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燃料组合物的用途

阅读:957发布:2020-06-07

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1.一种燃料组合物的用途,所述燃料组合物包含不超过500ppmw的硫和主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种原子数为20或更大的金属的平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,目的在于减少在发动机操作期间在向其中引入所述燃料组合物的压缩点火发动机沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物,和其中所述金属吸附性或吸收性材料选自纤维粘土矿物藻土、石墨木炭聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂、以及络合剂或螯合剂。
2.权利要求1的用途,其中减少所述压缩点火发动机中沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物具有减少所述发动机中任何功率损失或提高由所述发动机产生的功率的效果。
3.权利要求1或2的用途,其中至少一种原子数为20或更大的金属是和/或和/或锌。
4.一种运转压缩点火发动机和/或采用压缩点火发动机驱动的车辆的方法,所述方法包括向所述发动机的燃烧室中引入一种燃料组合物,所述燃料组合物包含不超过500ppmw的硫和主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,其中所述金属吸附性或吸收性材料选自纤维状粘土矿物、硅藻土、石墨、木炭、聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂、以及络合剂或螯合剂,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种原子数为20或更大的金属的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,目的在于减少在发动机操作期间在所述压缩点火发动机中沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物。
5.一种减少在向其中引入燃料组合物的压缩点火发动机中发动机操作期间沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物的方法,所述方法包括向所述发动机的燃烧室中加入燃料组合物,所述燃料组合物包含不超过500ppmw的硫和主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,其中所述金属吸附性或吸收性材料选自纤维状粘土矿物、硅藻土、石墨、木炭、聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂、以及络合剂或螯合剂,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种原子数为20或更大的金属的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离。
6.一种减少在发动机操作期间在向其中引入燃料组合物的压缩点火发动机中沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物的方法,所述方法包括用另一种燃料组合物替代所述发动机中的燃料组合物,所述另一种燃料组合物包含不超过500ppmw的硫和主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,其中所述金属吸附性或吸收性材料选自纤维状粘土矿物、硅藻土、石墨、木炭、聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂、以及络合剂或螯合剂,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种原子数为20或更大的金属的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离。
7.权利要求4、5或6的方法,其中减少所述压缩点火发动机中沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物具有减少所述发动机中任何功率损失或提高由所述发动机产生的功率的效果。
8.一种制备燃料组合物的方法,包括:(a)提供主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分;(b)用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理至少一种所述烃组分,其中所述金属吸附性或吸收性材料选自纤维状粘土矿物、硅藻土、石墨、木炭、聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂、以及络合剂或螯合剂,从而降低所述至少一种烃组分中至少一种原子数为20或更大的金属的水平;和(c)使如此处理的烃组分与所述金属吸附性或吸收性材料物理分离,从而提供含不超过500ppmw的硫的燃料组合物。
9.一种处理燃料组合物的方法,所述燃料组合物包含主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,所述方法包括:(a)向所述燃料组合物中加入一种或多种原子数为20或更大的金属金属;(b)用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理至少一种所述烃组分,其中所述金属吸附性或吸收性材料选自纤维状粘土矿物、硅藻土、石墨、木炭、聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂、以及络合剂或螯合剂,从而降低所述至少一种烃组分中至少一种所述金属的水平;
和(c)使如此处理的烃组分与所述金属吸附性或吸收性材料物理分离,从而提供含不超过
500ppmw的硫的燃料组合物。

说明书全文

燃料组合物的用途

技术领域

[0001] 本发明涉及燃料组合物的用途,特别是在压缩点火发动机操作中的用途。 背景技术
[0002] 已知使通过过滤或吸附性材料例如漂白土或木炭而处理烃,例如在US-A-2090007、US-A-2338142或GB-A-614636中公开的那样。
[0003] GB-A-437023公开了一种在适于将所述烃保持在基本液相下的高温和超大气压的条件下通过用固体活性吸附剂例如漂白土、粘土或其它适合的吸附催化剂的处理而精炼基本为汽油沸程内的裂解烃的方法,该方法包括首先从所述烃中脱除相对不稳定的低沸点组分即溶解的气体、丙烷、一部分或全部的丁烷及它们相应的不饱和物,且通过使它们进行稳定分馏并紧接着在稳定的烃还热的时候使它们进行所述精炼处理而降低所述烃的蒸气压。 [0004] US-A-3529944公开了一种净化和稳定经历化劣化的烃液体、特别是喷气燃料的方法,该方法包括:向燃料中加入加速燃料氧化劣化的材料例如多苯基取代的低级烷烃或低级烯烃、柠檬酸的链烷醇酯或乙酰氧基乙基单丁醚;使烃液体通过固态粒状吸附介质以脱除微小杂质和氧化劣化的产物;和其后加入额外量的稳定材料以稳定烃液体防止进一步的氧化劣化。合适的吸附材料(第5栏,第22-25行)包括各种类型的处理的或未处理的天然或合成粘土、漂白土、绿坡缕石、胶和吸附催化剂。在实施例中,采用通过绿坡缕石粘土过滤而处理喷气燃料。
[0005] 在US-A-4225319中,为了抑制汽化沉积物形成,将吸附剂处理的催化裂解汽油掺混入用于内燃机的燃料组合物中。在第2栏,第57-62行中,说明了“用于处理催化裂解汽油的吸附剂包括许多公知 的吸收剂例如二氧化硅、氧化、二氧化硅-氧化铝、木炭、炭黑硅酸镁、硅酸铝、沸石、粘土、漂白土、氧化镁等”。在实施例中,使用的吸收剂是硅胶。 [0006] US-A-5951851涉及一种从流体,特别是燃料例如汽油、喷气燃料、柴油、油和燃料添加剂如醚中脱除元素硫的方法。这种方法包括使硫污染的流体与层状双氢氧化物(或滑石)Mg2AlNO3;mH2O或Mg3AlNO3;mH2O接触,其中m为水合水的数目。在实施例1中,显示的是绿坡缕石粘土、5 分子筛、硅胶、氧化铝、三羟铝石、四苯基磷 -蒙脱石、Kao-EG.9.4 、Kao-四甘醇、Al13柱状蒙脱石、四甲基铵-蒙脱石、坡缕石-PF1-s、高岭石KGa-1、Kao-溶纤剂和(III)蒙脱石对脱除元素硫是无效的,而水滑石Al2LiCl、Mg2AlNO3、Mg2FeNO3、Mg3FeNO3 和Mg3AlNO3对脱除元素硫特别有效。
[0007] New Encylopaedia Britannica Macropaedia,第 4 卷,第 15 版,1984,ISBN0-85229-413-1,第700-706页根据原子结构和化学组成的变化将粘土矿物分类为9组即:
(1)水铝英石;(2)高岭石;(3)多水高岭石;(4)蒙脱石;(5)伊利石;(6)绿泥石;(7)蛭石;
(8)海泡石、绿坡缕石和坡缕石;和(9)混合层状粘土矿物。
[0008] 第(8)组海泡石、绿坡缕石和坡缕石被描述为纤维状粘土矿物,和它们含有作为重要结构元素的平行于c轴取向的闪石双二氧化硅链。
[0009] 已知柴油可以含有许多痕量金属。这些金属的含量取决于多种因素,该因素包括燃料由其衍生的原油来源、所使用的精炼工艺类型、以及燃料的处理、储存和配送历史。 [0010] 使用柴油运转的压缩点火(柴油)发动机会在发动机操作过程中在它们的燃料喷射系统中,特别是在喷射器喷嘴中形成沉积物。这种结垢会削弱发动机的性能。为了降低结垢,在燃料中可以包括含有清净剂的添加剂。
[0011] 但当将柴油组合物的至少一种烃组分用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理以降低所述组分中痕量金属污染物的水平、更优选重金属的水平、最优选和/或铁和/或锌的水平时, 燃料组合物自身可引起喷射器结垢的减少和/或逆转,所述金属吸附性或吸收性材料可以是例如是与所述烃组分不混溶(包括具有最小或低溶解度)的液体形式或固体,优选固体。所述处理包括烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,例如通过不混溶液体的滗析、过滤、起漩涡、离心以及分离的一种或多种进行。经如此处理的燃料组合物因此可以用于帮助保持发动机的清洁和/或改进这种清洁和/或降低这种清洁的劣化速度。
[0012] 为本公开目的,“重金属”定义为原子数为20或更大的金属。
[0013] 根据本发明,提供一种燃料组合物的用途,所述燃料组合物包含主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种金属的水平、优选至少一种重金属的水平、更优选铜和/或铁和/或锌的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,目的在于减少在发动机操作期间在向其中引入所述燃料组合物的压缩点火发动机中沉积物、优选燃烧相关沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物,优选其中在所述发动机中采用所述燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平低于在所述发动机中采用替代燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平,所述替代燃料组合物具有与所述燃料组合物基本相同的特征,但其烃组分未用所述金属吸附性或吸收性材料进行处理。
[0014] 优选地,在本发明的用途中,减少所述压缩点火发动机中沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物具有减少所述发动机中任何功率损失或提高由所述发动机产生的功率的效果,优选其中分别与在所述发动机中采用所述替代燃料组合物的发动机操作期间的功率损失或产生的功率相比,在所述发动机中采用所述燃料组合物的发动机操作期间所述发动机中的功率损失较低或所述发动机中产生的功率较高。 [0015] 根据本发明,还提供一种运转压缩点火发动机和/或采用压缩点火发动机驱动的车辆的方法,所述方法包括向所述发动机的燃烧室中引入一种燃料组合物,所述燃料组合物包含主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种金属的水平、优选至少一种重金属的水平、更优选铜和/或铁和/或锌的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,目的在于减少在发动机操作期间在所述压缩点火发动机中沉积物、优选燃烧相关沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物,优选其中在所述发动机中采用所述燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平低于在所述发动机中采用替代燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平,所述替代燃料组合物具有与所述燃料组合物基本相同的特征,但其烃组分未用所述金属吸附性或吸收性材料进行处理。
[0016] 根据本发明,进一步提供了一种减少在发动机操作期间在向其中引入燃料组合物的压缩点火发动机中沉积物、优选燃烧相关沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物的方法,所述方法包括向所述发动机的燃烧室中加入燃料组合物,所述燃料组合物包含主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种金属的水平、优选至少一种重金属的水平、更优选铜和/或铁和/或锌的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,优选其中在所述发动机中采用所述燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平低于在所述发动机中采用替代燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平,所述替代燃料组合物具有与所述燃料组合物基本相同的特征,但其烃组分未用所述金属吸附性或吸收性材料进行处理。
[0017] 根据本发明,仍然进一步提供一种减少在发动机操作期间在向其中引入燃料组合物的压缩点火发动机中沉积物、优选燃烧相关沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物的方法,所述方法包括用另一种燃料组合物替代所述发动机中的燃料组合物,所述另一种燃料组合物包含主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,至少一种所述烃组分已经用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理,以降低所述至少一种烃组分中的至少一种金属的水平、优选至少一种重金属的水平、更优选铜和/或铁和/或锌的水平,所述处理包括所述烃组分与金属吸附或吸收相的物理分离,优选其中在所述发动机中采用所述燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平低于在所述发动机中采用所述被替代的燃料组合物的发动机操作之后所述发动机中的沉积物水平,所述被替代的燃料组合物具有与所述燃料组合物基本相同的特征,但其烃组分未用所述金属吸附性或吸收性材料进行处理。 [0018] 优选地,在本发明的方法中,减少所述压缩点火发动机中沉积物的随后形成和/或从所述发动机除去先前生成的沉积物具有减少所述发动机中任何功率损失或提高由所述发动机产生的功率的效果,优选其中分别与在所述发动机中采用所述被替代的燃料组合物的发动机操作期间的功率损失或产生的功率相比,在所述发动机中采用所述燃料组合物的发动机操作期间所述发动机中的功率损失较低或所述发动机中产生的功率较高。 [0019] 优选地,在采用燃料组合物的发动机操作之后该发动机中沉积物的水平下降至少10%、优选至少20%、更优选至少25%的量,所述燃料组合物的一种或多种所述烃已经用所述金属吸附性或吸收性材料处理。
[0020] 术语“基本相同的特征”具体但并不唯一地涉及燃料组合物的金属含量、密度、硫含量以及蒸馏特征的一种或多种。
[0021] 根据本发明,还进一步提供一种制备燃料组合物的方法,该方法 包括:(a)提供主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分;(b)用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理至少一种所述烃组分,从而降低所述至少一种烃组分中至少一种金属的水平;和(c)使如此处理的烃组分与所述金属吸附性或吸收性材料物理分离。
[0022] 根据本发明,还进一步提供一种处理燃料组合物的方法,所述燃料组合物包含主要量的适用于压缩点火发动机的燃料,所述燃料包含一种或多种沸点在柴油沸程内的烃组分,所述方法包括:(a)向所述燃料组合物中加入一种或多种金属,优选选自铜、铁和锌的一种或多种金属;(b)用物理相态与所述烃组分不同的金属吸附性或吸收性材料处理至少一种所述烃组分,从而降低所述至少一种烃组分中至少一种金属的水平;和(c)使如此处理的烃组分与所述金属吸附性或吸收性材料物理分离。
[0023] 优选地,金属吸附性或吸收性材料选自纤维状粘土矿物、硅藻土石墨、木炭、聚合物吸附剂或吸收剂、离子交换树脂,以及络合剂或螯合剂,所述材料可以与烃组分不混溶(包括具有最小或低溶解度)的液体形式或固体,更优选固体。所述络合剂或螯合剂优选包括具有一个或多个用作配体或形成络合物或另外是吸引金属的官能团的分子。 [0024] 海泡石、绿坡缕石和坡缕石组的纤维状粘土矿物必须至少含有海泡石、绿坡缕石和坡缕石组的至少一种矿物。术语“漂白土”在公开的文献中以许多不同的方式表达粘土,但在本发明的上下文中“漂白土”包括海泡石、绿坡缕石和坡缕石组的至少一种纤维状粘土矿物。一种类型的漂白土可以包括蒙脱石和坡缕石的混合物。
[0025] 优选地,纤维状粘土矿物为海泡石、绿坡缕石或漂白土。
[0026] 优选地,所述聚合性材料选自聚烯烃例如聚丙烯酸酯或聚苯乙烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚胺和聚砜材料例如AMBERLITE XAD-4、AMBERLITEXAD-7和AMBERLITE XAD-16非离子聚合物吸附剂以及硅胶上的聚乙烯亚胺(获自Aldrich),所述聚合性材料为固体形式,或结合到固体上,或为与烃组分不混溶(包括具有最小或低溶解度)的液体或悬浮液或溶 解的形式。
[0027] 优选地,所述硅藻土的实例为DAMOLIN MOLER(获自Damolin)和HYFLO SUPER CEL(获自Aldrich)。
[0028] 优选地,所述络合剂或螯合剂选自:含氮材料例如胺、酰胺、聚胺、包括但不限于卟啉的环状聚胺、N,N′-二亚水杨基-丙二胺的衍生物,含硫材料例如硫化物、砜、亚砜、磺酸酯(盐)、硫醇,阴离子材料例如羧酸酯(盐),含氧类材料例如醇、、酚和醚(包括聚醚和环醚(冠醚)),以及既含氮又含氧类的材料例如穴状配体和 唑及其衍生物,所述络合剂或螯合剂为固体形式,或结合到固体上,或为与烃组分不混溶(包括具有最小或低溶解度)的液体或悬浮液或溶解的形式。
[0029] 优选地,所述离子交换树脂选自矿物类例如硅胶,以及具有官能团如磺酸根和羧酸根的聚合物,例如一些从Aldrich以商品名称AMBERLITE、AMBERLYST、DOWEX和SEPHADEX获得的产品。
[0030] 优选地,将至少两种所述烃组分的共混物用金属吸附性或吸收性材料处理。 [0031] 在本说明书中术语“降低”、“降低的”和“减少”适当地表示与用金属吸附性或吸收性材料处理之前相比或与当使用还没有进行过上述处理的柴油组合物时相比。在本发明的上下文中,“降低”包括完全防止和“脱除”包括完全和部分脱除两者。 [0032] 尚未完全理解痕量元素到粘土上的吸附或吸收过程。一种可能性就是金属以它们键合到配体的相同方式键合到表面。配体是作为给电子体且吸引金属原子或离子的分子或离子。
[0033] 本发明涉及的燃料组合物包括用于汽车压缩点火发动机以及用于其它类型发动机例如船舶、铁路和固定发动机的柴油组合物,和用于加热应用(如锅炉)的工业瓦斯油,条件是这些非汽车燃料不包含残余(未蒸馏的)组分。
[0034] 基础燃料本身可包含两种或更多种不同柴油组分的混合物和/或如下所述被加入添加剂。
[0035] 这种柴油组合物含有一种或多种基础燃料,所述基础燃料可以典 型地包含液态烃中间馏出物瓦斯油,例如石油衍生的瓦斯油。这种燃料组合物的沸点典型地在通常柴油沸程150-400℃内,这取决于柴油的等级和用途。它们在15℃下(例如ASTM D4502或3 3
IP365)的密度典型地为750-1000kg/m,优选对于汽车用途为为780-860kg/m,以及十六烷值(ASTM D613)为35-120,更优选40-85。它们的初始沸点典型地为150-230℃和最终沸点
2
为290-400℃。它们在40℃下(ASTM D445)的运动粘度应该合适地为1.5-6mm/s。 [0036] 这种工业瓦斯油将包含基础燃料,所述基础燃料含有燃料馏分,如在传统的精炼加工方法中得到的煤油或瓦斯油馏分,其会提升原油原料以得到有用的产品。优选所述馏分包含原子数为5-40、更优选5-31、还更优选6-25、最优选9-25的组分,且这种馏分在
3 2
15℃下的密度为650-1000kg/m,在20℃下的运动粘度为1-80mm/s和沸程为150-400℃。 [0037] 任选地,非矿物油基燃料例如费-托衍生燃料、生物质衍生的材料、生物燃料组分如脂肪酸甲酯或页岩油也可以在燃料组合物中形成或存在。这种费-托燃料可以例如衍生自天然气、天然气液体、石油或页岩油、石油或页岩油加工残余物、煤或生物质。 [0038] 用于柴油组合物的费-托衍生燃料的量可以是整个柴油组合物的0.5-100%v,优选5-75%v。可能希望组合物含有10%v或更多、更优选20%v或更多、还更优选30%v或更多的费-托衍生燃料。特别优选组合物含有30-75%v以及特别为30或70%v费-托衍生燃料,燃料组合物的余量由一种或多种其它燃料组成。
[0039] 工业瓦斯油组合物将优选含有多于50wt%、更优选多于70wt%的费-托衍生燃料组分。
[0040] 这种费-托衍生燃料组分为中间馏出物燃料范围内的任何馏分,它们可以从(氢化裂解的)费-托合成产物中分离出来。典型的馏分在石脑油、煤油或瓦期油的沸程内沸腾。优选地,使用在煤油或瓦斯油沸程内沸腾的费-托产物,这是因为这些产物更容易在例如家用环境中处理。这种产物合适地包含大于90wt%的在160和400℃之间、优选到大 约370℃沸腾的馏分。费-托衍生煤油和瓦斯油的实例在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和US-A-6204426中有描述。
[0041] 费-托产物合适地包含大于80wt%且更合适地大于95wt%的异链烷烃和正链烷烃以及小于1wt%的芳香族物质,余量为环烷烃类化合物。硫和氮的含量将会非常低且通常低于这些化合物的检测极限。基于此原因,包含费-托产物的燃料组合物的硫含量可以非常低。
[0042] 燃料组合物优选含有不超过5000ppmw的硫,更优选不超过500ppmw、或不超过350ppmw、或不超过150ppmw、或不超过100ppmw、或不超过50ppmw、或最优选不超过10ppmw的硫。
[0043] 基础燃料自身可以是有添加剂(含添加剂)的或无添加剂(没有添加剂)的。如果有添加剂例如在炼油厂,它将含有少量的一种或多种选自例如抗静电剂、管道减阻剂、流动改进剂(例如乙烯/醋酸乙烯酯共聚物或丙烯酸酯/来酸酐共聚物)、润滑性添加剂、抗氧化剂和蜡防沉降剂的添加剂。
[0044] 含有清净剂的柴油添加剂是已知的和可商购的。可以将这种添加剂在意图减少、脱除或减缓发动机沉积物累积的水平下加入到柴油中。
[0045] 适用于本发明目的的燃料添加剂的清净剂的实例包括聚烯烃取代的聚胺的琥珀酰亚胺或琥珀酰胺,例如聚异丁烯琥珀酰亚胺或聚异丁烯胺琥珀酰胺、脂族胺、曼尼希或胺以及聚烯烃(例如聚异丁烯)马来酸酐。琥珀酰亚胺分散剂添加剂例如在GB-A-960493、EP-A-0147240、EP-A-0482253、EP-A-0613938、EP-A-0557516和WO-A-98/42808中有描述。特别优选是聚烯烃取代的琥珀酰亚胺例如聚异丁烯琥珀酰亚胺。
[0046] 添加剂除清净剂之外还可以包含其它组分。例子是:润滑性增强剂;去雾剂组合物例如含有烷氧基化酚聚合物的那些;消泡剂(例如聚醚改性的聚硅氧烷);点火改进剂(十六烷值改进剂)(例如硝酸2-乙 基己酯(EHN)、硝酸环己酯、二-叔丁基过氧化物和在US-A-4208190第2栏第27行到第3栏第21行公开的那些);防锈剂(例如四丙烯基琥珀酸的丙烷-1,2-二醇半酯、或琥珀酸衍生物的多元醇酯,该琥珀酸衍生物在其至少一个α-碳原子上含有未取代的或取代的含有20-500个碳原子的脂肪族烃基,例如聚异丁烯取代的琥珀酸的季戊四醇二酯);缓蚀剂;芳香剂;耐磨添加剂;抗氧化剂(例如酚类如2,6-二-叔丁基苯酚,或苯二胺类例如N,N′-二-仲丁基-对苯二胺);金属失活剂;以及燃烧改进剂。
[0047] 特别优选的是添加剂包括润滑性改进剂,特别是当燃料组合物具有较低(例如500ppmw或更低)的硫含量时。在含有添加剂的燃料组合物中,润滑性改进剂方便地以小于
1000ppmw、优选5-1000ppmw的浓度存在。合适的可商购润滑性改进剂包括酯基添加剂和酸基添加剂。其它的润滑性改进剂在专利文献中有描述,特别结合它们在低硫含量柴油中的使用,例如在如下文献中有描述:
[0048] -Danping Wei和H.A.Spikes的文章“The Lubricity of DieselFuels”,Wear,III(1986)217-235;
[0049] -WO-A-95/33805-增强低硫燃料润滑性的冷流改进剂;
[0050] -WO-A-94/17160-作为柴油发动机喷射系统中磨损减少的燃料添加剂的羧酸和醇的某些酯,其中酸具有2-50个碳原子和醇具有1个或更多个碳原子,特别是甘油单油酸酯和己二酸二异癸酯;
[0051] -US-A-5490864-作为低硫柴油的耐磨损润滑性添加剂的某些二硫代磷酸二酯-二醇;以及
[0052] -WO-A-98/01516-特别是为在低硫柴油中赋予耐磨润滑性效果,具有连接到其芳香核上的至少一个羧基的某些烷基芳族化合物。
[0053] 还优选添加剂中含有消泡剂,更优选与防锈剂和/或缓蚀剂和/或润滑性添加剂组合。
[0054] 除非另外说明,含有添加剂的燃料组合物中每种所述附加组分的(活性物质)浓度优选为至多10000ppmw,更优选为0.1-1000ppmw,有利地为0.1-300ppmw,例如0.1-150ppmw。燃料组合物中任何去雾剂的(活 性物质)浓度优选为0.1-20ppmw,更优选
1-15ppmw,还更优选1-10ppmw,有利地1-5ppmw。任何点火改进剂的(活性物质)浓度优选为2600ppmw或更少,更优选2000ppmw或更少 ,更方便地300-1500ppmw。
[0055] 如果需要,可以将上面列出的添加剂组分在添加剂浓缩物中共混,优选与合适的稀释剂一起共混,可以将所述添加剂浓缩物以合适的量分散到燃料中以得到本发明的组合物。
[0056] 在柴油组合物的情况下,例如添加剂典型地任选与上述其它组分一起包含清净剂,和与柴油相容的稀释剂,其可以是载体油(例如矿物油)、封端或未封端的聚醚、非极性溶剂例如甲苯、二甲苯、白色溶剂油和由Shell公司以商标“SHELLSOL”销售的那些。 [0057] 添加剂的总含量可以合适地为0-10000ppmw,和优选低于5000ppmw。 [0058] 在本说明书中,组分的量(浓度,%v,ppmw,wt%)为活性物质的量,即排除挥发性溶剂/稀释剂材料。
[0059] 适当地可以在将任何添加剂掺混入燃料组合物之前或之后,应用本发明的处理。 [0060] 在发动机操作期间在柴油发动机中沉积物的形成水平可以在它的燃料喷射系统中测量,参考喷射器喷嘴的结垢程度。喷嘴的结垢程度可以采用许多种方式评定,例如目测、通过测量结垢喷嘴中沉积物的质量或通过测量相对于清洁喷嘴的结垢喷嘴的流体流动(例如燃料流动或更优选空气流动)性能。
[0061] 恰当的测量例如可以确定合适的柴油机中喷嘴结垢(方便地以喷射器结垢指数百分数的形式表示)的程度,例如基于由于使用燃料组合物通过一个或多个喷嘴的空气流量的变化计。方便地,结果为对发动机的所有喷射器喷嘴的平均值。
[0062] 在燃料组合物用于或希望用于直接喷射柴油发动机(例如旋转、管道泵、单元泵、电子单元喷射器或普通轨道型的直接喷射柴油发动机)、用于间接喷射柴油发动机或用于均匀电荷压缩点火发动机的情况下,本发明是特别适用的。所述燃料组合物可适用于重和/或轻型柴 油发动机。
[0063] 如上所述,在燃料组合物用于加热应用例如锅炉的情况下也是适用的。这种锅炉包括标准锅炉、低温锅炉和冷凝锅炉,和典型地用于加热商业或家用水,例如空间加热和水加热。
[0064] 在所述柴油组合物中,烃可以通过含氧物质例如已知用于柴油的酯补充。 [0065] 在本发明的方法中,采用液相的烃非常方便地在环境温度下实施用金属吸收剂或吸收性材料的处理。在环境温度下,所述处理可以非常方便地在大气压下实施。 [0066] 同时,当已知特定的烃精炼厂组分或燃料组合物的组合/组分至少主要是要脱除的金属存在的原因,已知可以将组分或组分的组合在与至少一种其它精炼厂组分共混以形成燃料组合物之前用金属吸收剂或吸收性材料处理时,也可以处理完全预共混的燃料组合物。
[0067] 在发动机操作期间沉积物的形成水平可以例如通过评价发动机燃料喷射系统中喷射器喷嘴的结垢程度进行测量,如上所述。
[0068] 如果要测量在车辆运行期间燃料喷射器中沉积物的形成,测试循环包括对于给定的时间和/或给定的英里数用相关的燃料组合物运转发动机。所述测试可以对单独的发动机或对驱动车辆的发动机进行,在后者的情况下,它们可以在模拟的驱动条件下(例如使用底盘功率计)进行或包括正常的公路行驶。所述测试可以采用“保持清洁”的模式(即用处理的燃料运转发动机,之后再测试发动机)下进行或采用“清扫”模式(即用未处理的燃料运转一个测试循环以形成沉积物,之后再用处理的燃料运转第二个测试循环)进行。在后者的情况下,发动机运行和/或驱动条件对于第一测试循环和第二测试循环应当相同或可比。
[0069] 通过例子,在“清扫”测试中,“第一测试循环”的持续时间应当足以引起明显和至少可检测的燃烧相关沉积物的累积。“第二测试循环”的合适持续时间典型地为第一测试循环持续时间的10-100%,优选50-100%,最合适地100%。有时它可以是“第一测试循环”持续时间的80%或75%或甚至50%或更小。为了评价燃烧相关沉积物的减少 (与脱除相对),虽然可以更长,但它可以是“第一测试循环”持续时间的至多120%或150%或甚至200%。
[0070] 在任何类型的测试中,测试可以对仅仅发动机部件(例如燃料喷射系统)进行或对模拟发动机或发动机部件进行。
[0071] 现在通过参考以下实施例进一步描述本发明,其中除非另外说明,份数和百分比按重量计,且温度为摄氏度。
[0072] 实施例
[0073] 实施例1
[0074] 实施例1中提及的燃料列于表1中:
[0075] 表1
[0076]性质 燃料A 燃料B
密度@15℃(kg/m3) 835.7 835.5
十六烷 52.7 53.3
硫mg/kg 212 210
蒸馏(℃)
IBP 183.0 185.3
10%回收 208.5 210.5
20%回收 221.5 222.8
30%回收 235.0 235.5
40%回收 248.5 249.1
50%回收 263.0 263.6
60%回收 277.5 278.2
70%回收 293.5 293.9
80%回收 311.5 310.6
90%回收 333.0 331.9
95%回收 350.0 348.3
FBP 361.0 361.1
HPLC芳烃(%m/m)
单 26.8 26.7
二 4.5 4.2
三 0.7 0.5
总计 32 31.4
[0077] 燃料A为来自匈牙利的市场燃料,其符合EN590和不经过任何进一步的处理而使用。燃料B为已经通过下述的粘土床处理的燃料A。
[0078] 通过对比表1中列出的燃料A和燃料B的特征可以看出,物理性质(密度和十六烷值)基本未被粘土处理改变。还可以看出芳烃(单-、二-和三-)含量以及硫含量也基本未被所述处理改变,蒸馏特性也是这样。
[0079] 金属含量和粘土过滤
[0080] 燃料A的粘土含量采用以下技术ICP-MS(感应耦合等离子质谱测定法)测定。所述技术包括将包含有金属的燃料喷射入喷射室中以形成细喷雾。在此除去较大的液滴且使1-2%的样品溶液进入感应耦合等离子体中。等离子体在石英喷枪中通过强磁场和流动氩气之间的相互作用而形成。等离子体放电形成大约10000℃的高温。在ICP-MS中等离子体用来产生带正电荷的离子。一旦在等离子体中形成离子,就将它们通过界面区直接导入质谱仪中,从那里正离子聚焦四倍质谱仪。结果(以ppmw计)列入下表2中。
[0081] 将高为大约1米且直径为7.5cm、底部具有栓塞和顶部具有疏松玻璃帽的玻璃柱装配有刚好在栓塞上的玻璃层,然后装载0.5kg粉末形式的干燥粘土。粘土填充柱子到栓塞以上约40cm的位置玻璃棉层防止粘土落入栓塞中。
[0082] 然后将在环境温度(20℃)下的燃料A倾倒入柱子中至粘土之上25-30cm的深度。将流量调整到1升/小时,和柱子一直用燃料封住上端。将总体积50升通过柱子。抛弃第一升的渗透物,和随后收集5升样品(燃料B)。测试第2、第4、第6、第8和最后的样品(燃料B)的金属含量。平均值(以ppbw计)列入下表2中:
[0083] 表2
[0084]金属 燃料A 燃料B
Ag <50 <50
B <50 <50
Cr 14 <5
Cu <50 <50
Fe 84 <5
Mg 76 <5
Mn 8 <5
Mo <50 <50
Ni <50 <50
Pb 50 <40
Sn <50 <50
Ti <50 <50
Zn 1500 26
V <50 <50
[0085] [0085] 值得注意的是铬(Cr)、铁(Fe)、铅(Pb)、镁(Mg)、锰(Mn)和锌(Zn)的水平在经过粘土处理后都降低了。锌水平的降低尤其明显。
[0086] 通过本方法操作条件的优化或使燃料通过第二个固体床或通过其它措施可以使金属的水平进一步降低。
[0087] 所使用的粘土为绿坡缕石,粒度30-60(0.500-0.250mm),来自Wilfrid Smith Limited(Millwhite制备)。其它合适的粘土包括漂白土例如粒度30-60,来自Aldrich,以及海泡石例如等级30-60,来自Steetly Bentonite&Absorbents Ltd。
[0088] 实施例2
[0089] 例2中提及的燃料列于表3中:
[0090] 表3
[0091]性质 燃料C 燃料D 燃料E 燃料F 燃料G
密度@15℃(kg/m3) 839.4 839.1 839.1 839.4 839.5
[0092] 燃料C为275ppmw硫的柴油。燃料D、E、F和G为分别通过DAMOLINMOLER(硅藻土,来自Damolin)、AMBERLITE XAD-7(聚合物吸附剂,来自Aldrich)、硅胶上的聚乙烯亚胺(来自Aldrich)、以及AMBERLYST15(离子交换树脂,来自Aldrich)处理的燃料C,如下所述。
[0093] 可以看出燃料C至G的密度基本上没有变化。
[0094] 金属含量和过滤
[0095] 燃料C的金属含量用实施例1中对于燃料A所述的技术测定。结果(以ppbw计)列于下表4中。
[0096] 然后将燃料C在环境温度(20℃)下分别用金属吸附性或吸收性材料DAMOLIN MOLER、AMBERLITE XAD-7、硅胶上的聚乙烯亚胺以及AMBERLYST 15处理以制备燃料D到G,如下所述。
[0097] 将燃料C在大约1米高、直径约7.5cm且底部有栓塞的柱子中处理后得到燃料D。在玻璃棉层的顶部上将大约250g干燥的固体装载入柱子中。固体填充柱子至栓塞以上大约20cm的位置。将燃料一次通过柱子及抛弃最初的~100ml。
[0098] 将燃料C在大约50cm高、直径为2cm且底部有栓塞的柱子中处理后得到燃料E、F和G。在每一种情况中,在玻璃棉层的顶部上将大约40g干燥的固体装载入柱子中。固体填充柱子至栓塞以上大约30cm的位置。将燃料一次通过柱子及抛弃最初的~100ml。 [0099] 然后测试燃料D到G的金属含量。平均值(以ppbw计)列入下表4中:
[0100] 表4
[0101]金属 燃料C燃料D燃料E燃料F燃料G
Ag <20 <20 <20 <20 <20
Al <100<100<100<100 nd
B <500<500<500<500 nd
Cr <20 <20 <20 <20 <5
Cu 275 <10 30 145 130
Fe 10 <5 <5 <5 <5
Mg <100<100<100<100<5
Mn <5 <5 <5 <5 <5
Mo <20 <20 <20 <20 <20
Ni <20 <20 <20 <20 nd
Pb <100<100<100<100<50
Sn <50 <50 <50 <50 <50
Ti <20 <20 <20 <20 <20
V <50 <50 <50 <50 nd
Zn 1740 <5 5 160 590
[0102] nd=未测定
[0103] 值得注意的是铜(Cu)、铁(Fe)和锌(Zn)的水平在用每一种金属吸附性或吸收性材料处理后都降低了。锌水平的降低尤其明显。
[0104] 可以通过本方法操作条件的优化、或使燃料通过与金属吸附性或吸收性材料的第二接触过程或通过替代的措施使金属的水平进一步降低。为了实现在发动机操作期间沉积物、优选燃烧相关沉积物的最佳降低,可能希望金属水平进一步降低
[0105] 可以由本发明的处理降低由所述沉积物引起的发动机燃料喷射系统中喷射器喷嘴的结垢程度。这可通过实施例3中所述的测试得到证明。
[0106] 实施例3
[0107] 下述测试中使用的燃料包括列入表5的那些:
[0108] 表5
[0109]性质 燃料H 燃料K
密度@15℃(kg/m3) 841.8 841.8
硫mg/kg 7.1 7.2
蒸馏(℃)
IBP 167.5 169.2
10%回收 202.8 203.2
20%回收 221.5 221.8
30%回收 237.2 238.1
40%回收 250.9 251.8
50%回收 263.3 265.3
60%回收 276.6 276.9
70%回收 290.1 290.2
80%回收 305.7 305.7
90%回收 326.3 327.1
95%回收 342.8 344.6
FBP 352.6 352.5
[0110] 燃料H为无硫柴油,它使用所述金属的金属-有机溶液掺杂了铜、铁和锌以形成燃料I。使用上面实施例1中所述的技术使燃料I通过粘土柱以形成燃料J,然后向其中加入1ppmw的抗静电添加剂(“STADIS450”,来自Du Pont)和400ppmw的润滑性添加剂(“R655”,来自Infineum)而得到燃料K。
[0111] 燃料I的密度、硫水平和蒸馏特征没有测量,这是因为它们与燃料H的那些相同,即这些特征基本未被上述采用金属掺杂而改变。
[0112] 相似地,燃料J的密度、硫水平和蒸馏特征没有测量,这是因为它们与燃料H的相同,即这些特征基本未被上述添加剂的加入而改变。
[0113] 金属含量和过滤
[0114] 燃料H、I和J的金属含量使用实施例1中对于燃料A所述的技术进行测定。平均值(以ppbw计)列于下表6中:
[0115] 表6
[0116]金属 燃料H 燃料I燃料J
Ag <20 <20 <20
Al <100 <100<100
B <20 <50 nd
Ba <5 <5 <5
Ca <5 10 <5
Cd <5 <5 <5
Cr <5 <5 <5
Cu <5 1300 <5
Fe 5 1600 8
Mg <5 <5 <5
Mn <5 <5 <5
Mo <20 <20 <20
Na nd <200nd
Ni <20 <20 <20
P <50 270 nd
Pb <50 <50 <50
Si <50 <50 <50
Sn <50 <50 <50
Ti <20 <20 <20
V <20 <20 <20
Zn 5 1400 <5
[0117] nd=未测定
[0118] 燃料K的金属含量未测量,这是因为它与燃料J的相同,即未被上述添加剂的加入而改变,两者均是非金属材料。
[0119] 喷射器结垢
[0120] 用于测试以测定喷射器结垢的发动机如表7所示:
[0121] 表7
[0122]型号 涡轮增压间接式喷射(IDI)柴油发动机,型号AAZ(来自Volkswagen Passat客车)汽缸数 4
置换体积 1.896L
孔径 79.5mm
冲程 95.5mm
额定功率 75KW@4200rpm
喷嘴 Bosch DNOSD 308型
[0123] 将发动机安装在实验床上且封废气再循环(EGR)以使它失去能 力。 [0124] 在90Nm扭矩和2000rpm下使用测试燃料运转发动机3个小时。
[0125] 结垢百分数是喷射器被沉积物堵塞的量度。这通过比较在结垢测试之前在X mm喷射针提升处的空气流量与结垢测试之后的流量而测量。空气流量通过转子流量计测量。对于发动机上四个喷射器中的每一个,对于三个X值(0.1、0.2和0.3)中的每一个,这产生了比值(例如20个单位的空气流过新喷射器,在喷射器之后的13个单位的流量由测试污染,因此损失7个单位的流量和所述喷射器在所述喷射针提升处的结垢指数为7/20=35%)。然后将3×4=12个数值平均以得出对于该运转的一个结垢指数。
[0126] 使用燃料H、I和K中的每一个在该发动机中进行上述过程。对应于每一种所述燃料测量的结垢指数列入表8中:
[0127] 表8
[0128]燃料H 燃料I 燃料J
结垢指数% 33.56 33.73 23.74
[0129] 从表8的结果中可以看出,当在发动机中使用燃料I时,结垢指数为33.73%。但当在发动机中使用燃料K时,结垢指数明显降低,为23.74%。如上所述,燃料K为燃料I通过粘土柱形成燃料J然后向其中加入抗静电添加剂(“STADIS 450”,来自Du Pont)和润滑性添加剂(“R655”,来自Infineum)而得到的。
[0130] 同样,从表6中可以看出,金属铜、铁和锌的水平通过所述粘土处理明显降低,即
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