燃料組合物的制作方法
【專利摘要】一種包含季銨鹽添加劑的柴油機(jī)燃料組合物，所述添加劑通過(1)季銨化劑與(2)由烴基取代的?；瘎┖椭辽?.4摩爾當(dāng)量的式(B1)或(B2)的胺反應(yīng)形成的化合物反應(yīng)而形成，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；X為鍵或具有1-20個(gè)碳原子的亞烷基；n為0-20；m為1-5；且R4為氫或C1-C22烷基。
【專利說明】燃料組合物
[0001]本發(fā)明涉及燃料組合物及其添加劑。特別地，本發(fā)明涉及用于柴油機(jī)燃料組合物的添加劑，特別是適用于具有高壓燃料系統(tǒng)的現(xiàn)代柴油機(jī)的那些。
[0002]由于消費(fèi)者需求和法規(guī)，在近年柴油機(jī)變得能源有效的多，顯示了改進(jìn)的性能和具有減少的排放。
[0003]已經(jīng)通過在燃燒過程中的改善產(chǎn)生在性能上和排放上的這些改善。為實(shí)現(xiàn)這種改進(jìn)的燃燒所需的燃料霧化，已經(jīng)開發(fā)出使用更高的噴射壓力和減少的燃料噴射器噴嘴孔徑的燃料噴射裝置。在噴射噴嘴的燃料壓力現(xiàn)在通常超過1500巴(1.5X IO8Pa)。為達(dá)到這些壓力，必須對(duì)燃料做的功也提高燃料的溫度。這些高的壓力和溫度可導(dǎo)致所述燃料的劣化。
[0004]具有高壓燃料系統(tǒng)的柴油機(jī)可包括但不限于重型柴油機(jī)和較小的客車型柴油機(jī)。重型柴油機(jī)可包括非常大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如具有20缸變體的MTU系列4000柴油機(jī)，設(shè)計(jì)主要用于船和具有高達(dá)4300kW功率輸出的發(fā)電；或例如具有6缸和大約240kW功率輸出的Renault dXi 7等發(fā)動(dòng)機(jī)。典型的客車柴油機(jī)為Peugeot Dff 10，其具有4缸和IOOkW或更低的功率輸出(取決于變體)。
[0005]在關(guān)于本發(fā)明的所有柴油機(jī)中，普遍的特征為高壓燃料系統(tǒng)。通常地，使用超過1350巴(1.35 X IO8Pa)的壓力，但是通常可存在高達(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，經(jīng)過共軌供應(yīng)到燃料噴射閥；和單元噴射系統(tǒng)，其將高壓泵和燃料噴射閥結(jié)合為一個(gè)組件，達(dá)到超過2000巴(2X108Pa)的最高可能噴射壓力。在兩種系統(tǒng)內(nèi)，在加壓所述燃料時(shí)，燃料變熱，通常達(dá)到大約100°C或以上的溫度。
[0007]在共軌系統(tǒng)內(nèi)，燃料在高壓下儲(chǔ)存在中部蓄壓器軌或單獨(dú)的蓄壓器中，然后將其輸送至噴射器。通常，經(jīng)加熱的燃料的一些返回到燃料系統(tǒng)的低壓側(cè)或返回到燃料箱。在單元噴射系統(tǒng)中，燃料在噴射器內(nèi)壓縮以便產(chǎn)生高噴射壓力。這進(jìn)而提高了燃料的溫度。
[0008]在兩種系統(tǒng)內(nèi)，在噴射之前，燃料存在于噴射器主體內(nèi)，在此由于來自燃燒室的熱量進(jìn)一步經(jīng)加熱。在噴射器末端的燃料的溫度可高達(dá)250-350°C。
[0009]因此，在噴射之前，燃料在1350巴(1.35 X IO8Pa)至超過2000巴(2 X IO8Pa)的壓力和約100°C -350°C的溫度下受壓，有時(shí)被再循環(huán)回燃料系統(tǒng)內(nèi)，因此增加燃料經(jīng)歷這些條件的時(shí)間。
[0010]柴油機(jī)的普遍問題為噴射器，特別是噴射器主體和噴射器噴嘴的結(jié)垢。結(jié)垢還可發(fā)生在燃料過濾器中。在噴嘴變得被來自柴油機(jī)燃料的沉積物阻塞時(shí)，發(fā)生噴射器噴嘴結(jié)垢。燃料過濾器的結(jié)垢可與燃料再循環(huán)回到燃料箱有關(guān)。沉積物隨燃料的劣化而增加。沉積物可采取含碳焦?fàn)顨堄辔锘蛘承曰蚰z狀殘余物的形式。柴油機(jī)燃料受熱越高，特別是如果在壓力下受熱，它們變得越來越不穩(wěn)定。因此具有高壓燃料系統(tǒng)的柴油機(jī)可導(dǎo)致增加的燃料劣化。
[0011]噴射器結(jié)垢的問題可在使用任何類型的柴油機(jī)燃料時(shí)發(fā)生。然而，一些燃料可特別傾向于導(dǎo)致結(jié)垢，或在使用這些燃料時(shí)結(jié)垢可更快速地發(fā)生。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)包含生物柴油的燃料更容易產(chǎn)生噴射器結(jié)垢。包含金屬物類的柴油機(jī)燃料還可導(dǎo)致增加的沉積物。金屬物類可特意在添加劑組合物中加入到燃料中，或可作為污染物物類存在。如果來自燃料分配系統(tǒng)、車用分配系統(tǒng)、車用燃料系統(tǒng)、其它金屬成份和潤(rùn)滑油的金屬物類變地溶解或分散在燃料中，就會(huì)發(fā)生污染。
[0012]過渡金屬特別地導(dǎo)致增加的沉積物，特別是銅和鋅物類。這些可通常以從幾ppb (十億分之幾)高至50ppm的水平存在,但是相信可能會(huì)導(dǎo)致問題的水平為0.l_50ppm,例如 0.1-1Oppnio
[0013]當(dāng)噴射器變得阻塞或部分阻塞時(shí)，燃料的輸送較低效，且燃料與空氣不良混合。這隨時(shí)間導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損失、增加的廢氣排放和不良的燃料經(jīng)濟(jì)性。
[0014]當(dāng)噴射器噴嘴孔的尺寸減少時(shí)，沉積物積聚的相對(duì)影響變得更加顯著。通過簡(jiǎn)單的運(yùn)算，沉積在500Mm孔內(nèi)的5Mm層減少了 4%的流通面積,然而沉積在200Mm孔內(nèi)的相同的5Mm層減少了 9.8%的流通面積。[0015]目前，含氮去垢劑可加入到柴油機(jī)燃料中以減少焦化。典型的含氮去垢劑為通過聚異丁烯取代的琥珀酸衍生物與聚亞烷基多胺反應(yīng)形成的那些。然而，包括更細(xì)噴射器噴嘴的更新的發(fā)動(dòng)機(jī)更敏感，且現(xiàn)有柴油機(jī)燃料可能不適合連同結(jié)合了這些較小噴嘴孔的新式發(fā)動(dòng)機(jī)使用。
[0016]本發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)出柴油機(jī)燃料組合物，其在用于具有高壓燃料系統(tǒng)的柴油機(jī)時(shí)，提供與現(xiàn)有技術(shù)的柴油機(jī)燃料組合物相比提高的性能。
[0017]提供阻止或減少在柴油機(jī)中出現(xiàn)沉積物的柴油機(jī)燃料組合物為有利的?？烧J(rèn)為這些燃料組合物執(zhí)行“保持清潔”的功能，即它們阻止或抑制結(jié)垢。
[0018]然而，還期望提供柴油機(jī)燃料組合物，其幫助清潔在發(fā)動(dòng)機(jī)中已經(jīng)形成的沉積物，特別是已經(jīng)在噴射器上形成的沉積物。這種燃料組合物在柴油機(jī)中燃燒時(shí)從中去除沉積物，因此實(shí)現(xiàn)對(duì)已經(jīng)結(jié)垢的發(fā)動(dòng)機(jī)的“清潔”。
[0019]正如“保持清潔”的性質(zhì)，“清潔”結(jié)垢的發(fā)動(dòng)機(jī)可提供顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如，優(yōu)良的清潔可導(dǎo)致功率增加和/或燃料經(jīng)濟(jì)性的增加。此外，從發(fā)動(dòng)機(jī)特別是從噴射器去除沉積物，可使得在必須保養(yǎng)或替換噴射器之前間隔時(shí)間的增加，因此減少維護(hù)成本。
[0020]盡管由于上述原因，在噴射器上的沉積物為具有高壓燃料系統(tǒng)的現(xiàn)代柴油機(jī)中存在的特定問題，但是期望提供一種在較舊的傳統(tǒng)柴油機(jī)中也提供有效去垢力的柴油機(jī)燃料組合物，使得泵所提供的單一燃料可用于所有類型的發(fā)動(dòng)機(jī)。
[0021]還期望燃料組合物減少車用燃料過濾器的結(jié)垢。其可用于提供阻止或抑制燃料過濾器沉積物出現(xiàn)的組合物，即，提供“保持清潔”的功能。其可用于提供從燃料過濾器沉積物去除已有沉積物的組合物，即提供“清潔”功能。能提供這兩個(gè)功能的組合物特別有用。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了包含季銨鹽添加劑的柴油機(jī)燃料組合物，所述添加劑通過⑴季銨化劑與⑵由烴基取代的酰化劑和至少1.4摩爾當(dāng)量的式(BI)或(B2)的胺反應(yīng)形成的化合物的反應(yīng)形成:
【權(quán)利要求】
1.一種包含季銨鹽添加劑的柴油機(jī)燃料組合物，所述添加劑通過(I)季銨化劑與(2)由烴基取代的酰化劑和至少1.4摩爾當(dāng)量的式(BI)或(B2)的胺反應(yīng)形成的化合物反應(yīng)而形成:
2.權(quán)利要求1的柴油機(jī)燃料組合物，其中化合物(2)由烴基取代的?；瘎┖椭辽?.7摩爾當(dāng)量的式(BI)或(B2)的胺反應(yīng)而形成。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2的柴油機(jī)燃料組合物，其中式(BI)或(B2)的胺不是N，N- 二甲基-2-乙醇胺或2- (2- 二甲基氨基乙氧基)乙醇。
4.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述季銨化劑為式RCOOR1的酯，其中R為任選被取代的烷基、烯基、芳基或烷基芳基且R1為C1-C22烷基、芳基或烷基芳基。
5.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述季銨化劑選自選自:二烷基硫酸鹽、芐基齒、烴基取代的碳酸鹽、與酸結(jié)合的烴基取代環(huán)氧化物、烷基齒、烷基磺酸鹽、磺內(nèi)酯、烴基取代的磷酸鹽、烴基取代的硼酸鹽、烷基亞硝酸鹽、烷基硝酸鹽、N-氧化物或它們的混合物。
6.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述季銨化劑選自草酸二甲酯、2-硝基苯甲酸甲酯、水楊酸甲酯和氧化苯乙烯或任選地與另外的酸結(jié)合的環(huán)氧丙烷。
7.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述烴基取代的酰化劑與式(BI)的二胺化合物反應(yīng)。
8.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其中所述烴基取代的?；瘎┌芍辽偃齻€(gè)碳原子間隔的兩個(gè)羧酸基團(tuán)，所述三個(gè)碳原子在形成部分所述酸基團(tuán)的碳原子之間。
9.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物，其進(jìn)一步包含第二添加劑，其為以下之間的曼尼希反應(yīng)的產(chǎn)物: (a)醛; (b)胺；和 (c)任選被取代的酚。
10.權(quán)利要求9的柴油機(jī)燃料組合物，其中用于制備所述曼尼希添加劑的酚組分(c)被具有200-3000分子量的至少一個(gè)支化烴基所取代。
11.權(quán)利要求9的柴油機(jī)燃料組合物，該實(shí)施方案中用于制備所述曼尼希添加劑的酚組分(c)的所述或每個(gè)取代基具有小于400的平均分子量。
12.前述權(quán)利要求9-11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。
13.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。
14.一種添加劑包，其在添加到柴油機(jī)燃料后提供前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的組合物。
15.—種操作柴油機(jī)的方法,所述方法包含在所述發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的組合物。
16.前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的柴油機(jī)燃料組合物中的季銨鹽添加劑用以在使用所述柴油機(jī)燃料組合物時(shí)提高柴油機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能的用途。
17.權(quán)利要求16的用途，用以提供“保持清潔”的性能和/或“清潔”性能。
18.權(quán)利要求15或權(quán)利要求16的用途，用以提高具有高壓燃料系統(tǒng)的現(xiàn)代柴油機(jī)的性能和/或用以提高傳統(tǒng)柴油機(jī)的性能。
【文檔編號(hào)】C10L1/2383GK103958651SQ201280048820
【公開日】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.賴德, S.L.庫克 申請(qǐng)人:因諾斯佩克有限公司