燃料組合物的制作方法
【專(zhuān)利摘要】柴油機(jī)燃料組合物，其包含包含季銨鹽的第一添加劑(i)和包含曼尼希反應(yīng)產(chǎn)物的第二添加劑(ii)；其中所述季銨鹽添加劑(i)通過(guò)式(A)化合物：ROOR110(A)與通過(guò)被烴基取代的?；瘎┡c式(B1)或(B2)的胺的反應(yīng)形成的化合物的反應(yīng)來(lái)形成：15NXR3NHR4NXR3R2[O(CH2)M]NOH(B1)(B2)其中R為任選被取代的烷基、烯基、芳基或烷基芳基基團(tuán)；R1為C1-C22烷基、芳基或烷基芳基基團(tuán)；其中R2和R3為相同或不同的具有1-22個(gè)碳原子的烷基、烯基或芳基基團(tuán)；X為鍵或具有1-20個(gè)碳原子的亞烷基基團(tuán)；n為0-20；m為1-5；且R4為氫或C1-C22烷基基團(tuán)；且其中所述曼尼希反應(yīng)產(chǎn)物添加劑(ii)為在以下各物之間的曼尼希反應(yīng)的產(chǎn)物：(d)醛；(e)胺；和(f)被取代的酚，其中所述酚被至少一個(gè)具有200-3000的分子量的支鏈烴基基團(tuán)取代。
【專(zhuān)利說(shuō)明】燃料組合物
[0001]本發(fā)明涉及燃料組合物及其添加劑。具體地講，本發(fā)明涉及用于柴油機(jī)燃料組合物的添加劑，特別是適合用于具有高壓燃料系統(tǒng)的現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的添加劑。
[0002]由于消費(fèi)者需求和法規(guī)，近年來(lái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)變得更加能量有效，顯示改善的性能且具有減少的排放。
[0003]性能和排放的這些改善通過(guò)燃燒過(guò)程中的改善達(dá)到。為了實(shí)現(xiàn)這種改善的燃燒所需的燃料霧化作用，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了使用較高的噴射壓力和減小的燃料噴射器噴嘴孔徑的燃料噴射設(shè)備。在噴嘴處的燃料壓力現(xiàn)在一般超過(guò)1500巴(1.5 X IO8Pa)。為了達(dá)到這些壓力，必須對(duì)燃料做的功也使燃料的溫度增加。這些高壓和高溫可造成燃料的降解。
[0004]具有高壓燃料系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可包括但不限于重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和較小的客車(chē)型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可包括功率很大的發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如具有20個(gè)主要為船舶和發(fā)電設(shè)計(jì)的汽缸變體和功率輸出高達(dá)4300kW的MTU系列4000柴油機(jī)，或諸如具有6個(gè)汽缸和約240kW的功率輸出的Renault dXi 7的發(fā)動(dòng)機(jī)。典型的客車(chē)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為具有4個(gè)汽缸和IOOkW或更小(取決于變體)的功率輸出的Peugeot DW10。
[0005]在所有涉及本發(fā)明的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中，共同的特點(diǎn)為高壓燃料系統(tǒng)。通常，使用超過(guò)1350巴(1.35 X IO8Pa)的壓力，但常?？纱嬖诟哌_(dá)2000巴(2 x IO8Pa)或更高的壓力。
[0006]這種高壓燃料 系統(tǒng)的兩個(gè)非限制性實(shí)例為:共軌噴射系統(tǒng)，其中利用高壓泵壓縮燃料，該高壓泵通過(guò)共軌將燃料供應(yīng)到燃料噴射閥；和組合式噴射系統(tǒng)(unit injectionsystem)，其將高壓泵和燃料噴射閥集成在一個(gè)組合件中，達(dá)到超過(guò)2000巴(2 x IO8Pa)的最高可能?chē)娚鋲毫?。在兩種系統(tǒng)中，在對(duì)燃料加壓的過(guò)程中，燃料變熱，常達(dá)到約100°C或更高的溫度。
[0007]在共軌系統(tǒng)中，在被傳送到噴射器中之前燃料在高壓下儲(chǔ)存在中央蓄油器軌道中或單獨(dú)的蓄油器中。一些加熱的燃料常返回到燃料系統(tǒng)的低壓側(cè)或返回到燃料箱中。在組合式噴射系統(tǒng)中，將燃料在噴射器內(nèi)壓縮以產(chǎn)生高噴射壓力。這反過(guò)來(lái)增加了燃料的溫度。
[0008]在兩種系統(tǒng)中，燃料在噴射之前存在于噴射器體中，在此，其由于來(lái)自燃燒室的熱而被進(jìn)一步加熱。在噴射器頂端燃料的溫度可高達(dá)250-350°C。
[0009]因此，燃料在噴射前在1350巴(1.35 x IO8Pa)至超過(guò)2000巴(2 x IO8Pa)的壓力和約100°C -350°C的溫度下加壓，有時(shí)在燃料系統(tǒng)內(nèi)再循環(huán)回來(lái)，由此增加燃料經(jīng)歷這些條件的時(shí)間。
[0010]柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題是噴射器(特別是噴射器體)和噴射器噴嘴結(jié)垢。結(jié)垢也可在燃料過(guò)濾器中發(fā)生。當(dāng)噴嘴被來(lái)自柴油機(jī)燃料的沉積物堵塞時(shí)，發(fā)生噴射器噴嘴結(jié)垢。燃料過(guò)濾器的結(jié)垢可與燃料再循環(huán)回到燃料箱有關(guān)。沉積物隨著燃料的降解而增加。沉積物可為碳質(zhì)焦炭樣殘余物或粘性或膠狀殘余物的形式。柴油機(jī)燃料被加熱的越多，其就會(huì)變得越來(lái)越不穩(wěn)定，特別是如果在壓力下被加熱時(shí)。因此，具有高壓燃料系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)可造成燃料降解增加。
[0011]當(dāng)使用任何類(lèi)型的柴油機(jī)燃料時(shí)，都可能發(fā)生噴射器結(jié)垢的問(wèn)題。然而，一些燃料可能特別傾向于造成結(jié)垢，或者，當(dāng)使用這些燃料時(shí)，結(jié)垢可能更快地發(fā)生。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)含有生物柴油的燃料更易于生成噴射器結(jié)垢。含有金屬物類(lèi)的柴油機(jī)燃料也可能導(dǎo)致沉積物增加。金屬物類(lèi)可能是有意地在添加劑組合物中加入燃料中或者可能作為污染物類(lèi)存在。如果來(lái)自燃料分配系統(tǒng)、車(chē)輛分配系統(tǒng)、車(chē)輛燃料系統(tǒng)、其他金屬組件和潤(rùn)滑油的金屬物質(zhì)變得溶解或分散在燃料中，則發(fā)生污染。
[0012]過(guò)渡金屬尤其造成沉積物增加，特別是銅和鋅物質(zhì)。這些可能典型地以數(shù)PPb (十億分之幾)到至多50ppm的水平存在,但是認(rèn)為可能造成問(wèn)題的水平為0.l-50ppm,例如
0.1-1Oppm.
[0013]當(dāng)噴射器變得被堵塞或部分堵塞時(shí)，燃料的傳送效率變低且燃料與空氣的混合變差。隨著時(shí)間的推移，這導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗，廢氣排放增加和較差的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0014]隨著噴射器噴嘴的尺寸減小，沉積物累積的相對(duì)影響變得更加顯著。通過(guò)簡(jiǎn)單的算術(shù)，在500Mm孔內(nèi)的5Mm的沉積物層使流動(dòng)面積減少4%，而在200Mm孔中的5Mm的沉積物層使流動(dòng)面積減少9.8%。
[0015]目前，可以將含氮去垢劑加到柴油機(jī)燃料中以減少焦化。典型的含氮去垢劑為通過(guò)被聚異丁烯取代的琥珀酸衍生物與聚亞烷基多胺的反應(yīng)形成的那些。然而，包括更細(xì)的噴射器噴嘴的較新的發(fā)動(dòng)機(jī)更加敏感，并且目前的柴油機(jī)燃料可能不適合包括這些更細(xì)的噴嘴孔的新發(fā)動(dòng)機(jī)使用。
[0016]本發(fā)明人已經(jīng)開(kāi)發(fā)了柴油機(jī)燃料組合物，與現(xiàn)有技術(shù)的柴油機(jī)燃料組合物相比較，當(dāng)在具有高壓燃料系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中使用時(shí)，其提供改善的性能。
[0017]有利的是提供防止或減少柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中出現(xiàn)沉積物的柴油機(jī)燃料組合物。所述燃料組合物可被視為進(jìn)行“保持清潔”作用，即它們防止或抑制結(jié)垢。
[0018]然而，還希望提供將幫助清潔已經(jīng)形成在發(fā)動(dòng)機(jī)中的沉積物，尤其是已經(jīng)形成在噴射器上的沉積物的柴油機(jī)燃料組合物。這種燃料組合物當(dāng)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒時(shí)，從中除去沉積物，因此實(shí)現(xiàn)已經(jīng)結(jié)垢的發(fā)動(dòng)機(jī)的“清潔”。
[0019]與“保持清潔”性質(zhì)一樣，結(jié)垢發(fā)動(dòng)機(jī)的“清潔”可提供顯著的優(yōu)勢(shì)。例如，優(yōu)異的清潔可導(dǎo)致功率增加和/或燃料經(jīng)濟(jì)性增加。另外，從發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其是從噴射器中除去沉積物可導(dǎo)致在需要噴射器維護(hù)或更換之前的間隔時(shí)間增加，因此減少維護(hù)成本。
[0020]雖然出于上述原因在噴射器上的沉積物是在具有高壓燃料系統(tǒng)的現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)現(xiàn)的特定問(wèn)題，但希望提供這樣的柴油組合物，其在較舊的傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中也提供有效的去垢力，使得在泵處供應(yīng)的單一燃料可用于所有類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0021]還希望燃料組合物減少車(chē)輛燃料過(guò)濾器的結(jié)垢。提供防止或抑制燃料過(guò)濾器沉積物的出現(xiàn)，即提供“保持清潔”的功能的組合物將是有用的。提供自燃料過(guò)濾器沉積物除去現(xiàn)有沉積物，即提供“清潔”的功能的組合物將是有用的。能夠提供這兩種功能的組合物將特別有用。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，可提供柴油機(jī)燃料組合物，其包含包含季銨鹽的第一添加劑(i);和包含曼尼希反應(yīng)產(chǎn)物的第二添加劑(ii);其中所述季銨鹽添加劑(i)通過(guò)式⑷化合物:O
【權(quán)利要求】
1.柴油機(jī)燃料組合物，其包含包含季銨鹽的第一添加劑α)和包含曼尼希反應(yīng)產(chǎn)物的第二添加劑(ii)，其中所述季銨鹽添加劑(i)通過(guò)式(A)化合物
2.權(quán)利要求1的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述式(A)化合物為選自被取代的芳族羧酸、α-羥基羧酸和多羧酸的羧酸的酯。
3.權(quán)利要求2的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述式(A)化合物選自草酸二甲酯、2-硝基苯甲酸甲酯和水楊酸甲酯。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中使所述被烴基取代的?；瘎┡c式(BI)的二元胺化合物反應(yīng)。
5.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中添加劑(i)為由二甲基氨基丙胺和被聚異丁烯取代的琥珀酸酐制備的叔胺的鹽。
6.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中用于制備添加劑(ii)的組分(a)為甲醛。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中用于制備添加劑(ii)的組分(b)為(多)乙纟布多胺。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中用于制備添加劑(ii)的組分(c)為被聚異丁烯取代的酚。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中，在用于形成添加劑(ii)的所述曼尼希反應(yīng)中，組分(a)與組分(b)的摩爾比為2.2-1.01:1;組分(a)與組分(C)的摩爾比為1.99-1.01:1且組分(b)與組分(C)的摩爾比為1:1.01-1.99。
10.權(quán)利要求9的柴油機(jī)燃料組合物，其中，在用于制備所述曼尼希添加劑的所述反應(yīng)中，組分(a)與組分(b)的摩爾比為2-1.4:1，組分(a)與組分(c)的摩爾比為1.7_1.1:1且組分(b)與組分(c)的摩爾比為1:1.1-1.7。
11.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述柴油機(jī)燃料包含費(fèi)-托燃料和/或生物柴油。
12.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其還包含燃料運(yùn)載的催化劑，所述燃料運(yùn)載的催化劑包含選自鐵、鈰、I族和II族金屬、鉬、錳的金屬及其混合物。
13.添加劑套裝，其在加到柴油燃料中時(shí)提供前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的組合物。
14.操作柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，所述方法包括在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的組合物。
15.季銨鹽添加劑(i)和曼尼希反應(yīng)產(chǎn)物添加劑(ii)在柴油機(jī)燃料組合物中改善柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在使用所述柴油機(jī)燃料組合物時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的用途。
16.權(quán)利要求15的用途，其提供“保持清潔”性能和/或“清潔”性能。
17.權(quán)利要求15或16的用途，其用于改善具有高壓燃料系統(tǒng)的現(xiàn)代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能和/或改善傳統(tǒng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
【文檔編號(hào)】C10L1/14GK103958650SQ201280048726
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月3日
【發(fā)明者】J.賴(lài)德 申請(qǐng)人:因諾斯佩克有限公司