ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО С УЛУЧШЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
DIESEL FUEL WITH IMPROVED IGNITION CHARACTERISTICS

Область техники
Данное изобретение относится к дизельным топливам, имеющим улучшенные характеристики воспламенения, в частности к дизельным топливам с повышенными цетановыми числами. Данное изобретение также относится к дизельным топливам, имеющим улучшенные характеристики испарения.
Уровень техники
Цетановое число композиции топлива является мерой легкости ее воспламенения и сгорания. С топливом с более низким цетановым числом (дизельный) двигатель с воспламенением от сжатия имеет тенденцию к более трудному запуску и может работать более шумно в холодном состоянии; наоборот, топливо с более высоким цетановым числом имеет тенденцию облегчать холодный запуск, снижать шум двигателя, уменьшать белый дым («холодный дым»), вызванный неполным сгоранием.
Таким образом, существует общее предпочтение, чтобы композиция дизельного топлива имела высокое цетановое число, причем предпочтение усиливается по мере ужесточения законодательства касательно выбросов, и в связи с этим, спецификации автомобильного дизельного топлива, как правило, устанавливают минимальное цетановое число. С этой целью многие композиции дизельного топлива содержат промоторы воспламенения, также известные как цетаноповышающие присадки или промоторы/ усилители цетана (цетанового числа), чтобы обеспечить соответствие таким техническим условиям и, как правило, улучшить характеристики сгорания топлива.
Кроме того, термостабильность является важным атрибутом качества дизельного топлива из-за его функции как теплоносителя. Например, плохая термостабильность может привести к преждевременному засорению топливного фильтра.
В настоящее время наиболее широко используемый промотор воспламенения дизельного топлива, представляет собой 2-этилгексилнитрат (2-ЭГН), который действует путем сокращения периода задержки воспламенения топлива, к которому он добавлен. Однако 2-ЭГН потенциально может оказать неблагоприятное влияние на термостабильность топлива, поскольку он образует свободные радикалы при разложении при относительно низких температурах. 2-ЭГН начинает разлагаться при температуре около 43°C при атмосферном давлении. Плохая термостабильность также приводит к увеличению продуктов реакций нестабильности, таких как смолы, лакообразный нагар и другие нерастворимые вещества. Эти продукты могут блокировать фильтры двигателя и откладываться в топливных форсунках и клапанах, и, следовательно, могут привести к потере КПД двигателя или контроля выбросов.
2-ЭГН также трудно хранить в концентрированном виде, поскольку он имеет тенденцию разлагаться и поэтому склонен к образованию потенциально взрывоопасных смесей. Кроме того, было отмечено, что 2-ЭГН наиболее эффективно работает в мягких условиях работы двигателя.
Эти недостатки означают, что в целом было бы желательно заменить 2-ЭГН, в то же время сохраняя приемлемые свойства горения.
В US 2015/0284652 раскрыты композиции топлива, содержащие дизельное базовое топливо и по меньшей мере одно дигетероциклодиазендикарбоксамидное соединение. В нем раскрыто, что дигетероциклодиазендикарбоксамидные соединения, такие как АЗДП (азодикарбоилдипиперидин), могут служить для уменьшения периода задержки воспламенения и/или в качестве эффективных промоторов цетанового числа в дизельном топливе.
В US 2014/230320 раскрыты композиции топлива, содержащие дизельное базовое топливо и по меньшей мере один дигидрокарбилдиазендикарбоксамид (ДГКДД). В приведенных в указанном документе примерах раскрыто, что ДОДД может улучшить цетановое число дизельного топлива.
Сущность изобретения
К настоящему времени было обнаружено, что некоторые типы топливных присадок (далее именуемые «вспенивающими агентами»), имеющие определенные химические и физические свойства, могут служить для уменьшения периода задержки воспламенения и/или в качестве эффективных присадок, повышающих цетановое число в дизельном топливе. В частности, было обнаружено, что определенные типы топливных присадок (именуемые в данном документе «вспенивающими агентами»), имеющие определенные химические и физические свойства, обеспечивают повышенную скорость испарения дизельного топлива, к которому добавляется топливная присадка, которая, в свою очередь, служит для улучшения свойств сгорания. В частности, было обнаружено, что определенные типы топливных присадок (именуемые в данном документе «вспенивающими агентами»), увеличивают скорость испарения дизельного топлива, к которому добавляется топливная присадка, по сравнению со скоростью испарения аналогичного дизельного топлива, содержащего АЗДП (азодикарбоилдипиперидин).
Согласно данному изобретению предложена композиция дизельного топлива, содержащая базовое дизельное топливо и по меньшей мере один вспенивающий агент, причем вспенивающий агент выбран из сложноэфирных соединений, оксалатных соединений и диазеновых соединений, и их смесей, и причем вспенивающий агент имеет растворимость в базовом дизельном топливе при 25°С 100 мг/кг или более, температуру разложения, измеренную термогравиметрическим анализом (ТГА), в диапазоне от 50°С до 300°С, и причем композиция дизельного топлива имеет скорость испарения, превышающую скорость испарения базового дизельного топлива, измеренную акустической левитацией. Предпочтительно композиция дизельного топлива имеет скорость испарения, измеренную акустической левитацией, больше, чем аналогичная композиция, содержащая АЗДП вместо указанного вспенивающего агента.
В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения предлагается использование вспенивающего агента с целью уменьшения периода задержки воспламенения и/или увеличения цетанового числа в композиции дизельного топлива, причем вспенивающий агент выбран из сложноэфирных соединений, оксалатных соединений и диазеновых соединений, и их смесей, причем вспенивающий агент имеет растворимость в базовом дизельном топливе при температуре 25°С 100 мг/кг или более, температуру разложения, измеренную термогравиметрическим анализом (ТГА), в диапазоне от 50°С до 300°С, и причем вспенивающий агент обеспечивает скорость испарения композиции дизельного топлива большую, чем у базового дизельного топлива, которая измеряется акустической левитацией, предпочтительно большую, чем для аналогичной композиции, содержащей АЗДП вместо указанного вспенивающего агента.
В соответствии с дополнительным аспектом данного изобретения предложен способ уменьшения периода задержки воспламенения и/или увеличения цетанового числа композиции дизельного топлива в двигателе внутреннего сгорания, который включает добавление к композиции дизельного топлива определенного количества вспенивающего агента, причем вспенивающий агент выбран из сложноэфирных соединений, оксалатных соединений и диазеновых соединений, и их смесей, и причем вспенивающий агент имеет растворимость в базовом дизельном топливе при 25°C 100 мг/кг или более; температура разложения, измеренная термогравиметрическим анализом (ТГА), находится в диапазоне от 50°C до 300°C, и причем композиция дизельного топлива имеет скорость испарения, превышающую скорость испарения базового дизельного топлива, измеренную акустической левитацией. Предпочтительно композиция дизельного топлива имеет скорость испарения, измеренную акустической левитацией, большую, чем аналогичная композиция, содержащая АЗДП вместо указанного вспенивающего агента.
Было обнаружено, что раскрытые в данном документе вспенивающие агенты уменьшают период задержки воспламенения и/или являются эффективными промоторами цетанового числа в дизельном топливе и подходят для использования в современных двигателях.
Было также обнаружено, что вспенивающие агенты, раскрытые в данном документе, эффективно увеличивают скорость испарения композиции дизельного топлива, в которую они добавлены.
Поэтому в соответствии с другим аспектом данного изобретения предложено использование вспенивающего агента для увеличения скорости испарения композиции дизельного топлива, в которую добавлен вспенивающий агент, причем вспенивающий агент выбран из сложноэфирных соединений, оксалатных соединений и диазеновых соединений, и их смесей; причем вспенивающий агент предпочтительно имеет растворимость в базовом дизельном топливе при 25°C 100 мг/кг или более, и температуру разложения, измеренную термогравиметрическим анализом (TГA), в диапазоне от 50°C до 300°C.
В соответствии с другим аспектом данного изобретения предложено применение соединения топливной присадки для увеличения скорости испарения композиции дизельного топлива, в которую добавлено соединение топливной присадки, причем соединение топливной присадки выбрано из амилсалицилата, изоамилсалицилата, линалилацетата, нопилацетата, диэтилоксалата, азидометилбензола, диэтилазодикарбоксилата и их смесей, предпочтительно, из амилсалицилата, линалилацетата, нопилацетата и диэтилоксалата, и их смесей.
Краткое описание графических материалов
Графические материлы иллюстрируют определенные аспекты некоторых вариантов реализации изобретения и не должны использоваться для ограничения или определения изобретения.
На Фиг. 1 изображено увеличение скорости испарения дизельного топлива при добавлении амилсалицилата при дозировке 5000 мас. ч/млн и сравнивнение его с увеличением скорости испарения, полученным при добавлении АЗДП при той же дозировке.
На Фиг. 2 изображено увеличение скорости испарения дизельного топлива при добавлении диэтилоксалата при дозировке 5000 мас. ч/млн и сравнивнение его с увеличением скорости испарения, полученным при добавлении АЗДП при той же дозировке.
На Фиг. 3 изображено увеличение скорости испарения дизельного топлива при добавлении линалилацетата при дозировке 5000 мас. ч/млн и сравнивнение его с увеличением скорости испарения, полученным при добавлении АЗДП при той же дозировке.
На Фиг. 4 изображено увеличение скорости испарения дизельного топлива при добавлении нопилацетата при дозировке 5000 мас. ч/млн и сравнивнение его с увеличением скорости испарения, полученным при добавлении АЗДП при той же дозировке.
На Фиг. 1-4 пунктирные линии изображают стандартное отклонение по меньшей мере для десяти измерений, а сплошные линии изображают среднее значение результатов эксперимента.
Подробное описание сущности изобретения
Для помощи в понимании изобретения в данном документе определены некоторые термины.
Термины «промотор цетана (цетанового числа)» и «усилитель цетана (цетанового числа)» используются взаимозаменяемо для включения любого компонента, который при добавлении в композицию топлива в подходящей концентрации обладает эффектом увеличения цетанового числа композиции топлива относительно ее предыдущего цетанового числа при одном или более условиях работы двигателя в пределах рабочих условий соответствующего топлива или двигателя. Используемый в данном документе промотор или усилитель цетанового числа может также упоминаться как цетаноповышающая присадка/агент или тому подобное.
В соответствии с данным изобретением цетановое число композиции топлива может быть определено любым известным способом, например, с использованием стандартной методики испытания ASTM D613 (ISO 5165, IP 41), которая дает так называемое «измеренное» цетановое число, полученное в условиях работы двигателя. Более предпочтительно, цетановое число может быть определено с помощью более нового и точного «испытания на качество воспламенения» (IQT; ASTM D6890, IP 498), которое дает «производное» цетановое число, основанное на временной задержке между впрыском и сжиганием образца топлива, поданного в камеру сгорания постоянного объема. Этот относительно быстрый метод может быть использован на лабораторных (около 100 мл) образцах различных видов топлива. В альтернативном варианте, цетановое число может быть измерено с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК-спектроскопии), что, например, описано в US 5349188. Этот метод может быть предпочтительным в условиях нефтепереработки, поскольку он может быть менее громоздким, чем, например, ASTM D613. В измерениях БИК-спектроскопии используется корреляция между измеренным спектром и фактическим цетановым числом образца. Базовая модель подготавливается путем сопоставления известных цетановых чисел различных образцов топлива с их спектральными данными по БИК-спектроскопии.
Композиция содержит жидкое углеводородное топливо, в которое был добавлен по меньшей мере один вспенивающий агент. Используемый в данном документе термин «вспенивающий агент» означает соединение, которое увеличивает скорость испарения композиции топлива, в которую добавлено это соединение.
Вспенивающий агент может присутствовать в композиции дизельного топлива в концентрации от 0,001 до 5% мас/мас. Предпочтительные количества составляют от 0,005 до 5% мас/мас, более предпочтительные – от 0,005 до 2% мас/мас, еще более предпочтительные количества составляют от 0,005 до 1% мас/мас. Особенно предпочтительное количество составляет от 0,005 до 0,05% мас/мас. Верхний предел этих диапазонов будет определяться, прежде всего, растворимостью вспенивающего агента в топливе и стоимостью вспенивающего агента, поскольку большие количества присадки могут увеличить стоимость производства топлива.
Описанные в данном документе вспенивающие агенты могут служить для уменьшения периода задержки воспламенения и/или в качестве эффективных промоторов цетанового числа в дизельном топливе. Кроме того, описанные в данном документе вспенивающие агенты могут служить для повышения скорости испарения композиции дизельного топлива, в которую добавлен вспенивающий агент. В частности, скорость испарения композиции дизельного топлива, в которую добавляют вспенивающий агент, выше, чем у базового дизельного топлива. В предпочтительном варианте реализации изобретения по данному документу вспенивающие агенты, описанные в данном документе, могут служить для увеличения скорости испарения композиции дизельного топлива в большей степени, чем это может быть достигнуто с использованием АЗДП (азодикарбоилдипиперидина).
2
2
2
Вспенивающие агенты для использования согласно данному документу предпочтительно выбирают из сложноэфирных соединений, оксалатных соединений и диазеновых соединений, имеющих определенные физические характеристики, описанные в данном документе ниже. Смеси этих вспенивающих агентов также полезны согласно данному документу. Эти соединения были выбраны, так как они содержат либо карбонильную группу (RC=O), либо азогруппу (R-N=N-R) и являются источником CO или N, соответственно.
Предпочтительные сложноэфирные соединения включают салицилаты и ацетаты, и их смеси. Особенно предпочтительные сложноэфирные соединения для использования в качестве вспенивающего агента согласно данному документу включают алкилсалицилаты, в которых алкильные группы являются линейными или разветвленными и содержат от 1 до 18 атомов углерода, предпочтительно от 4 до 12 атомов углерода, более предпочтительно от 4 до 8 атомов углерода; циклоалкилацетаты, в которых циклоалкильные группы содержат от 6 до 18 атомов углерода, предпочтительно от 8 до 12 атомов углерода; циклоалкенилацетаты, в которых циклоалкенильные группы содержат от 6 до 18 атомов углерода, предпочтительно от 8 до 12 атомов углерода; и алкенилацетаты, в которых алкенильные группы содержат от 6 до 18 атомов углерода, предпочтительно от 8 до 12 атомов углерода. Наиболее предпочтительные сложноэфирные соединения для использования согласно данному документу выбраны из амилсалицилата, изоамилсалицилата, линалилацетата, нопилацетата, аквамат(1-(3,3-диметилциклогексил)этилформиата) и их смесей. В особенно предпочтительном варианте реализации изобретения по данному документу сложноэфирные соединения выбраны из амилсалицилата, линалилацетата и нопилацетата, и их смесей.
Предпочтительные оксалатные соединения для использования согласно данному документу включают диалкилоксалаты, в которых алкильные группы являются насыщенными или ненасыщенными, предпочтительно насыщенными, и которые содержат от 1 до 12 атомов углерода, предпочтительно от 1 до 4 атомов углерода, предпочтительно представляют собой метил и этил. Особенно предпочтительным оксалатным соединением для использования согласно данному документу является диэтилоксалат.
Предпочтительные диазеновые соединения для использования в качестве вспенивающих агентов согласно данному документу включают азидометилбензол, диэтилазодикарбоксилат и их смеси.
В одном варианте реализации изобретения по данному документу вспенивающий агент выбран из амилсалицилата, изоамилсалицилата, нопилацетата, линалилацетата, аквамат(1-(3,3-диметилциклогексил)этилформиата), диэтилоксалата, азидометилбензола, диэтилазодикарбоксилата и их смесей.
В предпочтительном варианте реализации изобретения по данному документу вспенивающий агент выбран из амилсалицилата, диэтилоксалата, линалилацетата, нопилацетата и их смесей.
В частности, вспенивающий агент для использования согласно данному документу имеет растворимость в базовом дизельном топливе (в базовом дизельном топливе B0 EN590) при 25°C 100 мг/кг или более, предпочтительно 1000 мг/кг или более, более предпочтительно 2000 мг/кг или более.
Кроме того, вспенивающий агент для использования согласно данному документу имеет температуру разложения, измеренную термогравиметрическим анализом (ТГА), в диапазоне от 50°С до 300°С, предпочтительно в диапазоне от 90 до 225°С.
Как упоминалось выше, вспенивающие агенты по данному документу обеспечивают увеличение скорости испарения дизельного топлива, к которому добавлен вспенивающий агент. В частности, когда вспенивающие агенты, описанные в данном документе, вводят в композицию дизельного топлива, указанная композиция дизельного топлива имеет скорость испарения, превышающую скорость испарения дизельного базового топлива (т.е. дизельного базового топлива, не содержащего вспенивающего агента), измеренную акустической левитацией. Предпочтительно, когда вспенивающие агенты, описанные в данном документе, вводят в композицию дизельного топлива, указанная композиция дизельного топлива имеет скорость испарения, которая превышает скорость испарения аналогичной композиции дизельного топлива, содержащей АЗДП, измеренную акустической левитацией.
Метод испытания на акустическую левитацию для использования, согласно данному документу, для измерения скорости испарения дизельного топлива, к которому добавляют вспенивающие агенты, описан в следующем учебном пособии: R. Sedelmeyer “Untersuchung der radikalischen Polymerisation von N-Vinyl-2-pyrrolidon in akustisch levitierten Einzeltropfen: Vom Tropfen zum Partikel” Wissenschaft & Technik Verlag (2016) ISBN 3896852558. В используемом данном документе методе испытания на акустическую левитацию единственным изменением в методе испытания, описанном в учебном пособии, упомянутом выше, является то, что эксперименты проводятся при 230°C, и каждый эксперимент повторяют не менее десяти раз.
Вспенивающий агент может быть добавлен вместе с совместимым с углеводородами сорастворителем, который может увеличить смешиваемость вспенивающего агента с углеводородным базовым топливом, а именно, например, со спиртом. Однако вспенивающий агент может использоваться в топливе без использования сорастворителя из-за его смешиваемости с топливом. Если используется сорастворитель, предпочтительным является спирт с от 1 до 20 атомами углерода. Спирт, содержащий от 2 до 18 атомов углерода, также является предпочтительным для использования в качестве носителя. Количество сорастворителя, если он находится в композиции, может составлять от 0 до 10 мас.%, предпочтительно от 0 до 5 мас.% от композиции топлива.
Композиции топлива, к которым относится данное изобретение, включают дизельное топливо для использования в автомобильных двигателях с воспламенением от сжатия, а также в двигателях других типов, таких как, например, судовые, железнодорожные и стационарные двигатели, и в промышленных газойлях для использования в системах отопления (например, котлах).
Базовое топливо само может содержать смесь двух или более различных компонентов дизельного топлива и/или содержать присадки, как описано ниже.
3
3
2
Такое дизельное топливо будет содержать базовое топливо, которое, как правило, может содержать жидкий углеводородный среднедистиллятный газойль (масла), например газойли, полученные из нефти. Такое топливо, как правило, будет иметь температуру кипения в пределах обычных диапазонов для дизельного топлива - от 150 до 400°C, в зависимости от сорта и назначения. Как правило, они будут иметь плотность от 750 до 900 кг/м, предпочтительно от 800 до 860 кг/м, при 15°C (например, ASTM D4502 или IP 365) и цетановое число (ASTM D613) от 35 до 80, более предпочтительно от 40 до 75. Они, как правило, имеют начальную температуру кипения в диапазоне от 150 до 230°С и конечную температуру кипения в диапазоне от 290 до 400°С. Их кинематическая вязкость при 40°C (ASTM D445) может соответственно составлять от 1,5 до 4,5 мм/с.
3
2
Такие промышленные газойли будут содержать базовое топливо, которое может содержать такие фракции топлива, как керосин или фракции газойля, полученные в традиционных процессах нефтепереработки, которые превращают сырое нефтяное сырье в полезные продукты. Такие фракции предпочтительно содержат компоненты с числом атомов углерода в диапазоне от 5 до 40, более предпочтительно от 5 до 31, еще более предпочтительно от 6 до 25, наиболее предпочтительно от 9 до 25, и такие фракции имеют плотность при 15°С 650-950 кг/м, кинематическую вязкость при 20°С 1-80 мм/с и диапазон кипения 150-400°С. Необязательно, топливо на основе не минерального масла, такое как биотопливо или топливо, полученное по синтезу Фишера-Тропша, также может образовывать или находится в композиции топлива.
Газойль, полученный из нефти, например, полученный при очистке и, необязательно, (гидро)переработке источника сырой нефти, может быть введен в композицию дизельного топлива. Это может быть отдельный поток газойля, полученный в результате такого процесса очистки, или смесь нескольких фракций газойля, полученных в процессе очистки посредством различных способов переработки. Примерами таких газойлевых фракций являются прямогонный газойль, вакуумный газойль, газойль, полученный в процессе термического крекинга, масла легкого и тяжелого цикла, полученные в установке для каталитического крекинга в жидкой фазе, и газойль, полученный в установке гидрокрекинга. Необязательно, газойль, полученный из нефти, может содержать некоторую керосиновую фракцию, полученную из нефти. Такие газойли могут быть переработаны в установке гидрообессеривания (ГОС), чтобы снизить содержание серы до уровня, подходящего для введения в композицию дизельного топлива. Это также ведет к снижению содержания других полярных соединений, таких как кислородсодержащие или азотсодержащие соединения. В некоторых случаях композиция топлива будет содержать один или более продуктов крекинга, полученных путем расщепления тяжелых углеводородов.
Количество топлива, полученного по синтезу Фишера-Тропша и используемого в композиции дизельного топлива, может составлять от 0,5 до 100% об от общей композиции дизельного топлива, предпочтительно от 5 до 75 об.%. Может быть желательным, чтобы композиция содержала 10 об.% или более, более предпочтительно 20 об.% или более, еще более предпочтительно 30 об.% или более, топлива, полученного по Фишеру-Тропшу. Особенно предпочтительно, чтобы композиция содержала от 30 до 75 об.%, и в частности 30 или 70 об.%, топлива, полученного по Фишеру-Тропшу. Остаток композиции топлива состоит из одного или более других видов топлива.
Композиция промышленного газойля может содержать более 50 мас.%, более предпочтительно более 70 мас.% топливного компонента, полученного по синтезу Фишера-Тропша, если он присутствует. Топлива Фишера-Тропша могут быть получены путем преобразования газа, биомассы или угля в жидкость (XвЖ), в частности, путем преобразования газа в жидкость (ГвЖ) или путем преобразования биомассы в жидкость (БвЖ). В соответствии с изобретением в качестве базового топлива можно использовать любую форму топливного компонента, полученного по синтезу Фишера-Тропша. Такой топливный компонент, полученный по Фишеру-Тропшу, представляет собой любую фракцию из диапазона для среднедистиллятного топлива, которая может быть выделена из (прошедшего гидрокрекинг) продукта синтеза Фишера-Тропша. Типичные фракции будут кипеть в диапазоне для нафты, керосина или газойля. Предпочтительно использовать продукт Фишера-Тропша, кипящий в диапазоне для керосина или газойля, потому что эти продукты легче обрабатывать, например, в домашних условиях. Такие продукты будут соответственно содержать более 90 мас.% фракции, которая кипит при от 160 до 400°С, предпочтительно до 370°С. Примеры керосина и газойля, полученные из продуктов Фишера-Тропша, описаны в EP A 0583836, WO A 97/14768, WO A 97/14769, WO A 00/11116, WO A 00/11117, WO A 01/83406, WO A 01/83648, WO A 01/83647, WO A 01/83641, WO A 00/20535, WO A 00/20534, EP A 1101813, US A 5766274, US A 5378348, US A 5888376 и US A 6204426.
Продукт Фишера-Тропша будет соответственно содержать более 80 мас.% и предпочтительнее более 95 мас.% изо- и нормальных парафинов, и менее 1 мас.% ароматических соединений, причем остаток представляет собой нафтеновые соединения. Содержание серы и азота будет очень низким и, как правило, ниже пределов обнаружения для таких соединений. По этой причине содержание серы в композиции топлива, содержащей продукт Фишера-Тропша, может быть очень низким.
Композиция топлива предпочтительно содержит не более 5000 мас. ч/млн серы, более предпочтительно не более 500 мас. ч/млн или не более 350 мас. ч/млн, или не более 150 мас. ч/млн, или не более 100 мас. ч/млн, или не более 50 мас. ч/млн, или наиболее предпочтительно не более 10 мас. ч/млн серы.
В некоторых вариантах реализации данного изобретения базовое топливо может представлять собой или содержать другой так называемый «биодизельный» топливный компонент, такой как растительное масло, гидрогенизированное растительное масло или производное растительного масла (например, эфир жирной кислоты, в частности метиловый эфир жирной кислоты, МЭЖК) или другое окисленное соединение, такой как кислота, кетон или сложный эфир. Такие компоненты не обязательно должны быть получены биологически. Когда композиция топлива содержит биодизельный компонент, биодизельный компонент может находиться в количестве до 100%, например, от 1% до 99% мас/мас, от 2% до 80% мас/мас, от 2% до 50% мас/мас, от 3% до 40% мас/мас, от 4% до 30% мас/мас или от 5% до 20% мас/мас. В одном варианте реализации изобретения биодизельный компонент может быть МЭЖК.
Описанные в данном документе вспенивающие агенты могут быть использованы для увеличения цетанового числа композиции топлива. Используемый в данном документе термин «увеличение» в контексте цетанового числа охватывает любую степень увеличения по сравнению с предварительно измеренным цетановым числом в тех же или эквивалентных условиях. Таким образом, увеличение целесообразно сравнивать с цетановым числом той же самой композиции топлива перед введением компонента или добавки, увеличивающей (или улучшающей) цетановое число. В альтернативном варианте, увеличение цетанового числа может быть измерено по сравнению с аналогичной композицией топлива (или партией, или той же композицией топлива), которая не включает усилитель цетанового числа по изобретению. В альтернативном варианте, увеличение цетанового числа топлива по сравнению со сравнительным топливом может быть обусловлено измеренным увеличением горючести или измеренным уменьшением периода задержки воспламенения для сравнительных топлив.
Увеличение цетанового числа (или, например, уменьшение периода задержки воспламенения) можно измерять и/или фиксировать любым подходящим способом, например, с точки зрения процентного увеличения или уменьшения. Например, процентное увеличение или уменьшение может составлять по меньшей мере 1%, например, по меньшей мере 2% (например, при уровне дозировки 0,05%). Соответственно, процентное увеличение цетанового числа или уменьшение задержки воспламенения составляет по меньшей мере 5%, по меньшей мере 10%. Однако следует понимать, что любое измеримое улучшение цетанового числа или задержки воспламенения может обеспечить существенное преимущество в зависимости от того, какие другие факторы считаются важными, например, доступность, стоимость, безопасность и так далее.
Двигатель, в котором используется композиция топлива по изобретению, может представлять собой любой подходящий двигатель. Таким образом, когда топливо представляет собой композицию дизельного или биодизельного топлива, двигатель представляет собой дизельный двигатель или двигатель с воспламенением от сжатия. Аналогично, может использоваться любой тип дизельного двигателя, такой как дизельный двигатель с турбонаддувом, при условии, что тот же или эквивалентный двигатель используется для измерения экономии топлива с и без компонента, увеличивающего цетановое число. Точно так же изобретение применимо к двигателю в любом транспортном средстве. Как правило, промоторы цетанового числа по изобретению подходят для использования в широком диапазоне условий работы двигателя.
Остальная часть композиции будет, как правило, состоять из одного или более автомобильных базовых топлив, необязательно вместе с одной или более топливными присадками, например, как это более подробно описано ниже.
Относительные пропорции усилителя цетанового числа, компонентов топлива и любых других компонентов или добавок, находящихся в композиции дизельного топлива, полученной в соответствии с изобретением, могут также зависеть от других требуемых свойств, таких как плотность, характеристики выбросов и вязкость.
Таким образом, в дополнение к вспенивающему агенту, описанному в данном документе, композиция дизельного топлива, полученная по данному изобретению, может содержать один или более компонентов дизельного топлива традиционного типа. Например, она может содержать основную долю базового дизельного топлива, например, типа, описанного ниже. В этом контексте «основная доля» означает, по меньшей мере 50% мас/мас и, как правило, по меньшей мере 75% мас/мас от всей композиции, более предпочтительно, по меньшей мере 80% мас/мас или даже по меньшей мере 85% мас/мас. В некоторых случаях по меньшей мере 90 мас.% или по меньшей мере 95 мас.% композиции топлива состоит из базового дизельного топлива. Кроме того, в некоторых случаях по меньшей мере 95 мас.% или по меньшей мере 99,99 мас.% композиции топлива состоит из базового дизельного топлива.
Такое топливо, как правило, подходит для использования в (дизельных) двигателях внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия как с непрямым, так и с прямым впрыском.
3
2
95
Композиция автомобильного дизельного топлива, полученная в результате осуществления данного изобретения, также будет соответствовать этим общим техническим условиям. Соответственно, она, как правило, будет соответствовать действующим текущим стандартным техническим условиям, таким как, например, EN 590 (для Европы) или ASTM D975 (для США). Например, композиция топлива может иметь плотность от 0,82 до 0,845 г/см при 15°С; температуру кипения Т (ASTM D86) 360°С или менее; цетановое число (ASTM D613) 45 или более; кинематическую вязкость (ASTM D445) от 2 до 4,5 мм/с при 40°C; содержание серы (ASTM D2622) 50 мг/кг или менее; и/или содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (IP391 (мод)) менее 11% мас/мас. Соответствующие технические условия могут, однако, отличаться от страны к стране и от года к году, и могут зависеть от предполагаемого использования композиции топлива.
В частности, ее измеренное цетановое число предпочтительно будет составлять от 40 до 70. Данное изобретение соответственно позволяет получить композицию топлива, которая имеет производное цетановое число (IP 498) 40 или более, более предпочтительно 41, 42, 43 или 44 или более.
Кроме того, композиция топлива, полученная по данному изобретению, или базовое топливо, используемое в такой композиции, может содержать одну или более топливных присадок или может не содержать присадок. Если включены присадки (например, добавленные в топливо на нефтеперерабатывающем заводе), она может содержать незначительные количества одной или более присадок. Выбранные примеры или подходящие присадки включают (но не ограничиваются ими): антистатические агенты; антитурбулентые присадки; промоторы текучести (например, сополимеры этилена/винилацетата или сополимеры акрилата/малеинового ангидрида); присадки, улучшающие смазывающую способность (например, добавки на основе сложных эфиров и кислот); присадки, улучшающие вязкость, или модификаторы вязкости (например, сополимеры на основе стирола, цеолиты и производные топлива или нефти с высокой вязкостью); дегазаторы (например, алкоксилированные фенолформальдегидные полимеры); пеногасители (например, модифицированные полиэфиром полисилоксаны); антикоррозионные агенты (например, сложный полуэфир пропан-1,2-диола тетрапропенил-янтарной кислоты или сложные эфиры многоатомных спиртов производного янтарной кислоты); ингибиторы коррозии; отдушки; противоизносные присадки; антиоксиданты (например, фенольные соединения, такие как 2,6-ди-трет-бутилфенол); металлические дезактиваторы; промоторы сгорания; добавки для рассеивания статического электричества; промоторы текучести в условиях низких температур (например, глицеролмоноолеат, диизодециладипинат); антиоксиданты; и агенты, препятствующие оседанию воска. Композиция может, например, содержать очищающие присадки. Очищающие присадки к дизельному топливу известны и являются коммерчески доступными. Такие присадки могут добавляться к дизельному топливу на уровнях, предназначенных для уменьшения, удаления или замедления образования отложений в двигателе. В некоторых вариантах реализации изобретения может быть выгодно, чтобы композиция топлива содержала пеногасящий агент, более предпочтительно в комбинации с антикоррозийным агентом и/или ингибитором коррозии и/или присадкой, улучшающей смазывающую способность.
Когда композиция содержит такие присадки (кроме вспенивающего агента, описанного в данном документе и/или сорастворителя), она соответственно содержит незначительную долю (например, 1% мас/мас или менее, 0,5% мас/мас или менее, 0,2% мас/мас или меньше), одной или более других топливных присадок, помимо вспенивающего агента. Если не указано иное, концентрация (активного вещества) каждого такого другого компонента присадки в композиции топлива может составлять до 10000 мас. ч/млн, например, в диапазоне от 0,1 до 1000 мас. ч/млн; и предпочтительно от 0,1 до 300 мас. ч/млн, например от 0,1 до 150 мас. ч/млн.
7-9
12-14
При необходимости один или более компонентов присадки, таких как перечисленные выше, могут быть смешаны (например, вместе с подходящим разбавителем) с получением концентрата присадки, и затем концентрат присадки может быть диспергирован в базовом топливе или композиции топлива. В некоторых случаях может быть возможным и удобным введениие компонента, повышающего цетановое число, по изобретению в такую композицию присадок. Таким образом, описанный в данном документе вспенивающий агент может быть предварительно разбавлен в одном или более таких топливных компонентах перед его введением в конечную композицию автомобильного топлива. Такая смесь топливных присадок, как правило, может содержать очищающий агент, необязательно вместе с другими компонентами, описанными выше, и совместимый с дизельным топливом разбавитель, который может представлять собой минеральное масло, растворитель, такой как те, которые продаются компаниями Shell под торговой маркой «SHELLSOL», полярный растворитель, такой как сложный эфир и, в частности, спирт (например, смеси 1-бутанола, гексанола, 2-этилгексанола, деканола, изотридеканола и спирта, такие как те, которые продаются компаниями Shell под торговой маркой «LINEVOL», особенно спирт LINEVOL 79, который представляет собой смесь первичных спиртов C или смесь спиртов C, которая является коммерчески доступной).
Общее содержание присадок в композиции топлива может соответственно находиться в диапазоне от 0 до 10000 мас. ч/млн и более предпочтительно менее 5000 мас. ч/млн.
Используемые в данном документе количества (например, концентрации, мас. ч/млн и % мас/мас) компонентов являются количествами активных веществ, т.е. не включают летучих растворителей/разбавителей.
В одном варианте реализации данное изобретение включает регулирование цетанового числа композиции топлива с помощью компонента, улучшающего цетановое число, или вспенивающего агента для достижения целевого цетанового числа.
Максимальное цетановое число композиции автомобильного топлива часто может быть ограничено соответствующими юридическими и/или коммерческими спецификациями, такими как Европейская спецификация дизельного топлива EN 590, которые устанавливают цетановое число 51. Таким образом, типичные коммерческие автомобильные дизельные топлива для использования в Европе в настоящее время производятся с цетановым числом около 51. Таким образом, данное изобретение может включать в себя преобразование композиции дизельного топлива, удовлетворяющей стандартным техническим условиям, с помощью присадки, повышающей цетановое число, или вспенивающего агента для увеличения ее цетанового числа, чтобы улучшить горючесть топлива и, следовательно, уменьшить выбросы от двигателя и уравнять экономию топлива в двигателе, в который она введена или должна быть введена.
Соответственно, присадка, повышающая цетановое число, или вспенивающий агент, увеличивает цетановое число композиции топлива по меньшей мере на 2, предпочтительно по меньшей мере на 3 цетановых числа. Соответственно, в других вариантах реализации изобретения цетановое число получаемого топлива составляет от 42 до 60, предпочтительно от 43 до 60.
3
2
Композиция автомобильного дизельного топлива, полученная по данному изобретению, будет соответствующим образом соответствовать применимым действующим в настоящее время стандартным спецификациям, таким как, например, EN 590 (для Европы) или ASTM D-975 (для США). Например, общая композиция топлива может иметь плотность от 820 до 845 кг/м при 15°C (ASTM D-4052 или EN ISO 3675); температуру кипения T95 (ASTM D-86 или EN ISO 3405) 360°C или менее; измеренное цетановое число (ASTM D-613) 51 или более; КВ 40 (ASTM D-445 или EN ISO 3104) от 2 до 4,5 мм/с; содержание серы (ASTM D-2622 или EN ISO 20846) 50 мг/кг или менее; и/или содержание полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) (IP 391 (mod)) менее 11% мас/мас. Соответствующие технические условия могут, однако, отличаться от страны к стране и от года к году и могут зависеть от предполагаемого использования композиции топлива.
Однако следует понимать, что композиция дизельного топлива, полученная по данному изобретению, может содержать компоненты топлива со свойствами, выходящими за пределы этих диапазонов, поскольку свойства всей смеси могут отличаться, часто значительно, от свойств ее отдельных компонентов.
В соответствии с одним аспектом изобретения предложено использование вспенивающего агента, описанного в данном документе, для достижения целевого цетанового числа конечной композиции топлива. В некоторых вариантах реализации иобретения целевое цетановое число достигается или предназначено для достижения при заданном наборе или диапазоне условий работы двигателя, как это описано в другом месте в данном документе. Соответственно, преимущество данного изобретения состоит в том, что описанный в данном документе вспенивающий агент может подходить для уменьшения периода задержки сгорания композиции топлива при всех условиях работы двигателя, или в умеренных, или в жестких условиях работы двигателя, или в трудных условиях работы двигателя, такого как двигатель с турбонаддувом.
При работе двигателя с воспламенением от сжатия и/или транспортного средства, которое приводится в действие таким двигателем, композиция дизельного топлива, описанная выше, вводится в камеру сгорания двигателя и затем запускает (или приводит в работу) двигатель.
Описанные в данном документе вспенивающие агенты могут служить для улучшения сгорания и, следовательно, для улучшения связанных с двигателем факторов, таких как выбросы выхлопных газов и/или отложения в двигателе, при различных условиях работы двигателя. Описанные в данном документе вспенивающие агенты также могут быть использованы в качестве присадки к бензину.
Для лучшего понимания данного изобретения, приведены следующие примеры определенных аспектов некоторых вариантов реализации изобретения. Ни в коем случае не следует воспринимать следующие примеры как ограничивающие или определяющие весь объем изобретения.
Иллюстративные варианты реализации изобретения
Топливные смеси в Примерах 1-4 были приготовлены с использованием базового дизельного топлива B0 (B0 обозначает, что базовое дизельное топливо содержит 0% биотоплива), которое соответствовало техническим условиям на дизельное топливо EN590.
Примеры 1-4
Амилсалицилат (коммерчески доступный от Zanos (Великобритания)) смешивали с базовым дизельным топливом. Процедура приготовления 5 г смешанного раствора, содержащего 0,5% амилсалицилата и основного топлива, заключается в следующем: 0,025 г амилсалицилата добавляли к 4,975 г базового топлива в стеклянном контейнере и перемешивали до получения прозрачного гомогенного раствора (Пример 1).
Диэтилоксалат (коммерчески доступный от Akos) смешивали с базовым дизельным топливом. Процедура приготовления 5 г смешанного раствора, содержащего 0,5% диэтилоксалата и основного топлива, заключается в следующем: 0,025 г диэтилоксалата добавляли к 4,975 г базового топлива в стеклянном контейнере и перемешивали до получения прозрачного гомогенного раствора (Пример 2).
Линалилацетат (коммерчески доступный от Zanos (Великобритания)) смешивали с базовым дизельным топливом. Процедура приготовления 5 г смешанного раствора, содержащего 0,5% линалилацетата и базового топлива, заключается в следующем: 0,025 г линалилацетата добавляли к 4,975 г базового топлива в стеклянном контейнере и перемешивали до получения прозрачного гомогенного раствора (Пример 3).
Нопилацетат (коммерчески доступный от Zanos (Великобритания)) смешивали с дизельным базовым топливом. Процедура приготовления 5 г смешанного раствора, содержащего 0,5% нопилацетата и базового топлива, заключается в следующем: 0,025 г нопилацетата добавляли к 4,975 г базового топлива в стеклянном контейнере и перемешивали до получения прозрачного гомогенного раствора (Пример 4).
Сравнительный Пример 1
Азодикарбоилдипиперидин (АЗДП) (коммерчески доступный от Sigma-Aldrich) смешивали с базовым дизельным топливом.
Процедура приготовления 5 г смешанного раствора, содержащего 0,5% АЗДП и базового топлива, заключается в следующем: 0,025 г АЗДП добавляли к 4,975 г базового топлива в стеклянном контейнере и перемешивали до получения прозрачного гомогенного раствора (Сравнительный Пример 1).
Скорость испарения каждой из смесей дизельного топлива Примеров 1-4 и Сравнительного Примера 1 измеряли в соответствии с методом испытания на акустическую левитацию, описанным в R. Sedelmeyer «Untersuchung der radikalischen Polymerisation von N-Vinyl-2-pyrrolidon in akustisch levitierten Einzeltropfen».: Vom Tropfen zum Partikel »Wissenschaft & Technik Verlag (2016) ISBN 3896852558. Единственное изменение в методе испытаний, описанном в вышеупомянутой ссылке, заключалось в том, что эксперименты проводились при 230°C, и каждый эксперимент повторяли по меньшей мере десять раз.
Результаты экспериментов по акустической левитации приведены в Таблице 1 ниже:
Экспериментальные данные Таблицы 1 представлены в графической форме на Фиг. 1, 2, 3 и 4.
На Фиг.1 изображено, что скорость испарения дизельного топлива выше при добавлении амилсалицилата по сравнению со скоростью испарения, которая получается при использовании АЗДП в качестве вспенивающего агента.
На Фиг.2 изображено, что скорость испарения дизельного топлива выше при добавлении диэтилоксалата по сравнению со скоростью испарения, которая получается при использовании АЗДП в качестве вспенивающего агента.
На Фиг.3 изображено, что скорость испарения дизельного топлива выше при добавлении линалилацетата по сравнению со скоростью испарения, которая получается при использовании АЗДП в качестве вспенивающего агента.
На Фиг.4 изображено, что скорость испарения дизельного топлива выше при добавлении нопилацетата по сравнению со скоростью испарения, которая получается при использовании АЗДП в качестве вспенивающего агента.
Таким образом, результаты Таблицы 2 и Фиг. 1, 2, 3 и 4 показывают, что амилсалицилат, диэтилоксалат, линалилацетат и нопилацетат оказывают более сильное влияние, чем АЗДП, на скорость испарения базового дизельного топлива.