剂或增强剂在极低燃烧催化剂浓度下与燃料混合的方法，所述的方法包括以下步骤将燃烧催化剂溶于水或其他适合的溶剂中，形成第一预混合物；通过与亲水的/亲油的有机化合物混合来使第一预混合物稀释，形成第二预混合物；用燃料或其他适合的材料在一步或多步稀释步骤中稀释第二预混合物，得到所需的极低的催化剂浓度。
适合的亲水/亲油有机化合物可为异丙醇或甲基叔丁基醚(“MTBE”)和/或甲乙酮(MEK)和/或甲基异丁基酮(MIBK)和/或丁醇。甲醇也可能是适合的。
在第三方面中，本发明涉及这样一种燃烧催化剂或增强剂与燃料混合的方法，所述的方法包括以下步骤燃烧催化剂与亲水/亲油的有机化合物例如异丙醇、MTBE或类似的物质混合，得到一种预混合物；然后将预混合物与燃料混合。
在第四方面，本发明涉及一种含有一种或多种催化剂或燃烧增强剂和一种溶剂的组合物包，所述的溶剂包含水和/或异丙醇和/或MTBE或其他适用的溶剂，其中所述的组合物包加到预定数量的燃料中，得到催化剂浓度小于每100百万份燃料1份的混合物。
在第五方面中，本发明涉及一种含有燃料和燃烧催化剂的组合物，其中燃烧催化剂的浓度小于每100百万份燃料1份、最优选每2400亿份燃料约1份至每1.2万亿份燃料约1份，还可能低到每6万亿份燃料1份。
优选实施方案详述在本说明书中，术语“内燃机”包括所有移动(包括船舶)和固定应用场合的，两冲程、四冲程和旋转型的奥托发动机和柴油发动机和压缩气体发动机或其他发动机。但是，应当认识到，本发明可用于任何适合的燃烧型式，例如在锅炉、透平和加热火焰中。本发明方法和组合物的应用不限于仅在发动机中的应用，但在发动机应用场合中特别有益。
本发明至少部分基于本发明人的发现燃烧催化剂或增强剂与燃料混合时，在极低的浓度下它们可能是有效的。这些浓度可低到每240000000000份燃料1份(即每2400亿份燃料1份)至每6000000000000份燃料1份(即每6万亿份燃料1份)，或甚至更低。
燃烧催化剂或增强剂可为熟练技术人员已知的任何催化剂或增强剂。催化剂或增强剂可包括下表1中一个或多个组分。
表1氧化钌(IV)氯化钌(III)氯化钌(III)三水合物溴化钌(III)及其水合物五氯合钌(III)酸铵水合物，(NH4)2RuCl5.5H2O氧化钌(VI)钾氧化铑(III)氯化铑(III)及其水合物硝酸铑(III)及其水合物氯化铱(III)氧化铱(III)氧化铱(IV)六氯合铱(IV)酸及其水合物六氯合铱(IV)酸铵及其水合物四氧化锇氯化锇(III)铂黑氧化铂(IV)及其水合物氯化铂(II)氯化铂(IV)聚氯乙烯水合六氯合铂(IV)酸六羟基合铂(IV)酸氯化四氨合氯化铂(II)一水合物二亚硝酸根·二氨合铂(II)硫酸根·二亚硝酸根合铂(II)酸二硝酸四氨合铂(II)
氯化钯(II)氧化钯(II)硝酸钯(II)二水合物六氯合钯(IV)酸铵硝酸四氨合钯(II)三水合四氰合钯(II)酸钾高铼酸钾氯化铼(III)三(乙酰丙酮根)合铼(III)顺-二氯(2，2′-联吡啶)合铂(II)，PtCl2(C10H8N2)二氯·(1，5-环辛二烯)合铂(II)，PtCl2(C8H12)硝酸2-羟乙基硫醇·(2，2′，2″-三联吡啶)合铂(II)，[Pt(C2H5OS)(C15H11N3)]NO3三羰基·氯合铱(I)，[IrCl(CO)3]n氯·(1，5-环辛二烯)合铱(I)二聚物，[IrCl(C8H12)]2反-氯化·二氯·双(乙二胺)合铱(III)，反-[IrCl2(C2H8N2)2]Cl辛酸铑(II)二聚物，Rh2[O2C(CH2)6CH3]4乙酰丙酮根·(1，5-环辛二烯)合铑(I)，Rh(C8H12)(C5H7O2)乙酰丙酮根·(降冰片二烯)合铑(I)，Rh(C7H8)(C5H7O2)氢·四(三苯基膦)合铑(I)，RhH(PPh3)4二乙酸根·双(三苯基膦)合钯(II)，(CH3CO2)2Pd(PPh3)2双(二亚苄基丙酮)合钯(O)，Pd(C17H14O)2二氯·[1，2-双(二苯基膦基)乙烷]合钯(II)，PdCl2(Ph2PCH2CH2PPh2)三氟乙酸钯(II)，Pd(CF3CO2)2乙酸根·氢·三(三苯基膦)合钌(II)，RuH(OCOCH3)(PPh3)3二(μ-氯)·二(苯)·二氯合二钌(II)，[RuCl2(C6H6)2]2三(2，2′-联吡啶)合钌(O)，(C10H8N2)3Ru羰基·二氢·三(三苯基膦)合钌(II)，RuH2(CO)(PPh3)3
双(环戊二烯基)合钌(II)“钌茂”，(C5H5)2Ru二氢·四(三苯基膦)合钌(II)，RuH2(PPh3)4六氟乙酰丙酮钌(III)，Ru(CF3COCHCOCF3)3硝酸铵二氯·乙二胺合铂(II)，[Pt(C2H8N2)Cl2]双(乙酰丙酮根合)铂(II)，[Pt(C5H7O2)2]二氯·双(三苯基膦)合铂(II)，[PtCl2(PPh3)2]四(三苯基膦)合铂(O)，[Pt(PPh3)4]双(乙酰丙酮根合)钯(II)，[Pd(C5H7O2)2]二氯·(环辛-1，5-二烯)合钯(II)，[Pd(C8H12)Cl2]氯·(π-烯丙基)合钯(II)二聚物，[Pd(pi-C3H5)Cl]2醋酸钯(II)三聚物，[Pd(CH3CO2)2]3三(乙酰丙酮根)合钌(III)，[Ru(C5H7O2)3]氢·羰基·三(三苯基膦)合铑(I)，[Rh(H)(CO)(PPh3)3]乙酰丙酮根·二羰基合铑(I)，[Rh(CO)2(C5H7O2)]三(乙酰丙酮根)合铑(III)，[Rh(C5H7O2)3]溴·三(三苯基膦)合铑(I)，[RhBr(PPh3)3]醋酸铑(II)二聚物，[Rh2(CO2CH3)4]三(乙酰丙酮根)合铱(III)，[Ir(C5H7O2)3]十二羰基合三锇(O)，Os3(CO)12下表2所列的为优选的。
表2钯氯化钯(II)，还有溴化物、碘化物、硝酸盐水合物、氧化物、硫酸盐水合物和氢氧化物三(二亚苄基丙酮)合二钯(0)二氯·(1，1-二二苯基膦基)二茂铁钯(II)氯化烯丙基钯(II)二聚物反-二氯·双(乙腈)合钯(II)反-二氯·双(苄腈)合钯(II)反-二氯·双(三苯基膦)合钯(II)反-乙酸根·(三苯基膦)合钯(II)二氯·(降冰片二烯)合钯(II)2，4-正戊二酮根合钯(II)铂氯化铂(II)*氯化铂(IV)**还为溴化物、碘化物和硫化物盐氧化铂(IV)水合物(Adamsi催化剂)2，4-正戊二酮根合铂(II)二溴·(1，5-环辛二烯)合铂(II)二碘·(1，5-环辛二烯)合铂(II)二苯基·(1，5-环辛二烯)合铂(II)二氯·双(乙腈)合铂(II)二氯·双(苄腈)合铂(II)二氯·(降冰片二烯)合铂(II)六氯合铂(IV)酸铑氯化铑(III)水合物碘化铑(III)*还为氧化物、硫酮根合盐和溴化物盐。
2，4-戊二酮根合铑(III)二羰基·2，4-戊二酮根合铑(I)氯·三(三苯基膦)合铑(I)溴·羰基·双(三苯基膦)合铑(I)
氯·羰基·双(三苯基膦)合铑(I)氯·(降冰片二烯)合铑(I)二聚物双(1，5-环辛二烯)合铑(I)四氟硼酸盐钌氯化钌(III)水合物*还有氧化物、溴化物、碘化物和胺盐。
二氯·三(三苯基膦)合钌(II)二氯·三羰基合钌(II)二聚物2，4-戊二酮根合钌(III)二氯·(1，5-环辛二烯)合钌(III)低聚物二羰基·双(三苯基膦)合钌(II)十二羰基合三钌(0)硝酸亚硝酰基钌铱氯化铱(IV)水合物*还有氯化铱(III)、氧化物、氢氧化物、溴化物、硫酸盐和碘化物盐。
2，4-戊二酮根合铱(III)2，4-戊二酮根·二羰基合铱(I)氯·羰基·双(三苯基膦)合铱(I)氢·羰基·三(三苯基膦)合铱(I)四氟硼酸双(1，5-环辛二烯)合铱(I)锇氧化锇(VIII)还有表3所列的催化剂或增强剂。
表3镧铈镨钕钷钐铕钆铽镝钬铒铥镱镥催化剂或增强剂可为可溶形式的氟化物、氯化物、溴化物、硫酸盐、硝酸盐和水合物。催化剂或增强剂可选自表4所列的。
表4钴镍锰铁铜钼钒锆铍铬铝钍镉锡铯钾钠钽钛碳锂优选的是，表4中的元素为氟化物、氯化物、溴化物、硫酸盐、硝酸盐或水合物。
可优选使用所列催化剂和增强剂的有机金属配合物。也可有利地使用在室温下可溶于溶剂的其他电解质。
在一些情况下，可能有每6万亿份燃料小于1份的燃烧催化剂或增强剂的稀释液。预计低达每8万亿或10万亿或甚至12万亿份燃料1份的浓度可得到各种益处。
燃烧催化剂可包含贵金属例如银、金、铂，特别是还可包含铜、汞、铝、钯、铑、铱和砷。当使用本发明的方法时，催化剂可来自铂族金属化合物。催化剂在性质上可为有机的。适合的铂族金属化合物可为六氯合铂(IV)酸钾或六氯合铂(IV)酸。另一方面，燃烧催化剂或增强剂可为聚氯乙烯(“PVC”)和/或硝酸铵。
在本说明书中，“燃烧催化剂”或“催化剂”或“燃烧增强剂”或“增强剂”或其变种包括加到燃料中能增强主燃料燃烧的物质，以便至少部分实现燃料完全的或改进的氧化、消除或减少沉积物生成和废气排放、烧掉存在的沉积物以及改进燃料燃烧系统例如内燃机的总操作效率中的一项或多项。虽然“催化剂”包括改变和提高反应速率而在过程中又不消耗的物质形式的真正催化剂，但它不限于这一规定，在本说明书中还包括增强燃烧但也消耗的物质。可用各种术语作为替代，但应认识到，可扩大到两类化合物。在本说明书中，燃烧催化剂或增强剂指可溶性化合物。
内燃机包括燃料在其中通过火花或压缩进行点火的发动机，包括但不限于奥托发动机或汽油发动机、柴油或烧重质燃料的发动机，气体透平、分层次供料和凡尔克和其他旋转型发动机、喷气发动机等。
本发明可使用的燃料包括烃类燃料，例如燃料气或汽油、柴油、gasohol和生物燃料。按照发动机设计和可供性，也可使用其他燃料例如甲烷、丙烷、丁烷、残渣燃料、煤油和航空汽油。馏分油燃料是大家熟悉的，通常主要部分为正常液体燃料，例如烃质石油馏分油燃料(例如马达汽油和柴油燃料)。这样的燃料还可含有象醇类、醚类、有机硝酸酯化合物等那样的物质(例如甲醇、乙醇、乙醚、甲醚和硝基甲烷)。由植物或矿物源例如谷物、alfalfa、油页岩和煤得到的液体燃料也在本发明的范围内。一些适合的燃料混合物的实例包括汽油和乙醇的组合物、柴油燃料和醚的组合物以及汽油和硝基甲烷的组合物。特别优选的燃料是柴油和汽油。还可包括固体燃料或气体燃料、船用锅炉燃料和其他重质油品。
首先可将催化剂或增强剂与可为溶剂的适合载体例如水或有机溶剂或其他适合溶剂混合。这第一步混合得到第一预混合物。然后将载体介质和催化剂加到另一稀释用化合物中，形成第二预混合物。关于这一点，适合的稀释用化合物为异丙醇，后者可与水和汽油、柴油或其他烃类燃料混合。另一方面，还可使用MTBE、甲醇、乙醇、乙二醇、醚或monoethyelene或其他类型亲水/亲油产品。
然后用另一适合的载体进一步稀释第二预混合物，生成第三预混合物或催化剂实体。另一载体可能与用于第二预混合步骤的相同，或它可为最终的燃料或甚至为任何能促进第二预混合物混合或分散在最终的燃料组分中的适合材料。催化剂实体在其浓度下可易于转移，可传统地和经济地转送给最终的用户。
可进一步稀释催化剂实体。适合的稀释倍数例如可为1000倍。稀释用材料可与用于第三预混合步骤的相同，或它可为最终的燃料。这一稀释生成最终的预混合物组合物或基础混合物，然后可将它加到用于燃烧的最终燃料中。
下面示出的实施例仅作为说明，不应将它们作为本发明范围的限制。重要的是，在每一稀释阶段完全分散。电搅拌设备优选用于混合。
实施例1本发明上述的催化剂加入方法的一个实施例如下步骤1将4-10％(重量)可溶性催化剂溶于96-90％水中、优选纯化水中。也可使用过氧化氢。另一方面，可将催化剂与醇优选直链醇混合。所述的醇可为高级醇。虽然范围为4-10％，但催化剂的浓度可更高，或甚至更低，只要催化剂均匀地溶解或分散在整个混合溶液或溶剂中。一个最终的目的是催化剂在最终的燃料混合物中相对均匀的分散。
步骤2将1克步骤1的组合物加到19克异丙醇和/或MTBE中。在另一方法中，水可用于步骤2。在这一步骤中，也可使用燃料作为稀释剂。
步骤3将步骤2的合并混合物(即20克)加到980克适合的稀释用液体中。稀释用液体可为最终的燃料组分，或它可为能分散或溶解在最终燃料组分中的一种物质。异丙醇和MTBE为这样的适合物质的实例。也可使用水。
步骤4然后可将步骤3的产物在步骤3中使用的一种或多种化合物中或在最终的可燃性燃料组分中稀释1000倍。这一稀释制得基础催化剂混合物。如果希望得到催化剂在最终产物中的优选浓度，那么可改变1000的稀释倍数。如果在步骤4中使用水，那么优选将1份生成的物质加到20份异丙醇和/或MTBE中，然后可加到步骤5的燃料中。如果在步骤4中使用水作为混合用液体或溶剂以及燃料为柴油，那么将步骤4的产物以50ppm或更低的比率直接加到柴油中。在冷的气候中，在较高的比率下可能遇到一些困难。
步骤5将步骤4的基础催化剂混合物以约10至80ppmw燃料的比率加到燃料中，得到最终的浓度为每240000000000(2400亿)份重燃料约1份催化剂至每6000000000000(6万亿)份重燃料1份催化剂。对于熟悉本专业的技术人员很显然，可作出适当的修正，得到每100百万份燃料小于1份催化剂或增强剂至每6万亿份燃料(6000000000000)大于或等于1份催化剂或增强剂的任何所需的浓度。
当使用完全互溶的亲水和亲油的有机化合物例如异丙醇时，与燃料的最终混合是相对简单的。但是，其他成分可能需要相当大的机械混合或搅拌，以便有效地分散或溶解。当使用大量水时，情况可能就是这样。
如果燃烧催化剂首先溶于水中，然后在加入亲水/亲油化合物以前再以10∶1至1000∶1加入水，那么本发明人发现，难以使催化剂完全分散在整个燃料中，从而需要不断的或强烈的混合来达到满意的结果。合并的催化剂或增强剂仍可在优选的范围内。另一方面，单个的添加剂可在优选的范围内，同时在与其他添加剂组合。
实施例2步骤1将8份重催化剂溶于92份水或其他溶剂中。
步骤2将1份步骤1的混合物加到1000-2000份重亲水/亲油有机化合物例如异丙醇中。这样就生成完全与燃料互溶的混合物。另一混合用液体为MTBE和/或水或甚至最终的燃料。这一预混合物可称为主预混合物。
步骤3可用燃料或完全可与燃料相容的材料将主预混合物稀释1000倍，生成可称为基础预混合物的预混合物。在这一步，催化剂的浓度可为每12百万份1份至每100百万份1份。可相容的物质例如可为异丙醇、MTBE和水中的一种或多种。
然后可将基础预混合物按10-50ppm的比率加到燃料中。
步骤4当基础预混合物加到最终的燃料中，它可扩大20000-100000倍。选择稀释倍数，得到这样的优选结果，其中催化剂在燃烧的燃料中的浓度为每2400亿份约1份至每1.2万亿份约1份。可选择适合的稀释倍数，以便得到低至每6万亿份燃料1份的浓度。但是，应当认识到，所述的范围可小于每100百万份燃料1份催化剂以及低至每6万亿份燃料1份催化剂。
本发明人意想不到地表明，包括燃烧增强剂在内的催化剂在难以检测的极低浓度下可能是有效的。
本方法的各步骤可按时间分开。此外，单个步骤可分成熟悉本专业的技术人员理解的多个子步骤，以得到相同的结果。
不打算将本发明限制到任何一种操作理论，本发明人设想，催化剂的低浓度使燃料中的分子理想上处于彼此相互接触以及与氧结合。即与燃料分子的数目相比，催化剂分子的数目很小，这就使最大数目的燃料分子接触单个催化剂分子。
已知高浓度下催化剂常常生成配合物。我们推论，使用的任何催化剂在高浓度下都有高的效力，因为催化剂的配合物比同等数目的单个催化剂分子占有较小的空间。当催化剂被稀释，配合物相隔更远，它们之间有更多的燃料，因此催化过程的效率下降。还可推论，当催化剂进一步稀释，配合物的尺寸开始下降，使每一配合物中有较少的分子。这可能使更多的燃料分子接触更多的催化剂分子，因此催化剂的效率开始提高。当仅存在单一的催化剂分子(即没有催化剂的配合物)的稀释得到时，可达到这一效果的极限，在这时，催化剂再次显示出有效的燃烧增强能力。在这一点以后，任何进一步的稀释都会进一步分散单个的催化剂分子，进一步被大量插入的燃料分子隔开。因此，最终将出现效率迅速的下降。从最初的观测结果，显然本发明的最大效率可在每2400亿份燃料约1份催化剂至每1.2万亿份燃料1份催化剂的范围内出现。但是，应当指出，对于本发明来说，在极低的催化剂范围内，在相当大的范围提供燃烧增强效果，并可扩大到低至每6万亿份燃料1份催化剂或甚至更低的浓度。
作为本发明另一可能的理论基础部分，应当指出，阿伏伽德罗数为6.02×1023，它为1摩尔任何物质中含有的原子数目。所以，甚至在每万亿份中1份的稀释下，对于每6.02×1023个燃料分子来说，存在约6.02×1011个催化剂分子。所以，甚至在极低的浓度下，每升燃料仍含有十亿个催化剂分子。因此，显然催化剂的使用为催化剂提供一种反Bell性能曲线，它提供在相对高的浓度下的效率，然后随着催化剂浓度继续下降，在效率产生几乎不合理的上升以前随着催化剂浓度下降而下降。这一效率随催化剂减少而提高，一直到最终开始迅速下降为止。当稀释超过每6万亿份燃料1份催化剂时，这一点可能出现。但是，正如指出的，本申请人不希望限制到任何一种理论，提出上述内容仅作为设想的例证。
实施例3步骤1将8份重催化剂(聚氯乙烯或六氯合铂(IV)酸钾、六氯合铂(IV)酸或硝酸铵或任何不干扰燃烧或废气系统中存在的其他催化剂的重金属盐催化剂)溶于92份重水中。
步骤2将1份步骤1的混合物加到1000-2000份亲水/亲油的有机化合物(例如异丙醇或MTBE)中，得到与燃料互溶的混合物，可称为“主”预混合物。
步骤3
将1份步骤2的主预混合物加到1000份最终的燃料中，生成可称为“基础预混合物”的最终预混合物中。
步骤4将基础预混合物以约50ppm的比率加到要燃烧的燃料中。这就得到优选有每2400亿份混合物1份催化剂或增强剂至每1.2万亿份混合物1份催化剂或增强剂的最终可燃性混合物。可选择适合的稀释比，以便得到每200百万份燃料1份至每6万亿份燃料1份或甚至更低的浓度范围。可稀释基础预混合物，使它加到燃料中时更准确和更容易测量。
其他重金属催化剂可用于实施例3的方法中。当补充重金属的盐特别是氯化物时特别有效。
使用这一方法，本发明人令人吃惊地发现，通常不称为催化剂或燃烧增强剂的PVC可就这样起作用。
优选在基础预混合物中含有每12百万份混合物约1份至每100百万份混合物约1份催化剂。基础预混合物可很容易测量，并以所需的10-50ppm的比率加到燃料中，以便得到优选的浓度。可在加到最终燃料混合物中以前将基础预混合物再稀释20倍来提高这一步骤的准确性。
本发明可提供这样一个优点可首先将少量催化剂溶于一定数量的含氢/氧的化合物例如水或过氧化氢或有机溶剂中。
所述的方法还提供一种使用少量亲水/亲油有机化合物制备可与燃料互混的混合物然后在燃料中扩大所述混合物的步骤，其中使用易与与最终燃料组分混合的材料。
在使用本发明的方法得到最大优点中，调节控制燃烧发动机中空气和燃料混合物比的设定可能是必要的。由于燃料更完全有效地燃烧，每单位体积提供更高的能量，可从降低燃料/空气比得到这样一个优点。这可能提供更大的经济性，还使燃烧发动机中产生的排放物减少。
当使用本发明固体燃料的方法时，可在燃烧以前将催化剂预混合物喷射到固体燃料中。催化剂可按液体混合物相同的浓度以重量为基础加入。另一方面，可将催化剂混合物通过为发动机中燃烧提供氧的空气流送入。可制备催化剂和溶剂的混合物，并将它以预定数量喷入空气流中，得到适合的低催化剂/燃料比混合物。在某些透平中，特别是用于生产电力的那些透平中，送入水蒸汽，以便冷却燃烧室。在这些应用场合中，可将催化剂通过水蒸汽送入。可将催化剂直接加到水蒸汽中，或优选首先与水、异丙醇、MTBE或其他适合的产物合并。应用的比率随水蒸汽和燃料的相对数量变化，但熟练的技术人员很容易计算出这一比率，使催化剂和燃料的最终混合物达到优选的范围。
在一个实施方案中，本发明的方法可通过将极低浓度的催化剂加到发动机润滑油中，以便通过润滑油润滑汽缸将催化剂提供到燃烧室。在这种情况下，在润滑剂中可使用更高浓度的催化剂，因为在燃烧周期之间残留在汽缸筒上的油量很少。催化剂在发动机油中的浓度宜为1ppm。
本发明提供的优点包括经济性和高效率两方面。燃料将更有效且完全地燃烧，得到高的能量产率。要求较低的激发速率来引发燃烧，甚至整个空气燃料混合物燃烧。这样防止出现过热点，后者的存在会损坏发动机和产生NOx。更完全的燃烧可使炭燃烧，从而避免沉积物在汽缸中产生。
燃烧催化剂结合到燃料中可减少排放物和由于沉积物不完全燃烧生成的烟雾。
虽然描述与重量为基础的比率有关，但很显然这些比率同样可以体积或重/体基础上确定。
在整个说明书中，目的是要描述本发明的各种优选实施方案，而又不将本发明限制到任何一个实施方案或具体的特点中。所以，熟悉本专业的技术人员会认识到，根据本公开内容，在不违背本发明范围的条件下，可对例证性的特定实施方案作各种改进和改变。所有这样的改进和改变都包括在附后的权利要求书范围内。
权利要求
1.一种改进烃基燃料燃烧的方法，所述的方法包括将浓度为每500百万份重燃料小于1份重燃烧催化剂或增强剂的一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到所述燃料中的步骤。
2.根据权利要求1的方法，还包括将一种或多种燃烧催化剂或增强剂溶解和分散的步骤。
3.根据权利要求1或2的方法，其中将浓度各为每600百万份重燃料小于1份重燃烧催化剂或增强剂的一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到燃料中。
4.根据权利要求1或2的方法，其中将浓度各为每1000百万份重燃料小于1份重燃烧催化剂或增强剂的一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到燃料中。
5.根据权利要求1或2的方法，其中将浓度各为每1000亿份重燃料小于1份重燃烧催化剂或增强剂的一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到燃料中。
6.根据权利要求1或2的方法，其中将浓度各为每1000亿份重燃料约1份重燃烧催化剂或增强剂至每6万亿份重燃料约1份重燃烧催化剂或增强剂的一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到燃料中。
7.根据权利要求1或2的方法，其中将浓度各为每1000亿份重燃料约1份重燃烧催化剂或增强剂至每12万亿份重燃料约1份重燃烧催化剂或增强剂的一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到燃料中。
8.根据权利要求1或2的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂为表1、表2、表3和表4所列的至少一种化合物。
9.根据权利要求8的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂为表1所列的至少一种化合物。
10.根据权利要求8的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂为表2所列的至少一种化合物。
11.根据权利要求8的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂为表3所列的至少一种化合物。
12.根据权利要求8的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂为表4所列的至少一种化合物。
13.根据权利要求2的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂含贵金属元素或其化合物。
14.根据上述权利要求中任一项的方法，其中燃烧在内燃机中进行。
15.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中燃烧在锅炉、加热炉中进行，或为了提供热量。
16.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中燃烧在喷气发动机或其他透平中进行。
17.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中通过将一种或多种燃烧催化剂或增强剂喷射到燃料上使燃烧催化剂或增强剂加到固体燃料中，得到浓度为每500百万份小于1份至每6万亿份1份(重/重)。
18.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中将一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到为燃烧过程提供氧的空气流中。
19.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中将一种或多种燃烧催化剂或增强剂通过催化剂与水蒸汽的组合物加到燃烧透平中。
20.根据权利要求1-12中任一项的方法，其中将一种或多种燃烧催化剂或增强剂加到气体燃料中。
21.根据权利要求1-13中任一项的方法，其中燃烧在发动机中进行，与没有燃烧催化剂或增强剂的发动机的操作相比，燃烧混合物中空气/燃料比增加。
22.根据权利要求2的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂为六氯铂(IV)酸钾和六氯铂(IV)酸中的一种或两种。
23.根据权利要求1或2的方法，其中一种或多种燃烧催化剂或增强剂包括聚氯乙烯和/或硝酸铵中的一种。
24.一种改进烃基燃料燃烧的方法，所述的方法包括以下步骤将一种或多种燃烧催化剂或增强剂与水或其他溶剂混合，形成第一预混合物；将第一预混合物与亲水的/亲油的有机化合物混合，形成第二预混合物；将第二预混合物与燃料或与燃料相容的介质混合，形成第三预混合物；以及将第三预混合物与液体燃料混合得到浓度为每500万份重燃料小于1份重燃烧催化剂或增强剂。
25.根据权利要求24的方法，其中在最终的混合物中，一种或多种燃烧催化剂或增强剂的浓度为每100百万份燃料小于1份催化剂或增强剂至每6万亿份燃料大于或等于1份催化剂或增强剂。
26.一种改进烃基燃料燃烧的方法，所述的方法包括以下步骤将一种或多种燃烧催化剂或增强剂与水或其他溶剂混合，形成第一预混合物；将第一预混合物与亲水的/亲油的有机化合物混合，形成第二预混合物；将第二预混合物与燃料或与燃料相容的介质混合，形成第三预混合物；以及将第三预混合物与液体燃料混合得到浓度为每100百万份重燃料1份重至少一催化剂或增强剂至每12万亿份重燃料1份重燃烧催化剂。
27.根据权利要求26的方法，其中可将步骤中的一个或多个步骤进一步分成几个分开的次步骤。
28.根据权利要求26的方法，其中第三预混合物与液体燃料的混合使浓度为每1000亿份燃料1份催化剂或增强剂至每12万亿份燃料1份催化剂或增强剂。
29.根据权利要求24-28中任一项的方法，其中用电搅拌设备进行混合。
30.根据权利要求26的方法，其中其他溶剂为异丙醇、甲醇、乙醇以及MTBE、甲乙酮、甲基异丁基酮和甲醇中的一种或多种。
31.根据权利要求30的方法，其中亲水/亲油化合物为异丙醇、甲醇、乙醇中的一种或多种以及MTBE、甲乙酮、甲基异丁基酮和甲醇。
32.根据权利要求31的方法，其中与燃料相容的介质为异丙醇、甲醇、乙醇以及MTBE、甲乙酮、甲基异丁基酮和甲醇中的一种或多种。
33.一种增强烃基燃料在燃烧发动机中燃烧的方法，所述的方法包括将燃烧催化剂或增强剂加到燃烧发动机的润滑油中，按重量或体积计，加入的所述催化剂的浓度为每百万份润滑油1份催化剂。
34.一种烃基燃料和燃烧催化剂或增强剂的组合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每500百万份燃料小于1份燃烧催化剂至每6万亿份燃料大于或等于1份。
35.根据权利要求34的燃料和燃烧催化剂或增强剂的组合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每500百万份燃料小于1份燃烧催化剂至每3万亿份燃料大于1份。
36.根据权利要求34的燃料和燃烧催化剂或增强剂的组合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每十亿(1000百万)份燃料小于1份燃烧催化剂至每3万亿份燃料大于1份。
37.根据权利要求36的燃料和燃烧催化剂的组合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每1000亿份燃料1份燃烧催化剂至每6万亿份燃料1份燃烧催化剂或增强剂。
38.一种至少一种燃烧催化剂或增强剂、水和亲水/亲油液体中的一种及烃基燃料的混合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每500百万份重燃料小于1份燃烧催化剂或增强剂。
39.根据权利要求38的混合物，其中至少一种燃烧催化剂或增强剂选自表1、表2、表3或表4。
40.根据权利要求38或39的混合物，其中亲水/亲油液体为异丙醇、甲醇、乙醇以及MTBE、甲乙酮、甲基异丁基酮和甲醇中的一种或多种。
41.根据权利要求38的混合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每200百万份燃料1份至每12万亿份燃料1份。
42.根据权利要求38的混合物，其中燃烧催化剂或增强剂的浓度为每十亿份燃料1份至每3万亿份燃料1份。
43.根据权利要求38的混合物，其中燃烧催化剂的浓度为每24亿份燃料1份至每2.5万亿份燃料1份。
全文摘要
一种通过将极低浓度的催化剂或燃烧增强剂加入来改进燃料燃烧的方法，所述的浓度优选为每200百万份燃料1份催化剂至每6万亿份燃料1份催化剂。催化剂或燃烧增强剂可选自各种可溶性化合物。所述的方法可包含以下步骤首先催化剂或增强剂与适合的溶剂混合，然后使用溶剂或燃料的稀释步骤。适合的溶剂包括水、MTBE、甲乙酮、甲基异丁基酮、丁醇、异丙醇和其他亲水/亲油化合物。
文档编号F02B51/02GK1970700SQ20061016351
公开日2007年5月30日 申请日期2002年11月8日 优先权日2001年11月9日
发明者罗伯特·W·卡罗尔, 诺埃尔·卡罗尔, 威廉·F·卡罗尔, 迈克尔·卡罗尔 申请人:罗伯特·W·卡罗尔, 诺埃尔·卡罗尔, 威廉·F·卡罗尔, 迈克尔·卡罗尔