ПРИМЕНЕНИЕ ПРИСАДКИ К ТОПЛИВУ В ДИЗЕЛЬНОМ ТОПЛИВЕ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПЛИВА В ДИЗЕЛЬНОМ ДВИГАТЕЛЕ
APPLICATION OF FUEL ADDITIVE IN DIESEL FUEL TO REDUCE FUEL CONSUMPTION IN DIESEL ENGINE

Настоящее изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу, содержащей пероксид, для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе.
Двигатели сгорания, в частности, дизельные двигатели, играют важную роль в различных областях для выработки энергии. Вследствие своих высоких надежности и долговечности, а также своих превосходных рабочих эксплуатационных характеристик они представляют собой существенные источники энергии, например, в генераторах мощности, сельскохозяйственных и строительных машинах, на буровых установках, в автобусах, грузовых автомобилях, поездах и на кораблях. Двигатели сгорания производят энергию из топлив, так что на их эксплуатационные расходы оказывают воздействие цена топлива, а также потребление топлива.
Желательно уменьшить потребление топлива в двигателе, помимо прочего, для уменьшения эксплуатационных расходов. Уменьшение потребления топлива в двигателе означает потребность в меньшем количестве топлива для одного и того же количества энергии, производимой двигателем. Следовательно, двигатель внутреннего сгорания, демонстрирующий уменьшенное потребление топлива, производит энергию на протяжении более продолжительного периода времени в сопоставлении с тем же самым двигателем внутреннего сгорания, не демонстрирующим уменьшенного потребления топлива. Таким образом, при одном и том же количестве топлива двигатель внутреннего сгорания, демонстрирующий уменьшенное потребление топлива, производит большее количество энергии в сопоставлении с двигателем внутреннего сгорания, демонстрирующим обычное потребление топлива.
В опубликованной патентной заявке ЕР 2 780 435 А1 описывается применение ТВНР в качестве присадки к топливу для уменьшения эмиссии монооксида углерода и/или углеводородов, а также увеличения цетанового числа.
Одна цель настоящего изобретения заключалась в достижении уменьшения потребления топлива в дизельных двигателях.
Достижения данной цели добиваются при применении присадки к топливу для дизельных топлив, содержащей пероксид, в частности, трет-бутилгидропероксид (ТВНР).
Поэтому изобретение относится к применению присадки к топливу, содержащей пероксид, в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе.
Неожиданно было установлено, что при применении пероксидов, причем особенно предпочтительным является ТВНР, реализуется уменьшение потребления дизельного топлива в дизельных двигателях.
Применение пероксидсодержащей присадки к топливу, в частности, обеспечивает уменьшение потребления дизельного топлива на, по меньшей мере, 5%, более предпочтительно на, по меньшей мере, 7%, кроме того, более предпочтительно на, по меньшей мере, 10%, еще более предпочтительно на, по меньшей мере, 13%, в сопоставлении с тем, что имеет место для подобного дизельного топлива, не содержащего присадку к топливу.
Это продемонстрировано в обширных сравнительных испытаниях и долговременных измерениях в примерах 1-5 и на фиг. 1-2 данного изобретения.
Присадка к топливу представляет собой композицию, добавляемую в топливо, предпочтительно в количествах в диапазоне от 0,001 до 50 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 25 мас.%, более предпочтительно от 0,1 до 10 мас.%, по отношению к совокупной массе топлива. Еще более предпочтительно присадку к топливу добавляют в топливо в количестве в диапазоне от 0,1 до 1 мас.% по отношению к совокупной массе топлива. В результате добавления присадки к топливу в топливо присадка к топливу и топливо предпочтительно образуют раствор.
Присадка к топливу, применяемая в соответствии с изобретением, содержит пероксид, в частности, органический пероксид, а предпочтительно ТВНР.
В общем случае в качестве присадок к топливу могут быть использованы различные органические пероксиды. Один предпочтительный вариант осуществления заключается в применении присадки к топливу, содержащей, по меньшей мере, один представитель, выбираемый из гидропероксида, диалкилпероксида, циклического или ациклического пероксида кетона и/или перкеталя. Кроме того, предпочтительным является применение присадки к топливу, содержащей, по меньшей мере, один представитель, выбираемый из гидропероксида, диалкилпероксида и/или циклического или ациклического пероксида кетона. В особенности предпочтительным является применение присадки к топливу, содержащей, по меньшей мере, один представитель, выбираемого из гидропероксида и/или диалкилпероксида. Также в особенности предпочтительным является применение присадки к топливу, содержащей, по меньшей мере, один перкеталь.
Гидропероксиды, в частности, алкил-, ацил- и/или арилгидропероксиды, описываются общей структурной формулой R-O-O-H.
1
2
1
2
Диалкилпероксиды, в частности, циклические и ациклические диалкилпероксиды, описываются общей структурной формулой R-O-O-R. В циклических диалкилпероксидах остатки R и R совместно образуют 4-10-членный цикл, более предпочтительно 5-7-членный цикл.
1
2
1
2
n
Циклические пероксиды кетонов описываются общей структурной формулой (RRC(-O-O-)), где n может представлять собой целое число в диапазоне от 2 до 6, между атомами С формируется пероксидная связь с образованием цикла, и R и R представляют собой одинаковые или различные органические остатки.
1
2
3
4
1
2
3
4
Ациклические пероксиды кетонов описываются общей структурной формулой RRC(-O-O-H)-O-O-C(-O-O-H)RR, где R, R, R и R представляют собой одинаковые или различные органические остатки.
1
1
Перкетали обладают общей структурой R-O-O-R-O-O-R, где R и R представляют собой одинаковые или различные органические остатки.
1
2
3
4
,
,
Каждый из остатков R, RR Rи Rнезависимо представляет собой органический остаток, в частности, углеводородный остаток, который может быть замещенным от 1 до 3 гетероатомами.
1
2
3
4
,
,
В частности, каждый из остатков R, RR Rи Rнезависимо представляет собой ациклический линейно-цепочечный алкил, предпочтительно содержащий от 1 до 20, предпочтительно, от 3 до 10 атомов углерода, который может быть незамещенным или замещенным, по меньшей мере, одним представителем из -ОМе, -ОН, арил и/или гетероарил;
ациклический разветвленно-цепочечный алкил, предпочтительно содержащий от 1 до 20, предпочтительно от 3 до 10, атомов углерода, который может быть незамещенным или замещенным, по меньшей мере, одним из -ОМе, -ОН, арил и/или гетероарил;
ацил, где ацил представляет собой фрагмент, описывающийся структурной формулой RC(O)-;
арил, где арил представляет собой ароматический фрагмент, содержащий от 6 до 10 атомов углерода, который может быть незамещенным или замещенным -ОМе и/или -ОН;
гетероарил, где гетероарил представляет собой ароматический фрагмент, содержащий от 4 до 10 атомов углерода и содержащий один или несколько гетероатомов, в частности, атомов азота и/или кислорода, в ароматической системе, и который может быть незамещенным или замещенным -ОМе и/или -ОН; или
циклический алкил, предпочтительно содержащий от 3 до 10, более предпочтительно от 5 до 8, атомов углерода, образующих цикл, который может быть незамещенным или замещенным, по меньшей мере, одним из -ОМе, -ОН, ациклический линейно-цепочечный алкил и/или ациклический разветвленно-цепочечный алкил.
В одном предпочтительном варианте осуществления присадка к топливу содержит трет-бутилгидропероксид (ТВНР), гидропероксид кумола, пероксид метилэтилкетона, в частности, циклический или ациклический пероксид метилэтилкетона, пероксид ацетона, трет-амилгидропероксид (ТАНР), ди-трет-бутилпероксид (DTBP), трет-бутилпероксибензоат (ТВРВ), 1,1-ди(трет-бутилперокси)циклогексан (СН), тетраметилдиоксациклогексан (TMDOCH) или 1,1-бис(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан (ТМСН), 1,1-бис(трет-амилперокси)циклогексан, 2,2-ди(трет-бутилперокси)бутан (ВН), этил-3,3-ди(трет-бутилперокси)бутаноат (EBU) или н-бутиловый сложный эфир 4,4-бис(трет-бутилперокси)валериановой кислоты (NBV) или их смеси.
Говоря конкретно, в случае применения присадки к топливу, содержащей гидропероксид, диалкилпероксид и/или циклический или ациклический пероксид кетона и/или перкеталь, в частности, трет-бутилгидропероксид (ТВНР), гидропероксид кумола, пероксид метилэтилкетона, в частности, циклический или ациклический пероксид метилэтилкетона, пероксид ацетона, трет-амилгидропероксид (ТАНР), ди-трет-бутилпероксид (DTBP), трет-бутилпероксибензоат (ТВРВ), 1,1-ди(трет-бутилперокси)циклогексан (СН), тетраметилдиоксациклогексан (TMDOCH) и/или 1,1-бис(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексан (ТМСН), 1,1-бис(трет-амилперокси)циклогексан, 2,2-ди(трет-бутилперокси)бутан (ВН), этил-3,3-ди(трет-бутилперокси)бутаноат (EBU) или н-бутиловый сложный эфир 4,4-бис(трет-бутилперокси)валериановой кислоты (NBV), наблюдали значительное уменьшение потребления дизельного топлива в дизельных двигателях.
Предпочтительно присадка к топливу содержит ТВНР, DTBP и/или СН.
Наиболее предпочтительно присадка к топливу содержит ТВНР.
Органические пероксиды представляют собой термически нестойкие соединения, которые экзотермически разлагаются при расщеплении пероксидной кислородной связи. В связи с этим для безопасного обращения с органическими пероксидами или безопасного их транспортирования по соображениям безопасности они зачастую должны быть флегматизированы или их производят в промышленных масштабах уже в разбавленном состоянии.
Доступные на коммерческих условиях пероксидные препараты зачастую содержат большие количества воды в качестве флегматизатора, и характеризуются недостаточной термической или химической стойкостью или не могут быть использованы на коммерческих условиях в качестве присадки к топливу вследствие использованного исходного сырья или производственных способов. В качестве присадки к топливу предпочтительно избегать пероксидов, флегматизированных при использовании воды, поскольку вода не смешивается с топливом, а формирует двухфазную систему.
В связи с этим предпочтительно используют безводную присадку к топливу. В особенности предпочтительно присадка к топливу изобретения содержит безводные соединения ТВНР, DTBP и/или СН, еще более предпочтительно присадка к топливу изобретения содержит безводное соединение ТВНР. Термин «безводный» обозначает, что уровень содержания воды в присадке к топливу составляет < 5 мас.%, в частности, < 1 мас.%, более предпочтительно < 0,3 мас.%, наиболее предпочтительно < 0,01 мас.%.
При использовании безводного пероксида, который является смешиваемым с дизельным топливом, можно избежать образования нежелательной второй водной фазы. Присадка к топливу в дополнение к пероксиду предпочтительно содержит безводный органический растворитель. Могут быть использованы полярные и неполярные растворители. Примерами подходящих для использования неполярных растворителей являются алканы, в частности, алифатические углеводороды, такие как изододекан, изооктан, декан, нонан и/или н-октан или смеси из различных алифатических соединений. В особенности подходящий для использования неполярный растворитель представляет собой алифатический углеводородный изододекан. В частности, подходящими для использования примерами растворителей являются дизельное топливо и керосин. Дополнительными примерами подходящих для использования углеводородов являются циклические и ациклические углеводороды, содержащие от 5 до 12, предпочтительно от 6 до 10, атомов углерода, либо насыщенные, либо ненасыщенные. Примерами полярных растворителей, в частности, являются кислородсодержащие растворители, такие как, например, сложные эфиры и спирты. Подходящие для использования сложные эфиры, использующиеся в качестве растворителей, в частности, представляют собой фталаты и 2,2,4-триметил-1,3-пентандиолдиизобутират (TXIB). В качестве растворителей предпочтительно используют алкиловые спирты, в частности, С1-С8 алкиловые спирты, более предпочтительно С2-С6 алкиловые спирты, кроме того, более предпочтительно бутанол, а наиболее предпочтительно трет-бутанол (ТВА). При использовании спиртов, а, в частности, трет-бутанола, уровень содержания кислорода в присадке к топливу дополнительно увеличивается, что является желательным.
Предпочтительно присадка к топливу содержит гидропероксид, диалкилпероксид и/или перкеталь, в частности, ТВНР, DTBP и/или СН, и органический растворитель. Более предпочтительно присадка к топливу содержит безводный гидропероксид, безводный диалкилпероксид и/или безводный перкеталь, в частности, безводное соединение ТВНР, безводное соединение DTBP и/или безводное соединение СН, и органический растворитель.
В особенности предпочтительной является присадка к топливу, содержащая ТВНР и органический растворитель, в частности, трет-бутанол (ТВА). Еще более предпочтительной является присадка к топливу, содержащая безводное соединение ТВНР и органический растворитель, в частности, трет-бутанол (ТВА).
В соответствии с изобретением присадку, содержащую пероксид, добавляют в дизельное топливо. Дизельные топлива могут включать, например, дизельное топливо, биодизельное топливо или судовое дизельное топливо.
Предпочтительно дизельное топливо, содержащее пероксидсодержащую присадку к дизельному топливу, является безводным. Термин «безводный» обозначает, что дизельное топливо, содержащее пероксидсодержащую присадку к дизельному топливу, характеризуется совокупным уровнем содержания воды < 5 мас.%, в частности, < 1 мас.%, более предпочтительно < 0,3 мас.%, кроме того, более предпочтительно < 0,1 мас.%, еще более предпочтительно < 0,03 мас.%, более предпочтительно < 0,01 мас.%, кроме того, еще более предпочтительно < 0,001 мас.%, наиболее предпочтительно < 0,0001 мас.%.
В особенности хорошие результаты будут получены в случае добавления присадки, содержащей пероксид, в топливо, имеющее характеристики низкосортного дизельного топлива, такое как различное судовое дизельное топливо или дизельное топливо, используемое во множестве стран, не являющихся членами ЕС.
Низкосортные дизельные топлива или дизельные топлива низкого качества характеризуются цетановым числом в отсутствие присадки к топливу < 50, более предпочтительно < 45, еще более предпочтительно ≤ 42, более предпочтительно ≤ 40, в то время как более высокие качества дизельного топлива характеризуются цетановым числом ≥ 50, более предпочтительно ≥ 51. Низкосортные дизельные топлива характеризуются минимальным цетановым числом в отсутствие присадки к топливу > 20, предпочтительно > 25, более предпочтительно > 30. Цетановое число может быть определено, например, в соответствии с документом ASTM-D613.
Цетановое число представляет собой характеристический параметр для полноты сгорания дизельного топлива. Цетановое число представляет собой меру легкости зажигания или задержки зажигания, другими словами, времени между началом впрыскивания топлива и началом горения. Выгодным является быстрое зажигание с последующим равномерным сгоранием. Чем большим будет цетановое число, тем более короткой будет задержка зажигания, и тем лучшей будет полнота сгорания.
Как было установлено, применение пероксидсодержащей присадки к топливу обеспечивает значительное уменьшение потребления топлива в дизельном двигателе при использовании низкосортного дизельного топлива, такого как в случае коммерчески доступного дизельного топлива США. В данном отношении пероксиды также являются подходящими для применения, например, в качестве присадок к топливу для уменьшения потребления топлива на территориях, где обычно используют низкосортные дизельные топлива.
Предпочтительно пероксидсодержащая присадка к топливу, использующаяся в соответствии с изобретением, увеличивает цетановое число топлива, содержащего присадку к топливу, по меньшей мере, на 2, более предпочтительно, по меньшей мере, на 3, более предпочтительно, по меньшей мере, на 5, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 7, в сопоставлении с цетановым числом того же самого топлива, не содержащего присадку к топливу.
Дизельное топливо, содержащее примешанную пероксидсодержащую присадку, может быть использовано в дизельных двигателях, таких как использующиеся в автомобилях или на кораблях, или которое предназначено для стационарных дизельных двигателей, предназначенных для выработки энергии. В особенности значительное уменьшение потребления топлива реализуется в дизельных двигателях с низкой степенью сжатия. В сопоставлении с современными дизельными двигателями, согласующимися с современным стандартом Euro 5, дизельные двигатели с низкой степенью сжатия характеризуются пониженной степенью сжатия. Современные дизельные двигатели с высокой степенью сжатия характеризуются степенью сжатия, составляющей, по меньшей мере, 19 : 1, более предпочтительно, по меньшей мере, 21 : 1. В противоположность этому, дизельные двигатели с низкой степенью сжатия характеризуются степенью сжатия, составляющей менее, чем 19 : 1, в частности, менее, чем 18 : 1, а предпочтительно менее, чем 16 : 1.
Степень сжатия описывает соотношение между полным объемом камеры цилиндра до сжатия и объемом остающегося свободного пространства после сжатия. Сжатие в камере цилиндра вызывает увеличение температуры в камере цилиндра. Высокая степень сжатия обеспечивает легкое самозажигание.
3
3
3
Кроме того, величина рабочего объема на один цилиндр определяет полноту сгорания в дизельном двигателе. В особенности значительное уменьшение потребления топлива в результате добавления пероксида, в частности, ТВНР, обнаруживается в двигателях, характеризующихся большим рабочим объемом на один цилиндр, в частности, при рабочем объеме, составляющем, по меньшей мере, 1000 см, более предпочтительно, по меньшей мере, 2000 см, кроме того, еще более предпочтительно, по меньшей мере, 3000 см, при расчете на один цилиндр. Большой рабочий объем на один цилиндр реализует ухудшенные смешивание или размешивание топлива с воздухом. Таким образом, в отсутствие присадки имеет место ухудшенное или неполное сгорание топлива.
Рабочий объем или объем вытеснения описывают замкнутый объем цилиндра в двигателе сгорания, который получается в результате хода одного поршня при эффективном поперечном сечении поршня. Таким образом, рабочий объем цилиндра представляет собой объем, вытесненный в результате хода поршня в камере сгорания.
Количество пероксида, в частности, TBHP, DTBP и/или СН, говоря более конкретно, ТВНР, в присадке к топливу, предпочтительно, составляет, по меньшей мере, 10 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 30 мас.%, кроме того, более предпочтительно, по меньшей мере, 40 мас.%, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 50 мас.%. По соображениям безопасности чистый пероксид не является предпочтительным. Однако, подходящим для использования в качестве присадки к топливу, соответствующей изобретению, также может оказаться и чистый пероксид. Поэтому количество пероксида, в частности, ТВНР, DTBP и/или СН, говоря более конкретно, ТВНР, в присадке к топливу предпочтительно доходит вплоть до 90 мас.%, более предпочтительно вплоть до 75 мас.%, а наиболее предпочтительно вплоть до 60 мас.%. В соответствии с этим, количество безводного органического растворителя, в частности, спиртов, а предпочтительно трет-бутанола (ТВА), составляет, по меньшей мере, 10 мас.%, более предпочтительно, по меньшей мере, 25 мас.%, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 40 мас.%, и доходит вплоть до 90 мас.%, более предпочтительно вплоть до 70 мас.%, а наиболее предпочтительно вплоть до 50 мас.%.
Как это было продемонстрировано, в особенности хорошо подходящей для применения и в соответствии с этим наиболее предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 30 до 70 мас.% пероксида в от 70 до 30 мас.% спирта. Как это также было продемонстрировано, в особенности хорошо подходящей для применения и в соответствии с этим более предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 20 до 80 мас.% пероксида в от 80 до 20 мас.% спирта. Кроме того, более предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 50 до 60 мас.% пероксида в от 60 до 50 мас.% спирта. Еще более предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 40 до 60 мас.% пероксида в от 60 до 40 мас.% спирта. Наиболее предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит 55 мас.% пероксида и 45 мас.% спирта. Вследствие осуществления производственных способов пероксиды могут быть флегматизированы при использовании кислородсодержащего растворителя, предпочтительно в спирте, в частности, в трет-бутаноле, что, тем самым, улучшает безопасность во время транспортирования и последующего обращения.
Как это было продемонстрировано, в особенности предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 30 до 70 мас.% ТВНР в от 70 до 30 мас.% трет-бутанола (ТВА). Кроме того, более предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 50 до 60 мас.% ТВНР в от 60 до 50 мас.% трет-бутанола. Еще более предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит от 40 до 60 мас.% ТВНР в 60-40 мас.% трет-бутанола. Наиболее предпочтительной является присадка к топливу, которая содержит 55 мас.% ТВНР и 45 мас.% трет-бутанола.
Как это было обнаружено, уменьшение потребления топлива может быть достигнуто даже при небольших количествах присадки к топливу.
Пероксид, в частности, ТВНР, DTBP и/или СН, говоря более конкретно, ТВНР, применяют в количестве в диапазоне от 0,001 до 10 мас.%, более предпочтительно от 0,01 до 8 мас.%, более предпочтительно от 0,025 до 5 мас.%, еще более предпочтительно от 0,055 до 4 мас.%, наиболее предпочтительно от 0,1 до 3 мас.%, а, в частности, от 0,1 до 0,5 мас.%, при расчете на совокупную массу топлива.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит органический пероксид, использующийся в количестве в диапазоне от 0,025 до 10 мас.%, в частности, от 0,1 до 3 мас.%, при расчете на совокупную массу топлива, еще более предпочтительно от 0,1 до 0,5 мас.%.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит безводный органический пероксид, в количестве в диапазоне от 0,025 до 10 мас.%, в частности, от 0,1 до 3 мас.%, еще более предпочтительно от 0,1 до 0,5 мас.%, при расчете на совокупную массу топлива.
Кроме того, в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит безводный органический пероксид, в количестве в диапазоне от 0,025 до 10 мас.%, в частности, от 0,1 до 3 мас.%, в конкретном случае от 0,1 до 0,5 мас.%, при расчете на совокупную массу топлива, и дизельное топливо характеризуется цетановым числом < 45 в отсутствие присадки к топливу.
В одном в особенности предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит безводные соединения ТВНР и ТВА. В одном дополнительном конкретном предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит безводные соединения DTBP и/или СН.
В еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит безводные соединения ТВНР и ТВА, причем ТВНР используют в количестве в диапазоне от 0,025 до 10 мас.%, в частности, от 0,1 до 3 мас.%, в еще более конкретном случае от 0,1 до 0,5 мас.%, при расчете на совокупную массу топлива.
Кроме того, в еще одном предпочтительном варианте осуществления изобретение относится к применению присадки к дизельному топливу в дизельном топливе для уменьшения потребления топлива в дизельном двигателе, характеризующемуся тем, что присадка к топливу содержит безводные соединения ТВНР и ТВА, причем ТВНР используют в количестве в диапазоне от 0,025 до 10 мас.%, в частности, от 0,1 до 3 мас.%, в еще более конкретном случае от 0,1 до 0,5 мас.%, при расчете на совокупную массу топлива, и дизельное топливо характеризуется цетановым числом < 45 в отсутствие присадки к топливу.
В соответствии с изобретением также возможным является объединение присадки к топливу и/или топлива с другими компонентами. Предпочтение отдается, например, присадке, содержащей, по меньшей мере, два пероксида, в частности, выбираемых из гидропероксидов, диалкилпероксидов, циклических или ациклических пероксидов и/или перкеталей. Кроме того, предпочтение отдается, например, присадке, содержащей, по меньшей мере, два пероксида, в частности, выбираемых из гидропероксидов, диалкилпероксидов и/или циклических или ациклических пероксидов кетонов. В особенности предпочтительными являются трет-бутилгидропероксид (ТВНР) в комбинации с одним дополнительным пероксидом, выбираемым, в частности, гидропероксида кумола, ди-трет-бутилпероксида (DTBP), пероксида метилэтилкетона, в частности, циклического и ациклического пероксида метилэтилкетона, пероксида ацетона, трет-амилгидропероксида (ТАНР), ди-трет-бутилпероксида (DTBP), трет-бутилпероксибензоата (ТВРВ), 1,1-ди(трет-бутилперокси)циклогексана (СН), тетраметилдиоксациклогексана (TMDOCH) и/или 1,1-бис(трет-бутилперокси)-3,3,5-триметилциклогексана (ТМСН), 1,1-бис(трет-амилперокси)циклогексана, 2,2-ди(трет-бутилперокси)бутана (ВН), этил-3,3-ди(трет-бутилперокси)бутаноата (EBU) или н-бутилового сложного эфира 4,4-бис(трет-бутилперокси)валериановой кислоты (NBV). Кроме того, предпочтительной является присадка, которая содержит, по меньшей мере, один пероксид и в дополнение к этому трет-бутиловый спирт и/или 2-этилгексилнитрат (2-EHN).
Предпочтительно уменьшение потребления топлива в двигателе может наблюдаться в результате непрерывного или постоянного применения пероксидсодержащей присадки к топливу на протяжении всего рабочего времени.
Предпочтительно уменьшение потребления топлива может наблюдаться в случае непрерывного применения топлива, содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, в дизельном двигателе на протяжении времени прогона или рабочего времени, составляющих, по меньшей мере, 100 часов, предпочтительно, по меньшей мере, 170 часов, более предпочтительно, по меньшей мере, 240 часов, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 310 часов.
Предпочтительно уменьшение потребления топлива может наблюдаться в случае непрерывного использования топлива, содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, в дизельном двигателе на протяжении времени прогона или рабочего времени, составляющих, по меньшей мере, 4 дня, предпочтительно, по меньшей мере, 7 дней, более предпочтительно, по меньшей мере, 10 дней, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 13 дней.
Менее предпочтительной, хотя и также вероятной является возможность уменьшения потребления топлива в двигателе в результате добавления топлива, содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, через определенные интервалы. Как это понимают, через определенные интервалы времени добавляют определенные количества топлива, содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, при одновременном применении в другие периоды времени топлива, не содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу. Предпочтительно, количество добавленного топлива, содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, составляет, по меньшей мере, 10 литров, предпочтительно, по меньшей мере, 20 литров, более предпочтительно, по меньшей мере, 40 литров, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, 60 литров. Предпочтительно топливо, содержащее пероксидсодержащую присадку к топливу, применяют на протяжении от 10 до 1000 часов, предпочтительно от 50 до 500 часов, более предпочтительно от 100 до 250 часов, чередуя с применением топлива, не содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, на протяжении от 10 до 1000 часов, предпочтительно от 50 до 500 часов, более предпочтительно от 100 до 250 часов.
Кроме того, согласно наблюдениям применение пероксидсодержащей присадки к топливу обеспечивает предотвращение, уменьшение или удаление нежелательных отложений или загрязнений в дизельном двигателе. Нежелательные отложения в двигателе могут формироваться вследствие неполного сгорания топлива, присутствия примесей в топливе и/или всасывания примесей из воздуха. В результате этого, помимо летучих газов, образуются также и мельчайшие твердые вещества или частицы. Данные частицы могут формировать отложения, помимо прочего, на клапанах и каналах для впрыскивания топлива в двигателе. Отложения на клапанах для впрыскивания создают препятствия для полного достижения дизельным топливом камеры сгорания двигателя. Применение пероксидсодержащей присадки к дизельному топливу обеспечивает удаление уже существующих отложений или загрязнений и предотвращает формирование новых отложений или загрязнений в двигателе.
Примеры отложений или загрязнений включают небольшие частицы, нагар и/или гликоль.
Кроме того, согласно наблюдениям применение пероксидсодержащей присадки к топливу обеспечивает уменьшение трения и износа дизельного двигателя. Уменьшение трения и износа может быть достигнуто в случае применения присадки к топливу, характеризующейся высокой смазывающей способностью. Характеристическим параметром для смазывающей способности топлива или присадки к топливу является оценка HFRR (высокочастотной возвратно-поступательной установки). Оценка HFRR может быть определена, например, в соответствии с документами ASTM-D6078 и ASTM-D6079. Оценку HFRR определяют для топлива или присадки к топливу, характеризующихся плохой смазывающей способностью, как, например, не подвергнутого обработке ультранизкосернистого дизельного топлива, характеризующегося оценкой HFRR 636. Высокая оценка HFRR в результате приводит к получению высоких трения и износа при использовании топлива или присадки к топливу в сопоставлении с тем, что имеет место для топлива или присадки к топливу, характеризующихся низкой оценкой HFRR. В соответствии с положениями Ассоциации изготовителей двигателей оценка HFRR в желательном варианте должна составлять менее, чем 460.
Предпочтительно топливо, содержащее пероксидсодержащую присадку к топливу, характеризуется оценкой HFRR, составляющей, самое большее, 400, более предпочтительно, самое большее, 370, а наиболее предпочтительно, самое большее, 330.
Предпочтительно использующаяся пероксидсодержащая присадка к топливу уменьшает оценку HFRR для топлива, содержащего присадку к топливу, по меньшей мере, на 70, более предпочтительно, по меньшей мере, на 140, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 210, в сопоставлении с тем, что имеет место для того же самого топлива, не содержащего присадку к топливу.
Предпочтительно использующаяся пероксидсодержащая присадка к топливу уменьшает оценку HFRR для топлива, содержащего присадку к топливу, по меньшей мере, на 30, более предпочтительно, по меньшей мере, на 60, а наиболее предпочтительно, по меньшей мере, на 90, в сопоставлении с предельным значением из положений Ассоциации изготовителей двигателей.
Кроме того, согласно наблюдениям применение пероксидсодержащей присадки к топливу обеспечивает снижение дымообразования совместно с образованием более чистого (более белого) дыма в сопоставлении с дымообразованием, имеющим место при использовании топлива, не подвергнутого обработке. Следовательно, применение пероксидсодержащей присадки к топливу обеспечивает уменьшение эмиссии твердых частиц с выхлопными газами топлива, например, загрязняющего нагара.
Масса твердых частиц (РМ) представляет собой характеристический параметр для регулирования эмиссии от сгорания топлива. Массу частиц РМ определяют при использовании хорошо известных способов отбора образцов на основе массы частиц РМ, собранных на фильтре для отбора образцов. Предпочтительно использование топлива, содержащего пероксидсодержащую присадку к топливу, приводит к уменьшению массы частиц РМ, по меньшей мере, на 5%, более предпочтительно, по меньшей мере, на 10%, еще более предпочтительно, по меньшей мере, на 15%, в сопоставлении с массой частиц РМ для не подвергнутого обработке топлива, измеренной в тех же самых условиях отбора образцов.
Также часть данного изобретения представляет собой способ уменьшения потребления дизельного топлива в дизельном двигателе, где в дизельное топливо добавляют присадку к топливу, содержащую пероксид.
Пример 1. Уменьшение потребления топлива при использовании ТВНР и ТВА в качестве присадки к топливу
В обычное низкокачественное дизельное топливо США (цетановое число = 42) добавляли 0,25 мас.% присадки к топливу, состоящей из ТВНР (55 мас.%) и ТВА (45 мас.%). Совокупное количество соединения ТВНР, добавленного в дизельное топливо, составляет 0,14 мас.%.
В результате добавления присадки к топливу в описанное выше дизельное топливо цетановое число увеличивается от 42 (в отсутствие присадки к топливу) до 48 (в присутствии присадки к топливу).
3
3
Двигатель для испытания представляет собой дизельный двигатель Caterpillar D3512-C V12, характеризующийся рабочим объемом двигателя 58560 см, а также рабочим объемом на один цилиндр 4880 см и степенью сжатия 14,7 : 1. Испытываемый двигатель использовали на буровой установке.
В сравнительном испытании потребление вышеупомянутого низкокачественного дизельного топлива США измеряли в отсутствие и в присутствии присадки к дизельному топливу, состоящей из ТВНР и ТВА, в дизельном двигателе Caterpillar D3512-C на протяжении непрерывного периода времени в 22 дня. Результат измерения потребления топлива для низкокачественного дизельного топлива США, не содержащего присадку к дизельному топливу, (базовая линия) представляет собой среднее значение для 14 скважин, подвергнутых испытанию при использовании дизельного двигателя. На протяжении периода измерения 1 присадку к топливу использовали в дизельном двигателе в первый раз. За периодом измерения 1 следует период измерения 2, за которым, в свою очередь, следует период измерения 3. На протяжении периодов измерения 2 и 3 использовали тот же самый дизельный двигатель, что и на протяжении периода измерения 1.
В следующей далее таблице 1 потребление топлива указывается как потребление в литрах в час (л/час) в виде среднего значения для соответствующего дня. Фиг. 1 иллюстрирует данный результат.
Таблица 1. Сопоставление уменьшения потребления топлива в отсутствие и в присутствии ТВНР и ТВА в качестве присадки к топливу
День
Низкокачественное дизельное топливо США, не содержащее ТВНР в ТВА, (среднее потребление в л/час)
Период измерения 1
Период измерения 2
Период измерения 3
Низкокачественное дизельное топливо США, содержащее ТВНР в ТВА, (среднее потребление в л/час)
Низкокачественное дизельное топливо США, содержащее ТВНР в ТВА, (среднее потребление в л/час)
Низкокачественное дизельное топливо США, содержащее ТВНР в ТВА, (среднее потребление в л/час)
1
62,26
67,98
42,96
50
2
72,52
84,82
48,60
53,97
3
75,81
80,51
62,91
52,46
4
80,66
94,25
70,29
43,94
5
92,73
103,52
81,19
54,92
6
99,01
97,77
91,10
66,96
7
106,13
106,36
94,44
73,50
8
114,72
110,64
109,69
82,89
9
114,61
107,15
104,69
84,97
10
116,35
106,28
105,79
88,61
11
116,24
110,26
101,82
90,80
12
119,83
111,13
101,70
96,82
13
120,44
107,80
104,96
98,49
14
117,64
107,42
99,62
96,93
15
121,80
110,26
100,64
101,06
16
120,70
108,36
103,44
101,51
17
121,31
111,24
101,25
101,02
18
122,48
114,12
102,31
100,08
19
123,69
112,72
104,39
102,50
20
123,73
113,59
104,05
101,97
21
124,26
114,31
103,10
103,67
22
122,97
114,38
100,83
101,74
Среднее значение
108,63
104,31
92,69
84,03
В ходе испытания наблюдали увеличение потребления топлива для топлива, как содержащего, так и не содержащего присадку к топливу, состоящую из ТВНР и ТВА. Вследствие использования испытываемого двигателя на буровой установке увеличение потребления топлива зависело от подвергаемой бурению почвы. При более продолжительных периодах бурения бур продвигался в более глубокие и более жесткие слои почвы. В целях продвижения через более жесткие слои почвы испытываемый двигатель требовал большего количества энергии, таким образом, потреблял большее количество топлива. Несмотря на увеличение абсолютных значений потребления топлива во время бурения относительные значения потребления топлива уменьшаются для топлива, не содержащего присадку к топливу, в сопоставлении с тем, что имеет место для топлива, содержащего присадку к топливу.
На протяжении общего периода измерения в 22 дня среднее потребление 108,63 л/час получали для низкокачественного дизельного топлива США, не содержащего присадку к топливу, и 104,31 л/час (период измерения 1), 92,69 л/час (период измерения 2) и 84,03 л/час (период измерения 3) получали для того же самого низкокачественного дизельного топлива США, содержащего присадку к топливу. Это соответствует средней экономии топлива 4,32 л или 3,97% (период измерения 1), 15,94 л или 14,67% (период измерения 2) и 24,6 л или 22,65% (период измерения 3) при расчете на один час измерения.
Увеличение потребления топлива на протяжении дней 1-6 периода измерения 1 обуславливается удалением примесей и отложений из двигателя. Начиная от дня 7 периода измерения 1 и дальше, двигатель очищается в такой степени, что наблюдается уменьшение потребления топлива.
При более продолжительном испытании на протяжении периода в 1306 часов потреблялись 154662 л низкокачественного дизельного топлива США, не содержащего присадку к топливу, и 131684 л низкокачественного дизельного топлива США, содержащего присадку к топливу. Это соответствует общей экономии топлива 22978 л или 14,86%.
Пример 2. Уменьшение потребления топлива при использовании ТВНР и ТВА в качестве присадки к топливу
В судовое дизельное топливо США (цетановое число = 40) добавляли 0,25 мас.% присадки к топливу, состоящей из ТВНР (55 мас.%) и ТВА (45 мас.%). Совокупное количество соединения ТВНР, добавленного к данному дизельному топливу, составляет 0,14 мас.%.
3
3
Двигатель для испытания представляет собой судовой двигатель John Deere 6081 PowerTech на 8,1 л, с 6 цилиндрами, характеризующийся рабочим объемом двигателя 8100 см, а также рабочим объемом на один цилиндр 1350 см и степенью сжатия 15,7 : 1.
В сравнительном испытании измеряли потребление вышеупомянутого судового дизельного топлива США, содержащего и не содержащего присадку к дизельному топливу, состоящую из ТВНР и ТВА, в судовом дизельном двигателе John Deere 6081 PowerTech 8.1L на протяжении периода времени в 25 дней. Среднее потребление дизельного топлива, не содержащего присадку к дизельному топливу, составляло 25,55 л/час. Среднее потребление дизельного топлива, содержащего присадку к дизельному топливу, уменьшалось в сопоставлении с тем, что имело место для дизельного топлива, не содержащего присадку к топливу, на протяжении периода измерения 1 (дни 11-15) на 2,1%, на протяжении периода измерения 2 (дни 16-20) на 8,9% и на протяжении периода измерения 3 (дни 21-25) на 17,9%. Данный результат испытания проиллюстрирован на фиг. 2.
Увеличение потребления топлива на протяжении дней 1-5 и дней 6-10 обуславливается удалением примесей и отложений из двигателя, где данные примеси закупоривают фильтр двигателя. Закупоренные фильтры заменяли в дни 6, 11 и 16. Начиная от дня 13 и дальше, двигатель очищается, так что наблюдается уменьшение потребления топлива.
Пример 3. Уменьшение потребления топлива при использовании ТВНР и ТВА в качестве присадки к топливу
В обычное низкокачественное дизельное топливо США (цетановое число = 42) добавляли 0,25 мас.% присадки к топливу, состоящей из ТВНР (55 мас.%) и ТВА (45 мас.%). Совокупное количество соединения ТВНР, добавленного к дизельному топливу, составляет 0,14 мас.%.
В сравнительных испытаниях измеряли среднее потребление вышеупомянутого низкокачественного дизельного топлива, не содержащего и содержащего присадку к дизельному топливу, состоящую из ТВНР и ТВА, в дизельных двигателях различных типов автобусов. В следующей далее таблице 2 среднее потребление указывается в виде потребления в литрах на 100 км для различных автобусов.
Таблица 2. Сопоставление уменьшения потребления топлива в отсутствие и в присутствии ТВНР и ТВА в качестве присадки к топливу в различных типах автобусов
Номер автобуса
Описание автобуса
Низкокачественное дизельное топливо США, не содержащее ТВНР в ТВА, (среднее потребление в л/100 км)
Низкокачественное дизельное топливо США, содержащее ТВНР в ТВА, (среднее потребление в л/100 км)
Совокупное количество км, пройден-ное при ис-пользовании низкокачест-венного ди-зельного топлива США, содержащего ТВНР в ТВА
Уменьшение среднего потребления (в%)
1
1995 Amtran International V 14.5 tons
47,47
40,94
676
14
2
2002 Amtran International V 14.5 tons
97,51
69,73
686
28
3
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
47,00
41,37
3156
12
4
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
44,17
40,80
3125
7,7
5
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
43,20
39,76
3323
8,0
6
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
44,59
40,24
2790
9,8
7
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
44,51
39,97
2771
10
8
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
40,73
28,21
3294
31
9
2008 Caterpillar I-6 16.5 tons
46,35
27,04
3663
42
10
2009 Mercedes Benz I-6 16.5 tons
38,59
35,77
2597
7,3
11
2009 Mercedes Benz I-6 16.5 tons
40,73
37,72
2294
7,4
12
2009 Mercedes Benz I-6 16.5 tons
47,19
42,41
3489
10
13
2009 Mercedes Benz I-6 16.5 tons
46,53
28,38
2246
39
Пример 4. Уменьшение трения при использовании ТВНР и ТВА в качестве присадки к топливу
В не подвергнутое обработке ультранизкосернистое дизельное топливо (цетановое число = 42) добавляли 0,25 мас.% присадки к топливу, состоящей из ТВНР (55 мас.%) и ТВА (45 мас.%). Совокупное количество соединения ТВНР, добавленного к дизельному топливу, составляет 0,14 мас.%.
В сравнительных испытаниях измеряли оценку HFRR для вышеупомянутого не подвергнутого обработке ультранизкосернистого дизельного топлива, не содержащего и содержащего различные присадки к дизельному топливу. В следующей далее таблице 3 указываются оценка HFRR для не подвергнутого обработке ультранизкосернистого дизельного топлива, а также оценка HFRR для ультранизкосернистого дизельного топлива, содержащего различные присадки к топливу. Кроме того, оценку HFRR для топлива, содержащего присадку к топливу, сопоставляют с тем, что имеет место для топлива, не содержащего присадку к топливу.
Таблица 3. Оценка HFRR для низкокачественного топлива, не содержащего, а также содержащего присадки к дизельному топливу
Присадка/топливо
Оценка HFRR
Уменьшение
Стандарт от Ассоциации изготовителей двигателей (желательно)
< 460
Не подвергнутое обработке ультранизкосернистое дизельное топливо
636
1
2-EHN (25,3-38,6 мас.%), нефтяной лигроин (27,2-41,3 мас.%), триметилбензол (0,4-1,96 мас.%), нафталин (3,12 мас.%), 2-этилгексанол (0,4-1,96 мас.%)
447
189
2
2-EHN (10-19,9 мас.%), нефтяной лигроин (60-69 мас.%), триметилбензол (20-29 мас.%)
461
175
3
2-EHN (30-60 мас.%), легкий ароматический нефтяной лигроин (30-60 мас.%), 1,2,4-триметилбензол (10-30 мас.%)
470
166
4
1,2,4-триметилбензол (30-60 мас.%), триметилбензол (30-60 мас.%), лигроиновый растворитель, тяжелый ароматический, (5-10 мас.%)
488
148
5
Нефтяные дистилляты, подвергнутые гидроочистке легкие, (30-50 мас.%), 2-EHN (20-30 мас.%), лигроин (нефтяной), тяжелый ароматический, (10-30 мас.%)
603
33
6
ТВНР (55 мас.%), ТВА (45 мас.%)
316
320
Присадка к дизельному топливу, состоящая из ТВНР и ТВА, привела в результате к уменьшению оценки HFRR 320, что является ниже стандарта от Ассоциации изготовителей двигателей.
Пример 5. Уменьшение потребления топлива при использовании DTBP, CH или ТВНР в качестве присадки к топливу
Проводили испытания, где в обычное дизельное топливо (цетановое число = 42) добавляли 0,25 мас.% присадки к топливу, содержащей, соответственно, DTBP, CH или TBHP, при этом в каждой из использующихся рецептур присадок к топливу соединение DTBP присутствовало в чистой форме, соединение СН - в виде 80%-ного раствора в изододекане, а соединение ТВНР - в виде 55%-ного раствора в ТВА. Совокупное количество соединения DTBP, добавленного в дизельное топливо, составляет 0,25 мас.%. Совокупное количество соединения СН, добавленного в дизельное топливо, составляет 0,20 мас.%. Совокупное количество соединения TBНP, добавленного в дизельное топливо, составляет 0,14 мас.%.
Дизельным генератором, использующимся в каждом из испытаний, являлся генератор SDMO на 30 кВА с 3-цилиндровым дизельным двигателем John Deere на 2,9 л. Дизельное топливо, использующееся для испытания, представляло собой продукт Engen Dynamic Diesel 50 ppm. Испытываемый двигатель использовали в температурном диапазоне от 25°С до 31°С.
В сравнительном испытании потребление вышеупомянутого дизельного топлива измеряли в отсутствие и в присутствии присадки к дизельному топливу, состоящей из DTBP, CH или ТВНР. Измерение потребления топлива (в условиях отсутствия нагрузки) для низкокачественного дизельного топлива США, не содержащего присадку к дизельному топливу, (базовая линия) осуществляли в ходе семи отдельных 30-минутных прогонов при использовании 2 л не подвергнутого обработке топлива. Для испытания присадок к топливу топливную систему генератора прочищали при использовании 2 л топлива, подвергнутого обработке при использовании соответствующих присадок к топливу, и потребление дизельного топлива (в условиях отсутствия нагрузки) при использовании подвергнутого обработке топлива устанавливали в ходе семи отдельных 30-минутных прогонов.
В следующей далее таблице 4 полное потребление указывается в виде потребления миллилитров в качестве среднего значения для соответствующего прогона.
Таблица 4
Прогон (30 минут)
Чистое топливо50 ч/млн Diesel
Дизельное топливо при дозировании DTBP
Дизельное топливо при дозировании СН
Дизельное топливо при дозировании TBНP
1
735
630
660
660
2
780
672
648
639
3
690
690
645
639
4
690
711
630
666
5
723
660
645
669
6
744
666
639
651
7
729
687
645
624
Среднее потребление на один прогон (мл)
727,29
673,71
644,57
649,71
Среднее потребление в час (мл)
1454,57
1347,43
1289,14
1299,43
Среднее уменьшение потребления топлива (мл)
53,57
82,71
77,57
Процентное уменьшение
7,37%
11,37%
10,67%
На протяжении общего периода измерения для семи прогонов для дизельного топлива, не содержащего присадку к топливу, получали среднее потребление на один прогон 727,29 мл/прогон. Для дизельного топлива при дозировании соответствующих присадок к топливу получали уменьшение среднего потребления топлива до 673,71 мл/прогон (DTBP), 644,75 мл/прогон (СН) и 649,71 мл/прогон (ТВНР). Это соответствует среднему уменьшению потребления топлива 53,57 мл/прогон и процентному уменьшению 7,37% для дозированной присадки к топливу DTBP и, соответственно, 82,71 мл/прогон и 11,37% для дозированной присадки к топливу СН и 77,57 мл/прогон и 10,67% для присадки к топливу ТВНР для совокупного измерения.
Данные результаты испытаний указывают на то, что каждая из трех присадок к топливу оказывает значительное и непосредственное воздействие в виде уменьшения потребления дизельного топлива при добавлении в низкокачественное дизельное топливо США.
Кроме того, при использовании дизельного топлива, подвергнутого обработке при использовании присадок к топливу, в противоположность дизельному топливу, не подвергнутому обработке, могло наблюдаться ощутимое и непосредственное визуальное воздействие в виде уменьшенного дымообразования и образования более чистого (более белого) дыма (данные не показаны) от генератора.