КОМПОЗИЦИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА
LIQUID FUEL COMPOSITION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции жидкого топлива, подходящей для применения в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием (SI).
Уровень техники
В документе GB 2433265 A (DEREK LOWE) описано малотоксичное топливо для четырехтактного двигателя, в котором топливо содержит 80-99% этанола и 1-20% фракций летучих углеводородов, которые растворимы в этаноле. Фракции летучих углеводородов описаны как преимущественно выбранные из группы, состоящей из пентана, изопентана, бутана, изобутана, пропана и их комбинаций.
В документе WO 2004/050803 A1 (GREG BINIONS) раскрыта композиция жидкого топлива, содержащая 10-80 об.% первого компонента, содержащего, по меньшей мере, два алифатических органических неуглеводородных соединения; 20-65 об.% второго компонента, содержащего, по меньшей мере, один углеводород и имеющего концентрацию ароматических соединений меньше чем 15 об.% от всего второго компонента; 1-35 об.% третьего компонента, который включает в себя кислородсодержащее соединение; от 0,01 до 20 об.% воды, где, по меньшей мере, одно соединение в топливной композиции смешивается как с водой, так и с углеводородами, чтобы получить однофазную композицию. Предпочтительные соединения для использования в первом компоненте описаны как включающие этиловый спирт, пропиловый спирт, бутиловый спирт, октиловый спирт, бутанон, метилизобутилкетон, этилацетат, изопропиловый спирт и изобутиловый спирт. Легкая нафта и некоторые типы бензина описаны как подходящие в качестве второго компонента, и, кроме того, раскрыто, что насыщенные или ненасыщенные углеводороды с прямой цепью, с числом атомов углерода 9 или меньше, могут быть использованы вместо всей или части нафты с малым содержанием ароматики в качестве второго компонента. Простые эфиры, которые имеют, по меньшей мере, две углеводородные группы, причем каждая имеет семь, предпочтительно шесть, или меньше атомов углерода в углеводородной цепи, описаны как подходящие соединения в качестве третьего компонента, причем метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца (ММТ), простой метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), метил-трет-амиловый простой эфир (TAME), этил-трет-бутиловый простой эфир (ЕТВЕ) и дибутиловый эфир описаны как предпочтительные простые эфиры.
В документе WO 2004/055134 А2 (ALAN EASTMAN ET AL.) раскрыто горючее топливо, содержащее:
(А) спиртовый компонент в диапазоне приблизительно от 55% до 70% по массе;
(Б) компонент нафты в диапазоне приблизительно от 30% до 45% по массе.
В документе WO 2004/055134 А2 утверждается: "Используемый термин нафта (или бензин) может относиться к углеводородным композициям. Эти углеводородные композиции включают смеси углеводородов с диапазоном выкипания при атмосферном давлении приблизительно 40-205°С (100-400°F) и могут состоять из алканов, олефинов, нафталинов, ароматических углеводородов и др."
В документе WO 2006/031319 А2 (CONOCOPHILIPS) описано применение нафты синтеза Фишера-Тропша в качестве денатурирующего средства, особенно в качестве денатурирующего средства для этанола. Затем денатурированный этанол согласно WO 2006/031319 А2 может быть смешан с бензином для того, чтобы получить топливную композицию. В документе WO 2006/031319 А2 в примере 2 объединяют приблизительно 18,93 л (5 галлонов) этанола (200-й градус крепости) приблизительно с 0,38 л нафты синтеза Фишера-Тропша, чтобы получить денатурированный спирт. Затем денатурированный спирт из примера 2 смешивают приблизительно с 193,10 л (51,0 галлонов) бензина; полученный бензин пригоден для использования в автомобилях.
Ни в одном из документов GB 2433265 A, WO 2004/050803 А1 или WO 2004/055134 А2 не раскрыто применение нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, в топливных композициях.
Характеристики перегонки компонентов нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, сопоставимы с характеристиками для бензина. Несмотря на это компоненты нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, обычно не рассматривались как подходящие для применения непосредственно в бензиновых топливных композициях, поскольку их октановые числа имеют слишком низкие значения.
Неожиданно было установлено, что определенные композиции жидкого топлива, содержащие нафту, произведенную в синтезе Фишера-Тропша, и спирт, имеют довольно высокие октановые числа и подходят для использования в двигателе внутреннего сгорания, в частности в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Сущность изобретения
В настоящем изобретении предложена композиция жидкого топлива, подходящая для использования в двигателе внутреннего сгорания, которая содержит:
1
4
(а) от 50 до 90% по объему С-С спирта;
(b) от 10 до 50% по объему нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша;
и при необходимости
3
6
(c) до 10% по объему С-С углеводородов.
1
4
3
6
Кроме того, настоящее изобретение предлагает способ получения композиции жидкого топлива, в которой предусмотрено смешивание от 50 до 90% по объему С-С спирта с 10-50% по объему нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, и при необходимости вплоть до 10% по объему С-C углеводородов.
Кроме того, в настоящем изобретении предложен способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, который включает введение в камеру сгорания указанного двигателя композиции жидкого топлива согласно настоящему изобретению или полученной по способу настоящего изобретения.
Композиция жидкого топлива содержит:
1
4
(а) спирт C-С;
(b) нафту, произведенную в синтезе Фишера-Тропша; и при необходимости
3
6
(c) углеводород С-С.
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
Спирт С-С может быть любым одноатомным спиртом, содержащим от 1 до 4 атомов углерода или их смесью; предпочтительно С-С спирт может быть любым полностью насыщенным, одноатомным спиртом, содержащим от 1 до 4 атомов углерода или их смесью. Спирт С-С может быть первичным, вторичным или третичным спиртом или их смесью; предпочтительно С-С спирт представляет собой первичный или вторичный спирт или их смесь; более предпочтительно С-С спирт представляет собой первичный спирт или смесь первичных спиртов; еще более предпочтительно С-С спирт является линейным первичным спиртом или смесью линейных первичных спиртов.
1
4
1
4
Спирт С-С может быть произведен из любого природного или синтетического источника. Предпочтительно С-С спирт может быть произведен из природного источника, например, путем ферментации биомассы.
1
4
1
4
1
4
1
4
1
4
Целесообразно, чтобы, по меньшей мере, 50% по объему С-С спирта составлял этанол, предпочтительно, по меньшей мере, 80% по объему С-С спирта составляет этанол, более предпочтительно, по меньшей мере, 90% по объему С-С спирта составляет этанол, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 95% по объему, по меньшей мере, 98% по объему или даже, по меньшей мере, 99% по объему С-С спирта составляет этанол, и наиболее предпочтительно С-С спирт представляет собой этанол.
1
4
1
4
Концентрация С-С спирта в композиции жидкого топлива находится в диапазоне от 50 до 90% по объему. Предпочтительно, концентрация С-С спирта в композиции жидкого топлива согласуется с комбинацией одного из параметров от (i) до (v) и одного из параметров от (vi) до (ix), указанных ниже:
(i) по меньшей мере, 60% по объему,
(ii) по меньшей мере, 65% по объему,
(iii) по меньшей мере, 68% по объему,
(iv) по меньшей мере, 69% по объему,
(v) по меньшей мере, 70% по объему,
причем признаки (i), (ii), (iii), (iv) и (v) последовательно являются более предпочтительными; и
(vi) до 90% по объему,
(vii) до 89% по объему,
(viii) до 88% по объему,
(ix) до 87% по объему,
(x) до 85% по объему,
причем признаки (vi), (vii), (viii), (ix) и (x) последовательно являются более предпочтительными.
Примерами конкретных комбинаций указанных выше признаков являются (i) и (vi), (i) и (vii), (i) и (viii), (i) и (ix), (i) и (x), (ii) и (vi), (ii) и (vii), (ii) и (viii), (ii) и (ix), (ii) и (x), (iii) и (vi), (iii) и (vii), (iii) и (viii), (iii) и (ix), (iii) и (x), (iv) и (vi), (iv) и (vii), (iv) и (viii), (iv) и (ix), (iv) и (x), (v) и (vi), (v) и (vii), (v) и (viii), (v) и (ix), а также (v) и (x).
1
4
4
4
1
4
1
4
1
4
1
4
Если C-C спирт содержит денатурирующее средство, то концентрация С-Сспирта в композиции жидкого топлива настоящего изобретения рассчитывается по концентрации С-С спирта, исключая денатурирующее средство. Если С-С спирт содержит небольшие количества воды, то концентрация С-С спирта в композиции жидкого топлива настоящего изобретения рассчитывается по концентрации С-С спирта, исключая воду.
1
4
Кроме С-С спирта, композиция жидкого топлива настоящего изобретения содержит нафту, произведенную из продукта синтеза Фишера-Тропша ("нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша").
Термин "произведенная в синтезе Фишера-Тропша" означает, что нафта представляет собой продукт синтеза Фишера-Тропша или произведена из продукта синтеза Фишера-Тропша (или процесса конденсации Фишера-Тропша). Нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, также может называться нафтой процесса GTL (газ-в-жидкое топливо).
В синтезе Фишера-Тропша монооксид углерода и водород (синтез-газ) превращаются в углеводороды с длинной цепочкой, обычно парафиновые углеводороды:
2
2
2
n(CO+2Н)=(-CH-)n+nHO+теплота,
в присутствии подходящего катализатора и обычно при повышенной температуре (например, от 125 до 300°С, предпочтительно от 175 до 250°С) и/или повышенном давлении (например, от 5 до 100 бар, предпочтительно от 12 до 50 бар). При необходимости, могут быть использованы соотношения водород: монооксид углерода, отличающиеся от 2:1.
В свою очередь, монооксид углерода и водород могут быть получены из органических или неорганических, природных или синтетических источников, обычно или из природного газа, или из метана органического происхождения. Газы, которые превращаются в синтез-газ, который затем превращается в компоненты жидкого топлива, с использованием синтеза Фишера-Тропша, обычно могут включать природный газ (метан), сжиженный нефтяной газ (например, пропан или бутан), "конденсаты", такие как этан, и газообразные продукты, произведенные из угля, биомассы и других углеводородов.
Нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, может быть получена непосредственно в процессе синтеза Фишера-Тропша или произведена косвенно из продуктов синтеза Фишера-Тропша, например, путем фракционирования продуктов синтеза Фишера-Тропша и/или путем гидроочистки продуктов синтеза Фишера-Тропша. Гидроочистка может включать гидрокрекинг с целью регулирования диапазона кипения (например, см. патенты GB-B-2077289 и ЕР-А-0147873) и/или гидроизомеризацию, которая может улучшать характеристики текучести при низкой температуре за счет увеличения доли разветвленных парафинов. В документе ЕР-А-0583836 описан двухстадийный процесс гидроочистки, в котором продукт синтеза Фишера-Тропша сначала подвергается гидроконверсии в таких условиях, что продукт практически не подвержен изомеризации или гидрокрекингу (при этом гидрируются олефиновые и кислородсодержащие компоненты), и затем, по меньшей мере, часть образовавшегося продукта подвергается гидроконверсии в условиях, когда протекают процессы гидрокрекинга и изомеризации, с целью получения практически парафинового углеводородного топлива. Затем требуемые фракции могут быть выделены, например, путем дистилляции.
Другие типы обработки после синтеза, такие как полимеризация, алкилирование, дистилляция, крекинг-декарбоксилирование, изомеризация и гидрориформинг, могут быть использованы с целью модифицирования характеристик продуктов синтеза Фишера-Тропша, как описано, например, в патентах US №4125566 и 4478955.
Типичные катализаторы для синтеза парафиновых углеводородов в процессе Фишера-Тропша включают в качестве каталитически активного компонента, металл VIII группы периодической таблицы, в особенности рутений, железо, кобальт или никель. Такие подходящие катализаторы описаны, например, в документе ЕР-А-0583836 (страницы 3 и 4).
Примером процесса на основе синтеза Фишера-Тропша является синтез среднего дистиллята фирмы Shell (SMDS), описанный в работе van der Burgt и др. "The Shell Middle Distillate Synthesis Process", представленной на 5-м Всемирном симпозиуме по синтетическому топливу, Washington DC, ноябрь 1985; см. также публикацию под тем же названием в ноябре 1989 фирмы Shell International Petroleum Company Ltd, London, UK.
В этом процессе (который также иногда называют технологией фирмы Shell "газ в жидкое топливо", или "GTL") образуются продукты, кипящие в диапазоне среднего дистиллята, путем превращения синтез-газа, произведенного из природного газа (главным образом, метана), в тяжелые длинноцепочечные углеводороды (парафиновый воск), которые затем подвергают гидроконверсии и фракционированию для того, чтобы получить требуемый продукт, например нафту, произведенную в синтезе Фишера-Тропша, или жидкое топливо для транспорта, такое как газойль, применяемый в композициях дизельного топлива. В настоящее время вариант способа SMDS с использованием на стадии каталитической конверсии реактора с неподвижным слоем катализатора, эксплуатируется в г. Bintulu, Малайзия, причем полученный газойлевый продукт смешивают с газойлями нефтяного происхождения, получая промышленно доступные газойли для автомобильного топлива.
Примеры других процессов на основе синтеза Фишера-Тропша включают так называемый промышленный процесс получения дистиллята в суспензионной фазе фирмы Sasol и процесс "AGC-21" фирмы ExxonMobil. Эти и другие процессы описаны более подробно, например, в документах ЕР-А-776959, ЕР-А-668342, US-A-4943672, US-A-5059299, WO-A-99/34917 и WO-A-99/20720.
Нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша по способу SMDS, является промышленно доступной, например, от фирмы Shell. Дополнительные примеры продуктов, произведенных в синтезе Фишера-Тропша, описаны в документах ЕР-А-0583836, ЕР-А-1101813, WO-A-97/14768, WO-A-97/14769, WO-A-00/20534, WO-A-00/20535, WO-A-00/11116, WO-A-00/11117, WO-A-01/83406, WO-A-01/83641, WO-A-01/83647, WO-A-01/83648 и US-A-6204426.
Благодаря процессу Фишера-Тропша в произведенной в синтезе Фишера-Тропша нафте практически отсутствуют сера и азот или их содержание ниже уровня детектирования.
Соединения, содержащие эти гетероатомы, обладают отравляющим действием на катализаторы синтеза Фишера-Тропша, и поэтому их удаляют из сырья для получения синтез-газа.
Кроме того, обычно в эксплуатируемом синтезе Фишера-Тропша не образуются (или почти отсутствуют) ароматические компоненты. Типичное содержание ароматических углеводородов в нафте, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, определенное по стандарту ASTM D4629, составляет ниже 1% по массе, предпочтительно ниже 0,5% по массе и более предпочтительно ниже 0,2 или 0,1% по массе.
В сущности, произведенная в синтезе Фишера-Тропша нафта обладает относительно низким содержанием полярных компонентов, в особенности полярных поверхностно-активных веществ, например, по сравнению с нафтой нефтяного происхождения. Такие полярные компоненты могут включать кислородсодержащие соединения и соединения, содержащие серу и азот. Обычно малое содержание серы в нафте, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, указывает на низкий уровень кислородсодержащих и азотсодержащих соединений, поскольку все эти соединения удаляются в одних и тех же процессах.
Нафта настоящего изобретения, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, представляет собой жидкий углеводородный дистиллят обычно с точкой конца кипения до 220°С, предпочтительно вплоть 180°С или 175°С. Обычно точка начала кипения составляет, по меньшей мере, 25°С, предпочтительно, по меньшей мере, 30°С.
Нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, или большая часть нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша (например, по меньшей мере, 95% по массе), обычно состоит из углеводородов, имеющих 5 или больше атомов углерода.
Обычно нафта настоящего изобретения, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, будет состоять, по меньшей мере, на 70% по массе, предпочтительно, по меньшей мере, 80% по массе, более предпочтительно, по меньшей мере, 90, или 95, или 98% по массе, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 99, или 99,5%, или даже 99,8% по массе, из парафиновых компонентов. Термин "парафиновый" означает разветвленный или неразветвленный алкан (в изобретении также используются термины изопарафины и нормальные парафины) или циклоалкан. Предпочтительными парафиновыми компонентами являются изо- и нормальные парафины.
Количество нормальных парафинов в нафте, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, доходит до 100% по массе. Предпочтительно нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, содержит от 20 до 98% по массе нормальных парафинов или больше.
Весовое отношение изопарафинов к нормальным парафинам обычно может быть больше чем 0,1 и может доходить до 12; предпочтительно оно составляет от 2 до 6. Фактическое значение этого отношения можно определить, в частности, с помощью процесса гидроконверсии, который используется для получения газойля из продукта синтеза Фишера-Тропша.
Содержание олефинов в нафте, произведенной в синтезе Фишера-Тропша настоящего изобретения, предпочтительно составляет 2,0% по массе или меньше, более предпочтительно 1,0% по массе или меньше и еще более предпочтительно 0,5% по массе или меньше. Содержание ароматических углеводородов в нафте, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, предпочтительно составляет 2,0% по массе или меньше, более предпочтительно 1,0% по массе или меньше и еще более предпочтительно 0,5% по массе или меньше.
3
Нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша настоящего изобретения, предпочтительно имеет плотность от 0,67 до 0,73 г/см при 15°С и содержание серы 5 мг/кг или меньше, предпочтительно 2 мг/кг или меньше.
Для специалистов в этой области техники будет очевидно, что нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша, будет иметь очень низкий антидетонационный показатель. Обычно исследовательское октановое число (ИОЧ), которое определяют по стандарту ASTM D2699, и моторное октановое число (МОЧ), которое определяют по ASTM D2700, нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша настоящего изобретения, независимо, составляет, по большей мере, 60, более типично, по большей мере, 50 и обычно, по большей мере, 40.
Предпочтительно, нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша настоящего изобретения, представляет собой продукт, полученный в синтезе Фишера-Тропша с использованием реакции конденсации метана при соотношении водород/монооксид углерода меньше чем 2,5, предпочтительно меньше чем 1,75, более предпочтительно от 0,4 до 1,5 и идеально с использованием катализатора, содержащего кобальт. Обычно этот продукт может быть получен из гидрокрекированного продукта синтеза Фишера-Тропша (например, как описано в документах GB-B-2077289 и/или ЕР-А-0147873), или более предпочтительно, его получают в двухстадийном процессе гидроконверсии, таком как описано в ЕР-А-0583836 (см. выше). В последнем случае предпочтительные признаки процесса гидроконверсии могут быть такими, как раскрыто на страницах от 4 до 6 и в примерах ЕР-А-0583836.
Обычно нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша настоящего изобретения, представляет собой продукт, полученный в низкотемпературном синтезе Фишера-Тропша, это означает, что процесс осуществляют при температуре 250°С или меньше, такой как от 125 до 250°С или от 175 до 250°С, в отличие от высокотемпературного синтеза Фишера-Тропша, который обычно может работать при температуре от 300 до 350°С.
В композиции жидкого топлива согласно настоящему изобретению нафта, произведенная в синтезе Фишера-Тропша настоящего изобретения, может включать смесь из двух или нескольких фракций нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша.
Концентрация нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, в композиции жидкого топлива настоящего изобретения находится в диапазоне от 10 до 50% по объему. Предпочтительно концентрация нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, в композиции жидкого топлива настоящего изобретения согласуется с комбинацией одного из параметров от (xi) до (xv) и одного из параметров от (xvi) до (xix), как указано ниже:
(xi) по меньшей мере, 11% по объему,
(xii) по меньшей мере, 12% по объему,
(xiii) по меньшей мере, 13% по объему,
(xiv) по меньшей мере, 14% по объему,
(xv) по меньшей мере, 15% по объему,
причем признаки (xi), (xii), (xiii), (xiv) и (xv) последовательно являются более предпочтительными; и
(xvi) до 50% по объему,
(xvii) до 40% по объему,
(xviii) до 35% по объему,
(xix) до 32% по объему,
(xx) до 30% по объему,
причем признаки (xvi), (xvii), (xviii), (xix) и (хх) последовательно являются более предпочтительными.
Примерами конкретных комбинаций указанных выше признаков являются (xi) и (xvi), (xi) и (xvii), (xi) и (xviii), (xi) и (xix), (xi) и (хх), (xii) и (xvi), (xii) и (xvii), (xii) и (xviii), (xii) и (xix), (xii) и (хх), (xiii) и (xvi), (xiii) и (xvii), (xiii) и (xviii), (xiii) и (xix), (xiii) и (хх), (xiv) и (xvi), (xiv) и (xvii), (xiv) и (xviii), (xiv) и (xix), (xiv) и (хх), (xv) и (xvi), (xv) и (xvii), (xv) и (xviii), (xv) и (xix), и (xv) и (хх).
3
6
3
6
3
6
3
6
3
6
Композиция жидкого топлива настоящего изобретения необязательно содержит до 10% по объему компонента С-C углеводородов. Эти С-С углеводороды могут быть любыми углеводородами, имеющими 3, 4, 5 или 6 атомов углерода, или их смесями; предпочтительно С-С углеводород представляет собой парафиновый углеводород, имеющий 3, 4, 5 или 6 атомов углерода, или их смеси; более предпочтительно С-Суглеводород представляет собой парафиновый, алифатический углеводород, имеющий 3, 4, 5 или 6 атомов углерода, или их смеси. Предпочтительно, чтобы С-С углеводороды были бы композицией, в которой, по меньшей мере, 95% по массе, предпочтительно, по меньшей мере, 98% по массе, более предпочтительно, по меньшей мере, 99% по массе углеводородов имеют одинаковое число атомов углерода.
3
6
С-С углеводород может быть произведен из любого известного источника.
3
6
Предпочтительно, С-С углеводород может быть произведен известным способом из прямогонного бензина, углеводородных смесей синтетического происхождения, углеводородов термического или каталитического крекинга, гидрокрекинга нефтяных фракций, углеводородов каталитического риформинга, продукта синтеза Фишера-Тропша или их смесей.
3
6
3
6
3
6
3
6
3
6
Хотя для настоящего изобретения это несущественно, в связи с высокой летучестью углеводородов С-С их можно легко вводить в композицию жидкого топлива настоящего изобретения с целью повышения летучести композиции жидкого топлива, которая может быть использована для улучшения характеристики пуска из холодного состояния композиции жидкого топлива. Таким образом, концентрация С-C углеводородов, введенных в композицию жидкого топлива настоящего изобретения, может варьироваться в зависимости от требуемой летучести композиции жидкого топлива. Следует отметить, что количество С-C углеводородов в композиции жидкого топлива настоящего изобретения может составлять 0% по объему. Однако если С-C углеводороды введены в композицию жидкого топлива настоящего изобретения, обычно их концентрация составляет до 8% по объему, более типично до 7% по объему и независимо обычно в количестве, по меньшей мере, 0,1% по объему, более типично, по меньшей мере, 0,25% по объему и наиболее типично в количестве, по меньшей мере, 0,5% по объему. Например, если С-С углеводороды введены в композицию жидкого топлива настоящего изобретения, обычно их концентрация находится в диапазоне от 0,1 до 10% по объему, более типично от 0,25 до 8% по объему и наиболее целесообразно от 0,5 до 7% по объему.
Композиция жидкого топлива настоящего изобретения подходит для использования в двигателе внутреннего сгорания, особенно в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Предпочтительно композиция жидкого топлива настоящего изобретения может быть использована в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания в автомобилях с гибридным топливом (FFV).
Следует отметить, что композицию жидкого топлива настоящего изобретения также можно называть бензином, например композицию жидкого топлива настоящего изобретения можно легко использовать в качестве бензина Е85 или Е70.
Обычно композиция жидкого топлива настоящего изобретения имеет температуру кипения в диапазоне от 25 до 210°С, причем оптимальные диапазоны и кривые дистилляции обычно изменяются в соответствии с климатом и временем года.
3
6
Давление насыщенного пара по Рейду (RVP) жидкого топлива настоящего изобретения находится в диапазоне от 10 до 100 кПа, предпочтительно от 20 до 90 кПа, более предпочтительно от 30 до 80 кПа (IP 394). Оптимальное значение давления насыщенного пара по Рейду будет изменяться в соответствии с климатом и временем года. Предпочтительно за счет изменения количества С-C углеводородов компонент можно регулировать величину RVP и, следовательно, характеристику пуска из холодного состояния композиции жидкого топлива настоящего изобретения.
Неожиданно оказалось, что даже несмотря на очень низкие значения исследовательского октанового числа (ИОЧ) и моторного октанового числа (ИОЧ) нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, величины ИОЧ и ИОЧ для композиции жидкого топлива настоящего изобретения являются высокими. Предпочтительно величина ИОЧ для композиции жидкого топлива настоящего изобретения находится в диапазоне от 80 до 120, более предпочтительно от 85 до 115, еще более предпочтительно от 90 до 112, наиболее предпочтительно от 95 до 110 (ASTM D2699). Предпочтительно величина МОЧ для композиции жидкого топлива настоящего изобретения находится в диапазоне от 65 до 110, более предпочтительно от 75 до 105, еще более предпочтительно от 80 до 100, наиболее предпочтительно от 85 до 95 (ASTM D2700).
Типичное содержание олефиновых углеводородов в композиции жидкого топлива настоящего изобретения составляет по большей мере 2% по объему. Предпочтительно содержание олефиновых углеводородов в композиции жидкого топлива настоящего изобретения составляет по большей мере 1% по объему.
Типичное содержание ароматических углеводородов в композиции жидкого топлива настоящего изобретения составляет по большей мере 1% по объему. Предпочтительно содержание ароматических углеводородов в композиции жидкого топлива настоящего изобретения составляет по большей мере 0,5% по объему, более предпочтительно по большей мере 0,25% по объему. Предпочтительно содержание ароматических углеводородов в композиции жидкого топлива настоящего изобретения находится в диапазоне от 0 до 0,15% по объему.
Содержание бензола в композиции жидкого топлива предпочтительно составляет, по большей мере, 0,25% по объему, более предпочтительно, по большей мере, 0,1% по объему, особенно, по большей мере, 0,05% по объему.
Обычно композиция жидкого топлива настоящего изобретения имеет низкое или очень низкое содержание серы, например не больше чем 500 мг/кг, предпочтительно не больше чем 150 мг/кг, более предпочтительно не больше чем 50 мг/кг, еще более предпочтительно не больше чем 10 мг/кг и наиболее предпочтительно 5 мг/кг серы. Предпочтительно, чтобы композиция жидкого топлива настоящего изобретения практически не содержала серы.
Кроме того, композиция жидкого топлива настоящего изобретения имеет предпочтительно низкое общее содержание свинца, такое как, по большей мере, 0,005 г/л, наиболее предпочтительно композиция не содержит свинца - то есть отсутствуют добавки соединений свинца (неэтилированная композиция).
Следует отметить, что композиция жидкого топлива настоящего изобретения может быть полностью произведена из возобновляемых источников.
Хотя это несущественно для настоящего изобретения, жидкая композиция настоящего изобретения предпочтительно может включать дополнительно одну или несколько топливных присадок. Концентрация и природа топливных присадок, которые могут входить в состав композиции жидкого топлива настоящего изобретения, не являются существенными. Не ограничивающими примерами топливных присадок подходящих типов, которые могут входить в состав композиции жидкого топлива настоящего изобретения, являются антиоксиданты, ингибиторы коррозии, моющие и осветляющие присадки, антидетонаторы, дезактиваторы металлов, ингибиторы усиленного износа клапанного седла, красители, модификаторы трения, жидкости-носители, разбавители и маркеры. Примеры таких подходящих присадок обобщенно описаны в патенте US №5855629. Предпочтительно, чтобы композиция жидкого топлива настоящего изобретения дополнительно содержала одну или несколько топливных присадок, особенно когда одна или несколько топливных присадок включает в себя ингибитор коррозии.
Топливные присадки легко могут смешиваться с одним или несколькими жидкими разбавителями или жидкостями-носителями, образуя концентрат присадки, и затем этот концентрат присадки можно подмешивать в композицию жидкого топлива настоящего изобретения.
Концентрация активного вещества в любых присадках, присутствующих в композиции жидкого топлива настоящего изобретения, предпочтительно составляет до 1% по массе, более предпочтительно в диапазоне от 5 до 1000 вес. ч./млн (весовых частей на миллион), преимущественно в диапазоне от 75 до 300 вес. ч./млн, в расчете на всю композицию жидкого топлива.
3
6
1
4
3
6
1
4
3
6
1
4
Кроме компонентов и присадок или пакета присадок, описанных выше, композиция жидкого топлива настоящего изобретения также может необязательно содержать другие компоненты, пополняя композицию жидкого топлива. Например, остальная часть топлива может включать углеводородные компоненты, отличающиеся от нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, С-C углеводороды и кислородсодержащие соединения, отличающиеся от С-С спиртов. Если композиция жидкого топлива настоящего изобретения содержит углеводородные компоненты, отличающиеся от нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, С-C углеводороды и/или кислородсодержащие соединения, отличающиеся от С-С спиртов, тогда эти компоненты предпочтительно будут находиться в концентрации не больше чем 10% по объему, более предпочтительно не больше чем 7% по объему, еще более предпочтительно не больше чем 5% по объему и наиболее предпочтительно не больше чем 3% по объему. Целесообразно, чтобы композиция жидкого топлива настоящего изобретения не содержала дополнительных компонентов, отличающихся от нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, необязательного компонента С-Cуглеводородов, С-С спиртов и топливных присадок или концентратов топливных присадок.
1
4
3
6
Композиция жидкого топлива согласно настоящему изобретению может быть получена с использованием способа, который включает смешивание от 50 до 90% по объему С-С спирта и от 10 до 50% по объему нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша, и при необходимости до 10% по объему компонента С-C углеводородов. Порядок смешения и способ смешения компонентов композиции жидкого топлива настоящего изобретения не имеет значения, и может быть использован любой подходящий способ, известный из уровня техники, чтобы получить композицию жидкого топлива согласно настоящему изобретению.
Если в композицию жидкого топлива настоящего изобретения необходимо добавить один или несколько дополнительных компонентов, например одну или несколько топливных присадок или концентрат присадок, то дополнительный компонент можно смешивать с одним или несколькими компонентами композиции жидкого топлива до, в ходе или после получения композиции жидкого топлива согласно настоящему изобретению.
Композиция жидкого топлива согласно настоящему изобретению может быть использована в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания, особенно в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Таким образом, настоящее изобретение также включает в себя применение композиция жидкого топлива, содержащей:
1
4
(a) от 50 до 90% по объему С-С спирта;
(b) от 10 до 50% по объему нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша; и при необходимости
3
6
(c) до 10% по объему компонента С-С углеводородов в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания, особенно в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием.
Следует отметить, что композиция жидкого топлива настоящего изобретения особенно подходит в качестве топлива для использования в автомобилях с гибридным двигателем.
Кроме того, настоящее изобретение обеспечивает способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, который включает введение в камеру сгорания указанного двигателя композиции жидкого топлива согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение будет пояснено дополнительно следующими примерами. Если не указано другое, концентрация в частях и процентах является объемной и давление измеряется кПа.
Примеры
В примерах композиции жидкого топлива приготовлены путем комбинирования при комнатной температуре в герметизированных металлических контейнерах, соответствующих количеств (по объему) компонентов, которые перечислены в таблице 1.
Если композиция жидкого топлива включает бутан, то его добавляют из складского резервуара в герметизированный контейнер, причем объем добавленного бутана измеряют с помощью механического измерителя расхода.
Затем контейнеры, содержащие компоненты композиции жидкого топлива, герметизируют и перемешивают таким образом, чтобы обеспечить тщательное смешение.
После смешения герметизированные контейнеры хранят при температуре ниже 5°С, чтобы предотвратить испарение до испытания.
Таблица 1
Топливные композиции
Концентрация (% по объему)
Топливо
Этанол
Топливо GTL Нафта
Бутан
Бензин А
Бензин В
1
65
35
0
0
0
2
75
25
0
0
0
3
85
15
0
0
0
4
85
11
4
0
0
5
70
23
7
0
0
6
85
10
5
0
0
А*
0
100
0
0
0
В*
100
0
0
0
0
С*
0
0
0
100
0
D*
70
0
0
30
0
Е*
85
0
0
15
0
F*
0
0
0
0
100
G*
70
0
0
0
30
Н*
85
0
0
0
15
* - не соответствует настоящему изобретению.
Этанол представляет собой биоэтанол, который поставляет фирма Abengoa Bioenergy (плотность при 15°С равна 794,1 г/л (IP 365)). Бутан, применяемый в топливах №4, 5 и 6, поставляет фирма Shell Gas UK. Нафта GTL представляет собой нафту, произведенную в синтезе Фишера-Тропша, и имеет параметры, указанные ниже в таблице 2.
Таблица 2
Нафта GTL
Параметр
Единицы
Величина
Плотность при 15°С (IP 365)
г/л
678,6
Дистилляция, % отбора, газовая хроматография
Точка начала кипения
°С
33,7
10%
°С
61,4
20%
°С
71,3
30%
°C
79,7
40%
°C
87,2
50%
°C
94,8
60%
°C
102
70%
°C
109,4
80%
°C
116,8
90%
°C
124,6
95%
°C
129,6
Точка конца кипения
°C
138,5
Парафины
% по объему
99,25
Ароматические углеводороды
% по объему
0,01
Кислородсодержащие соединения
% по объему
0
Содержание серы (ASTM D2622-94)
мг/кг
<5
Бензин А представляет собой базовое топливо - неэтилированный бензин, который имеет параметры, указанные ниже в таблице 3.
Таблица 3
Бензин А
Параметр
Единицы
Величина
ИОЧ (ASTM D2699)
96,2
МОЧ (ASTM D2700)
85,0
Плотность при 15°С
г/л
741,4
Дистилляция, % отбора, газовая хроматография (ISO 3405/88)
Точка начала кипения
°С
30,7
10%
°С
40,9
20%
°С
54,9
30%
°C
69,2
40%
°C
84,9
50%
°C
101,5
60%
°C
115
70%
°C
126,7
80%
°C
141,5
90%
°C
160,4
95%
°C
175,7
Точка конца кипения
°C
204,7
Парафины
% по объему
45,55*
Ароматические углеводороды
% по объему
35,02
Кислородсодержащие соединения
% по объему
0
Сера (ASTM D2622-94)
мг/кг
34
* - суммарный объем изо- и нормальных парафинов
Бензин В представляет собой базовое топливо - неэтилированный 2 бензин, который имеет параметры, указанные ниже, в таблице 4.
Таблица 4
Бензин В
Параметр
Единицы
Величина
ИОЧ (ASTM D2699)
99,0
МОЧ (ASTM D2700)
87,7
Плотность при 15°С
г/л
775,2
Дистилляция, % отбора, газовая хроматография (ISO 3405/88)
Точка начала кипения
°С
33,6
10%
°С
58,0
20%
°С
77,6
30%
°С
96,2
40%
°С
109,0
50%
°С
118,5
60%
°С
127,0
70%
°С
80%
°С
147,8
90%
°С
161,5
95%
°С
172,4
Точка конца кипения
°С
199,4
Парафины
% по объему
38,56*
Ароматические углеводороды
% по объему
49,34
Кислородсодержащие соединения
% по объему
0
Сера (ASTM D2622-94)
мг/кг
78
* - суммарный объем изо- и нормальных парафинов
Примеры 1-4 и Сравнительные примеры А и В
Величины исследовательского октанового числа (ИОЧ) (ASTM D2699) и моторного октанового числа (МОЧ) (ASTM D2700) для топлив 1-4, А и В приведены ниже в таблице 5.
Таблица 5
Величины ИОЧ и МОЧ для топливных
Пример
Топливо
ИОЧ
МОЧ
1
1
101
87,3
2
2
105,2
88,5
3
3
106,9
89,3
4
4
107,3
89,6
А*
А
<40**
<40**
В*
В
106***
89,5***
* - сравнительный пример
** - величины были меньше нижнего предела измерения для этого метода испытаний и устройства (то есть меньше чем 40)
*** - средняя из двух измерений
Из приведенной выше таблицы 5 можно увидеть, что величины ИОЧ и МОЧ для композиций жидкого топлива согласно настоящему изобретению выше, чем можно было ожидать из средневзвешенных значений для индивидуальных компонентов жидких топлив. В частности, неожиданным является то, что величина ИОЧ для топлива в примере 3 больше, чем величины ИОЧ, измеренные для этанола, а также для компонентов нафты, произведенной в синтезе Фишера-Тропша и использованной для получения указанного топлива.
Примеры 5-10 и Сравнительные примеры С-J
Давление насыщенного пара по Рейду (RVP) (IP 394) для топлив 1-6 и А-Н приведены ниже в таблице 6.
Таблица 6
Давление насыщенного пара по Рейду для топливных композиций
Пример
Топливо
RVP (кПа)
5
1
42,8
6
2
37,3
7
3
30,5
8
4
60,7
9
5
82,7
10
6
67,9
С*
А
59,0
D*
В
14,0
Е*
С
84,3
F*
D
58,3
G*
Е
40,0
Н*
F
63,4
I*
G
46,9
J*
Н
33,5
* - Сравнительный пример
Из приведенной выше таблицы 6 можно увидеть, что величина RVP композиции жидкого топлива, содержащей этанол и только нафту GTL, меньше, чем для эквивалентных топлив на основе спирта, содержащих только этанол и неэтилированный бензин (пример 7 в сопоставлении со Сравнительными примерами G и J). Однако из примеров 8-10 видно, что величину RVP для композиций жидкого топлива согласно настоящему изобретению можно удобно регулировать путем добавления бутана, например, для улучшения характеристики пуска из холодного состояния.